KR100819861B1 - 태양광 추적장치 - Google Patents

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KR100819861B1
KR100819861B1 KR1020070038173A KR20070038173A KR100819861B1 KR 100819861 B1 KR100819861 B1 KR 100819861B1 KR 1020070038173 A KR1020070038173 A KR 1020070038173A KR 20070038173 A KR20070038173 A KR 20070038173A KR 100819861 B1 KR100819861 B1 KR 100819861B1
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central control
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motor
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KR1020070038173A
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정동수
이대웅
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다울이엔씨(주)
정동수
이대웅
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Abstract

본 발명은 기온, 기후, 풍속, 습도 및 기타 여러 악조건의 상황에서도 내구성을 유지하면서 파손 우려를 해소할 수 있는 구조의 태양광 추적장치를 제공한다.
본 발명의 태양광 추적장치는 대형의 태양전지 패널(101)을 틸트 및 회동시켜 태양광을 추적하되, 상기 패널이 틸트 및 회동 가능하게 결합된 복수개의 본체부(100, 100a); 상기 본체부에 각각 설치된 배터리충전, 전원관리, 통신, 모터구동제어, 히터제어를 위한 전자회로적 구성의 로컬제어유닛(102); 상기 로컬제어유닛에 연결되어 전력 집결을 관리하는 중앙제어유닛(200); 상기 중앙제어유닛에 연결되어 일사계, 풍속계, 풍향계, 통신모듈을 지주 상부에 설치한 계측유닛(500); 상기 중앙제어유닛에서 집결된 발전 전력을 전달받아 외부 발전시스템으로 송급하는 전력타워(400); 상기 중앙제어유닛에 연결되어 원격 모니터링을 수행하는 모니터링유닛(300)을 포함한다.
태양광, 추적, 수평모터, 수직모터, 롤러, 원호레일, 랙, 피니언

Description

태양광 추적장치 {Solar tracker}
도 1은 종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 추적장치를 위한 발전시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양광 추적장치의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 확대 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 회전지지휠의 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 추적장치의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 태양광 추적장치를 이용한 발전시스템의 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 100a : 본체부 101 : 패널
102 : 로컬제어유닛 200 : 중앙제어유닛
300 : 모니터링유닛 400 : 전력타워
500 : 계측유닛 700 : 카메라장치
본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 태양의 위치를 추적해 보다 많은 태양광 에너지를 얻을 수 있어 발전효율을 도모하고, 여러 환경적인 악조건에도 내구성과 작동 신뢰성을 갖는 태양광 추적장치에 관한 것이다.
일반적인 태양광 추적장치는 태양의 일조량 또는 일사량 변화에 따라 효율적으로 전력을 발전시키는 이동식과, 비교적 안정된 구조이지만 효율이 떨어지는 고정식이 있다.
여기서, 일사량(日射量)은 태양에서 오는 빛의 복사(輻射)를 일사라 하고, 이런 일사를 물리량으로 계측한 것을 의미한다.
일사량은 태양광선에 직각으로 놓은 1㎠의 넓이에 1분 동안의 복사량으로 측정하고, 일사계에 의해 계측 가능하다.
일사계에는 태양을 비롯한 전천(全天)으로부터 수평면에 도달하는 일사량을 측정하는 전천일사계(global pyranometer)와, 직접 태양으로부터만 도달하는 일사량을 측정하는 직달일사계(直達日射計)의 두 종류가 있다.
가장 널리 사용되는 것은 전천일사계이다. 전천일사계는 열전쌍(熱電雙)을 이용한 에플리(eppley)일사계와 바이메탈을 이용한 로비치(robitzsch)일사계가 있다.
이런 일사계에 의한 측정값은 일사량 단위(ly), 즉 랑그리(langley)로 표시 되거나, 보통 1분 동안에 단위면적(㎠)에서 받는 칼로리(cal), 즉 보통 수평면 1㎠당의 칼로리(cal/㎠)로 나타낸다.
종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치는 고정식과 이동식이 있다.
예컨대 종래 기술의 이동식 발전장치는 일본국 특허 공개번호 제2002-299673호에 개시되어 있는 것으로서, 상시 태양을 추적하도록 태양전지 패널을 동작시키도록 되어 있는 양축 구동 장치를 갖는다.
