KR101585593B1 - 태양광패널용 설치구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지면에 태양광패널을 설치하는 구조물에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 적어도 하나 이상의 태양광패널에 대응하는 크기로 상호 연결되는 지지틀과, 상기 지지틀의 상단에 태양광패널을 수용하는 간격으로 배열되는 거치대와, 상기 거치대의 상단에 태양광패널을 가압하여 고정하는 외·내측 브라켓을 구비하는 고정부; 상기 지지틀의 하단에 체결되는 유동대와, 상기 유동대와 대향하는 지면에 타설된 콘크리트와 체결되는 고정대를 구비하는 지지부; 및 상기 유동대와 고정대 사이에 태양광패널의 자세가 전환되게 높낮이가 조절되는 복수의 가변기둥과, 상기 가변기둥의 양단으로 높낮이에 따라 방향이 전환되게 유도하는 조인트를 구비하는 작동부;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 태양광패널의 회전과 기울기에 이르러 높낮이와 위치의 전환으로 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있는 효과가 있다.

Description

태양광패널용 설치구조물{Structures for solar panel installation}

본 발명은 지면에 태양광패널을 장착하도록 설치되는 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광패널을 설치하는데 필요한 공수는 최소화하면서도 고정력은 배가할 수가 있는 구조와 함께 상시 최적의 발전효율을 유지할 수 있게 입사각을 조절하는 기능을 두루 갖추어진 태양광패널용 설치구조물에 관한 것이다.

태양광패널은 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하는 것은 다수의 셀이 하나의 모듈을 형성한 판 형태로 형성된다. 이러한 태양광패널은 일사조건이 우수한 건물의 지붕이나 산비탈에 구조물과 함께 설치된다. 즉, 태양광패널을 설치시키는 구조물로는 크게 지면으로부터 소정 높이로 세워지는 기둥과, 기둥들에 대해서 수평으로 조립되어 태양광패널을 고정하는 지지대들로 구성되는 것이 보편적이다.

여기서 발전효율을 향상시키기 위해서는 태양광패널로 입사되는 태양광의 각도가 중요하다. 즉, 기존에는 태양광이 입사되는 양이 가장 높은 방위와 각도에 맞추어 고정되게 설치하였다. 그러나 입사되는 시간이 짧아 맞추어진 각도를 벗어난 경우에는 입사양이 현저히 적어서 발전효율이 낮을 수밖에 없었다. 최근에는 태양광을 따라 추적할 수 있게 태양광패널의 각도를 실시간 변경할 수 있는 방안이 모색되고 있다.

예컨데 한국 등록특허공보 제10-1106097호"태양광 트랙커, 이를 갖는 태양광 발전장치 및 이를 갖는 태양광 발전 시스템"과, 한국 등록특허공보 제10-1264846호"태양광 트랙커 및 태양광 발전장치"를 제안하고 있다. 전자는 종횡으로 배열된 다수의 태양광발전모듈의 각도를 동시에 전환이 가능한 이점은 있으나 일방향으로만 기울여지므로 입사되는 태양광에 적합한 각도로 전환하는데 한계가 있다. 후자는 전자의 좌우 기울기 구조에 회전 기능을 추가하여 태양광에 적합한 각도로 전환에는 용이하나 전자와 같이 다수의 태양광 발전패널을 동시에 전환하기에는 비용과 기술적인 측면에서 상당한 무리가 따른다.

이밖에도 한국 공개특허공보 제10-2011-0121686호"피작동 피드포워드 제어식 태양 추적 시스템"과, 한국 등록특허공보 제10-1207270호"태양광 발전용 태양 추적 장치"를 제안하고 있다. 제안된 문헌은 소정 높이의 기둥에 태양전지판넬을 회전과 기울기가 가능하게 연결하고, 태양전지판넬의 저면에 직선 운동하는 엑추에이터로 태양광에 적합한 각도로 전환시키고 있다. 그러나 태양전지판넬이 유동하기 위한 조인트가 어느 한 개소에만 구성되므로 대규모 시설에 적용하기에는 무리가 있다. 특히, 앞서 언급한 문헌들과 같이 기울기와 회전운동만이 가능함에 따라 태양광에 적합한 각도로 전환하는데 한계가 있다.

