KR20170059046A

KR20170059046A - 독립형 태양광 발전 장치

Info

Publication number: KR20170059046A
Application number: KR1020150162491A
Authority: KR
Inventors: 한윤희; 윤용수
Original assignee: 한윤희
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-30
Also published as: KR101745941B1

Abstract

본 발명은 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수의 측벽에 대해 각각 수납홈이 형성되어 있는 본체 박스와, 상기 본체 박스의 상면에 틸팅 가능하게 장착되는 제1 태양 전지 모듈과, 상기 수납홈 내에 슬라이딩 결합되어 전방으로 인출 가능한 캐리어 프레임과, 상기 캐리어 프레임의 내측에서 틸팅 가능하게 결합된 태양 전지판을 포함하는 복수의 제2 태양 전지 모듈과, 상기 캐리어 프레임과 상기 태양 전지판 사이에 연결되며, 상기 캐리어 프레임에 대한 상기 태양 전지판의 틸팅 각도를 조절하는 복수의 각도 조절부, 및 상기 태양 전지판의 상부에 각각 장착되며, 상기 틸팅 각도에 대응하는 일사 크기를 계측하는 복수의 일사 계측부를 포함하며, 상기 태양 전지판은, 상기 각도 조절부에 의해 조절 가능한 복수의 후보 틸팅 각도 중에서 최대 일사 크기가 계측된 틸팅 각도로 세팅되는 독립형 태양광 발전 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 일사 센서로부터 관측되는 태양 고도에 따른 일사량을 기초로 태양 전지 모듈의 기울임 각도가 제어 가능하므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 여러 단의 태양 전지 모듈이 본체 박스에 대해 수납 및 인출 가능하게 구성되어 공간 활용을 극대화하고 이동 및 보관이 용이하며 설치가 간단한 이점이 있다.

Description

독립형 태양광 발전 장치{Stand-alone photovoltaic apparatus}

본 발명은 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 독립적으로 운영될 수 있고 발전 효율을 높일 수 있는 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 독립형과 계통 연계형으로 구분된다. 계통 연계형 태양광 발전 시스템은 계통 전기의 배전 선로를 통하여 전기를 받아들이거나 보낼 수 있는 형태를 가진다. 독립형 태양광 발전 시스템은 배전 선로와 계통 연계되지 않고 독립적으로 운영되는 자가 발전 형태를 가지며 시공이 간단하고 비용이 적게 드는 이점이 있다.

독립형 태양광 시스템은 도서 산간, 사막, 대규모 농장, 목장 등과 같이 계통 전기가 연결되어 있지 않은 곳에서의 비상 주택으로서의 용도뿐만 아니라 통신 기지국, 군사 작전용, 감시 카메라 시스템 등의 무인 시스템에도 활용될 수 있다.

기존의 독립형 태양광 발전 시스템은 주로 주거용 컨테이너 하우스 상단의 지붕 경사면에 다수의 태양 전지 모듈이 어레이로 배치된 구조를 가진다. 여기서 각 태양 전지 모듈에서 생산된 전력은 컨테이너 하우스 내부의 파워 룸에서 처리되어 거주 공간인 리빙 룸 내의 각종 전자 기기에 공급될 수 있다.

그런데, 이러한 기존의 독립형 시스템은 컨테이너 하우스 상에 일체형으로 제작되므로 시스템을 개별 모듈로 분리하여 사용하거나 다른 컨테이너 하우스 또는 다른 설비에 적용하기가 어려우며, 태양 전지 모듈 각각에 대한 설치 각도가 고정되어 있어 태양의 고도에 따른 경사각 조절이 불가능하므로 전력 생산 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제1383889호(2014.04.14 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은 태양 전지판의 틸팅 각도를 조절할 수 있고 전력 생산 효율을 높일 수 있는 독립형 태양광 발전 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 복수의 측벽에 대해 각각 수납홈이 형성되어 있는 본체 박스와, 상기 본체 박스의 상면에 틸팅 가능하게 장착되는 제1 태양 전지 모듈과, 상기 수납홈 내에 슬라이딩 결합되어 전방으로 인출 가능한 캐리어 프레임과, 상기 캐리어 프레임의 내측에서 틸팅 가능하게 결합된 태양 전지판을 포함하는 복수의 제2 태양 전지 모듈과, 상기 캐리어 프레임과 상기 태양 전지판 사이에 연결되며, 상기 캐리어 프레임에 대한 상기 태양 전지판의 틸팅 각도를 조절하는 복수의 각도 조절부, 및 상기 태양 전지판의 상부에 각각 장착되며, 상기 틸팅 각도에 대응하는 일사 크기를 계측하는 복수의 일사 계측부를 포함하며, 상기 태양 전지판은, 상기 각도 조절부에 의해 조절 가능한 복수의 후보 틸팅 각도 중에서 최대 일사 크기가 계측된 틸팅 각도로 세팅되는 독립형 태양광 발전 장치를 제공한다.

여기서, 상기 일사 계측부는, 상기 태양 전지판의 상부에서 일사량을 센싱하는 일사 센서로 구성되거나, 원판 상에 배치된 막대의 그림자 길이를 이용하여 일사 크기를 계측하는 태양 경사 방위계로 구성될 수 있다.

또한, 상기 독립형 태양광 발전 장치는, 상기 태양 전지판으로부터 상기 수납홈의 내측을 향해 연장되어 상기 태양 전지판이 생산한 전력을 외부로 전달하며, 상기 연장된 일부분이 상기 수납홈의 폭 방향에 대해 서로 이격된 상태로 고정되어 있는 제1 및 제2 전선, 및 상기 수납홈의 내부에 위치하고, 상기 제1 전선이 길이방향으로 관통하며 서로 이격된 한 쌍의 제1 관부, 및 상기 제2 전선이 길이방향으로 관통하며 서로 이격된 한 쌍의 제2 관부를 포함한 전선 꼬임 방지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수납홈에 상기 제2 태양 전지 모듈이 수납될 때, 상기 한 쌍의 제1 관부 사이에 노출된 상기 제1 전선의 중앙부 및 상기 한 쌍의 제2 관부 사이에 노출된 상기 제2 전선의 중앙부에 각각 휨 변형이 발생되면서 휨 각도가 점차로 감소하며, 상기 제2 태양 전지 모듈이 완전히 수납되면, 상기 제1 전선과 상기 제2 전선이 서로 반대 방향의 U자 모양으로 꺾여서 상기 제1 및 제2 관부의 길이 방향이 상기 수납홈의 폭 방향과 평행하게 정렬될 수 있다.

또한, 상기 각도 조절부는 상기 캐리어 프레임과 상기 태양 전지판 간의 틸팅 축에 연결된 제1 제어 모터를 포함하여 구성되고, 상기 일사 계측부는 상기 태양 전지판의 상부에서 일사량을 센싱하는 제1 일사 센서이고, 상기 독립형 태양광 발전 장치는, 상기 복수의 후보 틸팅 각도에 대응하는 제어 신호를 상기 제1 제어 모터에 순차로 전달하면서 상기 제1 일사 센서로부터 일사량을 각각 수집한 후, 최대 일사량이 도출된 틸팅 각도에 대응되는 제어 신호를 상기 제1 제어 모터에 최종 설정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 태양 전지 모듈은 상면에 일사량을 센싱하는 제2 일사 센서가 장착되어 있고, 타단부를 기준으로 일단부가 회동 가능하도록 상기 타단부가 상기 본체 박스의 상부와 회동 축에 의해 결합되고, 상기 회동 축에 제2 제어 모터가 연결되며, 상기 제어부는, 상기 제1 태양 전지 모듈의 경사각 제어를 위한 제어 신호를 상기 제2 제어 모터에 전달하면서 상기 제2 일사 센서로부터 일사량을 수집한 후, 최대 일사량을 도출한 경사각에 대응하는 제어 신호를 상기 제2 제어 모터에 최종 설정할 수 있다.

