KR100967266B1 - 태양광 추적장치 및 그 추적 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조로 태양광 추적장치의 내구성 향상 및 태양의 이동 경로뿐만 아니라 흐린 날에도 태양광 발전장치의 집광판에 태양광이 최대로 조사되도록 하여 태양광 발전장치의 발전량을 최대한으로 유지하기 위한 태양광 추적장치 및 그 추적 방법에 관한 것으로서, 태양광 발전장치의 집광판을 방향회전 및 경사회전시켜 태양광을 추적하는 태양광 추적장치에 있어서, 원형의 콘크리트 기둥; 상기 콘크리트 기둥의 상부면에 고정되는 트러스트 베어링; 상기 집광판의 방향회전 및 경사회전을 구동하는 제1 및 제2의 구동장치; 상부에는 상기 구동장치를 수납하는 구동장치 하우징이 마련되고, 중간부에서는 상기 트러스트 베어링의 상부에 고정되며, 하부에는 상기 콘크리트 기둥과의 사이에 가이드 베어링으로 회동 가능하게 고정되어 방향회전하는 방향회전축; 및 상기 구동장치 하우징을 관통하여 경사회전하고, 상기 집광판이 고정되는 경사회전축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 콘크리트 기둥과 방향회전축 사이에 가이드 베어링을 설치함으로써, 강한 풍압에 견딜 수 있고, 흐린 날이나, 구름의 이동에 대응하여 집광판의 방향각 및 경사각을 보정하여 발전효율을 최대로 할 수 있다.

집광판, 트러스트 베어링, 가이드 베어링, 모터, 보정

Description

태양광 추적장치 및 그 추적 방법{Solar tracker and the tracking method of the same}

본 발명은 태양광 추적장치 및 그 추적 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 간단한 구조로 태양광 추적장치의 내구성을 향상시키고, 태양의 이동 경로뿐만 아니라 흐린 날에도 태양광 발전장치의 집광판에 태양광이 최대로 조사되도록 하여 태양광 발전장치의 발전량을 최대한으로 유지하기 위한 태양광 추적장치 및 그 추적 방법에 관한 것이다.

최근에는 화석연료의 사용에 따른 이산화탄소 발생에 의한 지구의 온난화나 원자력발전소의 핵폐기물에 대한 처리곤란 등 지구의 환경에 대한 문제가 크게 대두되어 자연의 청정에너지를 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이러한 자연 에너지의 이용은 태양광 발전, 조력발전, 풍력발전 등 지구의 환경을 해치지 않고 사용할 수 있는 에너지원을 이용하는 방법들이다.

여기서 태양전지를 이용한 태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서 광전변환소자가 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전방식이다.

태양광 발전은 광전변환소자를 포함하는 태양전지로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환 인버터로 구성된다.

이러한 태양광 발전 시스템은 태양전지 모듈을 계절에 따른 일조량의 변화나 아침부터 저녁까지 태양의 이동에 따른 추적을 위해 태양 추적장치를 설치하는 등 발전효율을 높이기 위해 여러 장치들을 개발하여 사용하고 있는 실정이다.

이러한 태양의 일조량이나 태양의 이동에 따른 추적에 의한 발전효율의 문제를 해결하기 위한 태양광 추적장치에 관한 기술이 대한민국 등록특허공보 10-0819861호에 개시되어 있다.

즉, 상기 등록특허공보에 있어서는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 콘크리트형 기초(151) 상단에는 원형고정판(152)이 배치되고, 원형고정판(152)은 복수개의 경사빔(153) 및 고정대(154)를 통해 콘크리트형 기초(151)에 지지된다.

원형고정판(152)의 상부에는 턴테이블(155)이 수직모터(156)에 의해 회동하도록 결합되어 있다.

턴테이블(155)의 중앙에는 직사각형의 지지프레임(120)이 세워져 있고, 지지프레임(120)의 일측변은 패널(101)과 평행하게 턴테이블(155)의 중심에 고정되어 있다.

지지프레임(120)의 일측변의 좌, 우측에서는 각각 수직변이 동일 길이로 연장되고, 상기 수직변의 끝단에는 축심샤프트(129)가 설치되어 있다.

