KR20230067297A - 고정식 태양 트랙커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정식 태양 트랙커에 관한 것으로, 다수의 집광렌즈와, 상기 집광렌즈로부터 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 패널과, 전면부에 상기 집광렌즈들을 평면상으로 고정하고, 배면부에 상기 태양광 패널을 오목한 원호형상으로 고정 배치하는 지지부를 포함할 수 있다.

Description

고정식 태양 트랙커{Fixed solar tracker}

본 발명은 고정식 태양 트랙커에 관한 것으로, 더 상세하게는 공간의 활용도를 높인 고정식 태양 트랙커에 관한 것이다.

최근 지구의 에너지 부족과 환경오염으로 인하여 친환경적인 대체 에너지의 개발이 모색되고 있다. 친환경 에너지의 대표로 태양에너지의 개발과 활용이 급진전 되고 있으며, 대체에너지로서 태양 에너지를 이용하기 위한 여러가지 장치, 즉 태양(광)전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있다.

이러한 태양 에너지는 우리의 일상생활에 필요한 에너지의 근원일 뿐만 아니라, 여러 가지 기상 현상이나 바다에서의 해류의 원동력이 되기도 하며, 그밖에 태양 에너지를 이용한 것으로는 태양 전지를 비롯하여 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 여러 가지가 있다.

태양 에너지는 청정하고 재생가능하며 무한한 에너지원이다. 태양광 기술은 태양 에너지를 변환시키는 시스템 기술이다. 에너지 변환 과정에 기계적, 화학적 작용이 없으므로 시스템의 구조가 단순하여 유지보수가 거의 요구되지 않고 수명이 20~30년 정도로 길며 안전하고 환경친화적이다. 또한 발전규모를 주택용에서부터 대규모 발전용까지 다양하게 할 수 있다.

이러한 개발 과정에서 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양에너지의 수집 장치가 태양의 방향을 추적할 수 있도록 한 태양광 추적기가 제안된 바 있다.

이러한 태양광 추적기는 크게 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 동작함으로써 태양을 추적하는 좌표 계산 방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호 출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서 방식의 두 가지로 분류될 수 있다.

좌표 계산 방식의 경우, 일기 상태에 구애받지 않고 태양을 추적할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적인 교정 작업이 필수적이므로 유지 및 보수의 번거로움이 있다.

광센서 방식은 좌표 계산 방식의 문제점인 오차의 누적으로 주기적인 교정작업으로 이한 유지 및 보수의 번거로움을 해결하기 위한 것으로, 동서방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 동서로 이동하고 남북방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 남북방향으로 이동하는 방식으로 그 구조가 비교적 간결하다는 장점을 갖는다.

이러한 광센서 방식의 기술적 구성은 공개특허 10-2016-0139646호(2016년 12월 7일 공개, 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커)에 기재되어 있다.

그러나 태양을 추적하기 위한 설비의 추가로 인한 초기 설치비용이 증가하고, 유지 및 관리에도 상당한 비용이 소요되어 경제적이지 않으며, 설치 공간도 많이 필요하여 공간 효율성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 태양의 위치를 따라 추적하는 구동부, 센서 등의 구성을 생략하고도, 태양광의 집광 효율을 높일 수 있는 고정식 태양 트랙커를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 과제는 태양광 패널의 방열 효과를 높일 수 있는 고정식 태양 트랙커를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 고정식 태양 트랙커는, 다수의 집광렌즈와, 상기 집광렌즈로부터 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 패널과, 전면부에 상기 집광렌즈들을 평면상으로 고정하고, 배면부에 상기 태양광 패널을 오목한 원호형상으로 고정 배치하는 지지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 지지부는, 상기 태양광 패널이 안착되는 오목한 면을 제공하는 지지판과, 상기 지지판의 둘레 일부에서 전면측으로 돌출되는 다수의 간격유지부와, 상기 간격유지부에 고정되어, 상기 집광렌즈들을 평면상으로 고정하는 지지프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 간격유지부에 의해 상기 지지판과 상기 지지프레임 사이에 통공이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 지지판의 배면에는 힌지가 돌출되며, 설치면에 고정되는 고정부와 힌지 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 집광렌즈는, 아크릴 재질의 실린더형 렌즈일 수 있다.

