KR101451288B1 - 태양광 패널 세척 장치 - Google Patents

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KR101451288B1
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김재일
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합자회사 주안에너지
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Abstract

브러시부가 회전하는 상태에서 물을 분사하여 태양광 패널(100)을 세척하기 때문에 물 분사에 따른 이물질 제거 효과에 브러시의 회전에 따른 이물질 제거 효과가 더욱 증대될 수 있다.

Description

태양광 패널 세척 장치{Washing Apparatus for Solar Panel}
본 발명은 태양광 패널 세척 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 패널을 자동으로 세척할 수 있는 세척 장치를 설치하여 눈, 황사와 같은 기상현상이나 외부 이물질에 의해 오염된 태양광 패널을 세척하여 패널의 수명과 발전효율을 극대화할 수 있는 태양광 패널 세척 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법을 태양광 발전이라고 한다.
상술한 방법 중 태양광 발전은 실리콘 결정 위에 'n'형 도핑을 하여 'p-n'접합을 한 태양광 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시킨다.
이를 위하여 태양광을 집광하기 위한 태양전지(solar cell), 태양전지의 집합체인 태양광 모듈(photovoltaic module) 및 태양전지를 일정하게 배열한 태양광 어레이(solar array) 등이 요구된다.
일례로, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되면 'p'형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광(光)에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기(勵起)되고, 상기 여기된 전자는 'p'형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair;EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 'pn' 접합 사이에 존재하는 전기장(electron filed)에 의해 'n'형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
한편, 태양광 발전 시스템에 사용되는 태양광 발전 모듈의 효율은 현재 주류를 이루고 있는 다결정 실리콘 소재의 경우, 약 16% 내지 18%의 범위로 태양광 발전의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 요인이다. 이러한 발전효율을 지속적으로 향상시키기 위해서는 다양한 장치를 통한 유지, 보수가 필수적이다.
그런데 태양광을 집광하기 위한 태양전지, 태양광 모듈 및 태양광 어레이 등은 실외에 설치되므로 외부 환경에 그대로 노출되어 비산먼지, 조류 분비물, 황사 및 기타 오염물질이 부착되고, 그에 따라 집광량이 감소하여 발전효율이 저하된다.
특히, 겨울철에는 태양전지, 태양광 모듈, 및 태양광 어레이에 눈이 쌓여 이물질이 부착된 것과 마찬가지로 집광량을 감소시키고, 이에 따라 출력이 떨어져 발전효율을 저하시킨다. 나아가, 태양광에 장시간 노출됨으로써 온도가 상승하고 이를 통해 기전력이 감소되면서 발전 효율이 떨어지게 된다.
따라서 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 태양광 발전설비의 효율향상장치가 사용되고 있는데, 이러한 효율향상장치로는 태양 전지판 상부에 물 호스를 연결하여 물을 흘려보냄으로써 태양 전지판을 세척하는 방식 등이 사용되고 있다.
상기와 같은 태양 전지판을 세척하는 방식은 단순히 태양 전지판의 상부에 물을 흘려주어 전지판의 하단까지 흘러내리는 물에 의존하여 태양 전지판을 세척하기 때문에 태양광 발전 어레이의 면적이 넓을 경우 원하는 면적에 물을 흘러내리기 어려워 오물 제거나 제설에 큰 효과가 없다는 단점이 있다.
특히 세척 후 태양광 전지판을 건조시키기 위한 수단이 구비되지 않아 이물질을 포함하는 물이 흘러내린 상태에서 증발할 경우 태양광 전지판에 얼룩이 그대로 남게 되어 발전 효율이 떨어지는 문제점이 추가적으로 발생한다.
한국공개특허공보 제2012-0044422호(2012.05.08.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 물 분사노즐이 복수 개 구비된 분사부를 태양 전지판의 폭 방향을 따라 배치하고, 상하 회동하며 물을 분사하도록 하여 태양 전지판을 세척하는 태양광 패널 세척 장치를 제공함에 있다.