또한, 축심샤프트(129)가 설치된 곳과 턴테이블(155)의 사이에는 V자 형상과 같이 배열된 복수개의 트러스빔(121, 122)이 설치되어 있다. 복수개의 트러스 빔(121, 122)과 지지프레임(120)에 의해서, 좌, 우측 라운드구조물(111, 112), 해당 지지바(113, 114) 및 패널(101)이 고정된다.

라운드구조물(111, 112)의 일측 직선변은 패널(101)의 보강프레임(103, 104)에 면접촉되어 지지력을 갖도록 되어 있다. 라운드구조물(111, 112)의 타측 직선변과 보강프레임(103, 104)의 사이에는 해당 지지바(113, 114)가 버팀목과 같이 결합되어 있다.

라운드구조물(111, 112)은 부채꼴 형상으로 일측 및 타측 직선변 사이에 원호레일(111a, 112a)을 갖고 있고, 지지프레임(120)의 축심샤프트(129)의 양단에서 회전 가능하게 결합되어 있다.

지지프레임(120)의 좌, 우측 하부 모서리 근처에는 라운드구조물(111, 112)의 원호레일(111a, 112a)에 마찰력을 제공하여, 라운드구조물(111, 112)을 회동시키는 틸트롤러(115, 116)가 결합되어 있으며, 틸트롤러(115, 116)는 수평모터(166)의 기어박스에 연결되어 회전되는 동력전달축부재(167)의 양단에 결합되어 있다.

그리고 중앙제어유닛에서 천문학적 데이터에 의해 태양을 추적하고, 하늘에 구름이 낀 경우에는 패널(101)을 각도 5도로 유지시켜 태양광이 입사되도록 되어 있다.

그러나, 상기 공보에 개시된 기술에 있어서는 방향회전 및 경사회전(회동 및 틸트)을 위한 구조가 복잡하고, 강한 바람에 견디기 어려운 구조로 되어 있으며, 원형고정판, 원형랙기어 및 턴테이블로 이루어진 방향회전을 위한 축받이의 구조가 내구성을 갖기 어려운 구조로 되어 있다.