본 발명은, 태양광 패널의 배열을 다각화하고, 렌즈를 이용하여 태양광을 집광하여 하부의 태양광 패널에 제공함으로써, 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양의 위치에 따라 태양광 패널의 각도를 조정할 필요가 없는 고정식 구성으로 인하여, 초기 설치 비용을 절감하고, 유지 및 보수에 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 공간의 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정식 태양 트랙커의 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 설치상태 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 성능을 확인하기 위한 발전량 시뮬레이션 결과도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고정식 태양 트랙커에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정식 태양 트랙커의 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면 구성도이며, 도 3은 설치 상태도, 도 4는 본 발명 고정식 태양 트랙커의 일부 확대도이다.

도 1 내지 도 4를 각각 참조하면 본 발명 고정식 태양 트랙커는, 집광렌즈(20)와, 상기 집광렌즈(20)로부터 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 패널(30)과, 벽면등에 설치 가능한 고정부(40)와, 상기 고정부(40)에 힌지 결합되며, 전면부에 상기 집광렌즈(20)를 고정하고, 배면부에 상기 태양광 패널(30)을 고정하되 상기 태양광 패널(30)이 원호형으로 배치되도록 하는 지지부(10)를 포함하여 구성된다.

상기 지지부(10)는 상기 태양광 패널(30)이 안착되는 오목한 면을 제공하는 지지판(11)과, 상기 지지판(11)의 둘레 일부에서 전면측으로 돌출되는 간격유지부(12)와, 상기 간격유지부(12)에 고정되고, 상기 집광렌즈(20)를 고정하는 지지프레임(13)을 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고정식 태양 트랙커의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 지지부(10)는 판상 구조의 지지판(11)을 제공하되, 전면측에서 볼 때, 중앙부가 오목한 원호형의 면을 제공한다.

상기 지지판(11)에는 다수의 태양광 패널(30)이 안착 및 고정된다.

태양광 패널(30)들은 지지판(11)의 중앙측에 배치되는 태양광 패널(30)들이 주변측에 배치되는 다른 태양광 패널(30)들보다 집광렌즈(20)와의 간격이 더 멀게 배치되는 구조가 된다.

즉, 지지판(11)의 원호형으로 오목한 면에 태양광 패널(30)들이 배치된다.

상기 지지판(11)의 가장자리에는 상기 태양광 패널(30)과 간섭이 발생하지 않는 위치에서 태양광 패널(30)의 전면측 방향으로 다수의 간격유지부(12)가 돌출되어 있다.

다수의 간격유지부(12)는 위치에 따라 길이에 차이가 있다.

상기 간격유지부(12)의 타측에는 집광렌즈(20)를 고정하는 지지프레임(13)이 결합되어 있다.

상기 지지프레임(13)은 평판상이며, 따라서 지지판(11)의 중앙과 지지프레임(13)을 연결하여 고정하는 간격유지부(12)의 길이는 지지판(11)의 가장자리와 지지프레임(13)을 연결하여 고정하는 다른 간격유지부(12)의 길이에 비하여 더 길게 된다.

지지프레임(13)은 직사각형 윈도우 프레임이며, 내측에는 다수의 집광렌즈(20)가 결합 고정된다.

집광렌즈(20)는 적어도 상기 태양광 패널(30)의 수와 동수로 마련되는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

다만, 집광렌즈(20)를 다수로 배치하여, 하나의 집광렌즈를 사용하는 방식에 비하여 두께와 무게를 줄일 수 있다.

상기 집광렌즈(20)는 구면 실린더형 또는 메니스커스(Meniscus)형 렌즈를 사용할 수 있으며, 상대적으로 가격이 저렴한 아크릴재질인 것으로 할 수 있다. 또한 렌즈의 재질이나 외형은 단가를 고려하여 선정하는 것으로 한다.

이와 같은 구성에서 상기 지지판(11)의 복록한 면측(배면측)에는 중앙에 힌지(15)가 돌출되어 있다. 힌지(15)는 고정부(40)의 힌지(41)와 결합되어 상기 지지판(11)을 상하 방향으로 소정 각도 범위에서 회전시킬 수 있는 것으로 한다.

이때의 회전은 모터, 실린더 등의 구동수단에 의해 이루어지는 것이 아니라 수동으로 이루어지는 것으로 한다.