또한, 상기 캐리어 프레임은 제1 틀의 양측 단부에 각각 제2 및 제3 틀의 일측 단부가 결합된 형태의'ㄷ'자형 프레임이며, 상기 제2 및 제3 틀의 사이 공간에 상기 태양 전지판이 틸팅 가능하도록 배치되고, 틸팅 축은 상기 제2 및 제3 틀의 타측 단부와 상기 태양 전지판 간에 형성되되, 상기 태양 전지판의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 각도 조절부는, 일단부가 각각 상기 태양 전지판의 일측 단부의 양측에 회동 가능하게 결합된 제1 및 제2 프레임, 및 상기 제1 및 제2 프레임의 타단부 간에 연결되고, 양단부가 각각 상기 제2 및 제3 틀을 따라 길이 방향으로 형성된 레일 홈 상에 슬라이딩 이동 가능하게 결합된 제3 프레임을 포함하고, 상기 양단부가 슬라이딩 이동 시 상기 태양 전지판의 경사각이 조절될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제2 프레임의 길이 방향이 직립된 상태에서 상기 태양 전지판은 제1 경사각을 가지며, 상기 직립 상태에서 상기 양단부가 상기 일측 또는 상기 타측 방향으로 슬라이딩 이동 시에 상기 태양 전지판의 경사각이 상기 제1 경사각보다 낮아지며, 상기 직립 상태에서 상기 양단부가 상기 타측 방향으로 슬라이딩 이동하여 수평 상태가 되면 상기 태양 전지판이 수평 상태로 유지될 수 있다.

또한, 상기 각도 조절부는, 일단부가 상기 제1 틀에 연결되고 타단부가 상기 제2 및 제3 틀의 길이 방향을 따라 연장되어 상기 제2 및 제3 틀의 일부 부위에 고정되고, 길이 방향을 따라 상면에 일정 간격으로 복수의 걸림부가 형성된 보조 프레임, 및 제1 및 제2 프레임의 일단부가 각각 상기 태양 전지판의 일부분의 양측에 회동 가능하게 결합되고, 제1 및 제2 프레임의 타단부 간이 제3 프레임을 통해 연결되며, 회동 시에 상기 제3 프레임이 상기 걸림부 중 하나에 걸림되는 형태로 상기 태양 전지판의 경사각을 조절하는 조절 프레임을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제2 프레임의 일단부와 상기 태양 전지판 간의 각 회동 축은 상기 태양 전지판의 일부분의 양측에 각각 형성된 장형의 홀 내에서 좌우로 이동 가능하고, 상기 회동 축이 상기 홀의 제1 측에 위치할 때, 상기 제3 프레임은 상기 태양 전지판의 일측 단부에 형성된 내부 홈틀에 내장되고, 상기 회동 축이 상기 홀의 제2 측에 위치할 때, 상기 제3 프레임은 상기 내부 홈틀로부터 이탈하여, 상기 경사각 조절이 가능한 상태가 될 수 있다.

또한, 상기 독립형 태양광 발전 장치는, 상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈이 생산한 직류 전력을 최적화하여 제공하는 배터리 충전기와, 상기 배터리 충전기로부터 직류 전력을 충전하는 배터리, 및 상기 배터리에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 설치 대상물의 부하에 공급하는 인버터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체 박스의 하부에 결합되어 상기 본체 박스를 상기 설치 대상물의 지붕에 고정시키는 파워 모듈 박스를 더 포함하며, 상기 배터리 충전기, 상기 배터리, 상기 인버터는 상기 파워 모듈 박스에 각각 장착될 수 있다.

또한, 상기 파워 모듈 박스는, 상단에 회동 가능하게 놓여진 상기 본체 박스의 기울임 제어가 가능하도록 상단의 일부면이 일정 경사각으로 커팅되어 있으며, 상기 본체 박스의 회동 각도를 변경시키는 모터를 제어하면서 상기 제1 태양 전지 모듈의 태양 전지판 상부에 장착된 일사 센서의 일사량을 수집한 후 최대 일사량을 도출한 각도로 상기 본체 박스의 회동 각도를 설정하는 제어 수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 파워 모듈 박스와 상기 본체 박스 간의 회동 축은 상기 본체 박스의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성될 수 있다.

또한, 기 제2 태양 전지 모듈은, 상부 및 하부 태양 전지 모듈을 포함한 한 쌍으로 구현되되 상기 한 쌍의 태양 전지 모듈의 각 캐리어 프레임의 일측 간이 서로 힌지 연결되어 있어, 상기 수납 시에는 상기 상부 및 하부 태양 전지 모듈이 상하로 적층되어 있고 상기 인출 시에는 상기 하부 태양 전지 모듈에 대해 상기 상부 태양 전지 모듈의 외부 펼침이 가능할 수 있다.

또한, 육면체 형상을 가지는 상기 본체 박스의 네 측벽에 대해 상기 수납홈이 각기 다른 높이에 형성되어 있으며, 상기 상부 태양 전지 모듈이 상기 네 측벽의 둘레를 따라 각각 상이한 방향으로 펼쳐지도록, 네 개의 상기 제2 태양 전지 모듈의 각 힌지 연결 부위는 상기 캐리어 프레임의 네 측면 중 서로 다른 한 측면에 개별 형성되고, 상기 펼쳐진 네 개의 상기 제2 태양 전지 모듈의 전체 외곽 둘레 부분이 단일의 사각형 형상을 이룰 수 있다.

본 발명에 따른 독립형 태양광 발전 장치에 따르면, 일사 센서로부터 관측되는 태양 고도에 따른 일사량을 기초로 태양 전지 모듈의 기울임 각도가 제어 가능하므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 여러 단의 태양 전지 모듈이 본체 박스에 대하여 수납 및 인출 가능하게 구성되어 공간 활용을 극대화할 수 있고 이동 및 보관이 용이하며 설치가 간단한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 본체 박스의 측면에 각각 수납된 제2 태양 전지 모듈이 인출된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 일사 크기를 수동으로 계측하는 태양 경사 방위계를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 태양 전지 모듈의 구성을 간단히 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제1 태양 전지 모듈의 경사각 조절 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제2 태양 전지 모듈의 수동식 각도 조절 구성을 위한 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 동작 원리를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제2 태양 전지 모듈의 수동식 각도 조절 구성을 위한 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 8의 동작 원리를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에서 전선 꼬임 방지부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치에 연결되는 전력변환부를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 1에 도시된 독립형 태양광 발전 장치의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 도 13에 수납된 제2 태양 전지 모듈의 인출 상태와 펼침 상태를 각각 나타낸 도면이다.
도 16은 도 13에 도시된 독립형 태양광 발전 장치가 파워 모듈 박스의 상단에 장착된 형태를 나타낸 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것으로서 기존보다 설치가 간단하고 발전 효율을 높이며 공간 활용을 극대화할 수 있는 독립형 태양광 시스템을 제시한다. 본 발명의 실시예는 여러 단의 태양 전지 모듈이 본체 박스에 대하여 자유 자재로 수납 및 인출이 가능하고 수납 시에 이동 및 보관이 용이한 구조를 가진다.

