KR20140015805A - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임; 상기 지지프레임의 하측에서 상기 지지프레임이 경사지게 배치되도록 지지하는 지지유닛; 설치면 상에 고정되어 상기 지지유닛이 설치면으로부터 높이를 갖도록 배치시키며, 상측 단부의 일부 또는 전부가 상기 지지유닛의 회전반경에 대응하여 원형으로 형성되는 원형프레임이 구비되는 고정프레임 및 상기 지지유닛과 상기 고정프레임 사이에 개재되어, 태양의 시간별 방위각에 대응하여 상기 지지유닛을 상기 고정프레임으로부터 수평방향으로 회동시키는 수평구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 방위각에 따라서 태양전지 모듈의 배치 방향을 변화시킬 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.

여기서, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자를 포함한다.

상기 태양광발전에 이용되는 태양전지는, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.

대부분의 태양전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.

이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다.

실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 볼트(V) 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.

또한, 태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.

그러나 태양전지 모듈은, 일정 전력을 얻기 위하여 다량 사용되어야 하기 때문에 설치장소에 제한이 따르고, 태양전지 모듈의 배치 구조에 따른 하부 지지구조의 변형에 제약이 따를 뿐만 아니라, 태양전지 모듈은 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별문제가 없지만, 주택의 상당수를 차지하는 공동주택에 설치하는 경우에는 세대 내 개별 설치가 어려운 문제점이 있다.

또한 종래의 태양전지 모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 메인프레임들과 태양전지 모듈을 지지하는 지지대들, 메인프레임을 지면에 대해서 지지하는 지지기둥 등이 각각 용접에 의하여 접합되는 경우가 많아서 일단 한번 위치가 정해진 후 용접이 완료되면 배치상태 조정에 어려움이 있었다.

특히, 수많은 태양전지 모듈을 대량으로 지지하는 고정형 지지구조물의 경우, 그 배치각도가 고정되어 있어서, 절기 변화에 따른 태양 고도에 변화에 따라 태양전지 모듈의 배치각도를 조정하는데 한계가 있어서 집광효율 및 전기생산 효율이 떨어지는 문제점도 여전히 내포한다.

우리나라의 경우, 위도(38°)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52°정도이고, 하지에는 75.5°가 되며, 동지에는 28.5°정도가 된다.

그러나 종전의 태양광 발전장치는 정남향을 향하여 고정된 각도를 가진 채 설치되어 있어서 계절별로 전기생산량의 편차가 크게 발생하는데 따른 대책이 시급한 실정이다.

게다가 친환경 에너지 사업이 가시화되고, 태양광 발전에 이목이 집중되면서 대용량 태양광 발전을 위한 설비가 필요하지만, 태양의 이동경로를 따라서 회전하는 구조의 태양광 발전장치는 큰 규모의 태양전지 모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 설비를 필요로 하는 한계가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양의 방위각 변화에 대응하여 태양전지 모듈의 배치방향을 시간대별로 변화시킬 수 있고, 태양전지 모듈을 안전하면서도 용이하게 설치할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임; 상기 지지프레임의 하측에서 상기 지지프레임이 경사지게 배치되도록 지지하는 지지유닛; 설치면 상에 고정되어 상기 지지유닛이 설치면으로부터 높이를 갖도록 배치시키며, 상측 단부의 일부 또는 전부가 상기 지지유닛의 회전반경에 대응하여 원형으로 형성되는 원형프레임이 구비되는 고정프레임 및 상기 지지유닛과 상기 고정프레임 사이에 개재되어, 태양의 시간별 방위각에 대응하여 상기 지지유닛을 상기 고정프레임으로부터 수평방향으로 회동시키는 수평구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.

상기 지지유닛은 경사진 상기 지지프레임의 하측 배면에 일 단부가 결합되는 제1부재와, 상기 제1부재보다 길게 형성되어 상기 지지프레임의 상측 배면에 일 단부가 결합되는 제2부재와, 상기 제1부재 및 제2부재의 타 단부가 각각 결합되고 상기 고정프레임 상에서 회전하는 회전프레임을 포함할 수 있다.

상기 수평구동부는 상기 원형프레임의 외주면을 감싸도록 마련되는 피견인부재와, 상기 피견인부재와 치합하여 상기 피견인부재를 따라 회전하도록 상기 회전프레임에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함할 수 있다.

상기 피견인부재와 구동모터의 구동은 기어 또는 체인구동 중 선택된 하나일 수 있다.

