KR20160135127A - 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템 및 그 추적 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템 및 그 추적 방법에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 움직임에 따른 전류의 변화를 감지하고 이를 통해 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널의 방향이 태양광을 가장 많이 받도록 자동적으로 그 위치와 자세를 조정하도록 제어함으로써, 태양광발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

Description

태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템 및 그 추적 방법{SYSTEM FOR TRACKING TYPE FLOATING PHOTOVOLTAIC SYSTEM AND THE TRACKING METHOD BY THE SAME}
본 발명은 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템 및 그 추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 움직임에 따른 전류의 변화를 감지하고 이를 통해 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널의 방향이 태양광을 가장 많이 받도록 자동적으로 그 위치와 자세를 조정하도록 제어함으로써, 태양광발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법과 그 장치에 관한 것이다.
수상 태양광 발전시스템이란 인공댐, 저수지 또는 담수호의 수면 위에 설치되며, 부유체 및 계류장치, 태양 추적 장치, 태양광 모듈, 전기 설비 등으로 구성된 시스템을 말한다.
일반적으로 지상에 설치되는 태양광 시스템의 경우 태양광 발전소를 설치하는데 넓은 대지를 확보하여야 하므로 산림의 훼손이 심각한 문제이다. 반면 수상 태양광 발전 시스템은 인공댐, 저수지 등 수면에 설치되기 때문에 대지확보를 위한 산림훼손이 발생되지 않는다. 또한, 지열에 의한 발전효율 저하가 발생되지 않고, 수면의 낮은 온도로 여름철에도 태양광 모듈의 온도를 식혀주는 쿨링효과가 있어 오히려 발전효율이 증가하는 장점이 있다.
또한 태양광 발전은 태양광 모듈의 각도가 일정 각도로 고정되어 있는 고정식과 태양광이 모듈면에 직각으로 받도록 태양의 방위와 고도를 추적하는 추적식으로 구분된다. 추적식 태양광 발전은 태양광 모듈이 실시간으로 태양을 추적하는 추적기능을 부가하여 보다 많은 양의 전력을 생산하는 고효율 발전시스템이다. 일반적으로 지상의 경우 추적식의 전력생산량은 고정식에 비해 30%이상 발전량이 증가하는 것으로 알려져 있다. 이러한 발전효율의 향상은 수상 태양광 발전시스템에서도 충분히 예측 가능하다.
추적식 태양광발전시스템은 태양센서가 유효 태양광의 유무를 판단하여 태양위치를 추적하고, 구름이나 우천 시에도 태양을 정밀 자동 추적하도록 프로그램할 수 있다. 그러나 이를 위해서 별도의 기계장치를 사용하여 태양광 모듈을 회전시켜야 하고, 한 번에 회전시킬 수 있는 단위 태양광 모듈의 수가 한정적이고 잦은 고장 등으로 유지관리에 많은 노력이 필요한 실정이다. 이러한 문제는 지상에서 더욱 더 많은 문제를 발생시킨다.
반면에 수상 부유식 태양광발전은 구조물의 자중을 포함한 외력은 중력방향으로 부력체를 통하여 수중으로 전달되기 때문에 중력방향에 대해 저항할 수 있는 구조체의 길이는 지상형에 비해 비교적 자유롭게 결정할 수 있다. 또한, 수상에 부유하고 있기 때문에 비교적 대용량의 발전시스템에 대해서도 작은 에너지로 이동이나 회전이 가능하므로, 수상 부유식 태양광시스템에 추적식을 적용할 경우 육상 추적형 보다 그 구조를 간단하게 할 수 있어서 고장발생 확률이 줄어든다.
또한, 추적식 수상태양광의 태양광발전량, 온습도, 일사량, 풍속, 풍향, 태양추적센서 등의 데이터는 매우 중요한 요소들로, 이러한 데이터는 무선 네트워크로 전송되어 모니터링 되는데, 송수신 데이터 안정성은 우수할 수 있으나, 초기 투자비용 및 유지보수가 어렵고 추가되는 모니터링에 대해서 비용이 많이 드는 단점이 있다.