이러한 본 발명의 실시예는 계통 전기가 연결되어 있지 않은 지역 또는 재난 지역에서 비상 주택의 용도로서 뿐만 아니라 통신기지국, 각종 시스템, 차량과 같은 이동체 등의 전원 공급원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치의 구성에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치를 나타낸 도면이다. 도 1은 설명의 편의를 위해 독립형 태양광 발전 장치(100)가 비상 주택과 같은 컨테이너 하우스(10)의 지붕에 설치된 것을 예시한 것이다. 물론 본 발명의 적용 예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

우선, 컨테이너 하우스(10)의 구조를 간단히 설명하면 다음과 같다. 컨테이너 하우스(10)는 전기 공간(11)(Power Room)과 생활 공간(12)(living Room)으로 구분된다. 전기 공간(11)은 독립형 태양광 발전 장치(100)로부터 생산된 전력을 케이블을 통해 전달받아 이를 생활 공간(12) 내의 부하에 공급 가능한 전력 형태로 변환한다.

전기 공간(11)은 배터리 충전기(battery charger), 배터리, 인버터를 포함하는 구조를 가진다. 배터리 충전기는 독립형 태양광 발전 장치(100)에서 생산된 전력을 최적화하여 배터리를 충전시키며 인버터는 배터리에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제공한다.

생활 공간(12)은 거주 용도로 사용되는데 각종 전자 기기와 같은 부하들이 존재한다. 생활 공간(12) 내의 각종 부하는 전기 공간(11) 내의 인버터로부터 변환된 전력을 공급받아 동작한다.

독립형 태양광 발전 장치(100)는 컨테이너 하우스(10)의 지붕 위에 별도로 이송되어 조립될 수 있으며, 컨테이너 하우스(10)에 미리 조립된 상태에서 원하는 장소에 함께 이송되는 것도 가능하다. 물론 독립형 태양광 발전 장치(100)와 컨테이너 하우스(10)는 별도의 차량으로 이송되어 조립 가능하므로 원하는 장소에 이동식으로 신속하고 편리하게 설치될 수 있다. 컨테이너 하우스(10)의 크기는 ISO 표준 규격을 사용할 수 있는데 그 외에 다른 규격도 사용 가능하다.

다음은 독립형 태양광 발전 장치(100)의 구성에 관하여 상세히 설명한다. 독립형 태양광 발전 장치(100)는 크게 본체 박스(110), 제1 태양 전지 모듈(120), 복수의 제2 태양 전지 모듈(130), 그리고 일사 계측부(140,150)을 포함하여 구성된다.

본체 박스(110)의 상면에는 제1 태양 전지 모듈(120)이 장착되고 복수의 측면에는 제2 태양 전지 모듈(130)이 각각 슬라이딩 수납 및 인출 가능하게 장착되어 있다. 본체 박스(110)의 각각의 측벽에는 수납홈(111)이 각기 다른 높이에 형성되어 있다. 따라서 복수의 제2 태양 전지 모듈(130)은 본체 박스(110)의 내부에 각기 다른 높이에 수납 가능하다.

또한 제2 태양 전지 모듈(130)은 통상의 서랍식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 태양 전지 모듈(130)의 외곽 틀 즉, 캐리어 프레임의 양쪽 가장자리 부분에 각각 롤러가 구비되고, 각 롤러가 수납홈(111) 내부의 양쪽 레일을 따라 각각 슬라이딩 이동하도록 구현될 수 있다.

도 2는 도 1에서 본체 박스의 측면에 각각 수납된 제2 태양 전지 모듈이 인출된 상태를 나타낸 도면이다. 본체 박스(110)의 내부는 여러 단으로 구성된다. 그 중에서 아래쪽의 1단(레벨 1)부터 4단(레벨 4)까지는 슬라이딩 수납이 가능한 제2 태양 전지 모듈(130)에 대응하는 부분을 나타내고, 최상부의 5단(레벨 5)은 제1 태양 전지 모듈(120)에 대응하는 부분을 나타낸다.

여기서, 제2 태양 전지 모듈(130)의 배치 형태나 크기, 그리고 본체 박스(110)의 형상은 반드시 도 1에 도시된 것으로 한정되지 않는다. 도 1의 경우 본체 박스(110)가 직육면체 형상이며 그에 대응하는 네 개의 제2 태양 전지 모듈(130)이 본체 박스(110)의 측면에 수납 가능한 것을 예시하고 있다.

만일, 도 1에서 본체 박스(110)를 기준으로 서로 마주보는 두 단의 제2 태양 전지 모듈(ex, 1단과 2단)의 길이를 절반 또는 그 이하로 줄이게 되면 동일 레벨 상에 두 단이 수납 가능한 구조로 변경 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예는 여러 단의 태양 전지 모듈이 동일 레벨(층)을 공유하는 형태로도 변형 가능하다.

도 1 및 도 2의 경우, 설명의 편의를 위해 각각의 태양 전지 모듈의 구성을 블록 형태로 비교적 간단히 나타낸 것인데, 실질적으로 각각의 태양 전지 모듈은 본체 박스에의 결합을 용이하게 하는 구조를 포함할 수 있다.

제1 태양 전지 모듈(120)은 본체 박스(110)의 상면에 고정형으로 설치될 수도 있고 기울임 가능한 형태로도 구현될 수 있다. 제2 태양 전지 모듈(130)은 외곽 프레임이 본체 박스(110)의 외부로 슬라이딩 인출된 상태에서 외곽 프레임 내측의 태양 전지판이 틸팅 가능한 형태로 구현될 수 있다. 그리고 제1 태양 전지 모듈(120)과 제2 태양 전지 모듈(130)을 구성하는 태양 전지판의 형태는 복수의 전지 셀들이 평면상에 어레이 배열된 모습을 가질 수 있다.

제1 및 제2 태양 전지 모듈(120,130)의 상부에는 일사량 계측을 위한 일사 계측부(140,150)가 각각 장착된다. 일사 계측부를 활용하면 최대 일사량이 계측되는 각도로 태양 전지판의 틸팅 각도를 세팅할 수 있게 된다. 여기서 제1 태양 전지 모듈(120)의 설치 형태가 회동형이 아닌 평면형인 경우라면 제1 태양 전지 모듈(120)에는 일사 계측부(140)가 불필요할 것이다.

일사 계측부(140,150)는 태양 전지판의 상부에서 일사량을 자동으로 센싱하는 일사 센서로 구성될 수 있다. 또한, 일사 계측부(140,150)는 원판 상에 배치된 막대의 그림자 길이를 이용하여 일사 크기를 수동으로 계측하는 태양 경사 방위계로 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 일사 크기를 수동으로 계측하는 태양 경사 방위계를 설명하는 도면이다. 도 3은 태양 전지판의 상단에 원판형의 태양 경사 방위계를 올려놓은 상태에서 막대의 그림자 길이를 관측하는 모습을 나타낸다.

