KR100840400B1 - 경사각도 조정형 태양광 발전장치 - Google Patents

경사각도 조정형 태양광 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 고도 변화에 따라 태양전지판의 경사각도를 수동으로 용이하게 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 경사각도 조정형 태양광 발전장치는 지주에 회동가능하게 설치된 태양전지판의 태양 고도변화에 따른 경사 각도를 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 있어서, 태양전지판을 지지하는 지지프레임과, 지지프레임의 양단부에서 각각 연장되어 형성되며 외주면에는 상호 이격되게 회동 결합홈들이 다수가 형성된 회전축과, 지주의 상면에 설치되어 회전축이 회전가능하게 삽입되는 수용부가 형성되며 외측면에서 수용부로 관통된 고정 결합홀들이 회동 결합홈들의 이격거리와 대응되는 간격으로 다수가 형성된 하우징과, 고정 결합홀을 통과하여 회전축의 회동 결합홈 내까지 진입되어 태양전지판을 선택된 경사각도에서 고정되도록 지지프레임의 회전을 방지시키는 고정핀을 구비하고, 회동결합홈들 중 어느 하나의 회동결합홈과 고정결합홀들 중 어느 하나의 고정결합홀은 지주 상면에 대한 태양전지판의 경사각도를 다단으로 조정시 선택된 경사조정각도에 대응되어 상호 대향될 수 있는 위치상에 형성된다.
본 발명에 따른 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 의하면 구조가 단순하면서도 태양의 고도 변화에 따라 태양전지판을 원하는 경사각도만큼 간단한 조작에 의해 조정할 수 있는 장점을 제공한다.
태양광발전, 경사각도, 회동, 고정핀

Description

경사각도 조정형 태양광 발전장치{Solar power plant having angle adjustment device}
본 발명은 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 고도 변화에 따라 태양전지판의 경사각도를 수동으로 용이하게 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대체하면서도 환경오염 문제를 발생시키지 않는 청정에너지원인 태양광, 풍력, 조력을 이용한 친환경 발전설비의 시공이 점진적으로 증가하는 추세이다.
이러한 발전설비 중 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지를 다수 어레이시켜 발전을 하는 태양광 발전장치는 한 가구의 일일 사용 온수를 생성할 수 있을 정도의 전력을 생성할 수 있는 소규모에서 발전 전력량을 더욱 늘릴 수 있게 는 대규모로 시설되고 있다.
그런데, 태양광 발전장치는 발전량이 일사시간 및 태양광의 태양전지모듈로의 입사각도에 따라 좌우되기 때문에 종래의 고정형 태양광 발전장치의 경우 태양광의 이용효율을 향상시키지 못하는 문제점이 있다.
종래의 방식으로 태양광 발전을 하기 위해 아치형 구조로 설계된 태양광 발전 장치가 있으나 이 역시 계절에 따라서 전력의 생산이 효율적이지 못한다. 이는 전력생산의 최고점과 최저점의 공존으로 평균적인 전력만 생산할 따름이다.
이러한 문제점을 개선코자 태양의 직사광선이 태양광 태양전지모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력을 이용하여 태양의 위치를 추적해 가는 추적식이 다수 제안되고 있다.
이러한 동력방식으로서, 대한민국 등록실용신안 제297771호, 등록특허 제 044021호, 등록특허 제 0483291호, 등록특허 제 0369897호 등에 다수 개시되어 있다.
그런데, 이러한 동력방식의 경우 구동설비를 작동시키기 위해 요구되는 전력에 의해 일부 소모전력이 발생되기 때문에 태양광을 추적함으로써 고정식에 비해 증가되는 발전량 증가분이 구동설비를 가동하는데 소요되는 소모 전력량보다 적은 경우 실질적인 발전효율을 향상시키지 못할 수 있다.
