KR20180002081U - 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널 - Google Patents

프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널 Download PDF

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Abstract

본 고안은 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전 시설용 태양전지패널에 관한 것으로서, 태양광을 집광하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 구비되며 상공을 향하여 일정한 각도로 기울어져 있는 태양광발전시설용 태양전지패널에 있어서, 상기 태양전지패널(10)의 상단부에 길이방향을 따라 삼각기둥 형태의 프리즘렌즈(100)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널{SOLAR POWER GENERATION PLANT FOR SOLAR CELL PANEL WITH PRISM LENS}
본 고안은 태양광발전시설용 태양전지패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광발전시설에 사용되는 태양전지패널의 상단부에 프리즘렌즈를 부착하여 태양전지패널들 간의 간섭에 의한 음영이 생기지 않도록 태양광을 굴절 및 확산시켜줄 수 있는 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널에 관한 것이다.
최근에는 화석 연료의 고갈, 환경오염 등으로 인해서 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 종류의 대체 에너지원으로 풍력 및 태양광, 태양열, 해수면의 간만의 차이에 의한 조력 등을 이용하여 전기를 발전하기 위한 설비의 개발이 실용화된 상태이다.
그 중에서 태양전지모듈을 이용하여 태양광을 전기로 변환하는 태양광발전시스템의 경우에는 그 에너지원이 청정하면서 제한이 없고 단기간에 발전 설비의 건설이 가능하다는 장점이 있다.
도 1에는 종래의 태양광발전시설에 사용되는 태양전지패널(10)의 설치 모습이 도시되어 있다. 태양광발전시설은 넓은 토지에 다수의 태양전지패널(10)을 설치하여 태양전지패널(10)로부터 태양광을 집광하여 전력을 생산하는 시설이다. 태양전지패널(10)들은 고정기둥(20)을 통하여 태양빛을 효과적으로 집광하기 위하여 상공을 향하여 지면으로부터 일정각도로 기울어져 설치된다.
이때, 태양광발전시설에 사용되는 태양전지패널(10)은 보다 많은 전력생산을 위하여 다수의 태양전지패널(10)이 일정한 간격을 두고 설치되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 태양의 방위각에 따라 태양전지패널(10)들 간의 간섭으로 인하여 태양전지패널(10)의 일부분에 음영(S)이 생기게 된다. 이와 같이 태양전지패널(10)에 음영(S)이 발생하게 되면, 음영(S)이 발생한 태양전지패널(10)의 태양전지셀(12)들은 태양광을 조사받지 못하게 됨에 따라 제대로 전력을 생산하지 못해 안정적인 전력수급이 이루어지지 못하게 된다.
이에 따라, 종래에 태양의 방위각에 따라 태양전지패널의 각도를 조절하도록 하는 기술들이 개시되었으나, 태양전지패널을 이동시키기 위해서는 구동장치를 이용하게 되는데, 이 구동장치는 통상적으로 모터와, 이 모터에 의해 회전하는 기어류 또는 유압 등을 사용하게 된다. 그러나 이와 같이 모터나 유압 등을 이용한 경우에는 전체적으로 구동 구조가 복잡해지며 그에 따라 설치비용이 증가하고 고장 및 수리에 대한 관리가 어려워진다는 문제점이 있다.
또한, 태양전지패널들 간의 간섭을 피하기 위하여 태양전지패널들 간의 간격을 최대로 넓게 설치하면 태양전지패널 간에 발생하는 음영을 예방할 수는 있지만 부지 면적당 생산할 수 있는 전력량이 줄어들어드는 문제점이 발생한다.
(특허문헌 1) 국내공개특허공보 제10-2010-0102402호, (태양전지패널의 태양위치추적장치)
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 구동장치를 이용하여 태양전지패널의 회전각도를 변경하지 않고도 태양전지패널에 음영이 발생하지 않도록 태양광을 굴절 및 확산시켜줄 수 있는 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널을 제공하는 것이다.
