WO2023090505A1 - 가동식 영농형 태양광발전장치 - Google Patents

가동식 영농형 태양광발전장치 Download PDF

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WO2023090505A1
WO2023090505A1 PCT/KR2021/017403 KR2021017403W WO2023090505A1 WO 2023090505 A1 WO2023090505 A1 WO 2023090505A1 KR 2021017403 W KR2021017403 W KR 2021017403W WO 2023090505 A1 WO2023090505 A1 WO 2023090505A1
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WO
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support
solar panel
angle
inclined plane
ground
Prior art date
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PCT/KR2021/017403
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English (en)
French (fr)
Inventor
이상헌
김준기
이태은
노청민
조근식
엄수현
이도윤
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주식회사 원광에스앤티
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Publication date
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention is supported by the national research and development project, and the national research and development project information is as follows.
  • the present invention relates to an agricultural solar power generation device that can be placed and used in farmland, and more particularly, by simultaneously adjusting the direction, height, and angle of a solar panel to secure sufficient incident light and not interfere with the growth of crops. It relates to a movable agricultural solar power generation device capable of controlling shaded areas.
  • Solar energy is an eco-friendly renewable energy that uses sunlight. Solar energy is useful in everyday life because it can produce electricity just by installing a photovoltaic power generation device. In order to secure sufficient power with a solar power generation device, a large space with a large incident area of sunlight is required.
  • the technical problem of the present invention is to solve these problems, and the direction, height, and angle of the solar panel are simultaneously adjusted to secure sufficient incident light and the movable farming type solar panel that can adjust the shaded area so as not to hinder the growth of crops.
  • a movable agricultural solar power generation device includes a support that extends vertically from the ground and has a rotatable joint formed between a lower end and an upper end; And a solar panel coupled to the upper end of the support and having a directed direction changed according to the movement of the joint, wherein the solar panel is parallel to a first inclined plane inclined at a first angle with the ground at the upper end of the support coupled, the joint divides the support into upper and lower parts and is disposed on a second inclined surface inclined at a second angle with the ground to rotate the upper part of the support around a rotational axis perpendicular to the second inclined surface, The size of the second angle is different from that of the first angle.
  • Both the first angle and the second angle may be acute angles, and a size of the second angle may be greater than a size of the first angle.
  • a moving range of the solar panel may be increased in proportion to the size of the second angle.
  • the photovoltaic device further includes a sliding coupling portion disposed between the first inclined plane and the solar panel and changing a shaded area formed on the ground by sliding and moving the solar panel in parallel with the first inclined plane can do.
  • the sliding coupling part includes a holder for slidably fixing the solar panel to the support, a rack gear arranged in a straight line on the rear surface of the solar panel, and a driving mechanism engaged with the rack gear to drive the solar panel. It may include a linear drive unit including a gear.
  • the movable agricultural solar power generation device controls the linear driving unit to change the position of the center of gravity of the solar panel with respect to the holder to change the natural frequency of a coupling structure in which the holder and the solar panel are coupled
  • a first control unit for controlling may be further included.
  • the joint rotates by forming a rotating surface parallel to the second inclined surface on the second inclined surface, surrounds and supports a ring gear connected to an upper portion of the support, and an outer circumferential surface of the ring gear on the second inclined surface, and is attached to the lower portion of the support.
  • a rotary driving unit including a connected circular bearing and a pinion gear engaged with an inner circumferential surface of the ring gear to drive the ring gear may be included.
  • the support has a cylindrical shape and the second oblique plane is formed in an ellipse, and an outer diameter of the circular bearing may be smaller than a minor axis of the ellipse.
  • the movable agricultural solar power generation device may further include a second control unit configured to control the rotary driving unit to adjust a rotational speed of the upper portion of the support so that the upper portion of the support is tracked along with the sun.
  • the present invention it is possible to sufficiently secure the amount of light incident on the solar panel by simultaneously adjusting the direction, height, and angle of the solar panel. Therefore, the power generation efficiency of the photovoltaic power generation device is increased, and increased power generation is possible with a small number of power generation devices.
  • the farmland area can also be increased when forming agricultural solar power facilities.
  • the shaded area formed by the solar panel can be moved by changing its location at any time, so that the growth of surrounding crops may not be substantially disturbed. Therefore, it is possible to minimize unused space in farmland and simultaneously increase crop yield and power generation.
  • FIG. 1 is a perspective view of a movable agricultural solar power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of a joint part of the photovoltaic device of FIG. 1 cut away.
  • FIG. 3 is a partially exploded view showing the arrangement of a solar panel and a sliding coupling part of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an operation diagram illustrating a positional change of a solar panel due to rotation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a use state diagram illustrating a rotational operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a use state diagram illustrating a shadow area changing operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a use state diagram illustrating a natural frequency changing operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • FIGS. 1 to 7 a movable agricultural solar power generation device according to the present invention will be described in detail.
  • FIG. 1 is a perspective view of a movable agricultural solar power generation device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of a joint part of the solar power generation device of FIG. 1 cut away
  • FIG. 3 is a solar power generation device of FIG. It is a partial exploded view showing the arrangement of the solar panel and the sliding coupling part of the power generation device.
  • a rotatable joint 110 is formed on a support 100 .
  • the joint 110 is an axis joint having a rotation axis and is disposed on an inclined plane.
  • the joint 110 is disposed on the second inclined plane 102 that divides the support 100 into an upper part 100a and a lower part 100b, and the rotational axis of the joint 110 (see F in FIG. 2) is the second inclined plane 102 ) is formed perpendicular to
  • the upper portion 100a of the support rotates on a rotational plane parallel to the second inclined plane 102 (see FIG. 4).
  • the upper part 100a of the support is refracted with respect to the lower part 100b of the support by rotation, and the position of the solar panel 200 coupled to the top of the support 100 is three-dimensionally changed.
  • the solar panel 200 is coupled to the first inclined plane 102 of the upper end of the support 100 and is disposed at a different angle from the second inclined plane 102. Therefore, the orientation direction of the solar panel 200 (the solar cells 201 are arranged by the angle difference between the second inclined plane 102, which is a rotational plane, and the first inclined plane 101, which is the arrangement direction of the solar panels 200) A direction in which the front face is viewed], a height of the solar panel 200, and an angle difference with respect to the ground of the solar panel 200 before and after rotation may be simultaneously created.
  • the present invention can simultaneously change the height, directing direction, angle with respect to the ground, etc. of the solar panel 200 only by rotating the joint 110 in this way, tracking the sun whose altitude and direction change simultaneously, or It is very advantageous to perpendicularly incident sunlight whose direction is changed according to the solar panel 200. Therefore, the efficiency of photovoltaic power generation can be dramatically increased.
  • the position of the shaded area on the ground can be changed at any time, and resonance due to wind can be prevented by adjusting the position of the solar panel 200, so that the surrounding farmland
  • the present invention can be applied very effectively to open farmland without disturbing the growth of crops.
  • the movable agricultural solar power generation device 1 of the present invention (hereinafter, referred to as a solar power device has the same meaning) is configured as follows.
  • the movable agricultural solar power generation device 1 includes a support 100 extending vertically from the ground and having a rotatable joint 110 formed between a lower end and an upper end, and a joint 110 coupled to an upper end of the support 100.
  • the upper part of the support 100 is tilted at a first angle (see ⁇ 1 in FIG. 2) with the ground It is coupled in parallel to one inclined plane (see 101 in FIGS.
  • the joint 110 divides the support 100 into upper and lower parts and is inclined at a second angle with the ground (see ⁇ 2 in FIG. 2). It is disposed on the second inclined plane (see 102 in FIGS. 1 and 2) to rotate the upper part 100a of the support around the axis of rotation F perpendicular to the second inclined plane 102, and the size of the second angle ⁇ 2. is formed differently from the size of the first angle ⁇ 1.
