KR100727283B1 - 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법 - Google Patents

태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법 Download PDF

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최태원
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Abstract

본 발명은 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 바라보는 방향이 각각 다른 다수의 광 센서를 구비하고 구비된 광 센서들이 태양의 위치에 따라 서로 다른 광도를 감지하도록 한 태양광 감지기 및, 이를 이용함으로써 태양의 궤도 또는 고도 변화에 상응하여 태양전지의 위치를 변화시키도록 한 태양광 집광 장치 및 방법에 관한 것이다. 그리고 본 발명에서는 상기 태양의 고도를 측정하기 위하여 전동식 액츄에이터를 이용하거나 래크와 피니언을 이용한 자동식 또는 고정용 홀 및 걸림핀을 이용한 수동식 고도 추적 수단을 추가로 제시한다.
태양, 고도, 궤도, 추적, 태양전지, 광 센서, 광도, 감지

Description

태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법{a sunlight sensor, an apparatus and method for condensing sunlight using the sunlight sensor}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기의 정면도,
도 2는 도 1의 AA 방향에서 본 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 개략적인 외관을 보인 사시도,
도 4는 도 3의 일 측면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 고도 추적 수단을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 고도 추적 수단을 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 고도 추적 수단을 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 고도 추적 수단을 도시한 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장 치의 전기적인 블록 구성도,
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100 : 태양광 감지기 110 : 케이스
111 : 반구형 캡 113 : 밑판
113a : 나사공 113b : 케이블용 통공
113c : 이격대 130 : 센서모듈
131 : 광 센서 131a : 후광 센서
131b : 좌측광 센서 131c : 우측광 센서
133 : 센서 부착대 135 : 센서 받침대
150 : 케이블
200 : 태양광 집광 장치 210 : 태양전지판
220 : 전지판 받침대 221 : 연결대
230 : 회전축 231 : 톱니바퀴
233 : 받침대 234 : 지지대몸체
235 : 중간연결부 236 : 지지축
237 : 지지대 238 : 프레임
239 : 지지대 받침구 240 : 회전축 구동장치
241 : 궤도 추적용 모터 243 : 회전축 톱니바퀴
250 : 각도 조절봉 251 : 고정부
252 : 이동부 256 : 파이프
257 : 고정용 홀 258 : 걸림핀
260 : 각도 조절봉 구동장치
261 : 고도 추적용 모터 263 : 각도 조절봉 톱니바퀴
270 : 받침 케이스 280 : 결합봉
310 : 제어부 320 : 데이터 저장부
330 : 태양광 감지부 331 : 궤도 감지부
333 : 고도 감지부 340 : 모터 구동부
341 : 궤도 추적용 모터 구동부 343 : 고도 추적용 모터 구동부
360 : 태양광 발전부 361 : 전력변환부
363 : 축전부 365 : 집광부
본 발명은 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 태양의 궤도 또는 고도의 변화에 따라 태양전지판을 이동시킴으로써 집광 효율이 최대가 되도록 한 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전은 태양광을 전기에너지로 변환시키는 기술로써, 빛이 조사(照射)되면 광전효과에 의해 광 기전력을 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식인바, 그 시스템의 일반적인 구성은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과, 축전지 및 전력변환장치로 구성된다. 또한, 태양전지의 종류로는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌 광전지 및 아황산구리 광전지, 반도체 pn접합을 사용한 실리콘광전지 등이 있다.
한편, 이러한 태양광 발전의 장점으로는 에너지원이 청정하고 무제한인 자가 발전식이며, 유지/보수가 용이하고 무인화가 가능하다는 점이다. 그러나, 생산 효율이 석탄 및 석유와 같은 화석 연료를 이용한 발전보다 낮은 점은 차치하고라도, 전력생산량이 일사량에 따라 발전량의 편차가 심한 점이 문제점으로 지적되고 있다.