한국 등록특허공보 제10-1106097호"태양광 트랙커, 이를 갖는 태양광 발전장치 및 이를 갖는 태양광 발전 시스템" 한국 등록특허공보 제10-1264846호"태양광 트랙커 및 태양광 발전장치" 한국 공개특허공보 제10-2011-0121686호"피작동 피드포워드 제어식 태양 추적 시스템" 한국 등록특허공보 제10-1207270호"태양광 발전용 태양 추적 장치"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 지면으로부터 태양광패널을 지지하는 별도의 기둥을 설치할 필요가 없으며 설치되는 태양광패널의 규모에 구애받지 않고 두루 적용이 가능한 것은 물론, 태양광패널의 회전과 기울기에 이르러 높낮이와 위치의 전환으로 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있는 태양광패널용 설치구조물을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 지면에 태양광패널을 설치하는 구조물에 있어서: 적어도 하나 이상의 태양광패널에 대응하는 크기로 상호 연결되는 지지틀과, 상기 지지틀의 상단에 태양광패널을 수용하는 간격으로 배열되고, 양단에 태양광패널이 삽입 가능한 슬롯이 마련되게 십자형으로 절곡되는 거치대와, 상기 거치대의 상단 외측에 거치되는 태양광패널을 가압하도록 ㄱ형으로 절곡된 외측 브라켓과, 내측에 거치되는 한 쌍의 태양광패널을 동시에 가압하도록 T형으로 절곡된 내측 브라켓을 구비하는 고정부; 상기 지지틀의 하단에 체결되는 유동대와, 상기 유동대와 대향하는 지면에 타설된 콘크리트와 체결되는 고정대를 구비하되, 상기 유동대와 고정대는 지지틀의 크기에 따라 중심으로부터 3갈래 이상으로 분기되는 일단에 소정 크기를 가진 지지대를 구비하는 지지부; 및 상기 유동대와 고정대의 지지대마다 태양광패널의 자세가 전환되게 높낮이가 조절되는 한 쌍의 가변기둥이 상호 어긋나는 위치에 지그재그로 연결되고, 상기 가변기둥의 양단으로 높낮이에 따라 방향이 전환되게 유도하는 조인트를 구비하는 작동부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명에 의한 상기 조인트는 십자형 또는 볼형 중에서 어느 하나를 택일하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 태양광패널을 거치하는 거치대에 슬롯이 마련되어 단순 삽입에 이어서 측단에서 슬라이드로 삽입이 가능함에 따라 설치가 신속하고 편리하며, 맞춤형 브라켓으로 장착개수를 최소화 하면서도 고정력을 배가할 수가 있다.

둘째, 지면으로부터 태양광패널을 지지하는 기둥을 높낮이가 조절되는 가변기둥으로 대체함으로서 설치되는 태양광패널의 규모에 구애받지 않고 적용이 가능하다.

셋째, 태양광패널의 회전과 기울기에 이르러 높낮이와 위치를 변경할 수가 있어 태양광 입사각에 적합한 자세로 자유롭게 전환이 가능하여 지형과 지물에 구애받지 않고 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물을 전체적으로 나타내는 저면 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 구조물을 다양한 각도에서 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 고정부를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 지지부와 작동부를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 지지부와 작동부를 나타내는 구성도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 구조물의 작동상태를 나타내는 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 지면에 태양광패널(SP)을 설치하는 구조물에 관련되며, 도 1처럼 고정부(10)와 지지부(20) 및 작동부(30)를 주요 구성으로 하는 태양광패널용 설치구조물이다. 본 발명은 태양광패널(SP)을 설치하는데 필요한 공수는 최소화하면서도 고정력은 배가할 수가 있는 구조와 함께 태양광패널(SP)을 태양광 입사각에 대응하는 자세로 자유롭게 전환시켜 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있는 기능을 가진 것을 주요 요지로 한다.

본 발명에 따른 지지부(10)는 도 1 및 도 2처럼 다수의 태양광패널(SP)을 배열(설치)할 수 있게 연결되는 프레임으로서, 도 3처럼 지지틀(11)와 거치대(15) 및 외·내측 브라켓(17)(18)으로 이루어진다. 지지틀(11)은 하나 이상의 태양광패널(SP)에 대응하는 크기로 상호 연결된 것으로, 거치대(15)과 지지부(20)를 일체로 연결하는 역할을 수행한다. 이러한 지지틀(11)은 거치대(15)와 지지부(20)를 볼·너트로 체결을 유도하는 복수의 체결홀이 형성된다. 물론, 거치대(15)와 지지부(20)가 용접될 경우에는 체결홀을 생략할 수도 있다.

그리고 거치대(15)는 하나 이상의 태양광패널(SP)을 거치할 수 있는 길이로 형성되는 십자형 프로파일로 절곡된 형강으로 지지틀(11)의 상단에 태양광패널(SP)을 거치하는 폭으로 배열되게 장착된다. 이러한 거치대(15)의 상단에는 태양광패널(SP)을 가압하여 고정하는 외측 브라켓(17)과 내측 브라켓(18)이 볼·너트로 장착된다.