  • the photovoltaic device 1 is disposed between the first inclined plane 101 and the solar panel 200 and is parallel to the first inclined plane 101 of the solar panel 200. It may further include a sliding coupling part 210 that changes the shadow area formed on the ground by sliding and moving, and both the first angle ⁇ 1 and the second angle ⁇ 2 are acute angles and the second angle ⁇ 2 The size may be larger than that of the first angle ⁇ 1.
  • the support 100 extends in a direction perpendicular to the ground.
  • the support 100 may be formed as a bar extending long in a straight line and may have a cylindrical shape.
  • the inside of the support 100 may be empty and the material may be metal.
  • the support 100 may be formed as a metal bar.
  • the support 100 may include a space within which mechanical elements can be placed, and the diameter and length may be appropriately adjusted within such limits.
  • the support 100 may also be formed in the form of a polygonal bar or the like other than a cylindrical shape.
  • the support 100 includes an inclined plane structure of a first inclined plane 101 and a second inclined plane 102 .
  • the first inclined plane 101 is formed at the upper end of the support 100 and the second inclined plane 102 is formed between the upper end and the lower end of the support 100 .
  • the second inclined plane 102 is a structure that divides the support 100 into upper and lower parts, and the joint 110 is disposed on the second inclined plane 102 . That is, the support 100 has a structure in which a rotatable joint 110 is formed between the lower end and the upper end.
  • the second inclined surface 102 may be formed, for example, by cutting the support 100 extending in a straight line in the middle. In such a way, the support 100 can be divided into an upper part 100a and a lower part 100b.
  • the second inclined surface 102 may be symmetrically formed on the cut surfaces of the upper support bar 100a and the lower support bar 100b. After cutting, the cut surfaces of the upper support bar 100a and the lower support bar 100b (ie, second inclined planes formed symmetrically to each other) may be at least partially shielded by welding a plate material or the like. It is possible to properly form the joint 110 structure on each shielded cut surface. The specific structure and operation of the joint 110 will be described in more detail below.
  • Solar panel 200 is coupled to the upper end of the support (100).
  • the upper end of the support 100 corresponds to the uppermost part of the upper part 100a of the support.
  • the lower end of the support 100 corresponds to the lowermost part of the lower part 100b of the support.
  • the lower end of the support 100 is fixed to the ground, and the upper end of the support 100 is disposed higher than the ground by the length of the support 100 .
  • the photovoltaic panel 200 is coupled to the upper end of the support 100, and the orientation direction is changed according to the movement of the joint 110 of the support 100.
  • the arrangement structure of the solar panel 200 will be described in more detail as follows.
  • the solar panel 200 is coupled to the upper end of the support 100 in parallel with the first inclined surface 101 inclined at a first angle ⁇ 1 with the ground.
  • the first angle ⁇ 1 may be an angle formed between the first inclined plane 101 and the ground in a state in which the upper part 100a of the support is arranged perpendicularly to the ground before the joint 110 rotates.
  • the ground is indicated by a horizontal line
  • an angle between the solar panel 200 and the ground is indicated as a first angle ⁇ 1. Since the first inclined plane 101 and the solar panel 200 are parallel to each other, the angle between the first inclined plane 101 and the ground is also the same as the illustrated first angle ⁇ 1.
  • the first inclined plane 101 may be formed by processing the upper end of the support 100 into an inclined plane shape. When the upper end is cut, similar to the second inclined plane 102, a plate material or the like may be welded to the cut surface for shielding.
  • the solar panel 200 may be coupled in parallel with the first inclined plane 101 by disposing an appropriate coupling structure on the first inclined plane 101 . After bonding, the solar panel 200 is continuously maintained parallel to the first inclined plane 101 .
  • a sliding coupling part 210 may be disposed between the solar panel 200 and the first inclined surface 101 to move the solar panel 200 in parallel with the first inclined surface 101 .
  • the sliding coupling part 210 is a holder 211 for slidably fixing the solar panel 200 to the support 100 and the rear surface of the solar panel 200 in a straight line. It may include a rack gear 212 disposed above, and a linear driving unit 214 including a driving gear 214a that is meshed with the rack gear 212 to drive the solar panel 200 .
  • the holder 211 includes, for example, a support plate 211a closely coupled to the first inclined plane 101, a support leg 211b extending from the support plate 211a, and a plurality of ends formed on the support leg 211b.
  • may include a slider 211c of The holder 211 may have a structure that is fixed to the upper end of the support 100 to hold the solar panel 200, and may have a structure that guides the sliding movement of the solar panel 200 using a slider 211c.
  • the slider 211c may be coupled to the guide rail 213 disposed parallel to the rack gear 212 on the rear surface of the solar panel 200 .
  • a bearing may be inserted into the contact surface between the slider 211c and the guide rail 213 to facilitate sliding.
  • a rack gear 212 and a guide rail 213 are disposed parallel to each other.
  • a plurality of solar cells 201 are integrated on the front surface of the solar panel 200 .
  • a pair of guide rails 213 are symmetrically disposed with the rack gear 212 interposed therebetween to maintain the balance of the solar panel 200 .
  • the rack gear 212 is coupled to the linear driving unit 214 fixed to the holder 211 and is movable in mesh with the driving gear 214a of the linear driving unit 214 .
  • the linear drive unit 214 may include a driving gear 214a and a motor 214b that transmits power to the driving gear 214a.
  • the solar panel 200 maintains a state parallel to the first inclined plane 101 by being coupled to the support 100 in this way, but can slide along the first inclined plane 101 . That is, as shown in FIG. 3 , when the drive gear 214a rotates forward and backward, displacement may be generated on both sides of the rack gear 212 in the longitudinal direction.
  • the shaded area can be removed from the ground where crops are planted or the shaded area can be adjusted.
  • the joint 110 is disposed on the aforementioned second inclined plane 102 .
  • the joint 110 consists of an axis joint and rotates the upper portion 100a of the support around a rotation axis perpendicular to the second inclined plane 102 (see F in FIG. 2).
  • the enlarged view of FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the second oblique plane 102 by cutting the joint 110 along A-A'.
  • the structure of the joint 110 will be described in more detail with reference to the side view and the enlarged cross-sectional view of FIG. 2 .
  • the joint 110 includes a ring gear 111 connected to the upper part 100a of the support while rotating by forming a rotation surface parallel to the second inclined plane 102 on the second inclined plane 102;
  • a circular bearing 112 that surrounds and supports the outer circumferential surface of the ring gear 111 on the second inclined plane 102 and is connected to the lower part 100b of the support, and is engaged with the inner circumferential surface of the ring gear 111 to drive the ring gear 111
  • It includes a rotation drive unit 113 including a pinion gear 113a to do.
  • the axis of rotation F of the joint 110 may be placed on an imaginary line passing through the center of rotation of the ring gear 111 .
  • the ring gear 111 and the circular bearing 112 may be disposed on a surface where the lower end of the upper part 100a of the support and the upper end of the lower part 100b of the support come into contact with each other. Since the upper part 100a and the lower part 100b of the support are divided by the second inclined plane 102, the plane where the lower part of the upper part 100a of the supporter and the upper part of the lower part 100b of the supporter meet is the same as the second inclined plane 102. .
  • the ring gear 111 may protrude from the lower end of the upper part 100a of the support, pass through the second inclined plane 102, and be coupled to the upper end of the lower part 100b of the support.
  • the circular bearing 112 may be disposed in a form surrounding the ring gear 111 at the upper end of the lower part 100b of the support.