그림자가 원판 위에 나타나지 않으면, 현재 태양 전지판의 경사각과 방위각이 최대 일사량을 도출하는 각도로 세팅된 것을 의미한다. 따라서, 태양 전지판 위에 태양 경사 방위계를 올려 놓고 그림자가 없어질 때까지 태양 전지판의 각도를 조정하면 되며, 조정이 완료되면 태양 경사 방위계를 제거하여 태양 전지판에 음영이 발생하지 않게 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 태양 전지 모듈의 구성을 간단히 예시한 도면이다. 제2 태양 전지 모듈(130)은 수납과 인출 기능을 담당하는 캐리어 프레임(131)과, 캐리어 프레임(131)의 내측에서 틸팅 가능하게 결합된 태양 전지판(132)을 포함하는 구성을 가진다. 여기서, 도 4의 경우 설명의 편의를 위해 캐리어 프레임(131)이 'ㅁ'자 형태인 것을 예시한 것으로서, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 캐리어 프레임(131)은 태양 전지판(132)의 기울임 시에 캐리어 프레임(131)에 의한 음영이 발생하지 않도록 추후의 도 6 등에서와 같이 한쪽 방향이 개방된'ㄷ'자 형태로 구현될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서 태양 전지판(132)은 별도의 각도 조절부에 의해 조절 가능한 복수의 후보 틸팅 각도 중에서, 최대 일사 크기(일사량)가 계측된 틸팅 각도로 세팅될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 일사량의 자동 계측이 가능한 일사 센서를 활용한 것을 예시하여 설명한다.

본 발명의 실시예에서 각도 조절부의 구성은 도 4에 도시된 것과 같이 제어부(170)와 제어 모터(165)를 활용하는 자동 조절 방식을 사용할 수도 있고, 후술할 도 6 내지 도 10의 경우와 같이 수동 조절 방식을 사용할 수 있다. 물론, 본 발명의 실시예는 필요에 따라 수동 및 자동 방식 중 어느 하나를 사용할 수도 있고 병용할 수도 있다.

우선, 도 4에 도시된 자동 조절 방식을 설명하면 다음과 같다. 제1 제어 모터(165)는 캐리어 프레임(131)과 태양 전지판(132) 간의 틸팅 축(133)에 연결되어 있다. 여기서 틸팅 축(133)은 태양 전지판(132)의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심되어 있는데 태양 전지판(132)의 기울임이 증가했을 때 태양 전지판(132)이 반대로 뒤집어지는 현상을 방지할 수 있다.

제어부(170)는 제1 제어 모터(165)에 틸팅 각도의 제어를 위한 제어 신호를 전송하여, 캐리어 프레임(131)에 대한 태양 전지판(132)의 틸팅 각도를 조절할 수 있다. 제1 제어 모터(165)는 제어 신호에 대응하는 회전력을 발생시켜 태양 전지판(132)의 틸팅 각도를 제어할 수 있다.

여기서, 제어부(170)는 복수의 후보 틸팅 각도에 대응하는 제어 신호를 제1 제어 모터(165)에 순차적으로 전달하면서 일사 센서(150)로부터 일사량을 차례로 수집하고, 수집한 일사량 중 최대 일사량이 도출된 틸팅 각도(최적 틸팅 각도)에 대응하는 제어 신호를 제1 제어 모터(165)에 최종적으로 설정한다. 이러한 방법을 통하여 제2 태양 전지 모듈(130)의 태양 전지판(132)은 최적의 틸팅 각도로 세팅될 수 있다.

이와 같은 자동 조절 방식의 경우, 각각의 제2 태양 전지 모듈(130)에 대해 제어 신호를 전송하여 태양 전지판(131)의 틸팅 각도를 개별적으로 조절하면 된다.

물론, 본 발명의 실시예는 제1 태양 전지 모듈(120) 또한 경사각이 조절 가능한 형태로 구현될 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에서 제1 태양 전지 모듈의 경사각 조절 구성을 나타낸 도면이다.

도 5의 (a)와 같이, 제1 태양 전지 모듈(120)은 일단부가 타단부를 기준으로 회동 가능한 구조를 가진다. 제1 태양 전지 모듈(120)의 일단부 상면은 일사 센서(140)가 장착되며 타단부는 본체 박스(110)의 상부에 회동 축(121)에 의해 결합된다. 회동 축(121)은 제2 제어 모터(122)와 연결된다. 도 5의 (b)의 경우, 제어부(170)가 제2 제어 모터(122)를 이용하여 제1 태양 전지 모듈(120)의 경사각을 0°에서부터 최대 45°까지 변화시키면서 최대 일사량을 도출한 경사각을 확인하는 모습을 나타낸다.

이와 같이, 제어부(170)는 제1 태양 전지 모듈(120)의 경사각 제어를 위한 제어 신호를 제2 제어 모터(122)에 전달하면서 일사 센서(140)로부터 일사량을 수집한 후 최대 일사량을 도출한 경사각에 대응하는 제어 신호를 제2 제어 모터(122)에 최종 설정한다. 이에 따라, 제1 태양 전지 모듈(120)은 최대 일사량을 도출할 수 있는 최적의 경사각으로 세팅될 수 있다.

앞서 도 5의 경우, 제2 태양 전지 모듈의 자동 조절 방식에 관한 것이나, 이와 달리 작업자에 의한 수동 조절 방식은 다음의 도 6 내지 도 10의 내용을 참조한다. 도 6 및 도 7은 그 첫 번째 예이고, 도 8 내지 도 10은 두 번째 예를 나타낸다.

이하의 도 6 내지 도 10에서 캐리어 프레임(131)은 ㄷ'자 형상인 것을 예시로 하여 설명한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 실시예에서 제2 태양 전지 모듈의 수동식 각도 조절 구성을 위한 일례를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 동작 원리를 나타낸 도면이다.

우선, 도 6을 참조하면, 캐리어 프레임(131)은 제1 틀(131a)의 양측 단부에 각각 제2 틀(131b) 및 제3 틀(131c)의 일측 단부가 결합된 형태의'ㄷ'자형을 가지고 있다. 태양 전지판(132)은 제2 틀(131b) 및 제3 틀(131c)의 사이 공간에 틸팅 가능하도록 배치된다.

여기서, 틸팅 축(133)은 제2 및 제3 틀(131b,131c)의 타측 단부와 태양 전지판(132) 간에 형성되되, 태양 전지판(132)의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성되어 있다. 이와 같이 틸팅 축(133)이 편심된 경우는 중앙에 위치한 경우보다 태양 전지판(132)의 기울기를 증가시키는 과정이 더욱 안정적으로 수행될 수 있다.

도 6의 경우, 각도 조절부(160)는 제1 내지 제3 프레임(161,162,163)을 포함하여 구성된다. 제1 프레임(161)과 제2 프레임(162)은 각각의 일단부가 태양 전지판(132)의 일측(좌측) 단부의 양측에 각각 회동 가능하게 결합된다. 제3 프레임(163)은 제1 및 제2 프레임(161,163)의 타단부 간에 연결되며, 그 양단부가 각각 제2 및 제3 틀(131b, 131c)을 따라 길이 방향으로 형성된 레일 홈(h) 상에 슬라이딩 이동 가능하게 결합된다.

이와 같은 도 6의 구성에 따르면, 제3 프레임(163)의 양단부가 제2 및 제3 틀(131b,131c)의 각 레일 홈(h)을 슬라이딩 이동 시에, 태양 전지판(132)의 경사각이 조절된다. 여기서, 제3 프레임(163)의 양 단부는 슬라이딩 이동이 용이하도록 레일 홈(b) 상을 롤링 이동 가능한 하나의 회전체 블록으로 구현될 수 있다. 이를 위해, 제3 프레임(163)의 양 단부는 제1 및 제2 프레임(161,162)의 타단부 상에 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 또한, 레일 홈(b) 상에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 보조 홈들 또는 보조 돌출부들을 형성하면 제3 프레임(163)의 양 단부가 임의 위치에 걸림 가능하게 되어 태양 전지판(132)의 경사각이 안정적으로 유지될 수 있다.