따라서, 상기와 같이 지적된 문제점을 해결하기 위한 한 방안으로써, 집광 효율을 최대로 하기 위해 태양전지를 고정식이 아닌, 태양의 궤도 변화에 따라 태양전지판이 움직이는 이동식 태양광 발전 장치가 도입되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바라보는 방향이 각각 다른 다수의 광 센서를 구비하고 구비된 광 센서들이 태양의 위치에 따라 서로 다른 광도를 감지하도록 한 태양광 감지기 및, 이를 이용함으로써 태양의 궤도 또는 고도 변화에 상응하여 태양전지의 위치를 변화시키도록 한 태양광 집광 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태양광 감지기는 태양광을 감지하는 광 센서; 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들을 방위를 달리한 채로 지지하는 센서 지지수단 및 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단을 포함하여 이루어진다.
또한, 태양광을 감지하는 광 센서; 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들을 방위를 달리한 채로 지지하는 센서 지지수단; 상기 태양광을 집광하는 태양전지판; 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단; 상기 받침수단의 방위를 조절하는 태양 궤도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 태양광을 감지하는 광 센서; 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들이 각각 방위를 달리한 채로 부착된 센서 지지수단; 상기 태양광을 집광하는 태양전지판; 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단; 상기 받침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치를 제공한다.
상기 태양광 집광 장치는 태양 고도 추적 수단과 태양 궤도 추적 수단을 모두 구비할 수 있으며, 이 때 상기 태양 고도 추적 수단은 래크와 피니언 또는 전동식 액츄에이터를 이용한 자동식이거나 또는 고정용 핀홀과 걸림핀을 이용한 수동식 각도조절봉 구동장치인 것을 특징으로 한다.
뿐만 아니라 상기 태양광 집광 장치는 태양 고도 추적 수단만을 구비할 수 있으며, 이 때 상기 태양 고도 추적 수단은 전동식 액츄에이터를 이용한 자동식 각도조절봉 구동장치 또는 고정용 핀홀과 걸림핀을 이용한 수동식 각도조절봉 구동장치가 각각 태양전지판을 지지하는 지지축과 함께 상기 태양전지판의 좌우 양 측면에 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광을 감지하는 광 센서, 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들을 방위를 달리한 채로 지지하는 센서 지지수단, 상기 태양광을 집광하는 태양전지판, 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단, 상기 받침수단의 방위를 조절하는 태양 궤도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치에서 상기 제어부에 의해 수행되며, (a) 상기 각 광 센서로부터 감지신호를 입력받는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호 중에서 미리 정해진 두 감지신호의 크기 차가 소정의 범위 이내인가를 판단하는 단계 및 (c) 상기 단계 (b)에서의 판단 결과, 미리 정해진 두 감지신호의 크기 차가 소정의 범위를 벗어나는 경우에는 크기가 작은 감지신호를 출력하는 광 센서가 가리키는 방위로 상기 받침수단의 방위를 조절하도록 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 태양광 집광 방법을 제공한다.
또한, 태양광을 감지하는 광 센서, 각 면이 경사진 삼각기둥 형태이며 각각의 외 측면에 상기 광 센서들을 부착하는 센서 지지수단, 상기 태양광을 집광하는 태양전지판, 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단, 상기 받 침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치에서 상기 제어부에 의해 수행되며, (a) 상기 각 광 센서로부터 감지신호를 입력받는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호들 간의 크기 차이가 소정의 범위 이내인지를 판단하는 단계 및 (c) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호들 간의 크기 차이가 소정의 범위를 벗어나는 경우에는 상기 받침수단이 지면과 소정의 각도를 갖도록 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 태양광 집광 방법을 제공한다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기의 정면도이며, 도 2는 도 1의 AA 방향에서 본 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 감지기(100)의 구성은 태양광을 감지하기 위한 센서모듈(130); 센서모듈(130)을 내장하는 케이스(110) 및 센서모듈(130)로 전원을 공급하거나 센서모듈(130)로부터 감지되는 광도에 상응하는 감지신호의 출력을 위한 케이블(150)을 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 케이스(110)는 센서모듈(130)이 설치되는 밑판(113)과 밑판(113)에 설치된 센서모듈(130)을 덮는 반구형 캡(111)으로 이루어지는바, 특히 밑판(113)에는 그 가장자리에 적어도 하나 이상의 고정용 나사공(113a)이 형성되고; 그 중심부에 센서모듈(130)과 연결되는 케이블(150)이 통과되기 위한 케이블용 통공(113b)이 형성되며; 그 중심부 주위로 소정의 길이만큼 밑판(113)의 상면 즉, 반구형 캡(111)이 씌워지는 면으로부터 돌출된 이격대(113c)가 형성되는바, 이 이격대(113c) 위로 센서모듈(130)이 놓이게 된다. 또한, 반구형 캡(111)은 그 표면에 각이 없는 투명 창인 것이 바람직한바, 센서모듈(130)은 이 투명 창을 통해 입사되는 태양광으로부터 광도를 감지하게 된다.