  • the rotary drive unit 113 includes a pinion gear 113a that is engaged with the inner circumferential surface (a surface on which gear teeth are formed) of the ring gear 111 and rotates, and a motor 113b that provides driving force to the pinion gear 113a.
  • the motor 113b may be fixed to the inside of the lower part 100b of the support using various fixing structures. Therefore, the ring gear 111 can be rotated by the pinion gear 113a, and the upper portion 100a of the support connected to the ring gear 111 can also be rotated together.
  • the second inclined surface 102 is formed in an ellipse as shown, and the outer diameter of the circular bearing 112 may be formed smaller than the short axis of the ellipse (see section A-A' in FIG. 2). ). That is, a smooth rotation structure can be formed by placing the joint 110 formed on the second inclined plane 102 inside the rim of the second inclined plane 102 . Since the second inclined plane 102 is formed in a non-circular shape, the joint 110 can be disposed on the second inclined plane 102 in this way.
  • the upper part 100a of the support is rotated about the axis of rotation F perpendicular to the second inclined plane 102.
  • the size of the second angle ⁇ 2 at which the second inclined plane 102 is inclined with respect to the ground is the same as the magnitude of the first angle ⁇ 1 at which the first inclined plane 101 is inclined with respect to the ground formed differently. Therefore, the arrangement of the solar panels 200 parallel to the first inclined plane 101 can be three-dimensionally changed when rotated by the angle difference between the first inclined plane 101 and the second inclined plane 102 . Referring to Figure 4 will be described in more detail the rotation operation.
  • FIG. 4 is an operation diagram illustrating a positional change of a solar panel due to rotation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • the rotation drive unit 113 of the joint 110 is driven to rotate the entire support upper portion 100a around the axis of rotation F perpendicular to the second inclined plane 102 .
  • the solar panel 200 is also rotated.
  • the arrangement state of the first inclined plane 101 having a different angle from the second inclined plane 102 is changed, and the arrangement state of the solar panel 200 is also changed correspondingly.
  • the direction of rotation is exemplary and can also rotate in the opposite direction.
  • the upper portion 100a of the support may be rotated and bent laterally. Accordingly, the upper end of the support 100 is lowered (obliquely), and the height of the solar panel 200 coupled to the upper end of the support 100 may also be lowered.
  • the angle X formed by the solar panel 200 with respect to the ground E after rotation may be arbitrarily changed. .
  • the angle X changed after rotation is different from the first angle ⁇ 1 formed by the first inclined plane 101 and the ground E before rotation, and may preferably be greater than the first angle ⁇ 1.
  • the angle formed by the solar panel 200 with respect to the ground E, the angle formed by the first inclined plane 101 with the ground E, and the angle formed by the second inclined plane 102 with the ground E are all ) can be measured on a single plane that intersects perpendicularly.
  • the front surface of the solar panel 200 may change in three-dimensional direction, but an angle formed with the ground E may be measured based on an intersection line intersecting the single plane.
  • the angle X after rotation shown in (b) of FIG. 4 illustrates the angle after rotation determined in such a way.
  • first inclined plane 101 and the second inclined plane 102 which is a rotating surface, are formed to be inconsistent with each other.
  • the joint 110 rotates due to the difference in angle between the first inclined plane 101 and the second inclined plane 102, the height and angle of the solar panel 200 are simultaneously changed. Therefore, even if the incident light L is irradiated in different directions at each time from the sun whose altitude and direction change together, power can be produced by changing the height and angle of the solar panel 200 appropriately.
  • the first angle formed by the first inclined plane 101 with the ground ( ⁇ 1 in FIG. 2) (as described above, it may be measured in a vertical state before the rotation of the joint) and the second inclined plane All of the second angles ( ⁇ 2 in FIG. 2) formed by 102 and the ground are acute angles, and the magnitude of the second angle ⁇ 2 may be greater than that of the first angle ⁇ 1.
  • the size of the second angle ⁇ 2 is increased, the rotation range or radius of rotation of the upper part 100a of the support is increased, so the movement range of the solar panel 200 can be increased in proportion to the size of the second angle ⁇ 2. there is.
  • the size of the second angle ⁇ 2 is larger than the first angle ⁇ 1 to increase the movement range of the solar panel 200, and the angle formed by the solar panel 200 with the ground before and after rotation can also be changed together. Through this, power can be produced very effectively while continuously tracking the sun whose altitude and direction change only by rotation of the joint 110 .
  • FIG. 5 is a use state diagram illustrating a rotational operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • the height, angle, and directing direction of the solar panel 200 can be simultaneously changed to the direction in which the sun A is located. there is.
  • This operation may be performed automatically and may proceed, for example, through a second control unit (see 400 in FIG. 2 ) that controls the rotary drive unit (see 113 in FIG. 2 ) of the joint 110 .
  • the second control unit 400 may be disposed inside the support 100 or the like and may be formed as a computer device capable of loading a control program such as a programmable logic controller.
  • the photovoltaic device 1 controls the rotary driving unit 113 to adjust the rotational speed of the upper part 100a of the support so that the upper part of the support 100 tracks the sun. (400).
  • the rotational speed of the joint 110 can be matched to the circumnavigation of the sun (A), through which the altitude and direction are changed together from east to west, and the moving sun (A) can be effectively tracked.
  • the angle with respect to the ground E is automatically changed, and the orientation direction is also changed by rotation, so as shown, at sunrise and sunset, the angle with respect to the ground E is greater than It is erected and looks at the east and west sky [see Fig. 5 (a), (c)], and at the zenith time, it can be laid at a smaller angle with respect to the ground (E) and controlled to look at the ceiling [Fig. 5 (b) )reference].
  • Such precise tracking is possible by adjusting only the rotational speed of the joint 110 formed on the support 100.
  • FIG. 6 is a use state diagram illustrating a shadow area changing operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • the present invention can change the sliding direction of the solar panel 200 to continuously change the shaded area (B).
  • the solar panel 200 may be adjusted to repeatedly change positions in opposite directions at regular intervals. Through this, it is possible to prevent the shaded area (B) from being fixed at one point, and to help the growth of the crop (C) by smoothly reaching the sunlight to the crop (C) on the ground (E).
  • the present invention is a movable agricultural solar power generation device 1 applied and used in farmland, and due to these functions, it can be installed without problems in locations adjacent to farmland, such as the boundary between a power generation area and a farming area.
  • the photovoltaic power generation efficiency of the present invention is greatly increased through an effective tracking operation, equivalent power can be produced in a smaller generation area (installation area of the photovoltaic device) compared to the prior art. Therefore, the cultivated area for cultivating the crop (C) can be further increased.
  • the above-described changing operation of the shaded area B may be performed in parallel with the tracking operation, and may be continued even when the tracking is stopped depending on circumstances.
  • FIG. 7 is a use state diagram illustrating a natural frequency changing operation of the photovoltaic device of FIG. 1 .
  • the present invention may prevent resonance caused by wind (D) by adjusting the solar panel 200 . This is also possible through the sliding operation of the solar panel 200 .
  • the photovoltaic device 1 controls the linear driving unit (see 214 in FIG. 2 ) of the sliding coupling unit 210 to change the position of the center of gravity of the solar panel 200 relative to the holder 211. It may include a first control unit (see 300 in FIG. 2 ) that controls to change the natural frequency of the coupling structure in which the holder 211 and the solar panel 200 are coupled.
  • the first control unit 300 may also be disposed inside the support 100 or the like and may be formed as a computer device capable of loading a control program such as a programmable logic controller.
  • the above-described shadow area changing operation may be performed by the first control unit 300 and, if necessary, the above-described second control unit and the first control unit 300 may be integrated into a single device.