즉, 종래의 태양광을 이용한 발전장치는 설치용 베이스판(1)에서 돌출된 종축과 같은 중앙기둥부재(2)에 설치된 수평대(3)와; 상기 수평대(3)의 좌, 우측에 고정된 베어링판의 횡축(4)을 통해 회전 가능하게 설치된 태양전지 패널(5)과; 제1구동모터(6)의 출력샤프트에 설치된 구동기어와 상기 횡축에 설치된 피동기어 사이에 삽입된 제1감속기어부(7)와; 상기 수평대(3)의 회동을 위한 제2구동모터(8)의 구동샤프트에 설치된 제2구동기어와 제2피동기어 사이에 삽입된 제2감속기어부(9) 및; 모터제어수단(10)을 포함한다.
모터제어수단(10)은 태양전지 패널(5)을 틸트(tilt)시키거나 되돌려(revert) 놓는 기능을 수행하면서, 거의 180도 범위 내에서 수평대(3)를 회동시켜, 미리 정해진 시간동안 태양전지 패널(5)로 하여금 태양을 추적하게 제어한다.
그러나, 종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치는 소규모 태양광 발전용으로서, 자연 에너지 이해를 도모하기 위한 학생들의 자연 학습장이나, 수질개선 등의 자연 및 환경 친화적인 생태공원조성, 낙도, 산간오지 등의 자가발전 및, 담수호, 방조제, 해안, 해수용장, 등의 유원지나 공원 또는 주변의 관광지에 적합할 뿐, 중규모 또는 대규모 태양광 발전 시스템으로서 해결해야 할, 대형 구조물로서의 작동 효율성, 해당 국가의 자연환경, 기온, 기후, 풍속, 습도 및 기타 여러 악조건의 상황에서도 내구성을 유지하면서 파손 우려를 해소할 수 있는 수단을 구비하지 못하여, 대규모 태양광 발전 시스템으로서 사용하기 어려운 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치는 모니터링 수단을 구비하여 못하여, 원격지 설치가 불가능한 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치는 횡축(가로방향) 또는 종축(세로방향)을 기준으로 소형의 태양전지 패널을 회동 또는 틸트시킬 수 있는 구조로 제작되어 있기 때문에, 가로 12미터, 세로 8.5미터로서 대형의 태양전지 패널(이하, '패널'이라 칭함)을 회동 또는 틸트시킬 경우, 풍속, 자중 등의 영향을 많이 받아, 정적 또는 동적 구조의 안전성을 확보하기 어렵고, 경량을 유지하면서도 견고하고 안정된 정적 또는 동적 구조를 유지할 수 없는 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광을 이용한 발전장치는 횡축과 직결된 기어를 모터 구동력으로 회동시키도록 구성되어 있기 때문에, 바람 등이 불어오는 상황에서 틸트 및 회동이 이루어질 경우, 횡축 및 해당 기어에 상대적으로 많은 토크가 가해져서 기구학적으로 불안전해지는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기온, 기후, 풍속, 습도 및 기타 여러 악조건의 상황에서도 수년 또 는 수십년간 내구성을 유지하면서 파손 우려를 해소할 수 있는 구조의 태양광 추적장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 가로 12미터, 세로 8.5미터와 같은 패널을 태양광의 방향을 따라 틸트 및 회동시킬 때, 종축(세로방향)과 횡축(가로방향)동적 안정성을 확보할 수 있는 태양광 추적장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 원격지에서 관리 가능한 대규모 태양광 발전 시스템에서 사용 가능한 태양광 추적장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들은 대형의 태양전지 패널을 틸트 및 회동시켜 태양광을 추적하는 태양광 추적장치에 있어서, 상기 패널이 틸트 및 회동 가능하게 결합된 복수개의 본체부; 상기 본체부에 각각 설치된 배터리충전, 전원관리, 통신, 모터구동제어, 히터제어를 위한 전자회로적 구성의 로컬제어유닛; 상기 로컬제어유닛에 연결되어 전력 집결을 관리하는 중앙제어유닛; 상기 중앙제어유닛에 연결되어 일사계, 풍속계, 풍향계, 통신모듈을 지주 상부에 설치한 계측유닛; 상기 중앙제어유닛에서 집결된 발전 전력을 전달받아 외부 발전시스템으로 송급하는 전력타워; 상기 중앙제어유닛에 연결되어 원격 모니터링을 수행하는 모니터링유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치에 의해서 달성된다.