또한, 흐린 날에는 태양광 발전장치의 집광판을 일정 각도로 고정시킴으로써, 태양광이 집광판에 최대로 조사될 수 없을 뿐만 아니라, 구름의 이동에 따른 태양광의 최대 조사방향으로 이동할 수도 없는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집광판의 방향회전 및 경사회전을 위한 구조가 간단하고, 방향회전축을 지지하는 베어링의 구조가 간단하면서도 내구성을 가지며, 강한 풍압에 견딜 수 있는 태양광 추적장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 흐린 날이나, 구름의 이동에 대응하여 집광판에 태양광이 최대로 조사될 수 있는 태양광 추적장치 및 그 추적방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 추적장치는 태양광 발전장치의 집광판을 방향회전 및 경사회전시켜 태양광을 추적하는 태양광 추적장치에 있어서, 원형의 콘크리트 기둥; 상기 콘크리트 기둥의 상부면에 고정되는 트러스트 베어링; 상기 집광판의 방향회전 및 경사회전을 구동하는 제1 및 제2의 구동장치; 상부에는 상기 구동장치를 수납하는 구동장치 하우징이 마련되고, 중간부에서는 상기 트러스트 베어링의 상부에 고정되며, 하부에는 상기 콘크리트 기둥과의 사이에 가이드 베어링으로 회동 가능하게 고정되어 방향회전하는 방향회전축; 및 상기 구 동장치 하우징을 관통하여 경사회전하고, 상기 집광판이 고정되는 경사회전축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 제1의 구동장치는 상기 트러스트 베어링의 중앙부에서 상기 콘크리트 기둥의 상부면에 원형 또는 원호 형상의 치차부가 고정되고, 상기 치차부에 맞물려 상기 방향회전축을 회전시키는 제1의 감속기어 모터로 이루어지고, 상기 제2의 구동장치는 상기 구동장치 하우징 내에서 피동기어가 상기 경사회전축에 고정되고, 상기 피동기어에 맞물려 상기 경사회전축을 회전시키는 제2의 감속기어 모터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 저장부에 미리 저장된 매일 매일의 시간별 태양의 방위각 및 경사각에 따라 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜, 집광판을 상기 저장부에 미리 저장되어 있는 현재시각의 방위각 및 경사각으로 이동시킨 후, 현재시각의 태양광의 세기가 최대인 방위각 및 경사각을 측정하고, 상기 측정된 방위각 및 경사각과 현재 이동되어 있는 상태의 집광판의 방위각 및 경사각의 오차여부를 계산하여 오차가 있는 경우에는 그 오차만큼 상기 제1 및 제2의 구동장치를 계속 구동시켜 상기 집광판의 위치를 보정하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 제어장치는 태양광이 입사되는 입사각이 상이한 3개 또는 4개 이상의 광센서를 포함하고, 상기 각각의 센서에 입사된 광량이 가장 큰 센서의 방향으로 상기 집광판을 이동시켜 상기 각각의 센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 집광판의 위치를 보정하는 것을 특징 으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 추적장치는 태양광 발전을 위한 집광판과 상기 집광판을 방향회전시키는 제1의 구동장치 및 경사회전시키는 제2의 구동장치를 포함하는 태양광 추적장치에 있어서, 일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각, 오차값 등 기준값을 저장하는 저장부와; 상기 집광판의 상부면에 정삼각형 또는 정다각형의 꼭지점 위치에서 상기 정삼각형 또는 정다각형의 중심점과 상기 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분과 각각이 동일한 예각 또는 둔각을 이루도록 설치되는 3개 또는 4개 이상의 광센서와; 상기 광센서에서 검출된 광량에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부 및; 상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시키며, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 신호를 입력받아 상기 각각의 광센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 상기 집광판의 방향 및 경사를 보정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 일출 및 일몰시각동안 상기 제1 및 제2의 구동장치가 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 보정된 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 오차값으로 저장하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 제어부는 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시킬 때, 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각에 상기 저장부에 저장된 상기 보정된 방위각 및 경사각을 보정한 방위각 및 경사각에 의해 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2 구동부를 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 있어서, 상기 예각은 60∼85°이고, 상기 둔각은 95∼120°인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 추적방법은 태양광 발전을 위한 집광판과; 상기 집광판을 방향회전시키는 제1의 구동장치 및 경사회전시키는 제2의 구동장치와; 일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각, 오차값 등 기준값을 저장하는 저장부와; 상기 집광판의 상부면에 정삼각형 또는 정다각형의 꼭지점 위치에서 상기 정삼각형 또는 정다각형의 중심점과 상기 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분과 각각이 동일한 예각 또는 둔각을 이루도록 설치되어 각각에 입사된 광량에 따른 신호를 출력하는 3개 또는 4개 이상의 광센서와; 상기 제1 및 제2의 구동장치를 제어하고, 상기 저장부에 필요한 정보를 입출력하며, 상기 각각의 광센서에서 출력되는 신호를 입력받는 제어부를 포함하는 태양광 추적장치의 태양광 추적방법에 있어서, 일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 저장하는 기준값 저장단계; 상기 집광판의 방향 및 경사 상태를 초기화하는 집광판 상태 초기화단계; 상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동 시켜 상기 집광판이 태양을 향하도록 하는 집광판의 제1 이동단계; 상기 제1 이동단계 후에 상기 각각의 광센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 상기 집광판의 방향 및 경사를 보정하는 집광판의 제2 이동단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 이동단계에서 보정한 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 오차값으로 저장하고, 상기 제1 이동단계에서 상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각에 상기 보정된 방위각 및 경사각을 보정한 방위각 및 경사각에 의해 이후의 제1 이동단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적방법에 있어서, 상기 이후의 제1 이동단계는 상기 제2 이동단계 후에 시간지연을 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 태양광 추적장치 및 그 추적방법에 의하면, 집광판의 방향회전 및 경사회전을 위한 구조가 간단하여 그 시공이 용이하고, 방향회전축을 지지하는 베어링을 트러스트 베어링을 사용함으로써 그 구조가 간단하면서도 내구성을 갖는 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치에 의하면, 콘크리트 기둥과 일정길이를 갖는 방향회전축 사이에 가이드 베어링을 설치함으로써, 강한 풍압에 견딜 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 태양광 추적장치 및 그 추적방법에 의하면, 흐린 날이 나, 구름의 이동에 대응하여 집광판의 방향각 및 경사각을 보정할 수 있으므로 태양광이 최대로 집광판에 조사될 수 있는 효과도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 개념도이다.