도 6의 동작에 관하여 도 7을 참조로 설명하면 다음과 같다. 우선, 도 7의 (c) 참조하면, 상기 제1 및 제2 프레임(161,162)의 길이 방향이 직립된 상태에서 태양 전지판(132)은 제1 경사각(ex, 45°)을 가진다. 이러한 직립 상태에서 양단부가 일측(좌측) 또는 타측(우측) 방향으로 슬라이딩 이동 시에 태양 전지판(132)의 경사각이 제1 경사각보다 낮아지게 된다. 도 7의 (a)는 도 7의 (c) 상태에서 제3 프레임(163)의 양단부를 좌측으로 이동시켜 경사각을 30°로 조절한 것이다. 도 7의 (b)는 제3 프레임(163)의 양단부를 우측 방향으로 완전히 슬라이딩 이동시켜 제1 및 제2 프레임(161,162)을 수평 상태로 조절한 경우로서, 이 경우 태양 전지판(132)은 수평 상태로 유지 및 보관될 수 있다.

다음, 도 8은 본 발명의 실시예에서 제2 태양 전지 모듈의 수동식 각도 조절 구성을 위한 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 9 및 도 10은 도 8의 동작 원리를 나타낸 도면이다. 캐리어 프레임(131)과 태양 전지판(132) 간의 결합 형태는 도 6과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 도 8 및 도 10에서 상측 도면은 측단면도에 해당하고 하측 도면은 배면에서 바라본 도면에 해당된다.

먼저, 도 8을 참조하면, 각도 조절부(160a)는 보조 프레임(166)과 조절 프레임(167)을 포함한다. 보조 프레임(166)은 일단부가 제1 틀(131a)에 연결되고 일단부로부터 연장된 타단부가 제2 및 제3 틀(131b,131c)의 일부 부위에 고정되며, 길이 방향을 따라 상면에 일정 간격으로 복수의 걸림부(t)들이 형성된다. 걸림부(t)는 톱니 형상의 돌출 구조나 그 밖의 홈 구조로 형성 가능하다.

조절 프레임(167)은 제1 내지 제3 프레임(167a,167b,167c)을 포함한다. 제1 및 제2 프레임(167a,167b)은 일단부가 각각 태양 전지판(132)의 일부분의 양측에 회동 가능하게 결합되고, 타단부 간이 제3 프레임(167c)으로 연결되어 있다. 이러한 도 8의 구성의 경우, 회동 시에 제3 프레임(167c)이 복수의 걸림부(t) 중 하나에 걸림되는 형태로 태양 전지판(132)의 경사각이 조절될 수 있다.

도 9는 도 8에 도시된 조절 프레임의 동작 방식을 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9의 (b) 상태에 대응되는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 프레임(167a,167b)의 일단부와 태양 전지판(132) 간의 각 회동 축은 태양 전지판(132)의 일부분의 양측에 각각 형성된 장형의 홀(132a) 내에서 좌우로 이동 가능한 형태를 가진다.

여기서, 도 9의 (a) 및 도 10과 같이, 회동 축이 상기 홀(132a)의 제1 측(좌측)에 위치할 때, 제3 프레임(167c)은 태양 전지판(132)의 일측(좌측) 단부에 형성된 내부 홈틀(132b)에 안정적으로 내장된다. 이 경우, 태양 전지판(132)의 각도 조절이 차단하고 제2 태양 전지 모듈(130)은 본체 박스(110)에의 안정적인 수납 및 보관이 가능하게 된다. 내부 홈틀(132b)은 수직 단면이 ㄷ 자형인 것을 알 수 있는데, 이는 일반적으로 결정형 PV 모듈은 배면 네 방향의 끝단이 ㄷ 자형 알루미늄 프레임으로 되어 있는 것에 따른다.

여기서, 도 9의 (b)와 같이, 회동 축이 홀(132a)의 제2 측(우측)으로 위치하게 되면, 제3 프레임(167c)은 내부 홈틀(132b)에서의 구속으로부터 이탈할 수 있게 되면서 이동이 자유로워지고, 태양 전지판(132)의 경사각 조절이 가능한 상태가 된다. 여기서 조작의 편의를 위해 장형의 홀(132a)의 길이 방향에 대해 제1 측과 제2 측 부분에만 홀을 더 깊고 크게 형성할 수도 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시예의 경우, 각각의 태양 전지판을 여러 틸팅 각도로 조절하면서 각도별로 일사량을 수집하고, 최고 일사량이 도출되는 틸팅 각도로 태양 전지판을 최종 세팅하여 전력을 생산한다. 이와 같은 동작은 기 설정 주기의 시점이 도래할 때(ex, 1시간 간격)마다 반복하여 수행할 수 있다.

물론 이러한 원리는 틸팅 각도의 수동 조절 방식 및 자동 조절 방식에서 동일하게 적용될 수 있다. 상기의 구성에 따르면, 태양 전지판의 경사각을 해당 시점의 태양 고도에 맞게 최적화시킬 수 있어 태양광의 입사 효율을 높이고 전력 생산량을 증대시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 제2 태양 전지 모듈(130)이 생산한 전력을 전달하는 내부 전선들이 수납 공간 내에서 꼬이는 것을 방지하는 구성을 포함할 수 있다. 도 11은 본 발명의 실시예에서 전선 꼬임 방지부의 구성을 나타낸 도면이다. 도 11의 경우 설명의 편의상 캐리어 프레임(131)이 사각형 형상인 것을 예시한 것이다.

도 11의 (a)는 본체 박스(110)로부터 제2 태양 전지 모듈(130)이 완전히 인출된 상태이고, 도 11의 (b)와 (c)는 반대로 제2 태양 전지 모듈(130)이 수납되는 과정을 나타낸다. 설명의 편의상 도 11의 (b),(c)의 부호는 생략하였으며 관련 부호는 도 11의 (a)를 참조한다. 도 11에서 설명의 편의상 각도 조절부의 구성은 생략하여 도시하였다. 캐리어 지지대(161)와 각도 조절대(162)는 각도 조절을 수행하기 이전 즉, 태양 전지판(132)의 하부에 접철된 대기 상태의 모습을 나타낸다.

본체 박스(110)의 수납홈(111) 내부 가장자리 양측에는 레일(113)이 형성되어 있고 이에 대응되도록 제2 태양 전지 모듈(130)의 캐리어 프레임(131) 가장자리 양측에는 롤러(134)가 구비되어 있다. 따라서, 롤러(134)가 레일(113)을 따라 슬라이딩 이동하는 방법으로 제2 태양 전지 모듈(130)의 수납과 인출이 가능해진다.

여기서 레일(113) 상에는 길이방향의 양단부에 각각 잠금 장치(홈 또는 돌기 구조)를 형성하여 제2 태양 전지 모듈(130)의 수납과 인출 깊이를 각각 제한하도록 구성할 수 있다. 레일(113)의 안쪽 단부에 형성되는 잠금 장치의 경우 수납되는 깊이를 제한하고 바깥 단부에 형성되는 잠금 장치의 경우 인출되는 깊이를 제한할 수 있다. 물론 이러한 형태는 일반적인 서랍식 구조에 통상적으로 적용되고 있는 것에 해당한다.

도 11에서 제1 전선(181)과 제2 전선(182)은 태양 전지판(132)으로부터 수납홈(111)의 내측을 향해 PV 정션 박스, PV 커넥터 등을 통해 연장되어 태양 전지판(132)이 생산한 전력을 외부로 전달하며, 연장된 일부분이 수납홈(111)의 폭 방향에 대해 서로 이격된 상태로 각각 고정되어 있다.