이하, 첨부한 도 2와 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 태양광 추적장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예
도면에서, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 추적장치를 위한 발전시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 태양광 추적장치의 분리 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 확대 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 회전지지휠의 평면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 태양광 추적장치의 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 추적장치의 본체부(100, 100a)는 태양광 발전이 용이한 평지, 벌판 등과 같은 태양광발전 지역에서 복수개로 배열되어 있되, 각각 가로 12미터, 세로 8.5미터와 같은 패널(101)을 각각 구비한다.
또한, 본체부(100, 100a)는 해당 회동부와 틸트부가 하나의 모듈 프레임 형식으로 시공되어, 설치 과정에서 모듈 프레임 재가공이 필요 없는 이점을 갖는다.
또한, 태양광 추적장치의 본체부(100, 100a)는 해당 틸트부 및 회동부 내에 각각 히터를 장착하여 겨울철 동파 방지 기능을 수행하도록 되어 있다.
틸트부 및 회동부에는 로컬제어유닛(102)에 접속된 각도센서가 더 구비되어 있다.
틸트부는 남, 북 방향으로 패널(101)을 각도 15에서 70도의 틸트 각도 범위 내에서 틸트시키는 역할을 담당한다.
회동부는 동, 서 방향으로 패널(101)을 회동 각도 기준점에서 270도의 회동 각도 범위 내에서 회동시키는 역할을 담당한다.
틸트부와 회동부의 작동은 태양광의 방향에 따라 동시에 이루어져 태양광을 추적하게 된다.
또한, 본체부(100, 100a)는 자체 제어기인 로컬제어유닛(102)을 각각 구비한다.
각각의 로컬제어유닛(102)은 통상의 유선통신망을 통해 상호 통신 가능하게 중앙제어유닛(200)과 결합되어 있다.
또한, 로컬제어유닛(102)은 상기 유선통신망과 병행하여 설치된 전원공급망을 통해 패널(101)로부터 발생된 발전 전력을 중앙제어유닛(200)을 경유하여 전력 송신 설비인 에게 전달하도록 결합되어 있다.
중앙제어유닛(200)은 복수개의 로컬제어유닛(102)의 발전 전력의 집결 관리를 수행한다.
전력타워(400)는 중앙제어유닛(200)과 연결되어 있다. 전력타워(400)는 중앙제어유닛(200)에서 집결된 발전 전력을 전달받아 외부 발전시스템으로 송급하는 역할을 담당한다.
중앙제어유닛(200)에는 전천일사계와 같은 일사계(501)와, 풍속계(502)와, 풍향계(503)와, 통신모듈(504)을 지주 상부에 설치한 계측유닛(500)이 연결되어 있다. 통신모듈(504)은 중앙제어유닛(200)과 통신하여, 상기 일사계(501)와, 풍속계(502)와, 풍향계(503)에서 계측한 계측값을 중앙제어유닛(200)에게 전달한다.
중앙제어유닛(200)은 전달받은 계측값을 토대로 본체부(100, 100a)별 작동 경로 추종을 위한 지령값을 연산하고, 각각의 지령값을 해당 로컬제어유닛(102)에 게 전송하여 제어를 수행한다.
중앙제어유닛(200)은 지역적인 고려와 함께 개별 추적에 필요한 천문학적 데이터를 기초로 추적 이동을 예측하고, 상기 계측값을 상기 추적 이동 예측의 보정값으로 사용하여 더욱 정밀한 태양광 추적을 실현함과 함께 매일의 일사량 변화, 풍향, 풍속 변화에 대응하게 작동 제어를 구현한다.
예컨대, 중앙제어유닛(200)은 하늘의 먹구름시에 각도 5도로 패널(101)을 유지시켜 작은 광양을 추적하도록 하여 발전효율을 극대화시키는 기능도 수행한다.
각각의 로컬제어유닛(102)은 중앙제어유닛(200)과의 구별된 통신을 위해, 개별적인 식별코드 내지 주소를 갖고 있고, 이것을 이용하여 구별이 가능하다.
로컬제어유닛(102)은 추적 작동에 사용되는 전원을 확보하기 위해 자체 배터리 및 충전장치를 구비하고 있고, 패널(101)에서 축전한 전력 일부를 자체 배터리에서 사용하도록 구성된다.
로컬제어유닛(102)은 본체부(100, 100a)의 틸트부 및 회동부의 작동 및 제어에 실질적으로 관여하는 로컬 컨트롤러로서, 중앙제어유닛(200)과의 통신을 통해 중앙제어 및 모니터링이 가능하게 구성된다.