다음, 센서모듈(130)은 태양광을 감지하는 광 센서(131); 광 센서(131)가 부착되는 센서 부착대(133) 및 센서 부착대(133)를 받치는 센서 받침대(135)로 이루어지는바, 이 센서 받침대(135)가 이격대(113c) 위에 놓이게 된다. 여기서, 센서 부착대(133) 및 센서 받침대(135)는 광 센서(131)와 케이블(150)이 전기적으로 도통이 되도록 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하여 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 센서 부착대(133)는 밑면에서 윗면으로 갈수록 면적이 좁아지도록 각 면이 경사진 삼각기둥 형태이며, 그 밑면에 센서 받침대(135)에 놓이게 되고 각각의 측면에는 광 센서(131)가 부착되는바, 그에 따라 광 센서(131)는 세부적으로 후광 센서(131a), 우측광 센서(131c) 및 좌측광 센서(131b)로 구분된다. 즉, 상기와 같이 각각의 광 센서(131a 131b, 131c)가 서로 다른 방향을 향하도록 센서 부착대(133)의 각 측면에 부착되면, 태양의 위치에 따라서 각각 다른 광도를 감지하게 된다. 예를 들어, 태양이 우측광 센서(131c)와 마주보는 방향에 놓이게 되면, 다른 두 광 센서(131a, 131b)는 태양과 등지는 형태이므로 우측광 센서(131c)가 가장 큰 광도를 감지하게 된다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장 치의 외관을 보인 개략적인 사시도이며, 도 4는 도 3의 일 측면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 집광 장치(200)는 크게, 태양광을 집광하는 태양전지판(210)과 그 받침대(233); 전지판 받침대(220)의 방위를 조절 즉, 전지판 받침대(220)를 회전시키는 회전축(230)과 그 구동 장치(240); 전지판 받침대(220)과 지면의 각을 조절하는 각도 조절봉(250)과 그 구동장치(260) 및 회전축(230)과 그 구동 장치(240)를 지지하고, 전지판 받침대(220) 상면의 적소에 부착된 태양광 감지기(100)로부터 입력되는 감지신호에 의거하여 각도 조절봉 구동장치(260)와 회전축 구동장치(240)의 구동을 제어하는 전자장치가 내장되며, 태양광 감지기(100), 각도 조절봉 구동장치(260) 및 회전축 구동장치(240)의 구동 전원을 공급하는 전원 장치가 내장되는 받침 케이스(110)를 포함하여 이루어진다. 도시하지는 않지만, 태양광 감지기(100), 각도 조절봉 구동장치(260) 및 회전축 구동장치(240)와 받침 케이스(110)에 내장된 전자장치 및 전원장치 간에는 각각 유선으로 연결됨은 자명한 사실이다.
전술한 구성에서, 전지판 받침대(220)는 그 저면에 연결대(221)가 형성되는바, 결합봉(280)에 의해 회전축(230)과 결합이 된다.
다음, 회전축 구동장치(240)는 회전축(230)을 회전시키는 회전축 톱니바퀴(243)와 이를 구동시키는 궤도 추적용 모터(241)를 포함하여 이루어지는데, 회전축(230) 하단 둘레로 형성된 톱니바퀴(231)가 회전축 톱니바퀴(243)와 맞물리게 된다.
다음, 회전축(230)의 일 측면에는 각도 조절봉 구동장치(260)와 각도 조절 봉(250)을 받치는 받침대(233)가 형성된다.