도 1에 있어서, 도면부호 10은 철근 콘크리트로 이루어진 콘크리트 기둥이다. 콘크리트 기둥(10)의 하부는 지상에 고정되고, 그 상부에는 이하에서 설명되는 바와 같은 태양광 추적장치의 각 부가 얹혀진다.

콘크리트 기둥(10)의 상부면에는 하부판(21)과 상부판(23) 사이에 볼(22)들을 구비하고 있는 트러스트 베어링(20)이 고정되어 있다. 트러스트 베어링(20)의 하부판(21)과 상부판(23)은 중앙부분에 공간을 갖는 링 형상의 구조이다.

도면부호 30은 상부에는 격판(34)에 의해 구획되는 구동장치 하우징(35)을 구비하고, 하부는 콘크리트 기둥(10)이 내삽되는 원통 형상의 방향회전축이다. 방향회전축(30)은 상부에 격판(34)에 의해 구획되는 공간인 구동장치 하우징(35)이 마련되고, 콘크리트 기둥(10)의 상부면에 설치된 트러스트 베어링(20)의 상부판(23)에 구동장치 하우징(35)을 구획하는 격판(34) 부분이 얹혀져 고정된다.

이와 같이 콘크리트 기둥(10)과 트러스트 베어링(20)을 사이에 두고 결합되는 방향회전축(30)은 트러스트 베어링(20)을 축으로 하여 콘크리트 기둥(10)을 중심으로 자유로이 회전할 수 있도록 되어 있다.

그리고 방향회전축(30)의 하부에서 콘크리트 기둥(10)과의 사이에 가이드 베어링(31)을 설치되어 있다. 방향회전축(30)은 그 하부에 콘크리트 기둥(10)이 내삽될 수 있도록 충분한 길이가 되게 하고, 방향회전축(30)의 하부 끝단에 제1의 가이드 베어링(31)을 설치함으로써, 이하에서 설명되는 집광판(40)에 강한 풍압이 미치더라도 집광판(40)이 바람에 날라가거나 파손되는 것을 방지하게 된다.

여기서 방향회전축(30)의 하부에 콘크리트 기둥(10)이 내삽되는 길이는 길게 할수록 트러스트 베어링(20)이 수평 방향으로 미치는 풍압에 잘 견딜 수 있다. 이 수평 방향으로 미치는 풍압에 더욱 효과적으로 대응하기 위해 콘크리트 기둥(10)의 상부 즉, 트러스트 베어링(20)과 인접한 부분에 제2의 가이드 베어링(33)을 설치할 수 있다.

도면부호 40은 태양광 발전을 위한 태양전지셀과 광센서(175a, 175b, 175c)가 설치된 집광판이고, 도면부호 42는 양쪽의 집광판(40)이 고정되고, 집광판(40)의 경사각을 조절하기 위해 회전하는 경사회전축이다.

방향회전축(30)의 구동장치 하우징(35)에는 경사회전축(42)이 관통하도록 되어 있고, 경사회전축(42)은 이 관통부의 양쪽에서 볼 베어링(45)를 통해 방향회전축(30)에 고정된다.

이하에서는 구동장치 하우징(35)내에 설치되어 태양의 이동에 따라 또는 최대 광량의 집광을 위해 방향회전축(30)과 경사회전축(42)을 회전시키는 구동장치에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 방향회전축 구동장치의 도면이다.

도 2에 있어서, 도면부호 51은 콘크리트 기둥(10) 상부면에 설치된 트러스트 베어링(20)의 중앙부분 내에서 콘크리트 기둥(10)의 상부면에 고정된 원호 또는 원형의 치차이고, 도면부호 53은 방향회전축(30)에 고정되어 감속회전하는 제1의 감속기어모터이다.

