KR100687140B1

KR100687140B1 - 태양광 추적식 에너지발전장치

Info

Publication number: KR100687140B1
Application number: KR1020050081203A
Authority: KR
Inventors: 장긍덕
Original assignee: 장긍덕
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-02

Abstract

본 발명은 태양의 움직임을 따라 추적/이동하여 최대의 집광효율을 얻도록 하는 태양광 추적식 에너지발전장치에 관한 것이다.

즉, 지상에 아주 견고히 안착/설치될 수 있도록 하는 삼각형 구조의 하부 지지대(100)를 구비하고, 그 상단에는 역삼각형 구조이면서 태양전지어레이 설치프레임(200)을 구비시키되, 상기 태양전지어레이 설치프레임(200)은 하부 지지대(100)의 상단에 구비하고 회전축(50)에 연결하여 그 회전축(50)을 중심으로 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 방위각에 따라 동,서로 회전할 수 있도록 함과 동시에 상기 태양전지어레이 설치프레임(200)의 상면에 각각의 모듈회전축(350)에 의해 계절의 변화와 설치장소의 위도에 따른 태양의 고도변화에 따라 남,북 방향으로 회전되는 다수개의 태양전지 모듈고정판(300)이 각각 구비하여서 된 것이다.

회전축, 하부 지지대, 와이어안내수단, 태양전지어레이 설치프레임, 와이어고리, 와이어, 모듈고정판, 회전작동용 레버

Description

태양광 추적식 에너지발전장치{The sun rays tracking for the energy production of electric power system}

도 1은 본 발명의 개략적인 구조와 형태를 나타내기 위한 사시도

도 2는 본 발명의 정면구조 및 이 구조의 작동상태를 나타낸 예시도

도 3은 본 발명의 배면구조 및 이 구조의 작동상태를 나타낸 예시도

도 4는 본 발명의 측면구조 및 이 구조의 작동상태를 나타낸 예시도

도 5는 본 발명에서 제시한 전지모듈고정판의 작동상태를 순서대로 나타낸 확대도

도 6은 본 발명의 전지어레이설치대의 평면 상태를 참고로 도시한 예시도

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

50:회전축 51:베어링유닛

100:하부 지지대 110,111:전,후방지지체

120:와이어안내수단 200:태양전지어레이설치프레임

220:와이어고리 260:와이어1

261:와이어2 300:태양태양전지모듈고정판

310:회전작동용 레버 350:모듈회전축

360:와이어10 361:와이어20

400:균형유지체 500:로크장치

통상의 태양에너지발전설비는 태양의 광원을 집광하는 태양전지모듈이 지붕이나 벽, 바닥면 등의 설치용 프레임에 정해진 일정각도로 고정된 상태로 설치되는 것이 대부분임에 따라서 태양전지모듈의 개수 단위당 집광할 수 있는 전기에너지가 극히 제한적인 문제점이 있었다.

즉, 태양은 지구의 자전/공전의 자연현상과 설치되는 장소의 위도에 의해 방위각과 고도가 각각 달라지는데 반해 태양의 광을 집광하는 태양전지모듈은 유동이 불가한 고정된 상태로 일방으로만 바라보고 있기 때문에 하루 중 집광효율이 최대치인 태양빛을 정면으로 마주 대향하는 시간대가 아주 짧은 대신 집광효율이 상대적으로 미약한 측방향 입사시간대가 더 많이 주어지기 때문이다.

이러한 문제점은 발전하고자 하는 필요 발전량의 설비 구축시 불필요하게 많은 수량의 전지모듈을 과도하게 설치/배치해야함으로 막대한 재료원가 및 설치비용, 설치공간 등의 소비가 불가피하였다.