이런 로컬제어유닛(102)은 틸트 및 회동 기능, 온도감지 기능, 통신 기능, 원격제어 기능을 수행하도록 통상의 배터리충전모듈, 전원관리모듈, 통신모듈, 모터구동제어모듈(motor driving control module), 히터제어모듈, 와치독모듈(watch dog module)을 비롯한 제반적인 기능의 전자회로적 구성을 갖는다.
예컨대, 배터리충전모듈은 패널(101)로부터 집전된 발전 전원 일부를 자체 배터리에 충전하는 기능을 수행한다.
또한, 전원관리모듈은 자체 배터리로부터 각각의 모듈에게 회로 전원을 분배하는 역할과, 자체 배터리에 충전하고 남은 발전 전원을
또한, 모터구동제어모듈은 평상시 틸트부 및 회동부를 작동시켜 동에서 서 또는 남에서 북으로 태양광을 추적하되, 미리 사전에 프로그램된 경로를 따라 태양광을 추적하거나, 상기 중앙제어유닛(200)에 의해 연산된 추적 이동 예측 지령치에 의해 태양광을 추적하거나, 상기 계측유닛(500)으로부터 계측된 계측값을 고려하여 보정값에 의해 태양광을 추적한다.
특히 모터구동제어모듈은 풍향, 풍속 변화에 대응하게 작동 제어를 구현하도록, 풍속 80km/h(22m/sec) 이상 시, 태양광 추적을 임시 중단한 대신, 각도 5도 상태로 패널(101)을 강제 유지시켜, 와류 현상이 발생되지 않게 하여 풍속에 의한 피해를 최소화시키는 특유의 작동을 수행한다.
또한, 히터제어모듈은 온도감지센서가 미리 정해진 온도 이하로 감지될 경우, 틸트부 및 회동부 내의 히터를 각각 작동시켜 겨울철 동파 방지 기능을 제한적으로 수행한다.
또한, 통신모듈은 틸트부 및 회동부의 동작 상태값(예 : 각도), 온도감지센서의 온도감지값 등을 중앙제어유닛(200)으로 전송하도록 되어 있다.
중앙제어유닛(200)은 로컬제어유닛(102)의 개별적인 식별코드 내지 주소를 이용하여 구별을 하므로 개별적인 모니터링 및 원격 제어가 가능하다.
이런 중앙제어유닛(200)은 유, 무선 네트워크망을 통해 모니터링유닛(300)에 연결되어 있다.
만일, 이동통신사의 무선모뎀을 이용할 경우, 중앙제어유닛(200)은 저렴한 통신비용으로도 모니터링 기능과 원격제어 기능을 원격지에서 수행할 수 있고, 중앙제어유닛(200)이 위치한 곳에서부터 모니터링유닛(300)까지 유선통신망의 설치가 필요하지 않아 설치비 절감에 도움을 준다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1본체부(100)는 패널(101)을 구비하여 상대적으로 많은 바람의 영향을 받음과 함께, 여러 환경적인 악조건에 노출되어 있음에도 불구하고, 내구성과 작동 신뢰성을 갖도록 특유하게 설계된 제1틸트부(110) 및 제1회동부(150)를 갖는다.
제1회동부(150)는 지면에서 돌출된 콘크리트형 기초(151) 상에 설치된다.
제1회동부(150)는 콘크리트형 기초(151)를 기준으로 제1틸트부(110) 전체를 유한한 회동각도 범위 내에서 회동시키는 역할을 담당한다.
제1틸트부(110)는 단순한 틸트 기능 수행을 넘어, 패널(101)을 정적으로나 동적으로 안정되게 지지하는 역할과 동시에 틸트시키는 역할을 수행하는 특유의 구동구조를 제공한다.
제1틸트부(110)의 구동구조는 롤러-원호레일을 이용하는 방식으로서, 부채꼴 형상의 좌, 우측 라운드구조물(111, 112)과 해당 지지바(113, 114)를 패널(101)의 배면에 각각 부착시키고, 각각의 라운드구조물(111, 112)의 원호레일(111a, 112a)에 대응한 틸트롤러(115, 116)를 구동시킴에 따라, 지지프레임(120)의 축심샤프트(129)를 기준으로 라운드구조물(111, 112), 지지바(113, 114) 및 패널(101)을 틸 트 각도 범위 내에서 틸트시키는 구조를 의미한다.