또한, 분사부를 회전축으로 하여 회전하며, 둘레에 브러시가 구비된 브러시부를 구비하여 세척 시 태양 전지판의 이물질을 제거하는 태양광 패널 세척 장치를 제공함에 있다.
아울러, 분사부에는 복수 개의 에어 분사노즐을 추가 구비하여 세척이 완료된 후 태양 전지판을 건조시키는, 태양광 패널 세척 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 태양광 패널 세척 장치는, 태양광의 입사각에 대응하여 지표면에 대해 소정의 각도로 틸팅되어 설치되는 태양광 패널; 상기 태양광 패널에서 상측으로 소정거리 이격되며, 상기 태양광 패널의 폭 방향을 따라 형성되고, 물 공급부와 연결되어 외주면에 형성된 복수 개의 물 분사노즐을 통해 상기 태양광 패널의 표면에 물을 분사하는 분사부; 상기 분사부를 회전축으로 하여 회전 가능하도록 상기 분사부에 결합되며, 외주면에 구비되는 복수 개의 브러시를 통해 상기 태양광 패널의 표면을 브러싱하는 브러시부; 상기 분사부에 결합되며, 상기 태양광 패널의 표면을 따라 상기 태양광 패널의 폭 방향에 직교하여 상기 분사부를 이동시키기 위한 이동 수단; 및 상기 브러시부에 결합되며, 상기 분사프레임을 회전축로 하여 상기 브러시부를 회전시키기 위한 회전 수단; 을 포함한다.
또한, 상기 분사부는, 외주면에 복수 개의 에어 분사노즐이 더 형성되며, 상기 에어 분사노즐은 에어 공급부와 연결되어 상기 태양광 패널의 표면에 에어를 분사한다.
또한, 상기 브러시부는, 중심이 상기 분사부의 양단에 상기 분사프레임을 회전축으로 하여 회전 가능하도록 연결되는 한 쌍의 회전프레임; 상기 한 쌍의 회전프레임의 둘레를 연결하는 복수 개의 브러시프레임; 및 상기 브러시프레임에 구비되는 복수 개의 브러시; 를 포함한다.
이때, 상기 브러시프레임은, 단면 두께가 상기 분사부 외측으로 두껍게 형성되며, 상기 분사부 측 끝단에는 블레이드가 형성된다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 태양광 패널 세척 장치는, 세척 장치를 통해 태양광 패널에 부착되는 눈이나 황사먼지 등과 같은 외부 이물질을 제거하여 발전효율을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 세척 장치를 통해 세척된 태양광 패널에 남아 있는 물기를 신속하게 제거하여 이물질을 포함하는 물기 증발로 인해 태양광 패널에 남을 수 있는 얼룩을 방지하여 발전효율을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 태양광 패널 세척 장치 전체사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 세척 장치 사시도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 분사부 사시도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 이동 수단이 도시된 태양광 패널 세척 장치 측면도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 회전 수단이 도시된 태양광 패널 세척 장치 정면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 세척 장치 종단면도
본 발명에 따른 태양광 패널 세척 장치는, 세척 장치가 태양광 패널의 표면을 세척하도록 동작할 수 있다. 상기 세척 장치는, 물 분사노즐을 포함하여 물 분사를 통해 태양광 패널의 각종 눈이나 황사먼지 등과 같은 외부 이물질을 제거하도록 구현될 수 있다. 또한, 브러시부를 포함하여 브러시부의 회전을 통해 이물질 제거 효과를 배가시키도록 구현될 수 있다. 아울러 이물질 제거가 끝난 다음에는 에어분사노즐을 통해 상기 태양광 패널 표면에 남아있는 물기를 제거하여 태양광 패널의 표면에 이물질을 포함하는 물기가 증발되면서 남는 얼룩을 최소화하도록 구현될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 태양광 패널 세척 장치는 다양한 외부 환경으로부터 발생되는 태양광 패널의 이물질을 보다 효과적으로 제거하도록 구현될 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 패널 세척 장치(1000)의 전체사시도가 도시되어 있다. 편의상 태양광 패널(100)의 폭을 좌우 방향 태양광 패널(100)의 표면에 수평하고, 상기 폭에 직교하는 방향을 상하 방향으로 정의하여 설명하기로 한다.