다음, 각도 조절봉(250)은 각도 조절봉(250)을 상하로 구동시키는 각도 조절봉 톱니바퀴(263)와 이를 구동시키는 고도 추적용 모터(261)를 포함하여 이루어지는바, 특히 각도 조절봉(250)은 스크류 잭(screw jack)으로 구현됨이 바람직하다.
다음, 궤도 추적용 모터(241) 및 고도 추적용 모터(261)는 일반적인 DC모터 또는 유압모터로 구현될 수 있을 것이다.
한편, 도 1 및 도 2를 통해 설명된 본 발명에 따른 태양광 감지기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 용도에 따라 두 개가 전지판 받침대(220) 상면에 설치되는바, 상단 부위에 설치되는 태양광 감지기(100)는 태양의 궤도 감지용(이하 태양 궤도 감지기(100a)이며, 중간 부위의 가장자리에 설치되는 태양광 감지기(100)는 태양의 고도 감지용(이하 태양 고도 감지기(100b))이다. 특히, 태양 궤도 감지기(100a) 및 태양 고도 감지기(100b)는 전지판 받침대(220)에 고정됨에 있어서, 그 후광 센서(131a)가 태양전지판(210)의 후방을 향하도록 한다.
전술한 바에 따라 태양광 집광 장치(200)의 개략적인 작동 원리를 살펴보면, 태양 궤도 감지기(100a)의 후광 센서(131a)에서 감지되는 광도가 다른 두 광 센서(131b, 131c)에서 감지되는 광도보다 큰 경우 즉, 태양이 태양전지판(210)의 후방에 있는 경우에는 회전축(230)이 미리 정해진 각도 예를 들어, 180도 회전하게 된다. 한편, 태양 궤도 감지기(100a)의 좌측광 센서(131b)에서 감지되는 광도가 우측광 센서(131c)에서 감지되는 광도보다 작은 경우에는 회전축(230)이 소정의 각도 즉, 센서 부착대(133)에서 우측광 센서(131c)와 좌측광 센서(131b)가 부착된 양 측 면의 모서리 부위가 태양과 마주하기 위한 각도로 회전하게 된다. 이때, 회전 방향은 반시계 방향이 될 것이다.
다음으로, 광 센서는 태양과의 각 즉, 입사각이 90도인 경우에 감지되는 광도가 가장 큰 것은 주지된 사실인바, 태양 고도 감지기(100b)의 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)에서 감지되는 광도의 차이가 미리 정해진 범위를 벗어나게 되는 경우에는 각도 조절봉(250)의 높낮이가 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)에서 감지되는 광도의 차이기 미리 정해진 범위에 들도록 조정된다. 예를 들어, 후광 센서(131a)에서 감지되는 광도가 다른 두 광 센서(131b, 131c)보다 작은 경우에는 각도 조절봉 구동장치(260)에 의해 각도 조절봉(250)이 아래로 내려가게 될 것이다.