  • the solar panel 200 Since the solar panel 200 has a wide plate-like structure, vibration may occur at any time. Most of the vibrations are generated by the wind D, and the frequency of the solar panel 200 may also change when the strength and direction of the wind D change. At this time, when the mass distribution of the holder 211 and the solar panel 200 is changed by sliding the solar panel 200, the natural frequency of the coupling structure in which the holder 211 and the solar panel 200 are coupled is changed. can For example, as shown in (a) of FIG. 7, the solar panel 200 is symmetrically disposed in the center of the holder 211, and as shown in (b) of FIG. 7, the solar panel 200 is the holder. When asymmetrically arranged at the center of (211), the natural frequency may vary according to the positional change of the solar panel (200).
  • Adjustment of the natural frequency may be performed, for example, by arranging a vibration sensor or the like on the solar panel 200 and controlling the sliding displacement of the solar panel 200 by finding a point at which vibration is reduced. Since various variables may occur due to the strength and direction of the wind D, it may be desirable to control it adaptively. By changing the position of the solar panel 200 in this way, vibration of the device can be reduced and the photovoltaic device 1 can be used more stably.
  • rotary drive unit 113a pinion gear
  • holder 211a support plate
  • linear drive unit 214a drive gear
  • the present invention a sufficient amount of light incident on the solar panel can be secured by simultaneously adjusting the direction, height, and angle of the solar panel, and through this, the power generation efficiency of the solar power generation device can be increased. Therefore, since increased power generation is possible with a small number of power generation devices, it is effective in implementing agricultural solar power generation facilities that combine crop harvesting and power generation.
  • the shaded area formed by the solar panel can be moved and repositioned at any time so as not to interfere with the growth of surrounding crops, thereby minimizing unused space in farmland and simultaneously expanding crop harvesting and power generation. Therefore, the present invention is industrial There is availability.

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Abstract

가동식 영농형 태양광발전장치가 제공된다. 가동식 영농형 태양광발전장치는, 지면으로부터 수직하게 연장되고, 하단부와 상단부 사이에 회전 가능한 관절이 형성된 지지대, 및 지지대의 상단부에 결합되어 관절의 움직임에 따라 지향방향이 변경되는 태양광패널을 포함하되, 태양광패널은, 지지대 상단부에 지면과 제1각도로 기울어진 제1빗면에 평행하게 결합되고, 관절은, 지지대를 상부와 하부로 분할하며 지면과 제2각도로 기울어진 제2빗면에 배치되어 제2빗면과 수직한 회전축을 중심으로 지지대의 상부를 회전시키며, 제2각도의 크기는 제1각도의 크기와 다르게 형성된다.

Description

가동식 영농형 태양광발전장치
본 발명은 국가연구개발사업에 의해 지원되는 것으로, 국가연구개발사업 정보는 다음과 같다.
과제고유번호: 1415166174
과제번호: 20194210100230
부처명: 산업통상자원부
과제관리(전문)기관명: 한국에너지기술평가원
연구사업명: 산업기술혁신사업(에너지기술개발사업-실증형과제)
연구과제명: 농작물 대상 재생에너지 융합시스템 개발 및 실증
기여율: 1/1
과제수행기관명: 주식회사 엘시스
연구기간: 2019.05.01 ~ 2022.12.31
본 발명은 농경지에 배치하여 사용할 수 있는 영농형 태양광발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양광패널의 방향, 높낮이, 각도를 동시에 조절하여 충분한 입사광을 확보하고 작물의 생장을 방해하지 않도록 음영지역의 조절도 가능한 가동식 영농형 태양광발전장치에 관한 것이다.
태양광 에너지는 태양광을 활용하는 친환경적인 신재생 에너지이다. 태양광 에너지는 태양광 발전장치를 설치하는 것만으로 전기를 생산할 수 있어 일상생활에서 유용하게 활용되고 있다. 태양광 발전장치로 충분한 전력을 확보하기 위해서는 태양광의 입사면적이 큰 넓은 공간이 필요하다.
농경지는 넓게 개방되어 있으므로 태양광 발전장치를 설치하기에도 좋은 조건을 갖추고 있다. 따라서 기존의 농경지에 태양광 발전장치를 적용하여 농작물의 수확과 전기 생산을 병행하려는 시도도 이루어지고 있다. 예를 들어, 태양광패널의 배치간격을 적절히 조절하여 발전면적과 경작면적을 배분하는 등의 연구가 진행되고 있다(예, 대한민국 특허 10-2067959등).
그러나 태양광패널은 주변으로 음영지역을 발생시키므로 인접한 경작지의 작물 생장을 방해하는 문제가 있다. 이러한 문제는 발전면적이 커질수록 더욱 심화된다. 태양광패널을 높게 배치하여 하부에 공간을 확보하더라도 음영지역으로 인해 실질적인 경작은 어려울 수 있다. 또한 상황에 따라 작물을 더 많이 늘려야 하는 경우도 있으므로 태양광 발전장치의 설치공간은 최소화하고 발전효율을 높일 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광패널의 방향, 높낮이, 각도를 동시에 조절하여 충분한 입사광을 확보하고 작물의 생장을 방해하지 않도록 음영지역의 조절도 가능한 가동식 영농형 태양광발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치는, 지면으로부터 수직하게 연장되고, 하단부와 상단부 사이에 회전 가능한 관절이 형성된 지지대; 및 상기 지지대의 상단부에 결합되어 상기 관절의 움직임에 따라 지향방향이 변경되는 태양광패널을 포함하되, 상기 태양광패널은, 상기 지지대 상단부에 지면과 제1각도로 기울어진 제1빗면에 평행하게 결합되고, 상기 관절은, 상기 지지대를 상부와 하부로 분할하며 지면과 제2각도로 기울어진 제2빗면에 배치되어 상기 제2빗면과 수직한 회전축을 중심으로 상기 지지대의 상부를 회전시키며, 상기 제2각도의 크기는 상기 제1각도의 크기와 다르게 형성된다.
상기 제1각도와 상기 제2각도는 모두 예각이고 상기 제2각도의 크기가 상기 제1각도의 크기보다 클 수 있다.
상기 제2각도의 크기에 비례하여 상기 태양광패널의 이동범위가 증가될 수 있다.
상기 태양광발전장치는, 상기 제1빗면과 상기 태양광패널의 사이에 배치되며 상기 태양광패널을 상기 제1빗면과 평행하게 슬라이딩 이동시켜 지면에 형성되는 음영지역을 변경하는 슬라이딩결합부를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩결합부는 상기 지지대에 상기 태양광패널을 슬라이딩 가능하게 고정하는 홀더와, 상기 태양광패널의 배면에 일직선 상으로 배치된 랙기어, 및 상기 랙기어에 치합되어 상기 태양광패널을 구동하는 구동기어가 포함된 직선구동부를 포함할 수 있다.
상기 가동식 영농형 태양광발전장치는, 상기 직선구동부를 제어하여, 상기 홀더에 대한 상기 태양광패널의 무게중심의 위치를 바꾸어 상기 홀더와 상기 태양광패널이 결합된 결합구조물의 고유진동수를 변경하는 제어를 하는 제1제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 관절은, 상기 제2빗면 상에서 상기 제2빗면과 평행한 회전면을 형성하여 회전하며 상기 지지대의 상부에 연결된 링기어와, 상기 제2빗면 상에서 링기어의 외주면을 둘러싸 지지하며 상기 지지대의 하부에 연결된 원형베어링, 및 상기 링기어의 내주면에 치합되어 상기 링기어를 구동하는 피니언기어가 포함된 회전구동부를 포함할 수 있다.