태양광 패널 세척 장치(1000)는 크게 태양광 패널(100), 세척 장치(200), 이동수단(300) 및 회전수단(400)으로 구성된다. 태양광 패널(100)은 패널프레임(110)과 태양광 모듈(120) 및 지지대(150)를 포함하여 구성된다.
세척 장치(200)는 태양광 패널(100)의 좌우 폭 방향을 따라 형성되는 원통형으로 이루어진다. 특히 세척 장치(200)는 태양광 패널(100)의 폭을 모두 커버하도록 좌측이 태양광 패널(100)의 좌측단과 대응되고, 우측이 태양광 패널(100)의 우측단과 대응되는 길이로 구성될 수 있다.
세척 장치(200)는 태양광 패널(100)의 우측에 설치되는 이동수단(300)에 연결되어 태양광 패널(100)의 표면을 따라 상하 이동 가능하도록 구성되어 세척 장치(200)의 상하 이동에 의해 태양광 패널(100)의 표면 전 영역을 세척 가능하도록 구성된다.
또한 세척 장치(200)는 세척 장치(200)의 좌측에 설치되는 회전수단(400)에 연결되어 외주면에 구비된 브러시를 태양광 패널(100)의 폭 방향을 회전축으로 하여 회전시켜 태양광 패널(100)의 표면을 브러싱하여 태양광 패널(100)의 이물질 제거를 돕는다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 세척 장치(200), 이동수단(300) 및 회전수단(400)의 세부 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명의 세척 장치(200)의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 분사부(220)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 세척 장치(200)는 분사부(220) 및 브러시부(230, 250, 260)를 포함한다.
분사부(220)는 내부가 중공된 원통형으로 이루어지며, 길이 방향이 태양광 패널(100)의 폭 방향을 따라 형성될 수 있다. 분사부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통형으로 되는 분사프레임(221)과, 분사프레임(221)의 외주면에 형성된 물 분사노즐(222) 및 에어 분사노즐(223)을 포함하여 이루어진다. 물 분사노즐(222)은 태양광 패널(100)의 표면을 향하도록 형성되며, 분사프레임(221)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 형성될 수 있다. 분사부(220)는 일단이 물 공급부에 연결되며 타단이 분사프레임(221)의 내부를 통해 물 분사노즐(222)에 연결되는 물 분사라인을 더 포함하며, 물 공급부에서 공급되는 물이 물 분사노즐(222)을 통해 태양광 패널(100)의 표면에 분사되도록 구성된다. 에어 분사노즐(223)은 태양광 패널(100)의 표면을 향하도록 형성되며, 분사프레임(221)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 형성될 수 있다. 따라서 에어 분사노즐(223)은 물 분사노즐(222)과 교번 형성될 수 있다. 분사부(220)는 일단 이 에어 공급부에 연결되며 타단이 분사프레임(221)의 내부를 통해 에어 분사노즐(222)에 연결되는 에어 분사라인을 더 포함하며, 에어 공급부에서 공급되는 에어가 에어 분사노즐(223)을 통해 태양광 패널(100)의 표면에 분사되도록 구성된다.