제1의 감속기어모터(53)에는 구동기어(55)가 설치되어 있고, 이 구동기어(55)는 격판(34)에 형성된 구멍(도면에는 미도시)을 통하여 치차(51)와 맞물려 결합되어 제1의 감속기어모터(53)의 회전력을 전달한다. 여기서 콘크리트 기둥(10)은 지상에 고정되고 방향회전축(30)은 회전될 수 있는 것이므로 제1의 감속기어모터(53)의 회전에 의해 방향회전축(30)은 좌·우 방향으로 회전된다.

또, 도 1에 있어서, 도면부호 63은 격판(34) 상에 설치된 제2의 감속기어모터이고, 도면부호 67은 경사회전축(42)에 설치된 피동기어이다.

제2의 감속기어모터(63)에는 구동기어(65)가 설치되어 있고, 이 구동기어(65)는 피동기어(67)와 맞물려 결합되어 제2의 감속기어모터(63)의 회전력이 전달된다. 따라서 제2의 감속기어모터(63)의 회전에 의해 경사회전축(42)은 상·하 방향으로 회전된다.

도 3은 집광판에 설치된 광센서들의 위치와 경사각을 나타낸 도면이다.

2개의 집광판(40)중 어느 하나에는 도 3에서 보는 바와 같이 상부면에 3개의 광센서(175a, 175b, 175c)가 정삼각형의 위치에서 집광판(40)의 상부면과 동일한 예각이나 동일한 둔각의 경사각을 갖도록 설치된다. 이 경사각은 60∼85° 또는 95∼120°의 경사각을 갖고 설치되는 것이 바람직하다.

광센서(175a, 175b, 175c)들은 정삼각형의 중심점과 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분(L1, L2, L3)과 각각이 동일한 경사각을 이루도록 설치되어 각각에 입사된 광량에 따른 신호를 출력한다. 이하에서 설명되는 제어장치(100)에서 이 신호는 각각 120°의 방향을 갖는 벡터의 크기로 인식된다.

따라서, 각 광센서의 경사각이 집광판(40)과 예를 들어 85°인 경우에 집광판(40)이 태양과 직각인 경우에는 각각의 광센서(175a, 175b, 175c)는 태양광선과 5°가 기울어져 있고, 각각의 광센서(175a, 175b, 175c)에서 출력되는 신호는 각각 120°의 방향을 갖는 동일한 크기로 출력하게 된다. 만약, 집광판(40)이 태양광선과 일정각도(θ°)만큼 기울어져 있으면, 3개의 광센서 각각에 입사된 광량은 θ°에 따라 각각 상이한 크기(이 신호의 크기는 벡터적(的)으로 변화된 크기)의 신호를 출력하게 된다.

따라서, 각각의 광센서(175a, 175b, 175c)에서 출력된 신호의 크기를 벡터적으로 합하면 집광판(40)이 어느 방향으로 θ°만큼 기울어진 것(최대 광량이 되는 방향의 방위각 및 경사각을 기준으로 기울어진 각)을 알 수 있게 된다.

여기서 광센서는 3개로 설명하였지만, 4개 이상의 다수개를 정다각형의 꼭지점에 배치하여 설치하여도 된다. 이 경우에도 정다각형의 중심점과 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분과 각각이 동일한 각을 이루도록 설치된다.

이하에서는 제1의 감속기어모터(53)와 제2의 감속기어모터(63)를 구동시키는 제어장치(100)에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 태양광 추적장치를 제어하기 위한 제어장치의 블록도이다.

도 4에 있어서, 도면부호 110은 1년 동안의 일자별 태양의 일출시각 및 일몰시각, 매일 매일 태양의 시각별 방위각 및 경사각 등의 기준값을 저장하고, 날씨가 흐리거나 각각의 기준값에 오차가 있는 경우에 그 오차값을 저장하는 저장부이다. 여기서 태양의 방위각 및 경사각이 저장되는 시각은 예를 들어 1분, 3분, 5분, 10분, 30분, 60분 단위로 저장될 수 있다. 이 시각에 대한 단위가 작은 경우에는 태양광 추적장치의 태양광 입사 효율은 높일 수 있지만, 제1의 감속기어모터(53) 및 제2의 감속기어모터(63)를 구동시키는 빈도가 높아 전력소비가 많이 발생될 수 있으며, 반대로 시각에 대한 단위가 큰 경우에는 태양광 추적장치의 태양광 입사 효율은 낮아지게 되고, 제1의 감속기어모터(53) 및 제2의 감속기어모터(63)를 구동시키기 위한 전력소비는 줄일 수 있다.