상기 지지대는 원통형상이고 상기 제2빗면은 타원으로 형성되며, 상기 원형베어링의 외경은 상기 타원의 단축보다 작을 수 있다.
상기 가동식 영농형 태양광발전장치는, 상기 회전구동부를 제어하여, 상기 지지대의 상부가 선회하는 속도를 조절하여 상기 지지대의 상단부가 태양을 따라 트래킹하도록 제어하는 제2제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양광패널의 방향, 높낮이, 각도를 동시에 조절하여 태양광패널로 입사되는 광량을 충분히 확보할 수 있다. 따라서 태양광 발전장치의 발전효율이 상승되어 적은 수의 발전장치로도 증가된 전력생산이 가능하다. 이로 인해 영농형 태양광시설을 형성할 때 경작지 면적도 늘릴 수 있다. 또한 태양광패널이 형성하는 음영지역도 수시로 위치를 바꾸어 이동시킬 수 있어, 주변작물의 생장을 실질적으로 방해하지 않을 수 있다. 따라서 농경지 내 미사용 공간을 최소화하고 농작물의 수확량과 전력생산량을 동시에 늘리는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양광발전장치의 관절부를 절개하여 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 태양광발전장치의 태양광패널과 슬라이딩결합부의 배치를 도시한 부분분해도이다.
도 4는 도 1의 태양광발전장치의 회전에 의한 태양광패널의 위치변화를 도시한 작동도이다.
도 5는 도 1의 태양광발전장치의 회전동작을 예시한 사용상태도이다.
도 6은 도 1의 태양광발전장치의 음영지역 변경동작을 예시한 사용상태도이다.
도 7은 도 1의 태양광발전장치의 고유진동수 변경동작을 예시한 사용상태도이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양광발전장치의 관절부를 절개하여 도시한 측면도이며, 도 3은 도 1의 태양광발전장치의 태양광패널과 슬라이딩결합부의 배치를 도시한 부분분해도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치(1)는 지지대(100)에 회전 가능한 관절(110)이 형성된다. 관절(110)은 회전축을 갖는 축관절이며 빗면 상에 배치된다. 관절(110)은 지지대(100)를 상부(100a)와 하부(100b)로 분할하는 제2빗면(102)에 배치되며 관절(110)의 회전축(도 2의 F참조)은 제2빗면(102)과 수직하게 형성된다.
이로 인해 관절(110)의 움직임에 따라 지지대의 상부(100a)는 제2빗면(102)과 평행한 회전면 상에서 회전한다(도 4참조). 지지대의 상부(100a)는 회전에 의해 지지대의 하부(100b)에 대해 굴절되며 지지대(100) 상단에 결합된 태양광패널(200)의 위치를 입체적으로 변경한다.
태양광패널(200)은 지지대(100) 상단부의 제1빗면(102)에 결합되며 제2빗면(102)과는 다른 각도로 배치된다. 따라서 회전면인 제2빗면(102)과 태양광패널(200)의 배열방향인 제1빗면(101)과의 각도 차이에 의해 태양광패널(200)의 지향방향[태양광 셀(201)이 배열된 전면이 바라보는 방향], 태양광패널(200)의 높낮이, 회전 전 후 태양광패널(200)의 지면에 대한 각도차이를 동시에 만들어 낼 수 있다.
본 발명은 이와 같이 관절(110)의 회전만으로 태양광패널(200)의 높낮이, 지향방향, 지면에 대한 각도 등을 동시에 바꿀 수 있기 때문에, 고도와 방향이 동시에 바뀌는 태양을 트래킹하거나, 태양의 일주에 따라 방향이 바뀌는 태양광을 태양광패널(200)의 면으로 수직하게 입사시키는 데 매우 유리하다. 따라서 태양광발전 효율도 비약적으로 증가시킬 수 있다.
또한 후술하는 바와 같이 태양광패널(200)을 슬라이딩 이동시켜, 지면에 생기는 음영지역의 위치도 수시로 바꿀 수 있고, 태양광패널(200)의 위치조정을 통해 바람에 의한 공진도 막을 수 있으므로 주변 경작지의 작물 생장을 방해하지 않으면서 개방된 농경지에 매우 효과적으로 본 발명을 적용할 수 있다.
이러한 본 발명의 가동식 영농형 태양광발전장치(1)(이하, 태양광발전장치로 지칭하여도 동일한 의미임)는 다음과 같이 구성된다. 가동식 영농형 태양광발전장치(1)는, 지면으로부터 수직하게 연장되고, 하단부와 상단부 사이에 회전 가능한 관절(110)이 형성된 지지대(100), 및 지지대(100)의 상단부에 결합되어 관절(110)의 움직임에 따라 지향방향이 변경되는 태양광패널(200)을 포함하되, 태양광패널(200)은, 지지대(100) 상단부에 지면과 제1각도(도 2의 α1참조)로 기울어진 제1빗면(도 1 및 도 2의 101참조)에 평행하게 결합되고, 관절(110)은, 지지대(100)를 상부와 하부로 분할하며 지면과 제2각도(도 2의 α2참조)로 기울어진 제2빗면(도 1 및 도 2의 102참조)에 배치되어 제2빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 지지대의 상부(100a)를 회전시키며, 제2각도(α2)의 크기는 제1각도(α1)의 크기와 다르게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 의해, 태양광발전장치(1)는 제1빗면(101)과 태양광패널(200)의 사이에 배치되며 태양광패널(200)의 제1빗면(101)과 평행하게 슬라이딩 이동시켜 지면에 형성되는 음영지역을 변경하는 슬라이딩결합부(210)를 더 포함할 수 있고, 제1각도(α1)와 제2각도(α2)는 모두 예각이고 제2각도(α2)의 크기가 제1각도(α1)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 이하, 이러한 본 발명의 일 실시예에 기초하여, 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 보다 상세히 설명한다.
지지대(100)는 지면과 수직한 방향으로 연장된다. 지지대(100)는 일직선 상으로 길게 연장된 바(bar)로 형성될 수 있으며 원통형상일 수 있다. 지지대(100)의 내부는 비어 있을 수 있으며 재질은 금속일 수 있다. 지지대(100)는 금속제 바로 형성될 수 있다. 지지대(100)는 내부에 기계요소들을 배치 가능한 공간을 포함할 수 있으며 그러한 한도 내에서 직경 및 길이는 적절히 조정될 수 있다. 지지대(100)는 원통형상 외 다각형 바 등의 형태로 형성되는 것도 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(100)는 제1빗면(101)과 제2빗면(102)의 빗면구조를 포함한다. 제1빗면(101)은 지지대(100) 상단부에 형성되며 제2빗면(102)은 지지대(100)의 상단부와 하단부 사이에 형성된다. 특히 제2빗면(102)은 지지대(100)를 상부와 하부로 분할하는 구조로서, 관절(110)은 제2빗면(102)에 배치된다. 즉 지지대(100)는 하단부와 상단부 사이에 회전 가능한 관절(110)이 형성된 구조로 이루어진다.
제2빗면(102)은 예를 들어, 일직선 상으로 연장된 지지대(100)를 중간에서 절단하는 방식으로 형성할 수 있다. 그러한 방식으로 지지대(100)를 상부(100a)와 하부(100b)로 나눌 수 있다. 제2빗면(102)은 지지대 상부(100a) 및 지지대 하부(100b) 각각의 절단면에 대칭적으로 형성될 수 있다. 절단 후 지지대 상부(100a) 및 지지대 하부(100b)의 절단면(즉, 각각에 대칭적으로 형성된 제2빗면)은 판재 등을 용접하여 적어도 부분적으로 차폐할 수 있다. 차폐된 각 절단면 상에 적절히 관절(110)구조를 형성할 수 있다. 관절(110)의 구체적인 구조와 동작은 후술하여 좀더 상세히 설명한다.