또한, 구동설비의 추가에 의해 구조가 복잡해지고, 그에 따른 경제적 부담 및 유지보수를 위해 발생되는 유지보수 비용도 무시할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 구조가 간단하면서도 태양의 고도 변화에 따라 태양전지판의 경사각도를 수동으로 용이하게 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 경사각도 조정형 태양광 발전장치는 지주에 회동가능하게 설치된 태양전지판의 태양 고도변화에 따른 경사 각도를 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양전지판을 지지하는 지지프레임과; 상기 지지프레임의 양단부에서 각각 연장되어 형성되며 외주면에는 상호 이격되게 회동 결합홈들이 다수가 형성된 회전축과; 상기 지주의 상면에 설치되어 상기 회전축이 회전가능하게 삽입되는 수용부가 형성되며 외측면에서 상기 수용부로 관통된 고정 결합홀들이 상기 회동 결합홈들의 이격거리와 대응되는 간격으로 다수가 형성된 하우징과; 상기 고정 결합홀을 통과하여 상기 회전축의 회동 결합홈 내까지 진입되어 상기 태양전지판을 선택된 경사각도에서 고정되도록 상기 지지프레임의 회전을 방지시키는 고정핀;을 구비하고, 상기 회동결합홈들 중 어느 하나의 회동결합홈과 상기 고정결합홀들 중 어느 하나의 고정결합홀은 상기 지주 상면에 대한 태양전지판의 경사각도를 다단으로 조정시 선택된 경사조정각도에 대응되어 상호 대향될 수 있는 위치상에 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 회동결합홈은 상기 회전축의 축중심과 일치하는 방향을 따라 형성되며, 상기 고정결합홀은 상기 회전축의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 회동결합홈은 상기 회전축의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 형성되며, 상기 고정결합홀은 상기 회전축의 축중심과 일치하는 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 고정핀은 헤드와, 상기 헤드에서 하방으로 연장되어 상기 헤드부의 직경보다 더 작은 직경을 가지는 몸체를 구비하며, 상기 고정결합홀이 형성된 하우징의 외측면에서 상방으로 일정거리 연장되어 상기 고정핀의 몸체를 진퇴가능하도록 수용하며 상단부에 상기 헤드가 걸리는 관체와, 상기 관체의 내부에 설치되어 상기 고정핀을 상기 고정결합홀 방향으로 탄성바이어스시키는 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 의하면, 구조가 단순하면서도 태양의 고도 변화에 따라 태양전지판을 원하는 경사각도만큼 간단한 조작에 의해 조정할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 종래의 기계식에 비해 설치가 간단하고 고장의 염려가 없으며, 수동식이므로 전력손실 없이 태양광 발전효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 경사각 도 조정형 태양광 발전장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 경사각도 조정형 태양광 발전장치를 일부 절개하여 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 적용되는 태양전지판의 경사각도 조정상태를 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 1의 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 분리사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 분리사시도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 경사각도 조정형 태양과 발전장치(100)는 일정간격으로 다수가 형성되는 지주(110)와, 지주(110)의 상단에 설치되는 하우징(150)과, 지주(110) 사이에 설치되는 지지프레임(130)과, 지지프레임(130)의 양단부에 형성되어 하우징(150)에 지지되는 회전축(140)과, 지지프레임(130)에 설치되어 회동되는 태양전지판(120)을 구비한다.
지주(110)는 일정높이로 바닥면(112)에서 일정 높이로 연장되게 형성되어 있고 바닥면(112)은 지중에 설치된 구조물 또는 건축물에 결합하여 설치할 수 있도록 형성되어 있다.
지주(110)의 수직 상으로 연장된 몸통(114)은 속이 빈 사각관 구조가 적용되는 것이 바람직하다. 지주(110)는 적용하고자 하는 태양전지판(120)의 크기에 따라 적절하게 배치될 수 있도록 적용 개수를 적용하면 된다.
지주(110)의 상단에는 축지지용 하우징(150)이 설치된다. 하우징(150)은 회 전축(140)이 일측면에서 삽입될 수 있도록 수용부(151)가 형성되며, 하부에는 플랜지(153)가 마련되어 지주(110)의 상면에 볼트에 의해 체결되어 고정된다.
상호 이웃하는 지주(110)들 사이에는 태양전지판(120)을 지지하는 지지프레임(130)이 설치된다. 지지프레임(130)은 일정길이로 연장되며 속이 빈 사각관을 적용하는 것이 바람직하다.