여기서, 태양과의 입사각을 90도로 맞추기 위해서는 전술한 바와 같은 태양 고도 감지기(100b)를 이용할 수도 있으나, 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 전술한 태양 고도 감지기(100b)에 따르면, 센서 부착대(133)의 각 측면에 부착된 광 센서가 태양의 고도를 감지하였으나 이 구조를 변경하여 센서 부착대(133)의 상면에 하나의 광 센서를 부착하여 태양의 고도를 감지할 수도 있을 것이다. 또한, 태양 고도 감지기(100b) 없이 태양 궤도 감지기(100a)를 이용할 수도 있는바, 우측광 센서(131c)와 좌측광 센서(131b)에서 감지되는 각각의 광도가 일치되도록 회전축(230)이 조절되고 난 후, 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)에서 감지되는 각각의 광도가 일치되도록 각도 조절봉(250)의 높낮이가 조절될 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집광 장치(200)의 태양 고도 추적 수단을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 태양 고도 추적 수단은 태양전지판(210)의 중앙부 일 측의 프레임(238)을 체결 지지하는 지지대(237)가 일체로 형성된 지지대몸체(234), 상기 지지대몸체(234)에 체결 고정되며 상기 태양전지판(210)이 고정 결합된 상기 지지대몸체(234)를 상하방향으로 회전시켜 고도를 조절하기 위한 각도조절봉 구동장치(260), 및 상기 각도조절봉 구동장치(260)를 고정하며 상기 지지대몸체(234)의 하부와 힌지 결합되는 지지대 받침구(239)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 각도조절봉 구동장치(260)는 전동식 액츄에이터로서 직경이 큰 실린더로 이루어진 고정부(251)와 상기 고정부(251)의 내부 길이방향으로 신축가능한 직경이 작은 실린더로 된 이동부(252)로 구성되며, 상기 이동부(252)의 끝단은 상기 지지대몸체(234)에 고정 결합된 중간연결부(235)와 힌지 결합되어 상기 이동부(252)의 직진운동에 의하여 상기 중간연결부(235), 지지대몸체(234), 및 지지대(237)를 회전시켜 최종적으로 상기 지지대(237)에 고정된 태양전지판(210)이 상하로 각도가 자동 조절되는 원리로 작동된다. 한편, 상기 태양광 집광 장치(200)의 궤도 조절을 위한 구성은 회전축(230)의 받침대(233)의 하부 일 측에 설치되며, 그 작동방식은 앞의 도 4에 도시된 구성의 그것과 동일하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집광 장치(200)의 태양 고도 추적 수단을 도시한 것이다. 상기 태양 고도 추적 수단은 앞서 도 5에 도시된 구성에서 각도조절봉 구동장치(260)가 전동식 액츄에이터 대신 고정용 홀(257)이 일정간격 천공된 파이프(256)로 대체되어 있는 구성이며, 위 수단의 작동방식은 태양광 의 고도에 맞추어 상기 파이프(256)에 천공된 고정용 홀(257)에 걸림핀(258)을 끼워서 수동으로 적당한 각도가 조절되는 것이다. 그리고 상기 태양전지판(210)의 궤도조절은 앞서 도시한 도 5에서의 구성 및 방식과 동일하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집광 장치(200)의 태양 고도 추적 수단을 도시한 것이다. 상기 태양 고도 추적 수단은 전동식 액츄에이터를 채용한 각도조절봉 구동장치(260)가 태양전지판(210)의 좌우 양 측면에 고정 설치되는 구성이며, 상기 각도조절봉 구동장치(260)를 고정하고 상기 태양전지판(210)을 지지하는 지지축(236)이 각각 좌우 양 측면에 고정 형성된다. 상기 고도 추적 수단의 작동방식은 상기 지지축(236)과 태양전지판(210)의 체결부에 구비된 고도 감지기(100b)에서 감지된 태양의 고도에 따라 태양전지판(210)의 양 측에 설치된 상기 전동식 액츄에이터의 이동부(252)의 길이방향으로 변위가 조절됨으로써 태양전지판(210)의 상하방향의 각도가 자동으로 조절되는 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집광 장치(200)의 태양 고도 추적 수단을 도시한 것이다. 상기 태양 고도 추적 수단은 앞서 도 7에 도시된 구성에서 각도조절봉 구동장치(260)가 전동식 대신 고정용 홀(257)이 일정간격 천공된 파이프(256)로 대체되어 있는 구성이며, 위 수단의 작동방식은 태양광의 고도에 맞추어 수동으로 상기 파이프(256)에 천공된 고정용 홀(257)에 걸림핀(258)을 끼워서 수동으로 각도를 조절하는 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 감지기를 이용한 태양광 집광 장치의 전기적인 블록 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 집광 장치(100)의 전기적인 구성은 크게, 광도를 감지하여, 그에 상응하는 감지신호를 출력하는 태양광 감지부(330); 궤도 추적용 모터(241)와 고도 추적용 모터(261)를 구동시키는 모터 구동부(340); 태양광 감지부(330)에서 감지되는 광도에 따른 궤도 추적용 모터(241) 및 고도 추적용 모터(261)의 회전 방향과 회전 정도에 대한 데이터가 저장되는 데이터 저장부(320) 및 태양광 감지부(330)로부터 입력되는 감지신호에 의거하여 모터 구동부(340)를 제어하는 제어부(310)를 포함하여 이루어진다. 이외에도, 태양광 집광 장치(100)에는 각 부에 구동 전원을 공급하는 태양광 발전부(360)가 더 구비될 수 있을 것이다.