이를 보완하기 위해 일간에서는 수많은 각종 센서들과 서보모터 및 정밀전자컨트롤제어기 등이 장착된 3차원 첨단 무인화 태양추적장치가 개발된 사례가 있기는 하지만 이는 전술된 바와 같이 제작 및 설치시 막대한 비용이 소요됨으로 대량발전용으로 실효성이 없을 뿐 아니라 태양추적장치의 특징인 지상 돌출형 설치대 구조가 강풍이나 태풍 등의 외부충격이 가해질 경우 쓰러지거나 파손 우려성이 매우 큰 구조적 취약성을 가지고 있어 특히 태풍이 잦은 지리적 특성을 가진 국내의 환경조건에서 이에 대한 대안이 절실한 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 먼저 매일 동에서부터 서쪽으로 움직이는 태양의 방위각 변화시에는 태양전지어레이의 단위별 구성요소인 개개의 태양전지모듈이 각각 개별 축상에서 회전작동케 하는 한편, 계절변화시에 나타나는 태양의 고도변화시에는 상기 개개의 태양전지모듈 다수개가 직렬로 배치된 태양전지어레이 전체를 하나의 축상에서 회전작동시키는 등 보다 능동적이고 정밀한 동작효율성을 도모할 수 있도록 하고, 나아가 간단하고 저렴한 제작원가이면서도 아주 견고한 설치구조를 함께 겸비한 태양광 추적식 에너지발 전장치를 제공함에 그 기술적 과제를 두고 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위해 본원에서는 첨부된 각 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

본 발명은 도 1, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 대략 전체적인 구조는 지상에 아주 견고히 안착/설치될 수 있도록 하는 삼각형 구조의 하부 지지대(100)가 하측에 구비하고, 상단에는 상기 하부 지지대(100)와 반대인 역삼각형 구조의 태양전지어레이설치프레임(200)을 구비시키되,

상기 태양전지어레이설치프레임(200)은 하부 지지대(100)의 상단에 구비하는 회전축(50)에 연결하여 그 회전축(50)을 중심으로 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 방위각에 따라 동,서로 회전할 수 있도록 함과 동시에 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에 각각의 모듈회전축(250)에 의해 계절와 설치장소의 위도에 따른 태양의 고도변화에 따라 남,북 방향으로 회전되는 다수개의 태양전지모듈고정판(300)을 더 구비하여서 된 것이다.

이하, 좀더 상세히 설명하면, 위는 좁고 아래로는 넓은 견고한 지지구조인 삼각형이면서 계절의 변화와 설치장소의 위도에 따른 태양 고도의 기울기 각도가 주어지도록 전방지지체(110)의 상단 끝단부 보다 후방지지체(111)의 상단부 높이가 더 높게 형성한 다음 그 상단에 하나 이상의 베어링유닛(51)에 상기한 기울기각과 동일한 기울기각으로 회전축(50)이 축삽된 하부 지지대(100)와;

상기 하부 지지대(100)의 상단부 회전축(50)에는 이 역시 견고한 역삼각형 지지구조를 가지며, 하측부는 상기 회전축(50)에 삽지 고정되어 회전축(50)의 기울기각과 동일하게 기울어진 상태로 동,서로 일정 반경 회전작동하는 태양전지어레이설치프레임(200)과;

상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에는 태양광을 집광한 후 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 다수개의 태양전지모듈이 고정되고, 저면 횡방향으로는 회전축(350)이 구비하여 회전작동용 레버(310)의 조작에 의해 그 회전축(350)을 기준으로 남,북 일정각도 회전작동하는 태양전지모듈고정판(300)과;

상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 양측에 하나 이상의 와이어고리(220)를 구비하는 한편, 이와 대응하는 하부 지지대(100)의 하단에는 복수개의 롤러 등으로 구성할 수 있는 와이어안내수단(120)을 한개소 이상 구비시킨 후 그 와이어고리(220)와 와이어 안내수단(120)을 통해 와이어1(260), 와이어2(261)를 각각 결속/거치되게 하여 상기 와이어1(260), 와이어2(261) 중 어느 하나를 당김 혹은 풀림 작동할 경우 태양전지어레이설치프레임(200) 전체가 태양의 방위각에 따라 동,서로 일정각도 회전작동될 수 있게 하는 태양전지어레이설치프레임(200)작동수단과;

상기 태양전지모듈고정판(300)의 저면에 구비하는 회전작동용 레버(310)에 와이어고리(220)를 각각 구비하는 한편 이와 대응하는 하부 지지대(100)의 아래측에 와이어 안내수단(120)을 역시 각각 설치한 다음 그 와이어고리(220)와 와이어 안내수단을 통해 와이어10(360), 와이어20(361)을 각각 결속/거치하여 상기 와이어 10(360)과 와이어20(361) 중 어느 한쪽의 것을 당기거나 풀림시 다수의 전지모듈이 동시에 계절에 따른 태양의 고도 변화에 따라 남,북 일정각도 회전작동될 수 있도록 한 전지모듈설치대작동수단과;