이러한 기술적 내용과 관련한 기존의 선행기술문헌으로, 한국등록특허 제1298633호(2013.08.14.)는 본 발명의 일 측면은 호수, 하천, 풀장, 연못 등의 수면에 떠오를 수 있는 태양광 발전장치를 구성하여 토지 자원을 효율적으로 이용하는 동시에 태양의 위치의 변화에 따라 태양전지패널의 배치를 변화시켜 효율성을 향상시키는 수상 플로트식 태양광 발전장치를 제공하는 것으로, 태양전지패널 중 어느 하나에 구비되어 태양광의 위치를 추적한 측정값을 전송하는 위치추적 감지유닛;과, 상기 위치 추적 감지유닛에서 전송된 태양광 위치의 측정값에 따라서 상기 복수의 태양전지 구조물의 각 태양전지패널을 동시에 조절하기 위하여 상기 플로트 테이블과 구동 테이블의 사이에서 구비되어 상기 구동 테이블을 회전시키는 팬 틸트 구동유닛;과, 상기 위치 추적 감지유닛과 팬 틸트 구동유닛에 연결되어 태양광이 동시에 상기 복수의 태양전지 구조물의 각 태양전지패널에 최대로 입사되도록 상기 팬 틸트 구동유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 선행기술의 기술적 특징은 태양전지패널의 일측에 위치되어 내부로 태양광이 유입되게 하는 케이스부재와, 상기 케이스부재의 내부에 위치되어 상기 케이스부재를 통해서 유입되는 태양광이 입사되도록 구비되는 수광부재와, 상기 수광부재의 3개의 면에 각각 배치되어 상기 3개의 면에 입사된 태양광의 광량 차이를 감지하여 태양광의 위치를 추적하면서 검출 신호가 발생되는 센서부재를 포함하는 것이다.
또한 한국등록특허 제1398292호(2014.05.15.)는 추적식 수상부유 태양광 발전장치에 관한 것으로, 태양의 방위변화에 대응하여 태양을 추적하여 발전함으로써 태양광 발전효율의 증대를 도모하고 고정부유체의 내측에 태양전지 모듈을 회전시키기 위한 회전부유체가 구비되어 적은 동력으로 태양추적이 용이하면서 하나의 모터로 다수의 회전부유체를 일괄 회전시켜 다수의 태양전지 모듈의 태양추적관리가 용이하면서 동력효율을 높일 수 있는 추적식 수상부유 태양광 발전장치에 관한 것이다.
상기 선행기술문헌들은 태양 추적식 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이라는 점에서 본 발명과 유사한 기술분야에 속하는 것들이나, 상기 선행기술들은 태양으로부터 입사되는 빛에 따라 저항이 변하고 또한 저항의 변화로 인해 전류의 흐름이 변하는 것을 감지하여, 이를 통해서 태양의 위치를 추적하는 기술에 대해서는 제시하고 있지 못하다. 따라서 본 발명은 태양의 위치를 추적함과 동시에 실시간으로 태양이 움직인 거리와 방향만큼 태양광 발전시스템의 태양광 모듈이나 전체 태양광 발전시스템을 움직이도록 제어함으로써, 발전효율을 최대로 끌어올리는 방법과 그 장치를 제시하고자 한다. 아울러 수상 태양광 발전시스템의 경우 유지보수를 위해서 사람이 접근하기 어려우므로, 태양광 발전시스템을 원격에서 모니터링하고 유지 보수할 수 있도록 함으로써, 발전시스템을 보다 효율적으로 관리할 수 있는 수단을 제공하고자 한다.