한편, 본 고안에 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기 하는 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널은, 태양광을 집광하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 구비되며 상공을 향하여 일정한 각도로 기울어져 있는 태양광발전시설용 태양전지패널(10)에 있어서, 상기 태양전지패널(10)의 상단부에 길이방향을 따라 삼각기둥 형태의 프리즘렌즈(100)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 태양전지패널(10)의 상단부에 브라켓(200)이 분리 가능한 형태로 끼워져 결합되며, 상기 브라켓(200)에 상기 프리즘렌즈(100)가 축 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 프리즘렌즈(100)는 구동모터(300)에 의해 회전되고, 상기 구동모터(300)는 제어부(400)와 연동되며, 상기 제어부(400)는 태양의 방위각에 따라 상기 프리즘렌즈(100)의 일면(100a)이 태양빛이 조사되는 각도를 따라 회전할 수 있도록 구동모터(300)를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널은, 태양전지패널의 상단부에 부착되어 있는 프리즘렌즈에 의하여 태양광을 굴절 및 확산 시킴으로서, 태양전지패널들 사이 간격에 의해 발생되는 음영 부분에도 태양광이 공급됨에 따라 태양전지패널 전체에 태양광이 고르게 비치게 되므로 안정적인 전력의 수급이 가능한 효과가 있다.
또한, 태양의 방위각에 따라 프리즘렌즈의 일면이 태양빛이 조사되는 각도를 향하여 위치할 수 있도록 제어부에 의하여 구동모터가 프리즘렌즈를 회전시킴으로서, 태양의 방위각 변화에도 태양전지패널의 음영 부분에 효율적으로 태양광을 굴절 및 확산시켜줌으로서 안정적인 전력의 수급이 가능한 효과가 있다.
또한, 태양전지패널로부터 프리즘렌즈가 설치된 브라켓이 분리 가능한 형태로 끼워져 결합됨에 따라 프리즘렌즈를 태양전지패널에 선택적으로 설치할 수 있으며, 고장 시 수리 및 교체가 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양광발전시설용 태양전지패널들 사이에 음영이 발생되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널의 사시도이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널의 정면도이다.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널의 작용을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 태양전지패널과 브라켓의 결합관계를 보여주는 측면도이다.
본 고안의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 고안의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 고안의 일 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 도 2와 도 3에는 본 고안의 일 실시예에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널의 사시도와 정면도가 각각 도시되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하여 살펴보면, 본 고안의 일 실시예에 따른 태양전지패널(10)은, 프리즘렌즈(100) 및 브라켓(200), 구동모터(300), 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
*태양전지패널(10)은 직사각형의 형태로 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 장치로서, 태양전지패널(10)에는 다수의 태양전지셀(12)이 구비된다. 이와 같은 태양전지패널(10)은 종래에 널리 사용되고 있는 구성이며, 본 고안의 특징이 아니므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 이와 같은 태양전지패널(10)은 효율적인 태양광의 집광을 위하여 상공을 향하여 일정각도로 기울어져 설치되며, 태양광발전시설에서는 대규모의 토지에 다수의 태양전지패널(10)을 설치하여 전력을 생산한다.
태양전지패널(10)의 상단부에는 프리즘렌즈(100)가 설치된다. 프리즘렌즈(100)는 태양광을 확산 및 굴절시키는 삼각기둥 형태의 광학장치이다. 프리즘렌즈(100)는 태양전지패널(10)의 상단 길이방향과 대응되는 길이를 갖는다. 프리즘렌즈(100)는 브라켓(200)을 통하여 태양전지패널(10)의 상단부로부터 회전 가능하게 설치된다.