브러시부는 태양광 패널(100)의 표면을 브러싱하기 위한 구성으로 브러시부는, 회전프레임(230), 브러시프레임(250) 및 브러시(260)로 구성된다. 회전프레임(230)은 원판 상으로 이루어지며, 한 쌍이 중심에 분사부(220)의 양단이 각각 끼워져 회전 가능하도록 구성된다. 브러시프레임(250)은 한 쌍의 회전프레임(230) 둘레부를 연결하기 위한 구성으로 복수 개가 회전프레임(230)의 둘레에 방사상으로 결합될 수 있다. 브러시프레임(250)에는 브러시(260)가 구비되며, 브러시(260)는 브러시프레임(250)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치된다. 이때, 브러시(260)는 브러시부 회전 시 태양광 패널(100)의 폭 방향 전 영역을 브러싱하도록 어느 하나의 브러시프레임(250)에 이웃한 다른 하나의 브러시프레임(250)에 설치되는 브러시(260)는 어느 하나의 브러시 프레임(250)에 구비된 브러시(260)의 이격 공간에 대응되도록 설치될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 이동수단(300)이 도시된 태양광 패널 세척 장치(1000)의 측면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 세척 장치(200)는 분사부(220, 도 3 참조)의 양단이 고정되는 이동프레임(210)을 더 포함하며, 이동수단(300)은 제1 모터(310), 제1 회전축(320), 제2 회전축(330) 및 이동벨트(350)로 구성된다. 이동프레임(210)은 세척 장치(200)를 패널프레임(110)에 고정시킴과 동시에 패널프레임(110)의 상하 방향으로 세척 장치(200)를 슬라이드 시키도록 구성된다. 따라서 이동프레임(210)의 일측에는 분사부(220)의 끝단이 고정되며, 패널프레임(110)의 폭 방향 내측에 형성된 슬라이드턱(211, 도 5 참조)이 패널프레임(110)의 폭 방향 양단에 끼움 결합되어 패널프레임(110)의 상하 방향으로 슬라이드 가능하도록 구성된다. 이동프레임(210)은 타측이 이동벨트(350)상에 고정되며, 이동벨트(350)는 패널프레임(110)의 상측과 하측에 각각 고정된 제1 회전축(320)과 제2 회전축(330)에 연결되어 무한궤도를 이룬다. 따라서 제1 회전축(320)에 연결된 제1 모터(310)의 반시계 방향 회전에 의해 이동프레임(210)은 패널프레임(110)의 하측으로 이동하게 되며, 제1 모터(310)의 시계 방향 회전에 의해 이동프레임(210)은 패널프레임(110)의 상측으로 이동하게 된다.
도 5에는 본 발명의 회전수단(400)이 도시된 태양광 패널 세척 장치(1000)의 정면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 회전수단(400)은 제2 모터(410), 제3 회전축(420), 제4 회전축(430) 및 회전벨트(450)를 포함하여 구성된다.
좌측에 형성된 회전프레임(230)에는 제3 회전축(420)이 연장 형성되고, 회전벨트(450)는 제3 회전축(420)과 소정거리 이격 형성된 제4 회전축(430)에 연결되어 무한궤도를 이룬다. 또한, 제4 회전축(430)은 좌측에 형성된 이동프레임(210) 상에 고정되는 제2 모터(410)에 연결되어 제2 모터(410)의 회전에 의해 회전프레임(230)을 회전시켜 브러시부 분사부(220)를 회전축으로 하여 회전시킨다. 이때 브러시부는 브러시(260)가 태양광 패널(100)의 표면을 상측에서 하측으로 브러싱하도록 회전되는 것이 바람직하다.
본실시 예에서는 제2 모터(410)가 회전벨트(450)를 통해 제3 회전축(420)을 회전시키는 것으로 기재하였으나, 제2 모터(410)가 회전벨트(450) 없이 제3 회전축(420)에 직접 연결되어 제3 회전축(420)을 직접 회전시키는 것도 가능할 것이다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 세척 장치(200)는 브러시부가 회전하는 상태에서 물을 분사하여 태양광 패널(100)을 세척하기 때문에 물 분사에 따른 이물질 제거 효과에 브러시의 회전에 따른 이물질 제거 효과가 더욱 증대될 수 있다.
또한, 세척이 완료된 후 물기를 제거하는 과정에서도 브러시부가 회전하는 상태에서 에어를 분사하여 태양광 패널(100)의 표면에 남아있는 물기를 제거하기 때문에 에어 분사에 따른 물기 제거 효과에 브러시의 회전에 따른 물기 제거 효과가 더욱 증대될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 세척 장치(200)의 종단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 브러시부(230, 250, 260)가 회전하는 상태에서 분사부(220)를 통해 물 또는 에어가 분사될 경우 브러시프레임(250)이 분사부(220)와 태양광 패널(100) 사이에 위치함에 따라 물 또는 에어 분사에 방해요인으로 작용할 수 있다. 상기와 같은 문제점을 극복함과 동시에 물 또는 에어 분사 효율을 더욱 증가시킬 수 있도록 본 발명의 일실시 예에 따른 세척 장치(200)는 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.