따라서, 발전효율과 모터의 소비전력을 감안하여 시각에 대한 단위별로 기준값을 저장하던가, 시각에 대한 단위를 최소로 한 상태의 기준값을 저장하고, 필요에 따라 해당되는 시각 단위에 대한 기준값을 사용한다.

저장부(110)는 ROM, RAM, PROM 등과 같은 반도체메모리를 사용할 수 있다. 오차값을 저장하는 메모리는 필요시마다 갱신이 용이한 랜덤 메모리를 사용하는 것이 더 좋다.

또, 도 4에 있어서, 120은 마이크로프로세서 유닛으로서, 초기에 기준값을 저장부(110)에 기록하거나, 저장부(110)에 저장된 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 집광판(40)이 태양을 향하도록 방향축 구동장치(150)를 구동시키는 제1의 감속기어모터(53) 및 경사축 구동장치(160)를 구동시키는 제2의 감속기어모터(63)를 제어하는 제어부이다.

또한, 제어부(120)는 각각의 광센서(175a, 175b, 175c)로부터 출력되는 신호가 3개의 A/D변환부(177)을 거쳐 입력되는 신호의 크기로부터 집광판(40)이 태양광과 어느 방향으로 어느 정도 기울어져 있는지 벡터적으로 계산한다.

이 계산한 결과는 방향회전축(30)의 방향각과 경사회전축(42)의 경사각으로 계산되고, 기준값에 의한 방향각과 경사각과의 차이만큼 방향축 구동장치(150)와 경사축 구동장치(160)를 구동시키도록 제1의 감속기어모터(53)와 제2의 감속기어모터(63)를 제어함으로써, 집광판(40)에 태양광이 최대로 입사되도록 집광판(40)의 방향 및 경사를 보정한다.

이와 같은 보정은 맑은 날씨에서의 태양의 방위각 및 경사각에 대한 집광판(40)의 정확한 위치를 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 태양의 방위각과 경사각과 상당한 차이를 갖는 흐린 날씨에서 집광판(40)에 최대의 광량이 입사될 수 있도록 집광판(40)의 위치를 보정할 수 있는 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 제어장치를 제어하여 태양광을 추적하기 위한 추적방법을 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 태양광 추적장치를 제어하기 위한 제어 흐름도이다.

도 4에 있어서 도시되지 않은 입력수단에 의해 1년 동안(또는 4년 동안)의 일자별 태양의 일출시각 및 일몰시각, 매일 매일 태양의 시각별 방위각 및 경사각 등의 기준값을 입력하면 제어부(120)는 그 입력된 기준값들을 저장부(110)에 저장한다(스텝 10).

제어부(120)는 방향축 구동장치(150)와 경사축 구동장치(160)가 제1의 감속기어모터(53)와 제2의 감속기어모터(63)를 구동하여 집광판(40)이 초기의 상태(일출시각 직전의 집광판의 방향 및 경사)로 위치되도록 초기화한다(스텝 20).

이후, 제어부(120)는 저장부(110)에 저장된 현재 일자의 일출시각을 읽어와서 현재시각이 일출시각인지 아닌지를 지속적으로 판단한다(스텝 30).

일출시각이 되면 제어부(120)는 저장부(110)에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 정보를 읽어와 태양의 방위각과 일치할 때까지 또는 이후에 설명되는 스텝 80 에서의 방향각 보정이 완료될 때까지 방향축 구동장치(150)를 가동시킨다(스텝 40 및 스텝 50). 또한, 제어부(120)는 저장부(110)에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 경사각 정보를 읽어와 태양의 경사각과 일치할 때까지 또는 이후에 설명되는 스텝 80 에서의 경사각 보정이 완료될 때까지 경사축 구동장치(160)를 가동시킨다(스텝 60 및 스텝 70). 이렇게 함으로써, 집광판(40)은 저장부(110)에 저장된 기준값인 태양의 방향각 및 경사각이나 최대의 광량이 입사되는 방향각 및 경사각으로 맞춰진다.