패널(101)의 배면과 상기 제1틸트부(110)와의 연결지점 사이에는 빔, 채널(channel) 등과 같은 보강프레임(103, 104)이 더 부착되어 있는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1회동부(150)의 콘크리트형 기초(151) 상단에는 원형고정판(152)이 배치된다.
원형고정판(152)은 복수개의 경사빔(153) 및 고정대(154)를 통해 콘크리트형 기초(151)에 견고하게 지지된다.
원형고정판(152)의 상부에는 턴테이블(155)이 수직모터(156)에 의해 회동하도록 결합되어 있다.
여기서, 수직모터(156)는 기어박스를 구비한 모터 또는 기어모터가 사용가능하며, 히터를 장착한 기어하우징에 의해 감싸져 있고, 상기 수직모터(156)의 출력샤프트에 연결된 제1피니언기어를 갖는다.
수직모터(156)는 턴테이블(155)의 일측 테두리에 고정된다.
이런 상태에서, 수직모터(156)의 피니언기어는 원형고정판(152)의 테두리에 형성된 원형 랙기어(157)에 기어결합되어 있다.
제1회동부와 제1틸트부의 사이, 더욱 바람직하게 원형고정판(152)과 턴테이블(155)의 사이에는 도 5에 도시된 회전지지휠(158)이 개재되어 있다.
도 5를 참조하면, 회전지지휠(158)은 원형고정판(152)의 테두리 상면에 형성된 원형레일(160)을 따라 이동하면서 도 4에 도시된 턴테이블(155)을 지지하여, 턴 테이블(155)의 안정된 이동을 확보한다.
이를 위해서, 회전지지휠(158)에서 스타형 지지프레임(158a)의 암(arm) 각각의 끝단에는 위성 바퀴(159)들이 회전 가능하게 각각 체결되어 있다.
위성 바퀴(159) 각각은 테이퍼 면(159a)을 갖고 있다.
각각의 위성 바퀴(159)의 테이퍼 면(159a)은 원형고정판(152)의 원형레일(160)을 따라 구동하면서, 중심베어링(161)을 기준으로 자동 조심(調心 : self-aligning)을 수행하여, 중량물에서의 중심 불균형 내지 과도한 풍속 발생에 따라 발생 가능한 외부의 편향력에도 불구하고, 턴테이블(155)의 중심 회동을 확보하여 준다.
한편, 도 4를 참조하면, 수직모터(156)는 충분한 전선 길이를 갖는 연결전선에 의해 로컬제어유닛(102)에 전기적으로 연결되어 있다.
로컬제어유닛(102)에 의해 수직모터(156)가 작동될 경우, 수직모터(156)의 피니언기어는 원형고정판(152)의 테두리에 형성된 원형 랙기어(157)를 따라 구동하여, 결국 수직모터(156)를 공전시킨다.
이런 수직모터(156)의 공전으로 인하여, 상기 수직모터(156)가 장착된 턴테이블(155)은 회동 각도 범위내에서 회동된다.
도 4 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1틸트부(110)는 턴테이블(155)을 기초로 탑재된다.
예컨대, 턴테이블(155)의 중앙에는 제1틸트부(110)의 직사각형의 지지프레임(120)이 세워져 있다.
지지프레임(120)의 일측변은 패널(101)과 평행하게 턴테이블(155)의 중심에 고정된다.
지지프레임(120)의 일측변의 좌, 우측에서는 각각 수직변이 동일 길이로 연장되고, 상기 수직변의 끝단에는 축심샤프트(129)가 설치되어 있다.
또한, 축심샤프트(129)가 설치된 곳과 턴테이블(155)의 사이에는 V자 형상과 같이 배열된 복수개의 트러스빔(121, 122)이 보강된다.
이런 복수개의 트러스빔(121, 122)과 지지프레임(120)에 의해서, 좌, 우측 라운드구조물(111, 112), 해당 지지바(113, 114) 및 패널(101)이 정적 및 동적 구조적 안전성을 확보하게 된다.
특히, 각각의 라운드구조물(111, 112)의 일측 직선변은 패널(101)의 보강프레임(103, 104)에 면접촉되어 뛰어난 지지력을 발휘한다.
더욱이, 이런 라운드구조물(111, 112)의 타측 직선변과 보강프레임(103, 104)의 사이에는 해당 지지바(113, 114)가 버팀목과 같이 결합되어, 더욱 뛰어나고 견고하며 안정된 결합 상태를 유지할 수 있게 된다.