전선 꼬임 방지부는 수납홈(111)의 내부에 위치하는 한 쌍의 제1 관부(181a,181b) 및 한 쌍의 제2 관부(182a,182b)를 포함한다. 한 쌍의 제1 관부(181a,181b)는 서로 이격되어 있고 제1 전선(181)이 길이방향으로 관통하며, 한 쌍의 제2 관부(182a,182b) 또한 서로 이격되어 있고 제2 전선(182)이 길이방향으로 관통한다.

이러한 전선 꼬임 방지부의 구체적인 구동 원리는 다음과 같다. 도 11의 (b)와 같이, 수납홈(111)에 제2 태양 전지 모듈(130)이 수납될 때, 한 쌍의 제1 관부(181a,181b) 사이에 노출된 제1 전선(181)의 중앙부와, 한 쌍의 제2 관부(182a,182b) 사이에 노출된 제2 전선(182)의 중앙부에 각각 휨 변형이 발생되면서 휨 각도가 점차로 감소하게 된다.

여기서, 도 11의 (c)와 같이 제2 태양 전지 모듈(130)이 완전히 수납되면, 제1 전선(181)과 제2 전선(182)이 서로 반대 방향의 U자 모양으로 꺾여서 제1 관부(181a,181) 및 제2 관부(182a,182b)의 길이 방향이 수납홈(111)의 폭 방향과 평행하게 정렬되게 된다. 이러한 구조에 따라, 제2 태양 전지 모듈(130)의 수납 과정에서 제1 및 제2 전선(181,182)의 꼬임 문제가 전혀 발생하지 않는다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치에 연결되는 전력변환부를 설명하는 도면이다. 전력변환부(190)는 배터리 충전기(191), 배터리(192), 그리고 인버터(193)를 포함한다.

배터리 충전기(191)는 상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈(120,130)의 각 태양 전지판이 생산한 직류 전력을 제1 및 제2 전선을 통해 전달받아 최적화한다. 이를 위해 배터리 충전기(191)는 통상의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 회로, 과충전 및 과방전 보호 회로 등을 포함할 수 있다.

배터리(192)는 배터리 충전기로부터 최적화된 직류 전력을 전달받아 충전하며, 인버터(193)는 배터리(192)에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 설치 대상물(비상 주택, 차량 등)의 부하에 공급한다. 만일, 설치 대상물이 도 1에 도시된 것과 같은 비상 주택 용도의 컨테이너 하우스(10)라면, 전력변환부(190)는 컨테이너 하우스(10) 내의 전기 공간(11)에 설치될 수 있다.

이외에도, 설치 대상물이 차량 등과 같은 이동체, 또는 야외에 설치되어 전력을 필요로 하는 구조물 등에 해당하는 경우, 전력변환부(190)는 별도의 파워 모듈 박스 내에 장착될 수 있다.

파워 모듈 박스는 본체 박스(110)의 하부에 결합 프레임 등을 통해 결합되어 본체 박스(110)를 설치 대상물의 지붕 위에 고정시키는 역할을 한다. 이러한 파워 모듈 박스는 독립형 태양광 발전 장치(100)를 장착한 상태로 이송 가능한 수레 타입으로 구현이 가능하며 이는 추후 설명할 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 장치에 대한 변형 예를 설명한다. 도 13은 도 1에 도시된 독립형 태양광 발전 장치의 변형 예를 나타낸 도면이고, 도 14 및 도 15는 도 13에 수납된 제2 태양 전지 모듈(230)의 인출 상태와 펼침 상태를 각각 나타낸 도면이다.

이러한 변형 예 또한 본체 박스(210)의 상단에 제1 태양 전지 모듈(220)이 위치하고 복수의 제2 태양 전지 모듈(230)은 본체 박스(210)의 측면에 수납 가능한 형태를 가진다.

다만, 변형 예의 경우, 각각의 제2 태양 전지 모듈(230)을 상부와 하부 태양 전지 모듈(230a,230b)을 포함하는 두 겹으로 구성하고, 인출 시에 펼쳐서 확장 가능한 형태를 나타낸다.

이를 위해, 제2 태양 전지 모듈(230)은 상부 및 하부 태양 전지 모듈(230a,230b)을 포함한 한 쌍으로 구현되되, 한 쌍의 태양 전지 모듈(230a,230b)은 외곽을 구성하는 각 캐리어 프레임의 일측 간이 서로 힌지 연결되도록 구성하면 된다.

도 13과 같은 수납 상태 시에는 상부 및 하부 태양 전지 모듈(230a,230b)이 힌지에 의해 상하로 적층되어 있으며, 도 14와 같은 인출 상태 시에는 하부 태양 전지 모듈(230b)에 대해 상부 태양 전지 모듈(230a)의 외부 펼침이 가능한 상태가 된다.

여기서, 도 15를 참조하면, 펼쳐진 네 개의 제2 태양 전지 모듈(230)의 전체 외곽 둘레 부분은 단일의 사각형 형상을 이루는 것을 확인할 수 있다. 물론 이를 위해서는 도 15와 같이 네 개 제2 태양 전지 모듈(230)의 각 힌지 연결 부위가 자신의 외곽 프레임(캐리어 프레임)의 네 측면 중 서로 다른 한 측면에 개별 형성되도록 구성하면 된다. 이에 따라, 상부 태양 전지 모듈(230a)은 본체 박스(210)의 네 측벽의 둘레를 따라 각각 상이한 방향(화살표 참조)으로 펼쳐질 수 있다. 도 15의 경우 펼쳐지는 방향이 본체 박스(210)를 기준으로 시계 방향을 형성하는 것을 알 수 있다.

여기서 만일 캐리어 프레임의 형상이 'ㄷ'자 형상인 경우에도, 네 측면 중 한 측면은 끊어져 있지만, 'ㄷ'자의 양 끝단 부위를 연장하면 해당 측면에도 힌지 연결 부위를 형성할 수 있다.

이와 같이 펼침 가능한 구조의 경우 단시간에 태양 전지의 발전량을 극대화시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 변형 예의 경우에서도 제2 태양 전지 모듈(230)의 외곽 프레임(캐리어 프레임)에 대해 태양 전지판이 내부 회동 가능한 구조로 구성 가능하다. 이를 위해 상부 및 하부 태양 전지 모듈(230a,230b) 각각에 일사 센서가 개별 장착될 수도 있으며 그 중 하나에 장착되어 최대 일사량의 경사각 정보를 공유할 수 있다.

이하에서는 파워 모듈 박스에 관하여 상세히 설명한다. 파워 모듈 박스는 본 발명의 두 가지 형태(100,200) 모두 장착이 가능한데 설명의 편의를 위해 도 13의 장치(200)가 파워 모듈 박스의 상단에 장착된 것을 예시한다.

도 16은 도 13에 도시된 독립형 태양광 발전 장치가 파워 모듈 박스의 상단에 장착된 형태를 나타낸 도면이다. 앞서 상술한 바와 같이, 파워 모듈 박스(300)는 전력 변환부(190)의 구성이 내장되어 있다. 또한 파워 모듈 박스에 장착되는 장치의 형태는 도 1 및 도 13의 형태 모두 가능한데, 설명의 편의를 위해 도 13의 형태를 예시한다.

도 16을 참조하면, 파워 모듈 박스(300)는 독립형 태양광 발전 장치(200)를 장착한 상태에서 이송이 가능하도록 바퀴(310)와 손잡이(320)가 구비된 수레 타입으로 제작될 수 있다. 바퀴(310)의 경우 접이식으로 구현되어 설치가 완료된 이후에 별도 조작에 의해 은닉될 수도 있다.