집광판(40)이 기준값에 의해 방향각 및 경사각이 맞추어지면, 제어부(120)는 각각의 광센서(175a, 175b, 175c)로부터 입력되는 신호(스켈라 값)를 서로 120°방 향을 갖는 벡터값으로 하여 그 벡터값이 0이 아니면 스텝 40으로 진행하여 집광판(40)에 입사되는 태양광이 최대가 되도록 방향각 및 경사각을 계속 보정하고, 벡터값이 0이되면 보정을 완료한 후, 이 때의 기준값에 의한 방향각 및 경사각과 보정한 방향각 및 경사각의 차이 즉, 방향각 및 경사각의 오차값을 저장부(110)에 저장한다(스텝 80).

스텝 80이 완료되면, 예를 들어 1분, 3분, 5분, 10분, 30분, 60분 등 필요한 시간동안 기다린다(스텝 90).

스텝 90에서 필요한 시간이 지나면, 제어부(120)는 저장부(110)에 저장된 현재 일자의 일몰시각을 읽어와서 현재시각이 일몰시각인지 아닌지를 판단하여 일몰시각이 아니면 스텝40으로 진행하고, 일몰시각이면 스텝 20으로 진행한다(스텝 100).

이상, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

즉, 상기 실시예에 있어서는 치차(51)가 콘크리트 기둥(10) 상부면에 설치된 트러스트 베어링(20)의 중앙부분 내에서 콘크리트 기둥(10)의 상부면에 설치하는 것으로 설명하였지만, 트러스트 베어링(20)의 직경보다 큰 원호 또는 원형의 치차(51)를 트러스트 베어링(20)의 외곽에서 콘크리트 기둥(10)의 상부면에 설치할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 방향축 구동장치(150)의 가동(스텝 40 및 스텝 50)을 경사축 구동장치(160)의 가동(스텝 60 및 스텝 70)보다 먼저 행하였지만, 경사축 구동장치(160)를 방향축 구동장치(150)보다 먼저 가동시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 개념도

도 2는 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 방향회전축 구동장치의 도면

도 3은 집광판에 설치된 광센서들의 위치와 경사각을 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 태양광 추적장치를 제어하기 위한 제어장치의 블록도

도 5는 본 발명에 따른 태양광 추적장치를 제어하기 위한 제어 흐름도

도 6은 종래의 태양광 추적장치의 측면도

*도면의 주요부분에 따른 부호의 설명*

10 : 콘크리트 기둥 21 : 트러스트 베어링

30 : 방향회전축 40 : 집광판

42 : 경사회전축 110 : 제어부

120 : 저장부 150 : 방향회전축 구동장치

160 : 경사회전축 구동장치 175 : 광센서

Claims (12)

1. 태양광 발전장치의 집광판을 방향회전 및 경사회전시켜 태양광을 추적하는 태양광 추적장치에 있어서,

   원형의 콘크리트 기둥;

   상기 콘크리트 기둥의 상부면에 고정되는 트러스트 베어링;

   저장부에 미리 저장된 매일 매일의 시간별 태양의 방위각 및 경사각에 따라 집광판의 방향회전 및 경사회전을 구동하는 제1 및 제2의 구동장치;

   상부에는 상기 구동장치를 수납하는 구동장치 하우징이 마련되고, 중간부에서는 상기 트러스트 베어링의 상부에 고정되며, 하부에는 상기 콘크리트 기둥과의 사이에 가이드 베어링으로 회동 가능하게 고정되어 방향 회전하는 방향회전축;

   상기 구동장치 하우징을 관통하여 경사회전하고, 상기 집광판이 고정되는 경사회전축; 및

   상기 저장부에 미리 저장된 현재시각의 방위각 및 경사각으로 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 집광판을 이동시킨 후, 현재시각의 태양광의 세기가 최대인 방위각 및 경사각을 측정하고, 상기 측정된 방위각 및 경사각과 현재 이동되어 있는 상태의 집광판의 방위각 및 경사각의 오차여부를 계산하여 오차가 있는 경우에는 그 오차만큼 상기 제1 및 제2의 구동장치를 계속 구동시켜 상기 집광판의 위치를 보정하는 제어장치를 포함하고,