각각의 라운드구조물(111, 112)은 부채꼴 형상으로 일측 및 타측 직선변 사이에 원호레일(111a, 112a)을 갖고 있고, 지지프레임(120)의 축심샤프트(129)의 양단에서 회전 가능하게 결합된다.
한편, 지지프레임(120)의 좌, 우측 하부 모서리 근처에는 각각의 라운드구조물(111, 112)의 원호레일(111a, 112a)에 마찰력을 제공하여, 라운드구조물(111, 112)을 회동시키는 틸트롤러(115, 116)가 결합되어 있다.
틸트롤러(115, 116)는 수평모터(166)의 기어박스에 연결되어 회전되는 동력전달축부재(167)의 양단에 결합되어 있다. 여기서 동력 전달 수단은 수평모터(166)의 기어박스 및 동력전달축부재(167)이다.
수평모터(166)는 지지프레임(120)의 일측변을 기초로 설치된다.
각각의 틸트롤러(115, 116)의 양옆에는 아이들(idle) 또는 브레이크 기능을 담당하는 서브롤러(168, 169)가 더 결합되어 있는 것이 바람직하다.
수평모터(166)도 충분한 전선 길이를 갖는 연결전선에 의해 로컬제어유닛(102)에 전기적으로 연결되어 있다.
로컬제어유닛(102)에 의해 수평모터(166)가 작동될 경우, 수평모터(166)와 연결된 기어박스 내의 기어들, 동력전달축부재(167) 및 틸트롤러(115, 116)가 구동한다.
이런 틸트롤러(115, 116)가 원호레일(111a, 112a)에 마찰력을 제공하면서 원호레일(111a, 112a)을 회동시킴에 따라, 결국 라운드구조물(111, 112), 해당 지지바(113, 114) 및 패널(101)은 틸트 각도 범위내에서 틸트된다.
제2실시예
이 실시예에서 설명하는 본 태양광 추적장치는 체인-스프락켓(Chain & Sprockets)을 이용한 제2회동부와, 랙-피니언(rack-pinion)을 이용하여 제2틸트부를 갖는 제2본체부를 제공하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일한 기술적 사상을 갖는다. 그러므로, 도 1 내지 도 8에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서 는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.
도면에서, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 추적장치의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 태양광 추적장치를 이용한 발전시스템의 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2본체부(100a)는 콘크리트 기저부(600)를 기준으로 체인-스프락켓(Chain & Sprockets)을 동력 전달 수단으로 이용하여 사각 턴테이블(610)을 회동시키는 제2회동부(150a)와, 상기 사각 턴테이블(610)을 기준으로 랙-피니언(rack-pinion)을 동력 전달 수단으로 이용하여 패널(101)을 틸트시키는 제2틸트부(110a)를 갖는다.
제2회동부(150a)는 콘크리트 기저부(600)의 상부에 고정 설치된 원형프레임(601)과, 상기 원형프레임(601)의 외주에 설치된 체인형 트랙(602)과, 상기 원형프레임(601)의 내주에 형성된 가이드레일(603)과, 상기 가이드레일(603)을 따라 구름 작동하는 복수개의 가이드롤러를 저면에 장착한 사각 턴테이블(610)과, 상기 원형프레임(601)의 중앙에 설치된 수직모터(156a)와, 상기 수직모터(156a)의 모터샤프트에 결합된 주동 스프락켓(604)과, 상기 주동 스프락켓(604)으로부터 체인을 통해 연결되고 상기 사각 턴테이블(610)의 외곽에서 회전 가능하게 배치된 제1피동 스프락켓(605)과, 상기 제1피동 스프락켓(605)의 연장샤프트(606)에 결합되어 연동하고 상기 원형프레임(601)의 외주의 체인형 트랙(602)에 체결된 제2피동 스프락켓(607)을 포함한다.
여기서, 사각 턴테이블(610)의 외곽에는 베어링 블록과 같은 서포트유 닛(608)이 구비된다. 서포트유닛(608)은 상기 연장샤프트(606)를 회전 가능하게 지지한다.
만일, 수직모터(156a)의 작동시, 주동 스프락켓(604), 체인, 제1피동 스프락켓(605), 연장샤프트(606)를 통해 전달된 모터 구동력이 제2피동 스프락켓(607)을 회전시키고, 이에 따라 제2피동 스프락켓(607)이 체인형 트랙(602)을 따라 공전하고, 결국 연장샤프트(606) 및 서포트유닛(608)을 통해 사각 턴테이블(610)이 회동하게 된다.