여기서, 독립형 태양광 발전 장치(200)로부터 생산된 직류 전력은 파워 모듈 박스(300)에 전달되어 교류 전력으로 변환 가능하다. 파워 모듈 박스(300)는 설치 대상물(ex, 차량)의 지붕 위에 독립형 태양광 발전 장치(200)를 고정시키는 역할과 동시에 전력 변환 기능이 내장되어 있어 변환한 교류 전력을 설치 대상물(ex, 차량)의 부하에 공급하는 역할도 수행한다.

도 16의 (a)는 파워 모듈 박스(300) 상단에 독립형 태양광 발전 장치(200)가 장착된 모습이며, (b)는 도 15와 같이 제2 태양 전지 모듈(230)이 인출되어 펼쳐진 상태를 나타낸다.

파워 모듈 박스(300)는 상단에 본체 박스(210)가 회동 가능하게 결합되는데, 본체 박스(210)의 기울임 제어가 가능하도록 상단의 일부면(330)이 일정 경사각으로 커팅되어 있다.

도 16의 (c)는 도 16의 (b)의 상태에서 본체 박스(210)가 기울어진 상태를 나타낸다. 여기서 파워 모듈 박스(300)는 본체 박스의 회동 각도를 설정하는 제어 수단(미도시)을 포함할 수 있다.

제어 수단(미도시)은 본체 박스(210)의 회동 각도를 변경시키는 모터(미도시)를 제어하면서, 제1 태양 전지 모듈(220)의 태양 전지판 상부에 장착된 일사 센서(140)의 일사량을 수집한 후 최대 일사량을 도출한 각도로 본체 박스(210)의 회동 각도를 설정할 수 있다. 제어 수단(미도시)은 일사량 수집을 위하여 태양광 발전 장치(200)에 포함된 제어부와 통신하는 것도 가능하다.

이와 같이 도 16의 구성에 따르면, 일사 센서의 정보를 이용하여 한 시간에 한 번씩 최대 일사량 경사각을 확인하여 전체 태양광 발전 장치(200)의 각도를 조정하여 발전량 극대화시킬 수 있다. 이러한 도 16의 형태는 각 태양 전지 모듈의 경사각을 개별적으로 조절하지 않아도 되며 모터를 이용하여 본체 박스(210) 자체를 회전시켜서 전체 태양 전지 모듈의 경사각을 동시에 조정할 수 있게 한다. 물론 도 16의 동작과 함께 개별 태양 전지 모듈의 경사각 조절 기능을 추가로 수행할 수도 있다.

여기서, 파워 모듈 박스(300)와 본체 박스(210) 간의 회동 축이 본체 박스(210)의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성되도록 구성한다. 이와 같이 회동 축을 편심되게 한 구성은 도 16의 (b)와 같이 경사각 0도일 때(차량 적재 후 이동 시)에는 기울임, 흔들림 등의 유동을 방지하고, 도 16의 (c)와 같이 경사각 조정 시(발전 시)에는 모터의 힘을 경감시키는 기능을 수행하며 모터의 소비전력을 최소화할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 바퀴가 달린 캐리어에 독립형 태양광 발전 장치가 안착된 상태에서, 측면의 각각의 제2 태양 전지 모듈이 데스크 드로어 슬라이딩(Desk drawer sliding) 방식으로 본체 박스 안으로 들어가고 나가는 것이 가능하므로 공간 활용을 극대화할 수 있다.

또한, 제2 태양 전지 모듈이 완전히 본체 박스에 들어오면 레일 위에 설치된 돌출 또는 홈 구조의 잠금 장치를 통하여 차량 이동 중에 빠지지 않게 하며, 반대로 발전을 위해 제2 태양 전지 모듈이 완전히 박스 밖으로 나오면 더 이상의 이탈을 방지하기 위한 잠금 장치를 가진다. 각각의 태양 전지 모듈은 경사각 조절 구성을 통하여 태양 고도에 따른 경사각 조정이 가능하므로 발전량을 최대화할 수 있다.

독립형 태양광 발전 장치를 구성하는 본체 박스는 차량의 지붕에 장착이 가능하므로 컨테이너뿐만 아니라 캠핑카, 트럭, 버스, 특장차, 냉장차, 군사용 차량 등 다양하게 장착이 가능하며, 적용 차량에 따라 사용되는 태양전지의 크기, 수량의 조절이 가능하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 독립형 태양광 발전 장치에 따르면, 일사 센서로부터 관측되는 태양 고도에 따른 일사량을 기초로 태양 전지 모듈의 기울임 각도가 제어 가능하므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 여러 단의 태양 전지 모듈이 본체 박스에 대하여 수납 및 인출 가능하게 구성되어 공간 활용을 극대화할 수 있고 이동 및 보관이 용이하며 설치가 간단한 이점이 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.

10: 컨테이너 하우스 11: 전기 공간
12: 생활 공간 100,200: 독립형 태양광 발전 장치
110,210: 본체 박스 111: 수납홈
120,220: 제1 태양 전지 모듈 121: 제어 모터
130,230: 제2 태양 전지 모듈 131: 캐리어 프레임
131a: 제1 틀 131b: 제2 틀
131c: 제3 틀 132: 태양 전지판
140,150: 일사 센서 160,160a: 각도 조절부
161,167a: 제1 프레임 162,167b: 제2 프레임
163,167c: 제3 프레임 165: 제어 모터
166: 보조 프레임 167: 조절 프레임
170: 제어부 181: 제1 전선
181a,181b: 제1 관부 182: 제2 전선
182a,182b: 제2 관부 190: 전력변환부
191: 배터리 충전기 192: 배터리
193: 인버터 300: 파워 모듈 박스