전술한 구성에서, 태양광 감지부(330)는 태양의 궤도를 감지하는 궤도 감지부(331)와 태양의 고도를 감지하는 고도 감지부(333)를 포함하는바, 전술한 바에 따른 태양 궤도 감지기(100a) 및 태양 고도 감지기(100b)와 그 주변회로 소자로 구현될 수 있다.
다음, 모터 구동부(340)는 궤도 추적용 모터(241)를 구동시키는 궤도 추적용 모터 구동부(341)와 고도 추적용 모터(261)를 구동시키는 구도 추적용 모터 구동부(343)를 포함하여 이루어진다.
다음, 태양광 발전부(360)는 태양광을 집광하는 집광부(365)와, 집광부(365)에서 집광되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전하는 축전부(363)와, 축전부(363)의 전기 에너지의 전력을 변환하는 전력변환부(361)를 포함하여 이루어지는바, 특히 집광부(365)는 태양전지 및 그 주변회로 소자로 구현될 수 있다.
다음, 제어부(310)는 마이컴으로 구현될 수 있으며, 데이터 저장부(320)는 메모리로 구현될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광 방법을 나타내기 위한 흐름도인바, 전술한 바에 따른 태양 궤도 감지기(100a)를 이용함은 물론, 주체는 제어부(310)임을 밝혀둔다.
먼저, 단계 S11에서는 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)에서 감지된 광도에 상응하는 감지신호를 궤도 감지부(331)로부터 입력받고, 단계 S13에서는 입력되는 감지신호들의 크기를 비교한다.
다음, 단계 S15에서는 후광 센서(131a)로부터 입력된 감지신호의 크기가 다른 광 센서(131b, 131c)로부터 입력된 감지신호보다 큰지를 판단한다.
단계 S15에서의 판단 결과, 후광 센서(131a)로부터 입력된 감지신호의 크기가 가장 큰 경우에는 단계 S17로 진행하여 태양전지판(210)이 180도 회전되도록 궤도 추적용 모터 구동부(341)를 제어한 후 단계 S13으로 복귀한다.
반면, 단계 S15에서의 판단 결과, 후광 센서(131a)로부터 입력된 감지신호의 크기가 좌측광 센서(131b) 또는 우측광 센서(131c)보다 작은 경우에는 단계 S19로 진행한다.
다음, 단계 S19에서는 좌측광 센서(131b)로부터 입력된 감지신호와 우측광 센서(131c)로부터 입력된 감지신호의 크기 차이가 미리 정해진 범위 이내인가를 판단한다.
단계 S19에서의 판단 결과, 좌측광 센서(131b)로부터 입력된 감지신호와 우 측광 센서(131c)로부터 입력된 감지신호의 크기 차이가 미리 정해진 범위 이내인 경우에는 단계 S21로 진행하여 미리 정해진 시간 예를 들어, 10분 동안 태양전지판(210)의 궤도가 고정되도록 궤도 추적용 모터 구동부(341)를 제어한 후 단계 S13으로 복귀한다.
반면, 단계 S19에서의 판단 결과, 좌측광 센서(131b)로부터 입력된 감지신호와 우측광 센서(131c)로부터 입력된 감지신호의 크기 차이가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우에는 데이터 저장부(320)를 참조하여 태양전지판(210)이 미리 정해진 각도 및 방향으로 회전되도록 궤도 추적용 모터 구동부(341)를 제어한 후 단계 S13으로 복귀한다.
한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집광 방법을 나타내기 위한 흐름도인바, 전술한 바에 따른 태양 고도 감지기(100b)를 이용함은 물론, 주체는 제어부(310)임을 밝혀둔다.
먼저, 단계 S31에서는 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)에서 감지된 광도에 상응하는 감지신호를 고도 감지부(333)로부터 입력받고, 단계 S33에서는 입력되는 감지신호들의 크기를 비교한다.