상기 어레이설치프레임(200)의 하측 일단에 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 회전작동시 일측으로 과도하게 편중되는 무게로 인한 불균형을 방지할 수 있도록 일정한 중량물이 장착된 균형유지체(400)와;

상기 태양광 추적식 에너지발전장치 사이에 일조량이 없는 야간이나 구름이 많은 날 특히 태풍과 같이 바람이 많이 불거나 눈이 많이 와서 적설량이 많을 경우 등은 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 작동수단인 와이어1,2를 안전하게 록킹(locking) 할 수 있게 하는 로크장치(500); 가 각각 설치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 태양광 추적식 에너지발전장치는 전술된 바와 같이,

먼저, 상기 태양전지어레이의 설치프레임이 계절에 따른 태양의 평균고도와 직각으로 대향하는 기울기로 맞춰 설치한 상태에서 매일 변하는 태양의 방위각을 따라 동,서 추적 이동함으로서 상당한 집광효율성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라,

상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에 구비하는 다수개의 전지모듈을 계절에 따른 태양의 고도의 변화에 따라 남,북 컨트롤 이동될 수 있게 함으로서, 태양의 미세 고도변화까지 미세 추적 작동하여 항시 집광효율이 최대치인 태양과 직각으로 대향할 수 있게 하였다.

한편, 하부 지지대(100)와 태양전지어레이설치프레임(200)이 각각 견고한 지지구조인 삼각형 혹은 역삼각형을 취하고 있음에 따라 특히 여름철 잦은 강풍(태풍 등) 등에도 파손, 훼손률이 매우 낮은 구조적 이점을 가질 수 있을 뿐 아니라,

특히, 태양전지어레이설치프레임(200)을 전, 후방지지체(110,111) 사이의 긴 회전축(50)에 계절에 따른 태양의 평균 고도와 직각으로 대향할 수 있는 기울기각도로 길게(하부 지지대(100)와 연결되는 부분이 아주 많아 안정적임) 장착됨에 따라 태양전지어레이설치프레임(200)과 하부 지지대(100)간 연결구조 역시 아주 견고하고, 이를 바탕으로 동,서 방위각 회전작동시 아주 안정화된 가운데 원활이 회전작동 할 수 있게 되었다.

그리고 어레이설치프레임(200)의 하측 일단에 구비하는 균형유지체(400)는 상기 태양전지어레이설치프레임(200)이 동,서 어느 한쪽으로 최대치 회전하여 기울어질 경우 상기 어레이설치프레임(200)의 중량이 일측으로 집중되어 와이어1,2에 상당한 부하가 인가되어 도시되지 않은 구동모터의 고장, 수명단축 등의 원인이 될 수 있었던 것을 감안하여 상기 어레이설치프레임(200)의 하측에 소정의 중량물로 만들어진 것으로서, 그 형태와 구조는 도시된 것 외에 아주 다양하게 구현할 수 있음은 물론이다.

또, 상기 태양전지어레이설치프레임(200) 및 태양전지모듈고정판(300)에 구비하는 각각의 와이어고리(220)와 하측 하부 지지대(100)에 구비하는 와이어안내수단을 통해 당김 및 풀림 작동되는 와이어1,2,10,20의 작동수단은 연속설치될 수 있는 타측의 태양광 추적식 에너지발전장치와 상호 연결시켜 다수의 태양광 추적식 에너지발전장치의 태양전지어레이설치프레임(200) 및 태양전지모듈고정판(300)을 동시에 작동할 수 있는 효율성이 제공될 뿐 아니라 복잡하고 고가인 첨단 3차원 구동장치로 된 기존과는 달리 완전 기계식 연속구동방법으로 저렴한 가운데 보다 효율적이고 완벽한 구동성을 제공할 수 있게 되었다.

또, 상기 와이어 로크장치(500)는 태풍과 같이 바람이 많이 불거나 눈이 많이 와서 적설량이 많을 때와 같은 경우 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 유동방지, 와이어 부하방지 등의 안정성을 기하기 위해 와이어1,2,10,20을 안전하게 록킹(locking) 할 수 있게 하는 것으로서, 이 또한 매우 중요한 구성이라 할 수 있다.