그리고 지지프레임(130)은 양 단부에는 회전축(140)이 일정길이 연장되어 형성된다. 회전축(140)은 지지프레임(130)의 좌우 양측에 위치한 지주의 상단에 설치된 하우징(150)의 수용부(151)에 회전가능하도록 삽입된다. 회전축(140)의 직경은 수용부(151)의 직경보다 약간 작게 형성되어 회전축(140)이 수용부(151)에 삽입되어 회전될 수 있는 구조를 가진다.
그리고 도시되지 않았지만 수용부(151)의 내측에서 회전축(140)을 지지하도록 베어링이 하우징(150)의 내부에 내장될 수 있다.
태양전지판(120)은 지지프레임(130)의 상면에서 지지프레임(130)에 대해 직교하는 방향을 따라 연장되되 지지프레임(130)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 형성된 지지봉(125)과, 다수의 태양전지셀이 격자 형태로 어레이되게 배열되어 지지봉(125) 위에 설치된 태양전지모듈(122)을 구비한다.
상기의 구조를 갖는 본 발명의 태양광 발전장치(100)는 지주(110)의 상면, 즉 지면에 대한 태양전지판(120)의 조정 가능 경사각도에 대해 설정된 최대 경사각도와 최소 경사각도 범위 내에서 태양전지판(120)을 회동시켜 태양의 남중고도에 따라 태양전지판(120)의 각도를 일정 각도로 선택할 수 있다.
이와 같은 태양전지판(120)의 경사각도 조정은 계절에 따른 태양의 고도변화에 따라 적절한 시기에 수행하면 된다.
태양전지판(120)의 각도를 일정 각도로 선택하여 고정할 수 있는 구조를 가지기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(140)의 외주면에는 상호 이격되게 회동 결합홈(141)들이 다수가 형성된다.
이때 회동결합홈(141)은 회전축(140)의 축중심과 일치하는 방향을 따라 형성된다.
그리고 하우징(150)의 좌우측면에서 회전축(140)이 각각 삽입될 수 있도록 좌우 양측면에서 인입되어 수용부(151)가 각각 형성된다. 하우징(150)의 외측면에서 수용부(151)로 관통된 고정결합홀(160)들이 수용부(151)에 삽입되는 회전축(140)의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 일정 거리 이격되어 형성된다. 이 경우 고정결합홀(160)들의 상호 이격거리는 회동결합홈(141)들의 상호 이격거리와 동일하도록 형성된다.
상기의 구조를 가지는 회전축(140)이 하우징(150)의 수용부(151)에 삽입되어 회전하는 경우 회동결합홈(141)들 중 어느 하나의 회동결합홈과 고정결합홀(160)들 중 어느 하나의 고정결합홀(160)은 선택된 태양전지판(120)의 경사조정각도에 대응되어 상호 대향될 수 있는 위치상에 형성된다.
도시된 예에서는 지면에 대한 태양전지판(120)의 최대 각도가 45도이고 최소각도가 15도이며, 세분각도를 10도로 적용하였을 때 10도 간격, 총 4단으로 태양전지판(120)의 경사각도를 조정할 수 있도록 고정결합홀(160)들이 형성된다.
즉, 고정결합홀(160)들 중 제 1고정결합홀(167)은 회전축(140)의 중심을 지면에 대하여 수직으로 지나는 선(A)에 대하여 15도의 위치에 형성되며, 제 2고정결합홀(165)은 제 1고정결합홀(167)과 회전축이 연장되는 방향으로 일정거리 이격되며 회전축(140)의 중심을 수직으로 지나는 선(A)에 대하여 25도의 위치에 형성된다. 그리고 제 3고정결합홀(163)은 제 2고정결합홀(165)과 회전축(140)이 연장되는 방향으로 일정거리 이격되며 회전축(140)의 중심을 수직으로 지나는 선(A)에 대하여 35도의 위치에 형성되고, 제 4고정결합홀(161)은 제 3고정결합홀(163)과 회전축(140)이 연장되는 방향으로 일정거리 이격되며 회전축(140)의 중심을 수직으로 지나는 선(A)에 대하여 45도의 위치에 형성된다.