힌지(15,41)를 사용하는 이유는 고정부(40)의 설치 위치(높이)에 따라 태양고도를 고려하여 지지판(11)의 상하 각도를 조절하기 위한 것이다.

상기 고정부(40)는 건물의 벽면에 설치되거나, 가로등, 전봇대 등의 폴형 구조물에 설치될 수 있다.

즉, 고정부(40)의 형상은 도면에 도시한 평판형 구조가 아닌 원통형 구조 등 고정 대상물의 형상에 따라 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

또한, 고정부(40)는 지면 또는 옥상과 같이 지면과 평행한 면에 설치될 수도 있다.

도 2를 다시 참조하면, 태양의 일주운동에 따라 태양광이 집광렌즈(20)에 입사되는 입사각은 변하게 되지만, 집광렌즈(20)에 입사된 태양광은 집광되어 집광렌즈(20)와 소정 간격 이격되어 배치되는 태양광 패널(30)에 입사되며, 따라서 태양 고도에 따른 발전 효율의 차이를 최소화할 수 있다.

특히, 태양광 패널(30)들이 평면상으로 배치되지 않고, 태양광의 입사 방향에 대하여 중앙이 오목한 형태로 배치됨으로써, 다양한 방향으로 입사되는 태양광이 집광렌즈(20)에 의해 집광 후 태양광 패널(30)로 출사되는 다양한 출사각들에 대하여 발전 효율을 개선시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 원호형으로 배치된 태양광 패널(30)들과 평면상에서 배치된 태양광 패널들의 시간별 발전량의 시뮬레이션 결과도이다.

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명은 평면상 배치된 태양광 패널들에 비하여 전체적으로 높은 발전량을 나타낸다.

12시에서 13시 사이인 남중고도에서는 평면상 배치된 태양광 패널들에 수직방향으로 태양광이 입사되어 발전량이 증가하지만, 다른 시간대에는 원호형으로 배치된 본 발명이 고르게 더 많은 발전량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

평면 대비 13.7%의 발전량 증가를 확인하였다.

상기 태양광 패널(30)은 유연성을 가지는 CIGS 박막 태양전지를 사용할 수 있으며, 태양광의 입사각도가 70도 이내이면 효율의 저하가 거의 없어, 태양을 따라 각도를 변환하는 별도의 장치를 사용할 필요가 없다.

또한, 본 발명은 태양광 패널(30)이 안착되는 지지판(11)과 집광렌즈(20)를 지지하는 지지프레임(13)의 간격을 간격유지부(12)를 사용하여 유지하여, 태양광 패널(30)과 집광렌즈(20) 사이에 통공부(14)를 형성함으로써, 태양광의 집광에 따라 발생하는 열 또는 태양광 패널(30)의 에너지 변환 과정에서 발생하는 열을 용이하게 방출할 수 있다.

이러한 열 방출의 용이성은 태양광 패널(30)의 수명 단축을 방지하며, 발전 효율 저하를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:지지부 11:지지판
12:간격유지부 13:지지프레임
14:통공부 15:힌지
20:집광렌즈 30:태양광 패널
40:고정부 41:힌지

Claims (5)

1. 다수의 집광렌즈;
   상기 집광렌즈로부터 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 패널; 및
   전면부에 상기 집광렌즈들을 평면상으로 고정하고, 배면부에 상기 태양광 패널을 오목한 원호형상으로 고정 배치하는 지지부를 포함하는 고정식 태양 트랙커.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부는,
   상기 태양광 패널이 안착되는 오목한 면을 제공하는 지지판;
   상기 지지판의 둘레 일부에서 전면측으로 돌출되는 다수의 간격유지부;
   상기 간격유지부에 고정되어, 상기 집광렌즈들을 평면상으로 고정하는 지지프레임을 포함하는 고정식 태양 트랙커.
3. 제2항에 있어서,
   상기 간격유지부에 의해 상기 지지판과 상기 지지프레임 사이에 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 고정식 태양 트랙커.
4. 제2항에 있어서,
   상기 지지판의 배면에는 힌지가 돌출되며,
   설치면에 고정되는 고정부와 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 고정식 태양 트랙커.
5. 제2항에 있어서,
   상기 집광렌즈는,
   아크릴 재질의 실린더형 렌즈인 것을 특징으로 하는 고정식 태양 트랙커.
   

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