이때, 거치대(15)는 도 3a처럼 양단에 태양광패널(SP)이 삽입 가능한 슬롯(15a)이 마련되게 십자형으로 절곡되고, 외측 브라켓(17)은 도 3b처럼 외측에 거치되는 태양광패널(SP)을 가압하도록 ㄱ형으로 절곡되며, 내측 브라켓(18)은 도 3c처럼 내측에 거치되는 한 쌍의 태양광패널(SP)을 동시에 가압하도록 T형으로 절곡된다.

즉, 별도의 가공이나 용접을 통해 형성되는 것이 아니라, 판재를 절곡해서 일체로 형성하므로 제작이 용이하며 내구성이 우수하다. 그리고 거치대(15)의 상단에 외·내측 브라켓(17)(18)을 가조립한 상태에서 태양광패널(SP)을 거치대(15)의 슬롯(15a)에 수평하게 밀어 삽입한 다음, 외·내측 브라켓(17)(18)을 재조립하면 설치가 완료된다. 따라서 슬롯(15a)에 의해 설치가 신속하고 편리한 것은 물론, 맞춤형 브라켓(17)(18)으로 장착개수를 최소화 하면서도 고정력은 배가할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따른 지지부(20)는 도 1 및 도 2처럼 지면으로부터 고정부(10)를 지지할 수 있게 체결되는 프레임으로서, 도 4처럼 유동대(21)와 고정대(25)로 이루어진다. 유동대(21)는 지지틀(11)의 하단 중앙에 체결되고, 고정대(25)는 지면에 타설된 콘크리트에 각각 체결된다. 이러한 유동대(21)와 고정대(25)는 지면으로부터 지지틀(11)을 안정적으로 받쳐줄 수 있도록 I형의 단면을 가지고, 유동대(21)와 고정대(25) 사이에 작동부(30)와 연결되어져 상호 이격된 상태를 가진다.

이때, 유동대(21)와 고정대(25)는 지지틀(11)의 크기에 따라 중심으로부터 3갈래 이상으로 분기되는 와이형(Y), 십자형(+), 별형(*) 중에서 어느 하나를 택일하여 형성된다. 즉, 태양광패널(SP)이 설치되는 개수가 많을수록 고정부(10)의 크기가 커지게 되고, 이와 동반하는 중량도 증가하게 된다. 따라서 유동대(21)와 고정대(25)의 재료비는 최소화하면서도 충분한 강성을 가지는 코어 분산형 구조로 구성하는 것이 좋다. 물론, 형강이 방사형으로 연결되는 구조 이외에도 경우에 따라 단순 판형으로 구성하여도 무방하다.

또한, 유동대(21)와 고정대(25)는 여러 갈래로 분기되는 일단에 소정 크기를 가진 지지대(20a)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 지지대(20a)는 비교적 협소한 너비를 갖는 유동대(21)와 고정대(25)를 확장시켜 작동부(30)의 원활한 연결을 유도한다. 이러한 지지대(20a)는 지지틀(11)과 콘크리트와의 체결을 유도하는 복수의 체결홀이 각각 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 작동부(30)는 도 1 및 도 2처럼 고정대(25)로부터 유동대(21)를 소정 높이로 이격된 상태로 지지하는 기둥으로서, 도 4처럼 복수의 가변기둥(31)과 조인트(35)로 이루어진다. 가변기둥(31)은 유동대(21)와 고정대(25) 사이에 장착되는 엑추에이터로서, 고정대(25)에 장착되는 실린더와, 유동대(21)에 장착되는 로드로 구성된다. 즉, 외부로부터 실린더에 동력이 인가되면 실린더로부터 로드가 상하로 유동하여 태양광패널(SP)의 자세를 전환시켜 준다. 여기서 인가되는 동력으로는 유·공압 또는 전기 중에서 선택적으로 이용할 수가 있다. 그리고 조인트(35)는 가변기둥(31)의 실린더의 일단과 로드의 일단에 각각 장착되어 작동에 따라 방향이 전환되게 유도한다. 즉, 조인트(35)는 십자형 또는 볼형으로 형성되어져 가변기둥(31)의 방향을 자유롭게 전환시켜 준다.

이때, 작동부(30)는 도 5a처럼 유동대(21)와 고정대(25)의 지지대(20a)마다 한 쌍의 가변기둥(31)이 장착되되, 가변기둥(31)들은 도 5b처럼 지지대(20a)가 상호 어긋나는 위치에 지그재그로 연결하는 것이 중요하다. 따라서 태양광패널(SP)의 높낮이와 위치이동 및 기울기와 회전이 가능하다.