회동결합홀(141)이 지면에 대하여 회전축의 중심을 수직으로 지나는 선(A)과 일치하도록 위치하는 경우 태양전지판(120)의 지면에 대한 경사각도는 0도가 된다.
따라서 고정결합홀(160)들 중 제 1고정결합홀(167)과 회동결합홈(141)들 중 제 1회동결합홈(143)이 상호 대향되게 위치하도록 회전축(140)이 회전하면 태양전지판(120)의 경사각도는 최소각도인 15도로 선택되고, 제 2고정결합홀(165)과 제 2회동결합홈(145)이 상호 대향되게 위치하도록 회전축(140)이 회전하면 태양전지판(120)의 경사각도는 25도로 선택되고, 제 3고정결합홀(163)과 제 3회동결합홈(147)이 상호 대향되게 위치하도록 회전축(140)이 회전하면 태양전지판(120)의 경사각도는 35도로 선택되고, 제 4고정결합홀(161)과 제 4회동결합홈(149)이 상호 대향되게 위치하도록 회전축(140)이 회전하면 태양전지판(120)의 경사각도는 45도로 선택된다.
이외에도 고정결합홀(160)과 회동결합홈(141)은 2개나 3개 또는 5개 이상이 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고 도시되지 않았지만 바람직하게는 고정결합홀(160)은 최소각도 15도이고 최대 각도 61도의 범위 이내에서 10도 간격으로 총 6개가 형성되고, 회동결합홈도 고정결합홀과 대응되도록 6개가 형성된다. 이는 태양의 남중고도가 춘분 및 추분 때는 52.5도이고, 하지때는 76도이고, 동지때에는 29도이므로 태양광을 최대로 받기 위해서는 지면과 이루는 경사각도가 하지때에는 14도, 춘분 및 추분 때는 37.5도, 동지 때에는 61도이기 때문이다.
태양전지판(120)의 경사각이 선택되면 고정결합홀(160)을 통과하여 상기 회전축(140)의 회동 결합홈(141) 내까지 고정핀(171)을 진입시켜 회전축(140)을 고정시킨다.
고정핀(170)은 원형의 헤드(171)와, 헤드(171)에서 하방으로 연장되어 고정결합홀(160)을 통과하는 몸체(173)를 구비한다. 헤드(171)의 직경은 고정결합홀(160)의 직경보다 크게 형성되어 고정결합홀(160)의 입구에 걸리도록 한다.
그리고 고정핀(170)의 형상은 고정결합홀(160)에 삽입되어 회동결합홈(141) 내로 진입되어 회전축(140)의 회전을 방지할 수 있는 구조라면 상기의 도시된 형상 이외에도 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 회동결합홈(141)은 회전축(140)의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 형성되고, 고정결합홀(160)은 회전축(140)의 중심과 일치하는 방향을 따라 하우징(150)의 외측면에 형성될 수 있다.
그리고 도 5에는 본 발명의 경사각도 조정형 태양광 발전 장치의 또 다른 실시 예가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 고정결합홀(160)이 형성된 위치의 하우징(150)의 외측면에는 상방으로 일정거리 연장되어 고정핀(170)의 몸체(173)를 진퇴가능하도록 수용하는 관체(180)가 형성된다. 따라서 고정핀(170)이 관체(180)의 내부로 삽입되면 몸체(173)의 하단부는 고정결합홀(160)을 관통하여 회동결합홈(141)까지 진입하게 된다. 이 경우 헤드(171)의 하면은 관체(180)의 상단부에 걸리게 된다.
바람직하게는 헤드(171)의 직경은 관체(180)의 외경보다 더 크게 형성되어 각도 조정시 고정핀(170)을 용이하게 들어올릴 수 있도록 한다.
그리고 관체(180)는 고정결합홀(160)마다 형성되고, 각 관체(180)에는 각각의 고정핀(170)이 삽입된다.
관체(180)의 내부에는 고정핀(170)을 고정결합홀(160) 방향으로 탄성바이어스시키는 탄성부재가 설치된다. 탄성부재로는 고정핀의 몸체(173)를 감싸며 일단이 고정핀(170)에 고정되고 타단이 관체(180)에 고정된 스프링(185)이 이용된다.