상기 피견인부재는 상기 원형프레임 상에서 상기 지지유닛의 회전반경에 대응하는 길이로 형성되어 양 단부 사이에서 상기 구동모터의 회동 범위를 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 지지유닛과 고정프레임 사이에 개재되어 상기 회전프레임이 상기 원형프레임 상에서 회전하는데 마찰력을 감소시키는 롤러부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면,

첫째, 수평구동부를 구비하여 태양의 방위각 변화에 대응하여 정확한 위치추적이 가능하고,

둘째, 태양의 정확한 위치추적에 따른 태양전지 모듈의 집광효율 및 발전효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치의 후방 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 배면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 수평구동부의 부분확대도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)의 후방 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 복수개의 태양전지 모듈(10)이 장착되는 지지프레임(110)과, 상기 지지프레임(110)이 경사지게 배치되도록 지지하는 지지유닛(120)과, 설치면 상에 고정되어 상기 지지유닛(120)이 설치면으로부터 소정의 높이를 갖도록 배치시키며 상측 단부의 일부 또는 전부가 상기 지지유닛(120)의 회전반경에 대응하여 원형으로 형성되는 원형프레임(151)이 구비되는 고정프레임(150) 및 상기 지지유닛(120)과 상기 고정프레임(150) 사이에 개재되어, 태양의 시간별 방위각에 대응하여 상기 지지유닛(120)을 상기 고정프레임(150)으로부터 수평방향으로 회동시키는 수평구동부(160)를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예의 태양광 발전장치(100)는 상기 태양전지 모듈(10)이 가로로 길게 배치되어 가로로 세 장씩 세로로 네 장이 배치되어 총 12장의 상기 태양전지 모듈(10)이 마련되어 약 3kW의 출력을 내며, 상기 태양전지 모듈(10)의 개수는 전체 태양광 발전 용량과 관련이 있을 뿐 이에 따른 배치구조 및 형상이 변경될 수 있음은 물론이다.

상기 태양전지 모듈(10)은 격자구조로 복수개가 패턴 형성되며, 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 인접하는 다른 태양전지 모듈(10)과의 사이에 간격이 형성되도록 측방향으로 이격 배치된다.

또한 상기 태양전지 모듈(10)은 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 지그재그 방향으로 인접하는 다른 태양전지 모듈(10)과의 사이에 높이차가 발생하도록 이격되어 배치될 수도 있다.

상기 지지유닛(120)은 상기 지지프레임(110)의 배면에 결합되어 상기 지지프레임(110)이 태양을 향하여 경사지게 배치하는 기능을 갖는다. 이때 상기 태양광 발전장치(100)가 설치되는 위치에 따라서 상기 지지프레임(110)의 경사 각도를 조절하여 설치할 수 있다.

상기 지지유닛(120)은 경사진 상기 지지프레임(110)의 하측 배면에 일 단부가 결합되는 제1부재(121)와, 상기 제1부재(121)보다 길게 형성되어 상기 지지프레임(110)의 상측 배면에 일 단부가 결합되는 제2부재(122)와, 상기 제1부재(121) 및 제2부재(122)의 타 단부가 각각 결합되고 상기 고정프레임 상에서 회전하는 회전프레임(125)을 포함한다.

이때 상기 제1부재(121)와 제2부재(122)는 각각 대향하도록 인접하는 한 쌍이 각각 마련되어 상기 지지프레임(110)을 보다 안정적으로 지지하도록 마련된다.

상기 회전프레임(125)은 상기 고정프레임 상에서 수평방향으로 회전 가능하도록 결합된다. 따라서 상기 지지프레임(110)과 지지유닛(120)은 상기 회전프레임(125) 상에서 태양의 방위각에 따라 연동하여 회전한다.

상기 고정프레임(150)은 설치면으로부터 상기 지지유닛(120)이 소정의 높이를 갖도록 마련된다. 여기서 설치면은 지대가 높은 건물의 지붕이나, 인접한 나무나 구조물로부터 상시 그림자가 드리우지 않는 위치에 해당되는 것이 바람직하다.

도 3은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 평면도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 수평구동부(160)의 부분확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 고정프레임(150)의 상면은 상기 회전프레임(125)이 지지되어 회전할 수 있도록 평면으로 형성되며, 일 단면의 적어도 일 부분이 원형으로 형성되는 원형프레임(151)이 구비된다.

상기 수평구동부(160)는 상기 수직구동부(120)와 상기 고정프레임(150) 사이에 개재되어, 태양의 시간별 방위각에 대응하여 상기 지지프레임(110)을 상기 고정프레임(150)으로부터 수평방향으로 회동시키는 기능을 제공한다.

이때 상기 회전프레임(125)과 원형프레임(151) 사이에 개재되어 상기 원형프레임(151) 상에서 상기 회전프레임(125)이 회전하는데 마찰력을 감소시킬 수 있도록 복수개의 롤러부재(140)가 마련된다.

상기 롤러부재(140)는 상기 회전프레임(125)의 회전력이 상기 원형프레임(151) 상에서 간섭되는 것을 방지함과 동시에, 상기 회전프레임(125)이 상기 원형 프레임으로부터 탈거되는 것을 방지할 수 있도록 결합된다.

상기 수평구동부(160)는 상기 원형프레임(151)의 외주면을 감싸도록 마련되는 피견인부재(161)와, 상기 피견인부재(161)와 치합하여 상기 피견인부재(161)를 따라 회전하도록 상기 회전프레임(125)에 회전력을 제공하는 구동모터(166)를 포함한다.