도시된 바와 같이 브러시프레임(250)은 단면 두께가 분사부(220) 외측 방향으로 갈수록 두껍게 형성되며, 분사부(220) 측 끝단에는 블레이드가 형성된다. 상기와 같은 브러시 프레임(250)의 단면 형상을 통해 분사부(220)에서 분사되는 물 또는 에어와 브러시 프레임(250)과의 마찰력을 최소화하며, 분사되는 물 또는 에어를 브러시 프레임(250)의 상측 또는 하측으로 분리시켜 분사되도록 하여 분사 범위를 넓혀 물 또는 에어 분사 효율을 증가시킨다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 태양광 패널 세척 장치
100 : 태양광 패널 110 : 패널프레임
120 : 태양광 모듈 150 : 지지대
200 : 세척 장치 210 : 이동프레임
220 : 분사부 221 : 분사프레임
222 : 물 분사노즐 223 : 에어 분사노즐
230 : 회전프레임 250 : 브러시프레임
260 : 브러시
300 : 이동수단 310 : 제1 모터
320 : 제1 회전축 330 : 제2 회전축
350 : 이동벨트
400 : 회전수단 410 : 제2 모터
420 : 제3 회전축 430 : 제4 회전축
450 : 회전벨트

Claims (4)

  1. 태양광의 입사각에 대응하여 지표면에 대해 소정의 각도로 틸팅되어 설치되는 태양광 패널;
    상기 태양광 패널에서 상측으로 소정거리 이격되며, 내부가 중공된 원통형으로 이루어져 상기 태양광 패널의 폭 방향을 따라 형성되는 분사프레임;
    상기 태양광 패널의 표면을 향하도록 상기 분사프레임의 외주면에 길이방향으로 복수 개가 이격 형성되고, 물 공급부와 연결되어 상기 태양광 패널의 표면에 물을 분사하는 복수 개의 물 분사노즐;
    일단이 상기 물 공급부에 연결되며 타단이 상기 분사프레임의 내부를 통해 상기 물 분사노즐에 연결되는 물 분사라인;
    상기 태양광 패널의 표면을 향하도록 상기 분사프레임의 외주면에 길이방향으로 상기 물 분사노즐과 교번하도록 복수 개가 이격 형성되고, 에어 공급부와 연결되어 상기 태양광 패널의 표면에 에어를 분사하는 복수 개의 에어 분사노즐;
    일단이 상기 에어 공급부에 연결되며 타단이 상기 분사프레임의 내부를 통해 상기 에어 분사노즐에 연결되는 에어 분사라인;
    원판 상으로 이루어지며 한 쌍이 중심에 상기 분사프레임의 양단에 각각 끼워져 회전 가능하도록 연결되는 한 쌍의 회전프레임;
    상기 한 쌍의 회전프레임의 둘레를 연결하도록 복수 개가 상기 회전프레임의 둘레에 방사상으로 결합되고, 단면 두께가 상기 분사프레임의 외측 방향으로 갈수록 두껍게 형성되는 복수 개의 브러시프레임;
    상기 브러시프레임의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 배치되도록 구비되고, 어느 하나의 브러시프레임에 이웃한 다른 하나의 브러시프레임에 설치되는 브러시는 상기 어느 하나의 브러시프레임에 구비된 상기 브러시의 이격 공간에 대응되도록 설치되는 복수 개의 브러시;
    상기 분사프레임에 결합되며, 상기 태양광 패널의 표면을 따라 상기 태양광 패널의 폭 방향에 직교하여 상기 분사프레임을 이동시키기 위한 이동 수단; 및
    상기 회전프레임에 결합되며, 상기 분사프레임을 회전축으로 하여 상기 상기 회전프레임과 결합되는 상기 복수 개의 브러시프레임을 회전시키기 위한 회전 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 세척 장치.
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