사각 턴테이블(610)은 상기 가이드롤러 및 상기 가이드레일(603)에 의해 정회전이 가능하다.
제2틸트부(110a)는 상기 사각 턴테이블(610)의 상부에서 패널(101)을 기준으로 좌, 우측변 상면에 각각 배치한 경사프레임(620)과, 각각의 상기 경사프레임(620)의 전방 위치에서 패널(101)의 저면 하부와 힌지 결합된 피봇부재(109)와, 상기 경사프레임(620)의 상면 각각에 배열된 한 쌍의 랙기어(621)와, 상기 랙기어(621)에 각각 기어결합된 한 쌍의 피니언기어(622)와, 상기 피니언기어(622) 사이를 연결한 연결축부재(623)와, 상기 연결축부재(623)를 회전시키도록 결합된 수평모터 기어조립체(166a)와, 상기 연결축부재(623)에 매달려서 상기 수평모터(166a)의 하우징을 탑재시킨 모터브래킷(624)과, 상기 연결축부재(623)와 상기 패널(101)의 저면 상부 사이에서 양단을 각각 힌지 작동 가능하게 결합된 한 쌍의 트레일링 빔(625)을 포함한다.
만일, 수평모터 조립체(166a)의 작동시, 연결축부재(623), 한 쌍의 피니언기 어(622)가 회동하고, 이와 동시에 각각의 피니언기어(622)가 랙기어(621)를 따라 구동한다.
이와 함께, 연결축부재(623)는 랙기어(621)의 구동에 따라 후진 또는 전진을 수행하여, 한 쌍의 트레일링 빔(625)을 잡아당기거나 밀어내는 작동을 수행한다.
이때, 트레일링 빔(625)이 패널(101)의 저면 상부와 힌지 결합되어 있고, 상기 패널(101)의 저면 하부가 피봇부재(109)를 통해 상기 경사프레임(620)에 체결되어 있는 결합관계의 특성상, 피봇부재(109)를 기준으로 패널(101)의 틸트가 이루어진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1본체부(100) 또는 제2본체부(100a)는 태양광발전 지역에서 복수개로 배열되어 사용된다.
본체부 사이 간격은 16미터 내지 17미터를 유지하면서 배열되는 것이 바람직하다.
이런 태양광발전 지역의 전, 후방 위치에는 전력타워(400)와 계측유닛(500)이 배치되고, 태양광발전 지역의 코너 위치에는 각각 카메라장치(700)가 각각 설치되는 것이 바람직하다.
카메라장치(700)도 역시 틸트 기능 또는 팬(pan) 기능을 갖는 고성능 카메라로서, 앞서 제1실시예에서 설명한 중앙제어유닛과 연결되어 제어되는 것이 바람직하다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 태양광 추적장치는 롤러-원호레일을 이용하는 제1본체부를 제공하되, 패널의 배면에 연결된 부채꼴 형상의 좌, 우측 라운드구조물을 롤러로 회동시켜 패널을 안정되게 틸트 각도 범위 내에서 틸트시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추적장치는 제1회동부와 제1틸트부의 사이에 회전지지휠을 개재하여 안정된 회동 작동을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추적장치는 제1틸트부 및 제1회동부 내에 각각 히터를 장착하여 겨울철 동파 방지 기능을 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추적장치는 일사계, 풍속계, 풍향계, 통신모듈을 갖는 계측유닛을 더 제공하여 미리 정한 풍속 이상에서 패널을 각도 5도로 임시 유지시켜, 풍속에 의한 피해를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추적장치는 제1회동부와 제1틸트부가 하나의 모듈 프레임으로 시공되어 모듈 프레임 재가공이 필요 없는 설치상의 용이성을 갖는다.