본 발명은 적어도 하나 이상의 광도전셀을 구비하고, 각 광도전셀에 전압을 가하여 해당 각 광도전셀마다 흐르는 전류값이 얼마인지 또한 그 값의 변화가 얼마인지를 측정하여 태양의 움직임을 추적하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 적어도 하나 이상의 광도전셀의 전류변화를 감지하여 이를 바로 태양광 발전시스템의 위치조정을 위한 제어정보로 활용할 수 있도록 함으로써, 태양의 위치에 따라 태양광 패널이 향하고 있는 방향이 발전효율이 가장 큰 방향이 되도록 자동으로 조절함으로써, 태양광 발전시스템의 전력생산 효율을 극대화하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는 굳이 태양과 태양광 패널이 서로 직각을 이루지 못하더라도, 가장 발전효율이 높도록 발전시스템이나 패널의 방향이나 자세를 추적하면 된다.
또한 본 발명은 태양광 발전시스템의 위치를 변경함에 있어서, 윈치나 프로펠러를 구동하여, 태양광 패널은 물론이고 부유물의 선체를 서서히 실시간으로 움직이도록 함으로써, 태양광 발전시스템의 발전효율이 최대가 되도록 하는 장치와 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 추적식 수상 태양광 발전시스템의 상태를 원격에서 감시하고 제어할 수 있도록 유무선 통신 인터페이스를 구비하고 있으며, 사용자나 관리자는 유무선 단말을 통해서 웹으로 발전시스템이나 관리서버에 접속하여 발전시스템의 상태를 모니터링하거나 제어할 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전시스템은, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 위치를 추정하는 태양위치 추정부; 및 상기 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키도록 제어하는 위치제어부;를 포함하며, 태양의 위치에 따라 상기 수상 태양광 발전시스템의 위치를 변경함으로써, 발전효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 수상 태양광 발전시스템은, 상기 제어에 따라 수상 태양광 발전시스템을 움직이는 적어도 하나 이상의 구동부;를 더 포함하며, 상기 구동부는, 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 구동부가 윈치를 사용하는 경우, 상기 윈치에 각각 와이어로프로 연결되는 적어도 하나 이상의 앵커를 더 포함하며, 상기 구동부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 윈치에서 와이어로프를 감았다가 풀었다가 하는 동작을 통해서 상기 태양광 발전시스템의 위치를 원하는 곳으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 태양위치추정부는, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정하고, 상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 위치제어부는, 각각의 윈치나 프로펠러에서 구비되어 태양의 위치정보에 대응하는 만큼 수상 태양광 발전시스템이 움직이도록 제어하거나, 또는 태양추적제어부를 통해서 중앙에서 각각의 윈치나 프로펠러가 얼마나 동작할지를 정해주는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법은, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 위치를 추정하는 태양위치 추정단계; 및 상기 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 방법은, 상기 수상 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키기 위해서 적어도 하나 이상의 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치를 구동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 윈치를 구동하는 경우, 상기 윈치와 앵커 사이에 연결된 와이어로프를 감았다가 풀었다가 하는 동작을 통해서 상기 태양광 발전시스템의 위치를 원하는 곳으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 태양위치추정단계는, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정하는 단계; 및 상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어단계는, 각각의 윈치나 프로펠러의 구동부에서 태양의 위치정보에 대응하는 만큼 수상 태양광 발전시스템이 움직이도록 제어가 수행되거나, 또는 중앙제어부를 통해서 각각의 윈치나 프로펠러가 얼마나 동작할지를 정해주도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템 및 그 추적 방법에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 움직임에 따른 전류의 변화를 감지하고 이를 통해 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널의 방향이 태양광을 가장 많이 받도록 자동적으로 그 위치와 자세를 조정하도록 제어함으로써, 태양광발전시스템의 발전효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 전체 구조 및 동작원리를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 광도전셀 어레이를 이용하여 태양의 위치추정을 수행하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율향상 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
참고로 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저 수상 태양광 발전 시스템의 구조에 대해서 살펴보고, 본 발명이 적용되는 구조에 대해서 설명하고자 한다.
보통 수상 태양광발전 설비는 프레임형과 부력일체형으로 나누어진다. 여기서 프레임형은 알루미늄 프로파일 또는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) H빔을 조립하고 하부에 부력재를 연결하는 구조이다. 또한 부력일체형은 성형이 용이한 PE(폴리에틸렌)재질로 부력통과 모듈을 지지하는 부유체를 일체화한 구조이다.