브라켓(200)은 태양전지패널(10)의 상단에 결합된다. 도 5를 참조하여 살펴보면, 브라켓(200)은 태양전지패널(10)의 상단부에 분리 가능한 형태로 끼워져 결합된다. 이를 위해, 태양전지패널(10)의 상단에는 태양전지패널(10)의 길이방향을 따라 슬라이드홈(10a)이 형성되며, 브라켓(200)의 하단에는 결합돌기(210)가 돌출된다. 상기와 같은 브라켓(200)의 결합돌기(210)는 태양전지패널(10)의 슬라이드홈(10a)에 끼워져 결합된다. 또한, 슬라이드홈(10a)과 결합돌기(210)를 통하여 태양전지패널(10)에 브라켓(200)이 끼워져 결합될 시, 태양전지패널(10)로부터 브라켓(200)이 쉽게 이탈되지 않도록 슬라이드홈(10a)과 결합돌기(210)는 서로 정합되는 마름모 모양으로 제작되는 것이 바람직하다.
도 2와 도 3을 참조하면, 태양전지패널(10)의 상단부에 결합된 브라켓(200)의 양단부 사이에 프리즘렌즈(100)가 설치된다. 브라켓(200)의 양단부는 반원모양으로 돌출·연장되어 있으며, 이와 같은 브라켓(200)의 양단부에 프리즘렌즈(100)의 양단이 축 회전 가능하게 결합된다. 브라켓(200)으로부터 축 회전 가능하게 설치되어 있는 프리즘렌즈(100)는 브라켓(200)의 일측에 내장되어 있는 구동모터(300)에 회전축이 연결되어 구동모터(300)의 작동에 의해 브라켓(200)으로부터 회전 가능하게 운동한다.
구동모터(300)는 브라켓(200)의 일측에 구비되며 프리즘렌즈(100)의 일단부의 회전축에 연결된다. 구동모터(300)는 정역회전하는 전기모터가 사용되며, 구동모터(300)에 프리즘렌즈(100)의 일단부가 연결됨에 따라 구동모터(300)의 회전운동에 따라 브라켓(200)으로부터 프리즘렌즈(100)가 회전하게 된다. 이와 같은 구동모터(300)는 브라켓(200)의 일측에 내장되어 있는 상태로 마련되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 구동모터(300)의 구동은 제어부(400)에 의하여 컨트롤 된다.
제어부(400)는 구동모터(300)를 작동시킨다. 제어부(400)는 태양의 방위각에 따라 프리즘렌즈(100)가 회전할 수 있도록 구동모터(300)를 작동시킨다. 이는 태양빛이 들어오는 각도에 따라 프리즘렌즈(100)의 각도를 변화하여 보다 효율적으로 태양빛을 조사받아 효과적으로 태양빛을 확산 및 굴절시키기 위함이다. 이때, 제어부(400)에는 시간대에 따른 태양의 평균 방위각 값이 저장되며 이와 같이 제어부(400)에 미리 저장된 데이터값을 통하여 제어부(400)는 시간대별로 태양빛이 조사되는 각도를 따라 프리즘렌즈(100)의 일면(100a)이 회전할 수 있도록 구동모터(300)를 작동시킨다.
덧붙여, 브라켓(200)에는 감지센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 이와 같은 감지센서는 태양의 방위각 변화를 즉시 감지할 수 있는 센싱으로서, 감지센서에 의하여 도출된 태양의 방위각에 따라 제어부(400)는 구동모터(300)를 작동시켜 프리즘렌즈(100)의 일면(100a)이 태양빛이 조사되는 각도를 향하여 위치할 수 있도록 컨트롤하게 된다.
지금부터는 상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 일 실시예에 따른 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널의 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 태양광발전시설에 설치되는 태양전지패널(10)은 도 1과 같이 태양전지패널(10) 간의 간섭에 의하여 음영(S) 부분이 발생하게 되며 음영(S)이 발생된 태양전지패널(10)의 태양전지셀(12)은 태양광을 공급받지 못해 전력을 생산하지 못하게 되므로 안정적인 전력생산이 이루어지지 못하게 된다.