태양광패널(200)은 지지대(100)의 상단부에 결합된다. 지지대(100)의 상단부는 지지대의 상부(100a) 중 최상단에 해당된다. 대칭적으로, 지지대(100)의 하단부는 지지대의 하부(100b) 중 최하단에 해당된다. 지지대(100)의 하단부는 지면에 고정되며, 지지대(100)의 상단부는 지지대(100)의 길이만큼 지상보다 높게 배치된다. 태양광패널(200)은 지지대(100)의 상단부에 결합되어 지지대(100)의 관절(110) 움직임에 따라 지향방향이 변경된다.
태양광패널(200)의 배치구조를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 태양광패널(200)은 지지대(100) 상단부에 지면과 제1각도(α1)로 기울어진 제1빗면(101)에 평행하게 결합된다. 제1각도(α1)는 관절(110)이 회전하기 전 지지대의 상부(100a)를 지면과 수직하게 배열한 상태에서 제1빗면(101)이 지면과 형성하는 각도일 수 있다. 도 2에서 지면은 수평선으로 나타내었고 태양광패널(200)과 지면이 이루는 각도를 제1각도(α1)로 표시하였다. 제1빗면(101)과 태양광패널(200)은 서로 평행하므로 제1빗면(101)이 지면과 이루는 각도 역시 도시된 제1각도(α1)와 동일하다.
제1빗면(101)은 지지대(100) 상단부를 빗면 형상으로 가공하여 형성할 수 있다. 상단부를 절개하는 경우 제2빗면(102)과 마찬가지로 절개면에 판재 등을 용접하여 차폐할 수 있다. 그러한 제1빗면(101) 상에 적절한 결합구조를 배치하여 태양광패널(200)을 제1빗면(101)과 평행하게 결합할 수 있다. 결합 후 태양광패널(200)은 제1빗면(101)과 지속적으로 평행한 상태로 유지된다.
태양광패널(200)과 제1빗면(101) 사이에는 슬라이딩결합부(210)를 배치하여 태양광패널(200)을 제1빗면(101)과 평행하게 이동시킬 수도 있다. 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 슬라이딩결합부(210)는 지지대(100)에 태양광패널(200)을 슬라이딩 가능하게 고정하는 홀더(211)와, 태양광패널(200)의 배면에 일직선 상으로 배치된 랙기어(212), 및 랙기어(212)에 치합되어 태양광패널(200)을 구동하는 구동기어(214a)가 포함된 직선구동부(214)를 포함할 수 있다.
홀더(211)는 예를 들어, 제1빗면(101)에 밀착하여 결합되는 지지판(211a)과, 지지판(211a)에서 연장된 지지다리(211b), 및 지지다리(211b)의 말단에 형성된 복수의 슬라이더(211c)를 포함할 수 있다. 홀더(211)는 지지대(100) 상단부에 고정되어 태양광패널(200)을 붙잡는 구조일 수 있으며, 슬라이더(211c)를 이용해 태양광패널(200)의 슬라이딩 이동을 가이드하는 구조일 수 있다. 슬라이더(211c)는 태양광패널(200)의 배면에 랙기어(212)와 평행하게 배치된 가이드레일(213)과 결합할 수 있다. 슬라이더(211c)와 가이드레일(213)의 접촉면에는 슬라이딩이 용이하도록 베어링을 삽입할 수 있다.
태양광패널(200)의 배면에는 랙기어(212) 및 가이드레일(213)이 서로 평행하게 배치된다. 태양광패널(200)의 전면에는 다수의 태양광 셀(201)이 집적되어 있다. 가이드레일(213)은 랙기어(212)를 사이에 두고 한 쌍이 대칭되게 배치되어 태양광패널(200)의 균형을 유지할 수 있다. 랙기어(212)는 홀더(211)에 고정된 직선구동부(214)와 결합되며 직선구동부(214)의 구동기어(214a)와 치합되어 움직일 수 있다. 직선구동부(214)는 구동기어(214a) 및 구동기어(214a)에 동력을 전달하는 모터(214b)를 포함할 수 있다.
태양광패널(200)은 이와 같이 지지대(100)에 결합됨으로써 제1빗면(101)과 평행한 상태를 유지하되, 제1빗면(101)을 따라서 슬라이딩 이동할 수 있다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이 구동기어(214a)가 정역 회전하면, 랙기어(212)의 길이방향 양 측으로 변위를 생성할 수 있다. 태양광패널(200)이 이동하여 위치가 변경되면 지면에 형성되는 음영지역(태양광패널의 그림자)도 위치가 바뀌므로 작물이 심어진 지면에서 음영지역을 제거하거나 음영지역을 조정할 수 있다. 이를 통해 종래 태양광시설에 의해 햇빛이 차단되어 작물의 생장이 방해 받는 문제를 효과적으로 해소할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 관절(110)의 구조를 보다 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 관절(110)은 전술한 제2빗면(102)에 배치된다. 관절(110)은 축관절로 이루어져 제2빗면(102)과 수직한 회전축(도 2의 F참조)을 중심으로 지지대의 상부(100a)를 회전시킨다. 도 2의 확대도에는 제2빗면(102)을 따라 관절(110) 부위를 절단하여 도시한 A-A' 단면도가 도시되어 있다. 이하, 도 2의 측면도와 확대도인 단면도를 함께 참조하여 관절(110)의 구조를 좀더 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 관절(110)은, 제2빗면(102) 상에서 제2빗면(102)과 평행한 회전면을 형성하여 회전하며 지지대의 상부(100a)에 연결된 링기어(111)와, 제2빗면(102) 상에서 링기어(111)의 외주면을 둘러싸 지지하며 지지대의 하부(100b)에 연결된 원형베어링(112), 및 링기어(111)의 내주면에 치합되어 링기어(111)를 구동하는 피니언기어(113a)가 포함된 회전구동부(113)를 포함한다. 관절(110)의 회전축(F)은 링기어(111)의 회전중심을 관통하는 가상의 선상에 놓일 수 있다.
링기어(111) 및 원형베어링(112)은 지지대의 상부(100a) 하단과 지지대의 하부(100b) 상단이 서로 맞닿는 면에 배치될 수 있다. 지지대의 상부(100a)와 하부(100b)는 제2빗면(102)에 의해 분할되므로, 지지대의 상부(100a) 하단과 지지대의 하부(100b) 상단이 맞닿는 면도 제2빗면(102)과 동일하다. 링기어(111)는 지지대의 상부(100a) 하단에서 돌출되어 제2빗면(102)을 통과하여 지지대의 하부(100b) 상단에 결합될 수 있다. 원형베어링(112)은 지지대의 하부(100b) 상단에 링기어(111)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
회전구동부(113)는 링기어(111)의 내주면(기어치가 형성된 면)에 치합되어 회전하는 피니언기어(113a)와 피니언기어(113a)에 구동력을 제공하는 모터(113b)를 포함한다. 모터(113b)는 지지대의 하부(100b) 내측에 다양한 고정구조물을 이용하여 고정될 수 있다. 따라서 피니언기어(113a)로 링기어(111)를 회전시킬 수 있으며, 링기어(111)에 연결된 지지대의 상부(100a)도 함께 회전시킬 수 있다.
지지대(100)가 원통형상인 경우 제2빗면(102)은 도시된 바와 같이 타원으로 형성되며, 원형베어링(112)의 외경은 상기 타원의 단축보다 작게 형성될 수 있다(도 2의 A-A' 단면참조). 즉 제2빗면(102)에 형성된 관절(110)을 제2빗면(102)의 테두리 안쪽에 두어 원활한 회전구조를 형성할 수 있다. 제2빗면(102)이 원형이 아닌 형태로 형성되므로 이러한 방식으로 관절(110)을 제2빗면(102) 상에 배치할 수 있다.