상기 프레임형은 구조적 안정성이 높아 모듈 경사각을 높게(예: 33) 설계할 수 있어 발전이용률이 높은 장점이 있으나, 건설비용이 비싸 최대설계 외압을 크게 감안해야 하는 지역(주로 저수면적이 넓은 저수지)에 설치되고 있으며, 부력일체형은 모듈경사각을 낮춰(예: 12~20) 최대설계 외압으로 작용하는 수직 및 수직풍하중을 감소시키는 구조로 발전이용률은 떨어지지만 건설비는 프레임형에 비해 저렴한 장점이 있다.
또한 육상 추적식태양광과 달리 수상태양광에서 추적식은 태양광의 이동에 따른 움직임 외에 수심변화에 따른 상하 움직임을 동시에 고려해야 하는 어려움이 있어 현재까지는 프레임형 고정식에 비해 건설비가 높아 이를 해결하기 위해 연구개발이 진행되고 있다.
따라서 본 발명에서는 프레임형과 부력일체형에 모두 적용될 수 있으며, 개별적인 태양광 패널의 각도 조절은 물론이고 전체적인 수상 부유물의 방향이나 기울기를 제어하여 발전효율을 극대화할 수 있다. 또한 주어진 발전시스템의 규모에 적합하도록 원격에서 안정성을 고려한 운영이 가능하도록 발전시스템의 모니터링과 제어가 가능하도록 하는 수단을 제공한다. 예컨대 수상 부유물에 설치된 태양광 발전시스템의 태양광 패널의 각도를 조절하는 것은 사방에 설치된 윈치를 이용하여 전체적인 태양광 패널의 기울기가 태양과 가능하면 마주보도록 제어할 수 있다. 즉, 모듈의 경사각이 낮은 경우에도 윈치를 제어하여 더욱 발전효율을 높게 할 수 있다. 이러한 제어가 전체 시스템의 안전성에 영향을 줄 경우 이를 모니터링하고 관리 및 제어할 수 있도록 웹 기반의 모니터링 및 제어 인터페이스를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 전체 구조 및 동작원리를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템(100)은 수상 부유물(혹은 선체)에 복수의 태양광 패널이 그룹으로 형성되어 전력을 생산하는 시스템으로, 선체의 상부에 복수개의 윈치 혹은 프로펠러(110)가 설치되어 있으며, 태양광 발전시스템의 선체 상부에는 복수의 태양광 패널(120)이 설치되어 있다.
각 태양광 패널(120)은 상호 연결되어 전력을 생산하며 수중 케이블(미도시)을 통해서 지상의 전기실(미도시)과 배전선로를 통해서 각 가정으로 공급되거나, 전력회사에 판매될 수 있다.
상기 수상 태양광 발전시스템(100)은 각 모서리나 특정 부위에 와이어로프(혹은 계류라인)(200)를 매달아 앵커(300)나 지상의 고정물체에 고정되게 된다. 물론 수상 태양광 발전시스템(100)은 앵커(300)를 통해서 일정부분 고정되고, 미세하게 움직여야 할 필요가 있는 경우에는 프로펠러를 가동하여 원하는 위치로 이동시킬 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 물론 각 윈치는 미세한 조정을 위해서 유압을 사용한 액추에이터의 제어도 가능하지만, 전기 모터를 사용하여 제어하는 것이 더욱 바람직하다. 그러나 본 발명은 이러한 제어방식에 제한을 두지 않는다.
아울러 윈치와 프로펠러를 동시에 사용하여 신속하게 원하는 위치로 상기 수상 태양광 발전시스템을 이동시키는 것도 가능하다.