기존에는 지지대(20a)마다 단독의 가변기둥(31)이 일치하는 위치에 장착됨으로서 태양광패널(SP)의 회전이나 기울기만이 가능하였다. 따라서 태양광패널(SP)의 제한된 자세전환으로 태양광에 적합한 입사 각도에 대응하기에 한계가 있고, 지형과 지물에 영향을 받게 되는 문제가 있다. 그러나 태양광패널(SP)의 자세를 자유롭게 전환할 수가 있어서 지형과 지물에 구애받지 않고 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 구조물의 작동으로 태양광패널(SP)의 자세가 전환되는 작동과정을 살펴보고자 한다. 여기서 발명의 이해를 돕기 위해서 유동대(21)의 상단에 장착되는 고정부(10)와 태양광패널(SP)은 생략하여 도시하였다. 그리고 유동대(21)와 고정대(25)는 와이형(Y)으로 형성하여 총 6개의 유압형 가변기둥(31)들로 연결하였다.

먼저, 태양광패널(SP)의 높낮이를 전환하고자 할 때에는 모든 가변기둥(31)에 동일한 유압을 동시에 공급하거나 배출한다. 즉, 도 6처럼 유동대(21)는 고정대(25)와 수평상태를 유지하면서 유압에 따라 상하로 이동된다. 그리고 태양광패널(SP)의 위치를 전환하고자 할 때에는 이동방향에 해당하는 가변기둥(31)에만 유압을 공급하고, 나머지 가변기둥(31)들은 유압을 배출하거나 정지한다. 즉, 도 7처럼 유동대(21)는 고정대(25)와 수평상태를 유지하면서 모든 방향으로 이동된다.

또한 태양광패널(SP)의 기울기를 전환하고자 할 때에는 기울임 축에 해당하는 가변기둥(31)은 정지 상태를 유지하고 기울일 방향에 해당하는 가변기둥(31)에만 유압을 공급 및 배출한다. 즉, 도 8처럼 유동대(21)는 고정대(25)로부터 소정의 각도로 기울게 된다. 마지막으로 태양광패널(SP)을 회전하고자 할 때에는 서로 인접하는 가변기둥(31)의 유압을 동시에 공급하고 배출한다. 즉, 유동대(21)는 고정대(25)와 수평상태를 유지하면서 회전하게 된다.

이러한 태양광패널(SP)의 자세전환은 설명을 위해 각각 별개로 설명하였으나 높낮이와 위치이동 및 기울기 및 회전을 동시에 구현할 수가 있다. 따라서 태양광 입사각에 적합한 자세로 자유롭게 전환이 가능하여 지형과 지물에 구애받지 않고 상시 최적의 발전효율을 유지할 수가 있다. 특히, 지면으로부터 태양광패널(SP)을 지지하는 기둥을 높낮이가 조절되는 가변기둥(31)으로 대체함으로서 설치되는 태양광패널(SP)의 규모에 구애받지 않고 적용이 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

SP: 태양광패널 10: 고정부
11: 지지틀 15: 거치대
15a: 슬롯 17: 외측 브라켓
18: 내측 브라켓 20: 지지부
20a: 지지대 21: 유동대
25: 고정대 30: 작동부
31: 가변기둥 35: 조인트

Claims (6)

1. 지면에 태양광패널을 설치하는 구조물에 있어서:
   적어도 하나 이상의 태양광패널에 대응하는 크기로 상호 연결되는 지지틀과, 상기 지지틀의 상단에 태양광패널을 수용하는 간격으로 배열되고, 양단에 태양광패널이 삽입 가능한 슬롯이 마련되게 십자형으로 절곡되는 거치대와, 상기 거치대의 상단 외측에 거치되는 태양광패널을 가압하도록 ㄱ형으로 절곡된 외측 브라켓과, 내측에 거치되는 한 쌍의 태양광패널을 동시에 가압하도록 T형으로 절곡된 내측 브라켓을 구비하는 고정부;
   상기 지지틀의 하단에 체결되는 유동대와, 상기 유동대와 대향하는 지면에 타설된 콘크리트와 체결되는 고정대를 구비하되, 상기 유동대와 고정대는 지지틀의 크기에 따라 중심으로부터 3갈래 이상으로 분기되는 일단에 소정 크기를 가진 지지대를 구비하는 지지부; 및
   상기 유동대와 고정대의 지지대마다 태양광패널의 자세가 전환되게 높낮이가 조절되는 한 쌍의 가변기둥이 상호 어긋나는 위치에 지그재그로 연결되고, 상기 가변기둥의 양단으로 높낮이에 따라 방향이 전환되게 유도하는 조인트를 구비하는 작동부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광패널용 설치구조물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 조인트는 십자형 또는 볼형 중에서 어느 하나를 택일하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광패널용 설치구조물.

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