이와 같은 관절(110) 구조에 의해 지지대의 상부(100a)는 제2빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 회전하게 된다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 제2빗면(102)이 지면에 대해 기울어진 제2각도(α2)의 크기가 제1빗면(101)이 지면에 대해 기울어진 제1각도(α1)의 크기와 다르게 형성된다. 따라서 제1빗면(101)과 제2빗면(102)의 각도 차이에 의해 회전시 제1빗면(101)과 평행한 태양광패널(200)의 배열을 입체적으로 변화시킬 수 있다. 도 4를 참조하여 회전동작을 좀더 상세히 설명한다.
도 4는 도 1의 태양광발전장치의 회전에 의한 태양광패널의 위치변화를 도시한 작동도이다.
예를 들어, 도 4의 (a) 도시된 것처럼 관절(110)의 회전구동부(113)를 구동하여 제2빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 지지대 상부(100a) 전체를 회전시킬 수 있다. 지지대의 상부(100a)에는 태양광패널(200)도 결합되어 있으므로 태양광패널(200)도 함께 회전된다. 이때 제2빗면(102)과 다른 각도를 갖는 제1빗면(101)의 배열상태가 바뀌며 태양광패널(200)의 배열상태도 대응하여 변경된다. 회전방향은 예시적인 것이며 반대편으로도 회전할 수 있다.
회전에 의해 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이 지지대의 상부(100a)가 회전하여 옆으로 꺾일 수 있다. 그에 따라 지지대(100)의 상단부가 (비스듬히)하강하며 지지대(100) 상단부에 결합된 태양광패널(200)의 높이도 낮아질 수 있다. 또한, 제1빗면(101)은 제2빗면(102) 둘레로 회전하면서 정렬상태가 변동되므로 회전 후 태양광패널(200)이 지면(E)에 대해 이루는 각도(X)도 임의적으로 바뀔 수 있다. 회전 후 변화된 각도(X)는 회전 전 지면(E)과 제1빗면(101)이 이루는 제1각도(α1)와 상이하며 바람직하게는 제1각도(α1)보다 증가될 수 있다.
태양광패널(200)이 지면(E)에 대해 이루는 각도나 제1빗면(101)이 지면(E)과 이루는 각도, 제2빗면(102)이 지면(E)과 이루는 각도는 모두 지면(E)과 수직하게 교차하는 단일평면 상에서 측정될 수 있다. 태양광패널(200)의 전면은 회전 후 지향하는 방향이 입체적으로 바뀔 수 있으나 상기 단일평면과 교차되는 교차선을 기준으로 하여 지면(E)과 이루는 각도를 측정할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시된 회전 후 각도(X)는 그러한 방식으로 결정된 회전 후 각도를 예시한 것이다.
이러한 동작은 제1빗면(101)과 회전면인 제2빗면(102)이 서로 불일치하게 형성됨으로써 가능하다. 제1빗면(101)과 제2빗면(102) 간 각도의 차이에 의해 관절(110)이 회전하면 태양광패널(200)의 높이와 각도가 동시에 변경된다. 따라서 고도와 방향이 함께 바뀌는 태양으로부터 시각마다 다른 방향으로 입사광(L)이 조사되더라도, 그에 알맞게 태양광패널(200)의 높이와 각도를 바꾸며 전력을 생산할 수 있다.
바람직하게는, 제1빗면(101)이 지면과 이루는 제1각도(도 2의 α1)[전술한 바와 같이 관절의 회전 전에 지지대 상부가 수직한 상태에서 측정된 것일 수 있다]와, 제2빗면(102)이 지면과 이루는 제2각도(도 2의 α2)는 모두 예각이고, 제2각도(α2)의 크기가 제1각도(α1)의 크기보다 클 수 있다. 제2각도(α2)의 크기를 증가시키면, 지지대 상부(100a)의 회전범위 또는 회전반경이 증가되므로 제2각도(α2)의 크기에 비례하여 태양광패널(200)의 이동범위도 증가될 수 있다.
따라서 본 실시예와 같이 제2각도(α2)의 크기를 제1각도(α1)보다 크게 하여 태양광패널(200)의 이동범위를 증가시키면서 회전 전 후로 태양광패널(200)이 지면과 이루는 각도도 함께 변화시킬 수 있다. 이를 통해 관절(110)의 회전만으로 고도와 방향이 변하는 태양을 계속 트래킹하면서 매우 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.
도 5는 도 1의 태양광발전장치의 회전동작을 예시한 사용상태도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 태양광발전장치(1)의 관절(110)만을 회전시켜 태양광패널(200)의 높이, 각도, 및 지향방향을 태양(A)이 위치하는 방향으로 동시에 변경할 수 있다. 이러한 동작은 자동으로 이루어질 수 있으며 예를 들어, 관절(110)의 회전구동부(도 2의 113참조)를 제어하는 제2제어부(도 2의 400참조)를 통해 진행될 수 있다. 제2제어부(400)는 지지대(100) 등의 내측에 배치될 수 있으며 프로그램 가능한 컨트롤러(programmable logic controller)등 제어프로그램을 로딩 가능한 컴퓨터장치로 형성될 수 있다.
즉 태양광발전장치(1)는 회전구동부(113)를 제어하여 지지대의 상부(100a)가 선회하는 속도를 조절하여 지지대(100)의 상단부가 태양을 따라 트래킹(tracking)하도록 제어하는 제2제어부(400)를 포함할 수 있다. 관절(110)의 회전속도는 태양(A)의 일주속도에 맞출 수 있으며, 이를 통해 동에서 서로 고도와 방향이 함께 바뀌며 움직이는 태양(A)을 효과적으로 트래킹할 수 있다.
태양광패널(200)은 높낮이가 바뀌면 지면(E)에 대한 각도가 자동으로 변경되며, 회전에 의해 지향방향도 바뀌므로 도시된 바와 같이 일출 및 일몰 시각에는 지면(E)에 대해 보다 큰 각도로 세워져 동쪽 및 서쪽 하늘을 바라보고[도 5의 (a), (c)참조], 남중 시각에는 지면(E)에 대해 보다 작은 각도로 눕혀져 천정을 바라보게 제어될 수 있다[도 5의 (b)참조]. 지지대(100)에 형성된 관절(110)의 회전속도만을 조절하여 이러한 정밀한 트래킹이 가능하다.
도 6은 도 1의 태양광발전장치의 음영지역 변경동작을 예시한 사용상태도이다.
또한, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 태양광패널(200)의 슬라이딩 방향을 변경하여 음영지역(B)도 계속 바꾸어 줄 수 있다. 예를 들어, 슬라이딩결합부(210)의 직선구동부(도 2의 214참조)를 제어하여 일정 시간마다 태양광패널(200)이 서로 역방향으로 위치를 반복적으로 바꾸도록 조정할 수 있다. 이를 통해 음영지역(B)이 한 지점에 고정되는 것을 막을 수 있고, 지면(E)의 작물(C)에 태양광을 원활히 도달시켜 작물(C)의 생장을 도울 수 있다.
본 발명은 농경지에 적용하여 사용하는 가동식 영농형 태양광발전장치(1)로서 이러한 기능으로 인해 발전지역과 경작지역의 경계등 경작지와 인접한 위치에도 문제없이 설치할 수 있다. 또한, 전술한 것처럼 본 발명은 효과적인 트래킹 동작을 통해 태양광 발전효율이 크게 증가되므로, 동등한 전력을 종래대비 더 적은 발전면적(태양광발전장치의 설치면적)에서 생산할 수 있다. 따라서 작물(C)을 재배하는 경작면적은 더 늘릴 수 있다.