회전축(140)을 회전시켜 고정결합홀(160)과 대응되도록 회동결합홈(141)이 위치하게 되면 스프링(185)의 탄성력에 의해 몸체(170)의 하단부가 회동결합홈(141)에 진입되며, 태양전지판의 경사각도를 조정할 경우 회동결합홈(141)에 진입된 몸체(173)를 후퇴시키기 위해 고정핀의 헤드(171)를 들어올린 다음 회전축(140)을 원하는 경사각도에 대응되는 고정결합홀과 회동결합홈이 일치되도록 회전시키면 된다.
그리고 도시되지 않았지만 관체를 형성하지 않고 고정결합홀에 고정핀이 진퇴가능하도록 삽입되고, 고정결합홀의 내부에서 고정핀의 몸체를 감싸며 일단은 고정핀에 고정되고 타단은 하우징의 벽체에 고정되어 고정핀을 하방으로 탄성바이어스시킬수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 예의 경사각도 조정형태양광 발전장치 중에서 위에서 설명되지않은 구성요소는 도 1내지 도 3에 도시된 실시 예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 경사각도 조정형 태양광 발전장치를 일부 절개하여 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 적용되는 태양전지판의 경사각도 조정상태를 나타내는 측면도이고,
도 3은 도 1의 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 분리사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 분리사시도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 하우징에 지지프레임의 회전축이 결합되는 상태를 나타내는 부분 발췌 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 지주 120: 태양전지판
130: 지지프레임 140: 회전축
141: 회동결합홈 150: 하우징
160: 고정결합홀 170:고정핀
180: 관체 185: 스프링

Claims (4)

  1. 지주에 회동가능하게 설치된 태양전지판의 태양 고도변화에 따른 경사 각도를 조절할 수 있도록 된 경사각도 조정형 태양광 발전장치에 있어서,
    상기 태양전지판을 지지하는 지지프레임과;
    상기 지지프레임의 양단부에서 각각 연장되어 형성되며 외주면에는 상호 이격되게 회동 결합홈들이 다수가 형성된 회전축과;
    상기 지주의 상면에 설치되어 상기 회전축이 회전가능하게 삽입되는 수용부가 형성되며 외측면에서 상기 수용부로 관통된 고정 결합홀들이 상기 회동 결합홈들의 이격거리와 대응되는 간격으로 다수가 형성된 축지지용 하우징과;
    상기 고정 결합홀을 통과하여 상기 회전축의 회동 결합홈 내까지 진입되어 상기 태양전지판을 선택된 경사각도에서 고정되도록 상기 지지프레임의 회전을 방지시키는 고정핀;을 구비하고,
    상기 회동결합홈들 중 어느 하나의 회동결합홈과 상기 고정결합홀들 중 어느 하나의 고정결합홀은 상기 지주 상면에 대한 태양전지판의 경사각도를 다단으로 조정시 선택된 경사조정각도에 대응되어 상호 대향될 수 있는 위치상에 형성된 것을 특징으로 하는 경사각도 조정형 태양광 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회동결합홈은 상기 회전축의 축중심과 일치하는 방향을 따라 형성되며,
    상기 고정결합홀은 상기 회전축의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 경사각도 조정형 태양광 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회동결합홈은 상기 회전축의 축중심과 사선으로 교차하는 방향을 따라 형성되며,
    상기 고정결합홀은 상기 회전축의 축중심과 일치하는 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 경사각도 조정형 태양광 발전장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고정핀은 헤드와, 상기 헤드에서 하방으로 연장되어 상기 헤드부의 직경보다 더 작은 직경을 가지는 몸체를 구비하며,
    상기 고정결합홀이 형성된 하우징의 외측면에서 상방으로 일정거리 연장되어 상기 고정핀의 몸체를 진퇴가능하도록 수용하며 상단부에 상기 헤드가 걸리는 관체와, 상기 관체의 내부에 설치되어 상기 고정핀을 상기 고정결합홀 방향으로 탄성바이어스시키는 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 경사각도 조정형 태양광 발전장치.
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