   상기 제1의 구동장치는 상기 트러스트 베어링의 중앙부에서 상기 콘크리트 기둥의 상부면에 원형 또는 원호 형상의 치차부가 고정되고, 상기 치차부에 맞물려 상기 방향회전축을 회전시키는 제1의 감속기어 모터로 이루어지고,

   상기 제2의 구동장치는 상기 구동장치 하우징 내에서 피동기어가 상기 경사회전축에 고정되고, 상기 피동기어에 맞물려 상기 경사회전축을 회전시키는 제2의 감속기어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제어장치는 태양광이 입사되는 입사각이 상이한 3개 또는 4개 이상의 광센서를 포함하고, 상기 각각의 센서에 입사된 광량이 가장 큰 센서의 방향으로 상기 집광판을 이동시켜 상기 각각의 센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 집광판의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
5. 태양광 발전을 위한 집광판과 상기 집광판을 방향회전시키는 제1의 구동장치 및 경사회전시키는 제2의 구동장치를 포함하는 태양광 추적장치에 있어서,

   일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각, 오차값 등 기준 값을 저장하는 저장부와;

   상기 집광판의 상부면에 정삼각형 또는 정다각형의 꼭지점 위치에서 상기 정삼각형 또는 정다각형의 중심점과 상기 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분과 각각이 동일한 예각 또는 둔각을 이루도록 설치되는 3개 또는 4개 이상의 광센서와;

   상기 광센서에서 검출된 광량에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부 및;

   상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시키며, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 신호를 입력받아 상기 각각의 광센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 상기 집광판의 방향 및 경사를 보정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 일출 및 일몰시각동안 상기 제1 및 제2의 구동장치가 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 보정된 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 오차값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제어부는 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시킬 때, 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각에 상기 저장부에 저장된 상기 보정된 방위각 및 경사각을 보정한 방위각 및 경사각에 의해 상기 집광판이 태양을 향하도록 상기 제1 및 제2 구동부를 구동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 예각은 60∼85°이고, 상기 둔각은 95∼120°인 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
10. 태양광 발전을 위한 집광판과;

    상기 집광판을 방향회전시키는 제1의 구동장치 및 경사회전시키는 제2의 구동장치와;

    일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각, 오차값 등 기준값을 저장하는 저장부와;

    상기 집광판의 상부면에 정삼각형 또는 정다각형의 꼭지점 위치에서 상기 정삼각형 또는 정다각형의 중심점과 상기 각각의 꼭지점사이를 잇는 선분과 각각이 동일한 예각 또는 둔각을 이루도록 설치되어 각각에 입사된 광량에 따른 신호를 출 력하는 3개 또는 4개 이상의 광센서와;

    상기 제1 및 제2의 구동장치를 제어하고, 상기 저장부에 필요한 정보를 입출력하며, 상기 각각의 광센서에서 출력되는 신호를 입력받는 제어부를 포함하는 태양광 추적장치의 태양광 추적방법에 있어서,

    일자별 일출 및 일몰시각, 시각별 태양의 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 저장하는 기준값 저장단계;

    상기 집광판의 방향 및 경사 상태를 초기화하는 집광판 상태 초기화단계;

    상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각을 읽어 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 상기 집광판이 태양을 향하도록 하는 집광판의 제1 이동단계;

    상기 제1 이동단계 후에 상기 각각의 광센서에 입사된 광량이 동일할 때까지 상기 제1 및 제2의 구동장치를 구동시켜 상기 집광판의 방향 및 경사를 보정하는 집광판의 제2 이동단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 제어부는 상기 제2 이동단계에서 보정한 방위각 및 경사각을 상기 저장부에 오차값으로 저장하고, 상기 제1 이동단계에서 상기 저장부에 저장된 현재 시각에 대한 태양의 방위각 및 경사각에 상기 보정된 방위각 및 경사각을 보정한 방위각 및 경사각에 의해 이후의 제1 이동단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양 광 추적방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 이후의 제1 이동단계는 상기 제2 이동단계 후에 시간지연을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 추적방법.

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