다음, 단계 S35에서는 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)로부터 입력된 감지신호들의 크기 차가 미리 정해진 범위 이내인가를 판단한다.
단계 S35에서의 판단 결과, 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)로부터 입력된 감지신호들의 크기 차가 미리 정해진 범위 이내인 경우에는 단계 S37로 진행하여 미리 정해진 시간 예를 들어, 10분 동안 태양전지판(210)의 고도가 고정되도록 고 도 추적용 모터 구동부(343)를 제어한 후 단계 S33으로 복귀한다.
반면, 단계 S35에서의 판단 결과, 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c)로부터 입력된 감지신호들의 크기 차가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우 즉, 각각의 광 센서(131a, 131b, 131c) 상호 간의 감지되는 광도가 다른 경우에는 데이터 저장부(320)를 참조하여 태양전지판(210)이 미리 정해진 고도를 갖도록 고도 추적용 모터 구동부(343)를 제어한 후 단계 S33으로 복귀한다.
본 발명의 태양광 감지기 및 이를 이용한 태양광 집광 장치 및 방법은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 태양의 고도를 추적하고자 하는 경우에는 지역마다 태양의 고도가 일정한 점을 감안하여 전술한 바와 같은 태양광 감지기(100)를 이용하지 않을 수도 있을 것이다. 또는 태양광의 고도와 궤도를 분리하여 독립적으로 조절할 수도 있을 것이다. 즉, 계절별로 그에 상응하는 태양의 고도 값이 데이터 저장부(320)에 저장됨으로써, 이에 따라 제어부(310)는 데이터 저장부(320)를 참조하여 태양 전지판(210)이 미리 정해진 고도를 갖도록 고도 추적용 모터 구동부(343)을 제어할 수도 있을 것이다. 또한, 태양의 궤도가 정북쪽을 제외한 방위인 점을 감안한다면, 태양전지판(210)이 북쪽 방향을 등지고 설치되는 경우에는 태양광 감지기(100)에 후광 센서(131a)가 없어도 그에 따른 태양광 집광 장치(200)의 위치 추적 기능은 정확하게 수행될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 태양광 감지기에 따르면, 바라보는 방 향이 각각 다른 다수의 광 센서를 구비하고, 구비된 광 센서들이 태양의 위치에 따라 서로 다른 광도를 감지하도록 함으로써, 이렇게 각각의 광 센서에서 감지된 값을 이용시 전(全) 방위각에 걸쳐 태양의 정확한 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이상에서 설명한 바와 같은 태양광 감지기 이용한 태양광 집광 장치 및 방법에 따르면, 태양의 궤도 또는 고도 변화에 상응하여 태양전지의 위치를 적절히 변화시킴으로써 최대의 태양광 발전 효율을 제공하는 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 삭제
  2. 태양광을 감지하는 광 센서;
    각 면이 경사진 삼각기둥 형태이고, 각각의 외측면에는 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들이 각각 방위를 달리한 채로 부착되는 센서 지지수단; 및
    상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 감지기.
  3. 제 2항에 있어서,
    표면의 적어도 일부가 투명 창이고, 상기 센서 지지수단을 덮는 반구형 캡이 더 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 감지기.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 광 센서는 태양의 궤도 추적용인 것을 특징으로 하는 태양광 감지기.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 광 센서는 태양의 고도 추적용인 것을 특징으로 하는 태양광 감지기.