상술한 음영지역(B)의 변경 동작은 트래킹 동작과 병행할 수 있으며, 상황에 따라 트래킹이 멈춘 상태에서도 얼마든지 지속할 수 있다.
도 7은 도 1의 태양광발전장치의 고유진동수 변경동작을 예시한 사용상태도이다.
한편, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 태양광패널(200)을 조정하여 바람(D)에 의한 공진을 막을 수도 있다. 이 역시 태양광패널(200)의 슬라이딩 동작을 통해 가능하다.
예를 들어 태양광발전장치(1)는 슬라이딩결합부(210)의 직선구동부(도 2의 214참조)를 제어하여, 홀더(211)에 대한 태양광패널(200)의 무게중심의 위치를 바꾸어 홀더(211)와 태양광패널(200)이 결합된 결합구조물의 고유진동수를 변경하는 제어를 하는 제1제어부(도 2의 300참조)를 포함할 수 있다. 제1제어부(300)역시 지지대(100) 등의 내측에 배치될 수 있으며 프로그램 가능한 컨트롤러(programmable logic controller)등 제어프로그램을 로딩 가능한 컴퓨터장치로 형성될 수 있다. 제1제어부(300)로 전술한 음영지역 변경 동작을 수행할 수도 있으며 필요한 경우 전술한 제2제어부와 제1제어부(300)를 통합하여 단일 장치로 구성하는 것도 가능하다.
태양광패널(200)은 넓은 판상의 구조이므로 수시로 진동이 발생할 수 있다. 진동은 대부분 바람(D)에 의해 생성되며 바람(D)의 강도, 방향 등이 바뀌면 태양광패널(200)의 진동수도 바뀔 수 있다. 이때 태양광패널(200)을 슬라이딩 이동시켜 홀더(211)와 태양광패널(200)의 질량분포를 변경하면, 홀더(211)와 태양광패널(200)이 결합된 결합구조물의 고유진동수를 바꿀 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)와 같이 태양광패널(200)이 홀더(211)의 중심에 대칭적으로 배치된 경우와, 도 7의 (b)와 같이 태양광패널(200)이 홀더(211)의 중심에 비대칭적으로 배치된 경우 고유진동수는 태양광패널(200)의 위치변화에 따라 달라질 수 있다.
이를 이용하여 바람(D)에 의한 공진을 효과적으로 억제할 수 있다. 고유진동수의 조절은 예를 들면, 진동센서 등을 태양광패널(200)에 배치하고 진동이 줄어드는 지점을 찾아 태양광패널(200)의 슬라이딩 변위를 제어하는 방식으로 진행될 수 있다. 바람(D)의 강도, 방향 등에 의해 다양한 변수가 생길 수 있으므로 적응적으로 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로 태양광패널(200)의 위치를 바꾸어 장치의 진동을 줄이고 보다 안정적으로 태양광발전장치(1)를 사용할 수 있다.
따라서 본 발명을 바람이 강하게 부는 개방된 농경지 등에 적용하는 데도 문제가 없으며 전술한 음영지역의 변경동작과, 관절(110)의 회전을 이용한 편리한 트래킹 동작을 병행하면 상대적으로 적은 수의 발전장치로 증가된 전력을 생산할 수 있다. 따라서 농경지 내 경작 가능한 면적을 증대시켜 보다 효율적으로 농작물의 수확과 전기 생산을 병행할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
[부호의 설명]
1: 가동식 영농형 태양광발전장치
100: 지지대 100a: 지지대 상부
100b: 지지대 하부 101: 제1빗면
102: 제2빗면 110: 관절
111: 링기어 112: 원형베어링
113: 회전구동부 113a: 피니언기어
113b, 214b: 모터 200: 태양광패널
201: 태양광 셀 210: 슬라이딩결합부
211: 홀더 211a: 지지판
211b: 지지다리 211c: 슬라이더
212: 랙기어 213: 가이드레일
214: 직선구동부 214a: 구동기어
300: 제1제어부 400: 제2제어부
A: 태양 B: 음영지역
C: 작물 D: 바람
E: 지면 F: 회전축
L: 입사광
본 발명은 태양광패널의 방향, 높낮이, 각도를 동시에 조절하여 태양광패널로 입사되는 광량을 충분히 확보할 수 있고 이를 통해 태양광 발전장치의 발전효율을 증가시킬 수 있다. 따라서 적은 수의 발전장치로도 증가된 전력생산이 가능하므로 농작물 수확과 전력생산을 병행하는 영농형 태양광발전시설 구현에 효과적이다. 또한 태양광패널이 형성하는 음영지역도 수시로 위치를 바꾸어 이동시킬 수 있어 주변작물의 생장을 방해하지 않으므로 농경지 내 미사용 공간을 최소화하고 농작물 수확과 전력생산을 동시에 확대할 수 있다 따라서 본 발명은 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (9)

  1. 지면으로부터 수직하게 연장되고, 하단부와 상단부 사이에 회전 가능한 관절이 형성된 지지대; 및
    상기 지지대의 상단부에 결합되어 상기 관절의 움직임에 따라 지향방향이 변경되는 태양광패널을 포함하되,
    상기 태양광패널은, 상기 지지대 상단부에 지면과 제1각도로 기울어진 제1빗면에 평행하게 결합되고,
    상기 관절은, 상기 지지대를 상부와 하부로 분할하며 지면과 제2각도로 기울어진 제2빗면에 배치되어 상기 제2빗면과 수직한 회전축을 중심으로 상기 지지대의 상부를 회전시키며,
    상기 제2각도의 크기는 상기 제1각도의 크기와 다르게 형성된 가동식 영농형 태양광발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1각도와 상기 제2각도는 모두 예각이고 상기 제2각도의 크기가 상기 제1각도의 크기보다 큰 가동식 영농형 태양광발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2각도의 크기에 비례하여 상기 태양광패널의 이동범위가 증가되는 가동식 영농형 태양광발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1빗면과 상기 태양광패널의 사이에 배치되며 상기 태양광패널을 상기 제1빗면과 평행하게 슬라이딩 이동시켜 지면에 형성되는 음영지역을 변경하는 슬라이딩결합부를 더 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라이딩결합부는 상기 지지대에 상기 태양광패널을 슬라이딩 가능하게 고정하는 홀더와, 상기 태양광패널의 배면에 일직선 상으로 배치된 랙기어, 및 상기 랙기어에 치합되어 상기 태양광패널을 구동하는 구동기어가 포함된 직선구동부를 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직선구동부를 제어하여, 상기 홀더에 대한 상기 태양광패널의 무게중심의 위치를 바꾸어 상기 홀더와 상기 태양광패널이 결합된 결합구조물의 고유진동수를 변경하는 제어를 하는 제1제어부를 더 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관절은, 상기 제2빗면 상에서 상기 제2빗면과 평행한 회전면을 형성하여 회전하며 상기 지지대의 상부에 연결된 링기어와, 상기 제2빗면 상에서 링기어의 외주면을 둘러싸 지지하며 상기 지지대의 하부에 연결된 원형베어링, 및 상기 링기어의 내주면에 치합되어 상기 링기어를 구동하는 피니언기어가 포함된 회전구동부를 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지대는 원통형상이고 상기 제2빗면은 타원으로 형성되며, 상기 원형베어링의 외경은 상기 타원의 단축보다 작은 가동식 영농형 태양광발전장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회전구동부를 제어하여, 상기 지지대의 상부가 선회하는 속도를 조절하여 상기 지지대의 상단부가 태양을 따라 트래킹하도록 제어하는 제2제어부를 더 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
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