또한, 본 발명의 태양광 추적장치는 체인-스프락켓을 이용한 제2회동부와, 랙-피니언을 이용하여 제2틸트부를 갖는 제2본체부를 제공하여 축을 기초로 패널을 설치하는 종전 방식에 비해 상대적으로 안정되게 패널을 지지하면서 틸트 및 회동시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 태양광 추적장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누 구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (8)

  1. 대형의 태양전지 패널을 틸트 및 회동시켜 태양광을 추적하는 태양광 추적장치에 있어서,
    상기 패널이 틸트 및 회동 가능하게 결합된 복수개의 본체부;
    상기 본체부에 각각 설치된 배터리충전, 전원관리, 통신, 모터구동제어, 히터제어, 와치독을 위한 전자회로적 구성의 로컬제어유닛;
    상기 로컬제어유닛에 연결되어 전력 집결을 관리하는 중앙제어유닛;
    상기 중앙제어유닛에 연결되어 일사계, 풍속계, 풍향계, 통신모듈을 지주 상부에 설치한 계측유닛;
    상기 중앙제어유닛에서 집결된 발전 전력을 전달받아 외부 발전시스템으로 송급하는 전력타워;
    상기 중앙제어유닛에 연결되어 원격 모니터링을 수행하는 모니터링유닛;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙제어유닛에 연결되고, 태양광발전 지역의 코너 위치에 설치된 복수개의 카메라장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는,
    부채꼴 형상의 좌, 우측 라운드구조물, 상기 라운드구조물에 일측 단부를 연결하고 타측 단부를 상기 패널에 연결한 지지바, 상기 라운드구조물에 형성된 원호레일, 상기 원호레일에 대응하여 마찰력을 발생시키는 틸트롤러, 상기 틸트롤러를 구동시키기 위한 동력 전달 수단 및 수평모터, 상기 라운드구조물이 힌지 결합된 축심샤프트가 설치된 지지프레임, 상기 지지프레임이 수직하게 세워진 턴테이블, 상기 축심샤프트가 설치된 곳과 상기 턴테이블의 사이에서 V자 형상과 같이 배열된 복수개의 트러스빔을 포함하는 제1틸트부와;
    상기 제1틸트부를 전체를 콘크리트형 기초를 기준으로 유한한 회동각도 범위 내에서 회동시키는 제1회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1회동부의 원형고정판과 상기 턴테이블의 사이에는 테이퍼 면의 위성 바퀴를 복수개 구비한 회전지지휠이 더 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 패널의 배면과 상기 제1틸트부와의 연결지점 사이에는 보강프레임이 더 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는,
    콘크리트 기저부를 기준으로 체인-스프락켓(Chain & Sprockets)을 동력 전달 수단으로 이용하여 사각 턴테이블을 회동시키는 제2회동부;
    상기 사각 턴테이블을 기준으로 랙-피니언(rack-pinion)을 동력 전달 수단으로 이용하여 상기 패널을 틸트시키는 제2틸트부;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2회동부는,
    상기 콘크리트 기저부의 상부에 고정 설치된 원형프레임과, 상기 원형프레임의 외주에 설치된 체인형 트랙과, 상기 원형프레임의 내주에 형성된 가이드레일과, 상기 가이드레일을 따라 구름 작동하는 복수개의 가이드롤러를 저면에 장착한 사각 턴테이블과, 상기 원형프레임의 중앙에 설치된 수직모터와, 상기 수직모터의 모터샤프트에 결합된 주동 스프락켓과, 상기 주동 스프락켓으로부터 체인을 통해 연결되고 상기 사각 턴테이블의 외곽에서 회전 가능하게 배치된 제1피동 스프락켓과, 상기 제1피동 스프락켓의 연장샤프트에 결합되어 연동하고 상기 원형프레임의 외주의 체인형 트랙에 체결된 제2피동 스프락켓을 포함하고, 상기 사각 턴테이블의 외곽에는 베어링 블록과 같은 서포트유닛이 구비되어서, 상기 서포트유닛이 상기 연장샤프트를 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2틸트부는,
    상기 사각 턴테이블의 상부에서 상기 패널을 기준으로 좌, 우측변 상면에 각각 배치한 경사프레임과, 각각의 상기 경사프레임의 전방 위치에서 상기 패널의 저면 하부와 힌지 결합된 피봇부재와, 상기 경사프레임의 상면 각각에 배열된 한 쌍의 랙기어와, 상기 랙기어에 각각 기어결합된 한 쌍의 피니언기어와, 상기 피니언기어 사이를 연결한 연결축부재와, 상기 연결축부재를 회전시키도록 결합된 수평모터 기어조립체와, 상기 연결축부재에 매달려서 상기 수평모터의 하우징을 탑재시킨 모터브래킷과, 상기 연결축부재와 상기 패널의 저면 상부 사이에서 양단을 각각 힌지 작동 가능하게 결합된 한 쌍의 트레일링 빔을 포함하고, 상기 피니언기어가 상기 랙기어를 따라 구동하여, 상기 트레일링 빔을 잡아당기거나 밀어냄에 따라 상기 피봇부재를 기준으로 상기 패널의 틸트가 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
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