이에, 태양전지패널(10) 간의 음영(S) 발생을 방지하고자 태양전지패널(10) 간의 사이 간격을 넓게 설치하는 것은 토지의 면적에 비례하여 생산할 수 있는 전력량이 줄어들게 되므로 태양광발전시설의 운영이 비효율적이게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기와 같이 태양의 방위각에 따라 태양전지패널의 각도를 조절하도록 하는 기술들이 개시되었으나, 태양전지패널을 이동시키기 위해서는 구동장치를 이용하게 되는데, 이 구동장치는 통상적으로 모터와 모터에 의해 회전하는 기어류 또는 유압 등을 사용하게 된다. 그러나 이와 같이 모터나 유압 등을 이용한 경우에는 전체적으로 구동 구조가 복잡해지며 그에 따라 설치비용이 증가하고 고장 및 수리에 대한 관리가 어려워진다는 문제점이 있다.
이에 반해, 도 4를 살펴보면, 본 고안의 일 실시예에 따른 태양전지패널(10)은 태양전지패널(10)의 상단부에 설치되어 있는 프리즘렌즈(100)를 통하여 음영(S)이 발생하던 부분에까지 태양광이 조사될 수 있도록 태양광을 굴절 및 확산시켜준다. 이때, 태양의 방위각 변화에 따라 태양빛이 조사되는 각도에 변화가 생기게 되면, 태양의 방위각에 따라 제어부(400)에 의하여 구동모터(300)가 작동되며 구동모터(300)의 작동과 함께 프리즘렌즈(100)도 태양으로부터 조사되는 빛의 각도를 따라 회전하여 프리즘렌즈(100)의 일면(100a)이 태양빛을 향하도록 위치한다. 이와 같이 태양의 방위각 변화에 따라 제어부(400)를 통하여 구동모터(300) 및 프리즘렌즈(100)를 회전시켜줌에 따라 태양빛을 보다 효과적으로 조사 받아 굴절 및 확산시켜줄 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 태양전지패널(10)의 상단에 프리즘렌즈(100)를 설치하게 되면 태양전지패널(10)들 간의 간섭에 의하여 발생되는 음영(S)을 예방할 수 있게 되며, 동일한 면적의 토지에 더욱 많은 수의 태양전지패널(10)을 설치하여 많은 양의 전력을 생산하여 효율적으로 태양광발전시설을 가동할 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양전지패널(10)로부터 브라켓(200)을 분리 가능한 형태로 결합시킴으로써, 음영이 발생하는 태양전지패널(10)들에만 선택적으로 프리즘렌즈(100)를 설치하게 되므로 불필요한 설치비용을 줄일 수 있으며, 끼워 맞춤 되는 마름모 모양의 슬라이드홈(10a) 및 결합돌기(210)를 통하여 태양전지패널(10)에 브라켓(210)을 쉽게 결합 및 분리할 수 있게 됨에 따라 프리즘렌즈(100)나 브라켓(200), 구동모터(300)의 고장 시 신속한 모듈의 교체가 가능하게 되므로 안정적인 전력의 수급이 가능하다는 장점이 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 고안에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 고안의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안에 개시된 실시예들은 본 고안의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 고안의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 고안의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10:태양전지패널 12:태양전지셀
100:프리즘렌즈 200:브라켓
300:구동모터 400:제어부

Claims (2)

  1. 태양광을 집광하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 구비되며 상공을 향하여 일정한 각도로 기울어져 있는 태양광발전시설용 태양전지패널(10)에 있어서,
    상기 태양전지패널(10)의 상단부에 길이방향을 따라 삼각기둥 형태의 프리즘렌즈(100)가 구비되며,
    상기 태양전지패널(10)의 상단부에 브라켓(200)이 분리 가능한 형태로 끼워져 결합되고, 상기 브라켓(200)에 상기 프리즘렌즈(100)가 축 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘렌즈(100)는 구동모터(300)에 의해 회전되고, 상기 구동모터(300)는 제어부(400)와 연동되며, 상기 제어부(400)는 태양의 방위각에 따라 상기 프리즘렌즈(100)의 일면(100a)이 태양빛이 조사되는 각도를 따라 회전할 수 있도록 구동모터(300)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 프리즘렌즈가 설치된 태양광발전시설용 태양전지패널.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210037066A (ko) * 2019-09-26 2021-04-06 (주)엘티어스 태양광 발전 시스템

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