  6. 태양광을 감지하는 광 센서;
    각 면이 경사진 삼각기둥 형태이고, 각각의 외측면에는 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들이 각각 방위를 달리한 채로 부착되는 센서 지지수단;
    상기 태양광을 집광하는 태양전지판;
    상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단;
    상기 받침수단의 방위를 조절하는 태양 궤도 추적 수단 및
    상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 받침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단을 더 구비하되,
    상기 제어부는 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 태양 고도 추적 수단은 래크와 피니언을 이용한 각도조절봉 자동식 구동장치인 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 태양 고도 추적 수단은 전동식 액츄에이터를 이용한 자동식 각도조절봉 구동장치인 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 태양 고도 추적 수단은 고정용 홀과 걸림핀을 이용한 수동식 각도조절봉 구동장치인 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  11. 삭제
  12. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면의 적어도 일부가 투명창이고, 상기 센서 지지수단을 덮는 반구형 캡이 더 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 센서, 상기 태양 궤도 추적 수단, 상기 태양 고도 추적 수단 및 상기 제어부는 상기 태양전지판으로부터 구동 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  14. 태양광을 감지하는 광 센서;
    각 면이 경사진 삼각기둥 형태이고, 각각의 외측면에는 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들이 각각 방위를 달리한 채로 부착되는 센서 지지수단;
    상기 태양광을 집광하는 태양전지판;
    상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단;
    상기 받침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단 및
    상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서,
    표면의 적어도 일부가 투명창이고, 상기 센서 지지수단을 덮는 반구형 캡이 더 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  17. 제 14항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 광 센서, 상기 태양 고도 추적 수단 및 상기 제어부는 상기 태양전지판으로부터 구동 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 태양 고도 추적 수단은 상기 태양전지판을 지지하는 지지축 및 전동식 액츄에이터를 이용한 자동식 각도조절봉 구동장치가 각각 상기 태양전지판의 좌우 양측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 태양 고도 추적 수단은 상기 태양전지판을 지지하는 지지축 및 고정용 홀과 걸림핀을 이용한 수동식 각도조절봉 구동장치가 각각 상기 태양전지판의 좌우 양측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 장치.
  20. 태양광을 감지하는 광 센서, 적어도 둘 이상의 상기 광 센서들을 방위를 달리한 채로 지지하는 센서 지지수단, 상기 태양광을 집광하는 태양전지판, 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단, 상기 받침수단의 방위를 조절하는 태양 궤도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치에서 상기 제어부에 의해 수행되며,
    (a) 상기 각 광 센서로부터 감지신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호 중에서 미리 정해진 두 감지신호의 크기 차가 소정의 범위 이내인가를 판단하는 단계 및
    (c) 상기 단계 (b)에서의 판단 결과, 미리 정해진 두 감지신호의 크기 차가 소정의 범위를 벗어나는 경우에는 크기가 큰 감지신호를 출력하는 광 센서가 가리키는 방위로 상기 받침수단의 방위를 조절하도록 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 태양광 집광 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 센서 지지수단은 각 면이 경사진 삼각기둥 형태이고, 각 측면에는 상기 광 센서가 부착되며, 어느 하나의 측면이 상기 받침수단의 후방을 향하도록 하되,
    (d) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호 중에서 상기 받침수단의 후방을 향하도록 된 상기 센서 지지수단의 측면에 부착된 광 센서로부터 입력되는 감지신호가 다른 감지신호들보다 큰 경우에는 상기 받침수단을 180도 회전하도록 상기 태양 궤도 추적 수단을 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 집광 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 받침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단을 더 구비하되,
    (e) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호들 간의 크기 차이가 소정의 범위 를 벗어나는 경우에는 상기 받침수단이 지면과 소정의 각도를 갖도록 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 집광 방법.
  23. 태양광을 감지하는 광 센서, 각 면이 경사진 삼각기둥 형태이며 각각의 외 측면에 상기 광 센서들을 부착하는 센서 지지수단, 상기 태양광을 집광하는 태양전지판, 상기 태양전지판과 상기 센서 지지수단이 탑재되는 받침수단, 상기 받침수단과 지면의 각도를 조절하는 태양 고도 추적 수단 및 상기 각각의 광 센서들에서 감지된 광도 값에 의거하여 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 태양광 집광 장치에서 상기 제어부에 의해 수행되며,
    (a) 상기 각 광 센서로부터 감지신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호들 간의 크기 차이가 소정의 범위 이내인지를 판단하는 단계 및
    (c) 상기 단계 (a)에서 입력되는 감지신호들 간의 크기 차이가 소정의 범위를 벗어나는 경우에는 상기 받침수단이 지면과 소정의 각도를 갖도록 상기 태양 고도 추적 수단을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 태양광 집광 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 센서 지지수단은 어느 하나의 측면이 상기 받침수단의 후방을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광 방법.
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