수상 부유물의 선체를 움직이기 위한 방법으로는 구동부를 앵커(300)에 둘 수도 있고, 윈치에 둘 수도 있다. 그러나 윈치에 구동부를 두는 것이 더 효과적일 것이다. 앵커와 같은 와이어로프의 고정부가 지상에 위치한 경우, 지상에 윈치를 설치하고 이를 구동하도록 함으로써, 더욱 유지보수가 편리하도록 할 수 있다. 이 경우에 선체에는 와이어로프의 연결부만 구비하게 된다. 따라서 본 발명에서는 윈치나 앵커의 위치는 경우에 따라 다양한 위치에 설치하는 것이 가능하며, 반드시 어느 위치에 설치하여야 한다는 제한이 없다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전시스템(100)은 선체의 중앙 부근에 광도전셀(131)을 포함한 태양추적제어장치(130)를 구비하고, 이로부터 수집된 태양광의 위치정보를 이용하여 선체의 각 부에 마련된 윈치나 프로펠러를 구동시켜 태양광 발전시스템의 위치를 태양의 위치에 맞추어 움직이게 제어한다. 이러한 제어를 수행하는 것이 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시킨다.
물론 상기 광도전셀(131)과 상기 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)는 하나의 장치에 통합하여 구성될 수도 있으며, 별개의 장치로 구성된 후 유무선 통신수단을 통해서 서로 통신하면서 동작하게 구성할 수도 있다. 물론 근거리의 경우 간단한 와이어링을 통해서 접속하는 것도 가능하다.
상기 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)는 전체적인 수상 부유물의 선체를 움직이도록 제어할 수도 있지만, 이와 동시에 개별적인 태양광 패널의 기울기나 높낮이를 그룹별로 혹은 개별적으로 제어할 수도 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전시스템(100)은 계류라인(200)을 통해서 앵커(300)에 고정되어 있으며, 상기 계류라인(200)을 느슨하게 하거나 팽팽하게 조절함으로써, 수상 태양광 발전시스템(100)의 위치나 방향을 변화시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)에 대해서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치에 대한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)는 광도전셀(131)로부터 감지된 전류의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 태양위치추정부(132), 상기 추정된 태양의 위치에 따라 선체를 이동시키도록 제어하는 위치제어부(133) 및 상기 선체를 제어하기 위해 프로펠러나 윈치(110)를 구동하는 구동부(134), 수상 태양광 발전시스템의 감시 및 제어를 담당하는 감시제어부(135) 및 수상 태양광 발전시스템의 전체적인 유지, 제어, 감시 및 관리를 위한 유무선네트워크를 담당하는 네트워크인터페이스부(136)를 포함한다.
상기 태양위치추정부(132)는 적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정하고, 상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 역할을 수행한다.
이하에서는 상기 광도전셀을 이용하여 태양의 위치를 추정하는 방법에 대해서 설명하도록 한다. 물론 본 발명에서는 일 실시예로서 광도전셀을 설명하고 있지만, 광소자를 이용한 전류의 변화를 감지하여 태양의 위치를 추적할 수 있는 소자라면 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 개념이다. 즉, 광전효과를 이용한 경우 광량에 따라 전류의 흐름을 제어하는 소자에 해당하므로, 이러한 광전효과를 이용한 모든 소자를 본 발명에서 활용할 수 있으며, 이는 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 있다고 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 광도전셀 어레이를 이용하여 태양의 위치추정을 수행하는 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 광도전셀을 어레이로 구성하여 태양의 움직임에 따라 전류의 변화를 감지할 수 있다. 예컨대 광도전셀은 태양의 광량에 따라 가변저항의 역할을 수행하는 디바이스로, 일종의 조도센서에 해당하는 것이다. 말하자면 태양광이 가장 많이 감지되는 광도전셀이 가장 저항이 낮다. 복수의 광도전셀에 동일한 저항과 전압을 인가할 경우, 전류의 변화를 감지할 수 있다.
즉, 태양광에 가장 많이 노출되는 광도전셀의 저항이 가장 낮게 나타나므로, 이를 통해서 흐르는 전류가 가장 크게 나타날 것이다. 다시 말해서 태양의 위치는 전류가 가장 많이 흐르는 광도전셀이 향하고 있는 쪽에 위치함을 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 각 단자에 동일한 전압을 인가한 상태에서 복수의 광도전셀을 통해서 흐르는 전류를 감지하면, 태양의 위치가 추적될 수 있다.