이상과 같이 상세히 살펴본 본 발명의 태양광 추적식 에너지발전장치는 은 태양전지어레이가 태양의 방위각과 고도와 항시 직각으로 향하게 추적하여 최대의 집광효율성을 얻을 수 있도록 할 뿐 아니라 보다 간단하고 저렴한 생산원가이면서도 아주 견고하고 안정된 구조체를 제공하는 등 그 기대되는 바가 실로 다대한 발명이다.

Claims

지상에 아주 견고히 안착/설치될 수 있도록 하는 삼각형 구조의 하부 지지대(100)를 구비하고, 그 상단에는 역삼각형 구조이면서의 태양전지어레이설치프레임(200)을 구비시키되, 상기 태양전지어레이설치프레임(200)은 하부 지지대(100)의 상단에 구비하고 회전축(50)에 연결하여 그 회전축(50)을 중심으로 매일 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 방위각에 따라 동,서로 회전할 수 있도록 함과 동시에 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에 각각의 모듈회전축(350)에 의해 계절의 변화와 설치장소의 위도에 따른 태양의 고도변화에 따라 남,북 방향으로 회전되는 다수개의 태양태양전지모듈고정판(300)가 각각 구비하여서 된 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 하부 지지대(100)는 위는 좁고 아래로는 넓은 견고한 지지구조인 삼각형이면서 계절의 변화와 설치장소의 위도에 따른 태양고도의 기울기 각도가 주어지도록 높이가 서로 다른 전,후방지지체(110,111)가 연결 구성되어 이루어지고, 그 상단에는 하나 이상의 베어링유닛(51)과 회전축(50)이 설치된 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항에 있어서,

하부 지지대(100)의 상단부 회전축(50)에 창작되는 상기 태양전지어레이설치프레임(200)은 견고한 역삼각형 지지구조를 가지며, 하측부는 상기 회전축(50)에 삽지 고정되어 회전축(50)의 기울기각과 동일하게 기울어진 상태로 동,서로 일정 반경 회전작동할 수 있도록 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에 설치되는 태양전지모듈고정판(300)은 태양광을 집광한 후 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 다수개의 태양전지모듈이 고정되고, 저면 횡방향으로는 회전축(350)을 구비하여 회전작동용 레버(310)의 조작에 의해 남,북 일정각도로 회전작동할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 양측에 하나 이상의 와이어고리(220)를 구비하는 한편, 이와 대응하는 하부 지지대(100)의 하단에는 와이어안내수단을 한개소 이상 구비시킨 후 그 와이어고리(220)와 와이어 안내수단(120)을 통해 와이어1(260), 와이어2(261)를 각각 결속/거치되게 하여 상기 와이어1(260), 와이어2(261) 중 어느 하나를 당김 혹은 풀림 작동할 경우 태양전지어레이설치프레임(200) 전체가 태양의 방위각에 따라 동,서로 일정각도 회전작동될 수 있게 하는 태양전지어레이설치프레임(200) 작동수단을 설치하여서 된 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항 또는 제4항에 있어서,

상기 태양전지모듈고정판(300)의 저면에 구비하는 회전작동용 레버(310)에 와이어고리(220)를 각각 구비하는 한편 이와 대응하는 하부 지지대(100)의 아래측에 와이어 안내수단(120)을 역시 각각 설치한 다음 그 와이어고리(220)와 와이어 안내수단(120)을 통해 와이어10(360), 와이어20(361)을 각각 결속/거치하여 상기 와이어10(360)과 와이어20(361) 중 어느 한 쪽의 것을 당기거나 풀림시 다수의 전지모듈이 동시에 계절에 따른 태양의 고도 변화에 따라 남,북으로 일정각도 회전작동될 수 있도록 한 전지모듈설치대 작동수단을 설치한 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 어레이설치프레임(200)의 하측 일단에 상기 태양전지어레이설치프레임 (200)의 회전작동시 일측으로 과도하게 편중되는 무게로 인한 불균형을 방지할 수 있도록 일정한 중량물이 충진된 균형유지체(400)를 설치한 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.
제 1항에 있어서.

상기 태양광 추적식 에너지발전장치 사이에 태풍과 같이 바람이 많이 불거나 눈이 많이 와서 적설량이 많을 때와 같은 비작동시에는 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 작동수단인 와이어1,2(260,261)를 안전하게 록킹(locking) 할 수 있게 하는 로크장치(500)를 별도 설치하는 것을 특징으로 한 태양광 추적식 에너지발전장치.