Claims

복수의 측벽에 대해 각각 수납홈이 형성되어 있는 본체 박스;
상기 본체 박스의 상면에 틸팅 가능하게 장착되는 제1 태양 전지 모듈;
상기 수납홈 내에 슬라이딩 결합되어 전방으로 인출 가능한 캐리어 프레임과, 상기 캐리어 프레임의 내측에서 틸팅 가능하게 결합된 태양 전지판을 포함하는 복수의 제2 태양 전지 모듈;
상기 캐리어 프레임과 상기 태양 전지판 사이에 연결되며, 상기 캐리어 프레임에 대한 상기 태양 전지판의 틸팅 각도를 조절하는 복수의 각도 조절부; 및
상기 태양 전지판의 상부에 각각 장착되며, 상기 틸팅 각도에 대응하는 일사 크기를 계측하는 복수의 일사 계측부를 포함하며,
상기 태양 전지판은,
상기 각도 조절부에 의해 조절된 복수의 후보 틸팅 각도 중에서 최대 일사 크기가 계측된 틸팅 각도로 세팅되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 일사 계측부는,
상기 태양 전지판의 상부에서 일사량을 센싱하는 일사 센서로 구성되거나, 원판 상에 배치된 막대의 그림자 길이를 이용하여 일사 크기를 계측하는 태양 경사 방위계로 구성되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 태양 전지판으로부터 상기 수납홈의 내측을 향해 연장되어 상기 태양 전지판이 생산한 전력을 외부로 전달하며, 상기 연장된 일부분이 상기 수납홈의 폭 방향에 대해 서로 이격된 상태로 고정되어 있는 제1 및 제2 전선; 및
상기 수납홈의 내부에 위치하고, 상기 제1 전선이 길이방향으로 관통하며 서로 이격된 한 쌍의 제1 관부, 및 상기 제2 전선이 길이방향으로 관통하며 서로 이격된 한 쌍의 제2 관부를 포함한 전선 꼬임 방지부를 더 포함하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 수납홈에 상기 제2 태양 전지 모듈이 수납될 때, 상기 한 쌍의 제1 관부 사이에 노출된 상기 제1 전선의 중앙부 및 상기 한 쌍의 제2 관부 사이에 노출된 상기 제2 전선의 중앙부에 각각 휨 변형이 발생되면서 휨 각도가 점차로 감소하며,
상기 제2 태양 전지 모듈이 완전히 수납되면, 상기 제1 전선과 상기 제2 전선이 서로 반대 방향의 U자 모양으로 꺾여서 상기 제1 및 제2 관부의 길이 방향이 상기 수납홈의 폭 방향과 평행하게 정렬되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 각도 조절부는 상기 캐리어 프레임과 상기 태양 전지판 간의 틸팅 축에 연결된 제1 제어 모터를 포함하여 구성되고,
상기 일사 계측부는 상기 태양 전지판의 상부에서 일사량을 센싱하는 제1 일사 센서이고,
상기 독립형 태양광 발전 장치는,
상기 복수의 후보 틸팅 각도에 대응하는 제어 신호를 상기 제1 제어 모터에 순차로 전달하면서 상기 제1 일사 센서로부터 일사량을 각각 수집한 후, 최대 일사량이 도출된 틸팅 각도에 대응되는 제어 신호를 상기 제1 제어 모터에 최종 설정하는 제어부를 더 포함하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 태양 전지 모듈은 상면에 일사량을 센싱하는 제2 일사 센서가 장착되어 있고, 타단부를 기준으로 일단부가 회동 가능하도록 상기 타단부가 상기 본체 박스의 상부와 회동 축에 의해 결합되고, 상기 회동 축에 제2 제어 모터가 연결되며,
상기 제어부는,
상기 제1 태양 전지 모듈의 경사각 제어를 위한 제어 신호를 상기 제2 제어 모터에 전달하면서 상기 제2 일사 센서로부터 일사량을 수집한 후, 최대 일사량을 도출한 경사각에 대응하는 제어 신호를 상기 제2 제어 모터에 최종 설정하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 캐리어 프레임은 제1 틀의 양측 단부에 각각 제2 및 제3 틀의 일측 단부가 결합된 형태의'ㄷ'자형 프레임이며,
상기 제2 및 제3 틀의 사이 공간에 상기 태양 전지판이 틸팅 가능하도록 배치되고, 틸팅 축은 상기 제2 및 제3 틀의 타측 단부와 상기 태양 전지판 간에 형성되되, 상기 태양 전지판의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성되어 있는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 각도 조절부는,
일단부가 각각 상기 태양 전지판의 일측 단부의 양측에 회동 가능하게 결합된 제1 및 제2 프레임; 및
상기 제1 및 제2 프레임의 타단부 간에 연결되고, 양단부가 각각 상기 제2 및 제3 틀을 따라 길이 방향으로 형성된 레일 홈 상에 슬라이딩 이동 가능하게 결합된 제3 프레임을 포함하고,
상기 양단부가 슬라이딩 이동 시 상기 태양 전지판의 경사각이 조절되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 및 제2 프레임의 길이 방향이 직립된 상태에서 상기 태양 전지판은 제1 경사각을 가지며,
상기 직립 상태에서 상기 양단부가 상기 일측 또는 상기 타측 방향으로 슬라이딩 이동 시에 상기 태양 전지판의 경사각이 상기 제1 경사각보다 낮아지며, 상기 직립 상태에서 상기 양단부가 상기 타측 방향으로 슬라이딩 이동하여 수평 상태가 되면 상기 태양 전지판이 수평 상태로 유지되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 각도 조절부는,
일단부가 상기 제1 틀에 연결되고 타단부가 상기 제2 및 제3 틀의 길이 방향을 따라 연장되어 상기 제2 및 제3 틀의 일부 부위에 고정되고, 길이 방향을 따라 상면에 일정 간격으로 복수의 걸림부가 형성된 보조 프레임; 및
제1 및 제2 프레임의 일단부가 각각 상기 태양 전지판의 일부분의 양측에 회동 가능하게 결합되고, 제1 및 제2 프레임의 타단부 간이 제3 프레임을 통해 연결되며, 회동 시에 상기 제3 프레임이 상기 걸림부 중 하나에 걸림되는 형태로 상기 태양 전지판의 경사각을 조절하는 조절 프레임을 포함하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 및 제2 프레임의 일단부와 상기 태양 전지판 간의 각 회동 축은 상기 태양 전지판의 일부분의 양측에 각각 형성된 장형의 홀 내에서 좌우로 이동 가능하고,
상기 회동 축이 상기 홀의 제1 측에 위치할 때, 상기 제3 프레임은 상기 태양 전지판의 일측 단부에 형성된 내부 홈틀에 내장되고,
상기 회동 축이 상기 홀의 제2 측에 위치할 때, 상기 제3 프레임은 상기 내부 홈틀로부터 이탈하여, 상기 경사각 조절이 가능한 상태가 되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈이 생산한 직류 전력을 최적화하여 제공하는 배터리 충전기;
상기 배터리 충전기로부터 직류 전력을 충전하는 배터리; 및
상기 배터리에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 설치 대상물의 부하에 공급하는 인버터를 더 포함하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 본체 박스의 하부에 결합되어 상기 본체 박스를 상기 설치 대상물의 지붕에 고정시키는 파워 모듈 박스를 더 포함하며,
상기 배터리 충전기, 상기 배터리, 상기 인버터는 상기 파워 모듈 박스에 각각 장착되는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 파워 모듈 박스는,
상단에 회동 가능하게 놓여진 상기 본체 박스의 기울임 제어가 가능하도록 상단의 일부면이 일정 경사각으로 커팅되어 있으며,
상기 본체 박스의 회동 각도를 변경시키는 모터를 제어하면서 상기 제1 태양 전지 모듈의 태양 전지판 상부에 장착된 일사 센서의 일사량을 수집한 후 최대 일사량을 도출한 각도로 상기 본체 박스의 회동 각도를 설정하는 제어 수단을 포함하는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 파워 모듈 박스와 상기 본체 박스 간의 회동 축은 상기 본체 박스의 무게 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 형성되어 있는 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 1 또는 청구항 14에 있어서,
상기 제2 태양 전지 모듈은,
상부 및 하부 태양 전지 모듈을 포함한 한 쌍으로 구현되되 상기 한 쌍의 태양 전지 모듈의 각 캐리어 프레임의 일측 간이 서로 힌지 연결되어 있어,
상기 수납 시에는 상기 상부 및 하부 태양 전지 모듈이 상하로 적층되어 있고 상기 인출 시에는 상기 하부 태양 전지 모듈에 대해 상기 상부 태양 전지 모듈의 외부 펼침이 가능한 독립형 태양광 발전 장치.
청구항 16에 있어서,
육면체 형상을 가지는 상기 본체 박스의 네 측벽에 대해 상기 수납홈이 각기 다른 높이에 형성되어 있으며,
상기 상부 태양 전지 모듈이 상기 네 측벽의 둘레를 따라 각각 상이한 방향으로 펼쳐지도록, 네 개의 상기 제2 태양 전지 모듈의 각 힌지 연결 부위는 상기 캐리어 프레임의 네 측면 중 서로 다른 한 측면에 개별 형성되고,
상기 펼쳐진 네 개의 상기 제2 태양 전지 모듈의 전체 외곽 둘레 부분이 단일의 사각형 형상을 이루는 독립형 태양광 발전 장치.