도 3에서 (a) 부분은 전류가 많이 흐르는 광도전셀이고, (b) 및 (c)로 갈수록 전류가 점점 줄어들 것이다. 이러한 전류의 흐름에 대한 변화를 추적하면, 태양의 움직임에 대한 추적이 실시간으로 수행할 수 있다.
이러한 광도전셀의 어레이를 입체적으로 구성하고, 각 광도전셀에 흐르는 전류를 감지하면 태양의 움직임을 정밀하게 추적하는 것이 가능하다.
이렇게 추적된 태양의 움직임은 광도전셀에서 바로 계산하고, 통신인터페이스를 통해서 원격으로 전송하는 것이 가능하다. 그렇지 않으면, 전류값만 추출하여 그 결과를 원격으로 전송할 수도 있으며, 이러한 것은 구현하기에 따라 다양하게 변경하여 적용하는 것이 가능하다. 이러한 정보는 근거리 무선통신(NFC, Zigbee, Bluetooth, IrDa)을 이용하여 서로 정보를 주고 받을 수 있으며, 특히 비콘신호를 이용하여 정보를 송수신하는 것도 가능하다.
또한 상기 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)는, 상기 태양위치추정부(132)에서 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치나 자세를 변화시키도록 제어하는 위치제어부(133)를 포함한다.
상기 위치제어부(133)는 각각의 윈치나 프로펠러(110)의 구동부에서 태양의 위치정보에 대응하는 만큼 수상 태양광 발전시스템(100)이 움직이도록 제어하거나, 또는 중앙에 위치한 태양추적제어장치(130)를 통해서 각각의 윈치나 프로펠러가 얼마나 동작할지를 정해주는 역할을 수행한다.
또한 상기 수상 태양광 발전시스템(100)의 발전효율을 향상시키는 태양추적제어장치(130)는, 상기 제어에 따라 수상 태양광 발전시스템을 움직이는 적어도 하나 이상의 구동부(134)를 더 포함하며, 상기 구동부(163)는, 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치(110)를 구동하는 역할을 수행한다.
상기 구동부(134)가 윈치(110)를 사용하여 구동하는 경우, 상기 윈치에 각각 와이어로프(계류라인)로 연결되는 적어도 하나 이상의 앵커(300)가 필요하며, 상기 구동부(134)는 상기 위치제어부(133)의 제어에 따라 상기 윈치에서 와이어로프를 감았다가 풀었다가 하는 동작을 통해서 상기 태양광 발전시스템의 위치를 원하는 곳으로 이동시키게 된다. 또한 태양광 발전시스템의 각 태양광 모듈에 대한 각도, 높이 등을 조절함으로써, 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 것도 가능하다.
다음으로 본 발명에 따른 수상 태양광 발전시스템은 수상에 설치되어 운영되기 때문에 유지, 보수, 관리 또는 제어가 지상에 설치된 발전시스템에 비해서 어려워, 유무선 통신 수단을 활용하여 발전시스템의 상태를 모니터링하고, 제어 기능을 통해 발전시스템의 조작에 필요한 각종 설정정보를 업데이트하고, 또한 직접적으로 관리자가 윈치나 프로펠러를 제어하여 원하는 위치로 이동시키는 것도 가능하다. 말하자면, 전체 발전 시스템이 고장난 경우 관리자가 윈치나 프로펠러를 동작시켜 수심이 얕은 곳으로 발전시스템을 옮겨 놓고 고장을 수리할 수도 있다.
여기에 더하여 태양광 발전시스템의 각종 상태정보, 유지보수정보, 고장정보를 포함한 상태와 이력정보를 태양광 발전시스템 관리서버(400)에 전송하여 데이터베이스(500)에 저장하도록 구성한다.