도 4와 같이, 상기 피견인부재(161)는 체인(Chain)으로 이루어지고, 상기 구동모터(166)의 구동력으로 인하여 상기 체인 상에서 상기 회전프레임(125)은 수평방향으로 회전이 이루어진다.

이때 상기 피견인부재(161)는 상기 원형프레임(151) 상에서 상기 지지프레임(110)의 회전반경에 대응하는 길이로 형성되어 상기 피견인부재(161)의 양 단부 사이에서 상기 구동모터(166)의 회동 범위를 제한하는 스토퍼(152)를 포함한다.

상기 스토퍼(152)는 상기 피견인부재(161)의 양 단부가 상기 원형프레임(151) 상에 결합됨에 따라서 상기 제2구동모터(166)의 회동 범위를 조절 할 수도 있고, 또는 상기 피견인부재(161)의 양 단부 내측 방향에서 상기 원형프레임(151)의 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)의 작용효과에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서 전기한 참조번호 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

일출 시 상기 태양전지 모듈(10)은 동쪽을 향하여 배치된다. 이를 위해서는 상기 수평구동부가 상기 지지프레임(110)을 동쪽 방향을 향하도록 회전시킨다.

시간이 흐르면 태양은 동쪽에서 남동쪽 방향으로 이동하고, 또한 고도각 또한 높아진다.

이러한 태양의 방향을 반영하여, 상기 구동모터(166)가 정방향으로 회전하면서 상기 태양전지 모듈(10)이 남동쪽을 바라보도록 회전하게 되고, 상기 태양전지 모듈(10)의 효율이 균형적으로 유지된다.

시간이 더 경과하여, 태양이 최고 고도에 이르게 되면 태양은 남쪽에 위치한다. 이때 상기 태양전지 모듈(10)은 상기 구동모터(166)에 의해 남쪽을 향하도록 회전하게 된다.

더 시간이 흘러가면, 태양은 남서방향으로 이동하고, 상기 태양의 고도 또한 낮아지게 되며, 이에 대응하도록 상기 구동모터(166)는 상기 태양전지 모듈(10)이 남서방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

일몰이 가까워지면, 태양은 서쪽에 위치하고, 상기 태양의 고도 또한 더 낮아진다. 이를 반영하여 상기 구동모터(166)는 상기 태양전지 모듈(10)이 서쪽 방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고 일몰 이 후 태양광 발전이 종료되면, 상기 태양전지 모듈(10)이 익일 일출 시 다시 집광을 할 수 있도록 익일 일출이 시작되기 전에 상기 태양광 발전장치(100)는 동쪽 방향을 향하도록 회전이 이루어진다.

따라서 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 시간의 흐름에 따른 태양의 방위각 변화에 따라서 그 집광 효율을 극대화할 수 있도록 자동으로 회전하여 시간대별로 방위각을 조절할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 태양광 발전장치 110 : 지지프레임
120 : 지지유닛 140 : 롤러부재
150 : 고정프레임 151 : 원형프레임
160 : 수평구동부 161 : 피견인부재
166 : 구동모터
10 : 태양전지 모듈

Claims (6)

1. 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임;
   상기 지지프레임의 하측에서 상기 지지프레임이 경사지게 배치되도록 지지하는 지지유닛;
   설치면 상에 고정되어 상기 지지유닛이 설치면으로부터 높이를 갖도록 배치시키며, 상측 단부의 일부 또는 전부가 상기 지지유닛의 회전반경에 대응하여 원형으로 형성되는 원형프레임이 구비되는 고정프레임 및
   상기 지지유닛과 상기 고정프레임 사이에 개재되어, 태양의 시간별 방위각에 대응하여 상기 지지유닛을 상기 고정프레임으로부터 수평방향으로 회동시키는 수평구동부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지유닛은,
   경사진 상기 지지프레임의 하측 배면에 일 단부가 결합되는 제1부재와, 상기 제1부재보다 길게 형성되어 상기 지지프레임의 상측 배면에 일 단부가 결합되는 제2부재와, 상기 제1부재 및 제2부재의 타 단부가 각각 결합되고 상기 고정프레임 상에서 회전하는 회전프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 수평구동부는,
   상기 원형프레임의 외주면을 감싸도록 마련되는 피견인부재와, 상기 피견인부재와 치합하여 상기 피견인부재를 따라 회전하도록 상기 회전프레임에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 피견인부재와 구동모터의 구동은 기어 또는 체인구동 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 피견인부재는,
   상기 원형프레임 상에서 상기 지지유닛의 회전반경에 대응하는 길이로 형성되어 양 단부 사이에서 상기 구동모터의 회동 범위를 제한하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지유닛과 고정프레임 사이에 개재되어 상기 회전프레임이 상기 원형프레임 상에서 회전하는데 마찰력을 감소시키는 롤러부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

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