여기서 태양광 발전시스템 관리서버(400)는 웹기반으로 구성되어 관리자나 사용자가 언제든지 휴대단말(600)이나 사용자 단말(600)을 통해서 관리서버에 접속해서 태양광 발전시스템의 상태를 조회할 수 있으며, 또한 동작이나 움직임의 제어를 수행할 수 있다. 여기서 사용자의 휴대 단말은 관리서버로부터 앱을 다운로드 받아 이를 통해서 마치 자신의 손안에 태양광 발전시스템이 놓여 있는 것처럼 이를 제어하고 관리할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율향상 방법에 대한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이. 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법은, 먼저 적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정한다(S110). 다음으로, 상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하게 된다(S120).
이러한 과정을 통해서 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키는 제어를 수행한다.
이를 위해서 먼저 상기 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 명령 생성하고(S130). 다음으로 적어도 하나 이상의 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치를 구동한다(S140).
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 움직임에 따른 전류의 변화를 감지하고 이를 통해 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널의 방향이 태양광을 가장 많이 받도록 자동적으로 그 위치와 자세를 조정하도록 제어함으로써, 태양광발전시스템의 발전효율을 향상시키는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100 : 수상 태양광 발전시스템 200 : 계류라인(와이어로프)
300 : 앵커 110 : 윈치(혹은 프로펠러)
120 : 태양광 패널 130 : 태양추적제어장치
131 : 광도전셀 어레이 132 : 태양위치추정부
133 : 위치제어부 134 : 구동부
135 : 감시제어부 136 : 네트워크인터페이스부
140 : 제어선 150 : 제어선
400 : 태양광 발전시스템 관리서버 500 : 데이터베이스
600 : 사용자 단말

Claims (10)

  1. 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템에 있어서,
    적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 위치를 추정하는 태양위치추정부; 및
    상기 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키도록 제어하는 위치제어부;를 포함하며,
    태양의 위치에 따라 상기 수상 태양광 발전시스템의 위치를 변경함으로써, 발전효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템은,
    상기 제어에 따라 수상 태양광 발전시스템을 움직이는 적어도 하나 이상의 구동부;를 더 포함하며,
    상기 구동부는, 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동부가 윈치를 사용하는 경우, 상기 윈치에 각각 와이어로프로 연결되는 적어도 하나 이상의 앵커를 더 포함하며, 상기 구동부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 윈치에서 와이어로프를 감았다가 풀었다가 하는 동작을 통해서 상기 태양광 발전시스템의 위치를 원하는 곳으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양위치추정부는,
    적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정하고, 상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치제어부는,
    각각의 윈치나 프로펠러에서 구비되어 태양의 위치정보에 대응하는 만큼 수상 태양광 발전시스템이 움직이도록 제어하거나,
    또는 태양추적제어부를 통해서 중앙에서 각각의 윈치나 프로펠러가 얼마나 동작할지를 정해주는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템.
  6. 추적형 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 광도전셀을 이용하여 태양의 위치를 추정하는 태양위치추정단계; 및
    상기 추정한 태양의 위치로 수상 태양광 발전시스템에 설치된 태양광 패널이 향하도록 상기 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 수상 태양광 발전시스템의 위치를 변화시키기 위해서 적어도 하나 이상의 윈치, 프로펠러 또는 이들의 조합을 포함하는 장치를 구동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 윈치를 구동하는 경우, 상기 윈치와 앵커 사이에 연결된 와이어로프를 감았다가 풀었다가 하는 동작을 통해서 상기 태양광 발전시스템의 위치를 원하는 곳으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 태양위치추정단계는,
    적어도 하나 이상의 광도전셀을 통해 흐르는 각 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 전류값과 상기 전류값의 변화에 따라 태양의 위치를 추정하는 단계;를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어단계는,
    각각의 윈치나 프로펠러의 구동부에서 태양의 위치정보에 대응하는 만큼 수상 태양광 발전시스템이 움직이도록 제어가 수행되거나,
    또는 중앙제어부를 통해서 각각의 윈치나 프로펠러가 얼마나 동작할지를 정해주도록 제어되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 수상 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상시키는 방법.
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