KR102156916B1 - 태양광 패널 자동 청소 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 이물질이 덮여 발전효율이 저하된 태양광 패널 상측을 스스로 이동하며 이물질을 쓸어내며 청소하되, 간격이 형성된 패널 사이를 넘어 이동할 수 있는 태양광 패널 자동 청소 로봇에 관한 것이다.

Description

태양광 패널 자동 청소 로봇 {Automatic Cleaning Robot for Solar Panel}

본 발명은 청소 로봇에 관한 것으로, 자세하게는 각종 이물질이 덮여 발전효율이 저하된 태양광 패널 상측을 스스로 이동하며 이물질을 쓸어내며 청소하되, 간격이 형성된 패널 사이를 넘어 이동할 수 있는 태양광 패널 자동 청소 로봇에 관한 것이다.

최근, 화석 연료의 고갈과 환경오염 문제 등이 심각한 수준에 이르게 되면서 신재생에너지의 활발한 보급 확대 정책과 설비투자가 활발히 이루어지고 있으며, 그 중에서도 태양광을 이용한 발전이 국가적인 지원하에 활발히 증가하고 있다.

태양광 패널에 사용되는 태양전지는 태양광 에너지 일부를 전기 에너지로 변환하게 되므로 이를 위해 태양광 패널로의 입사광을 충분히 확보될 필요가 있다.

하지만, 시간이 지남에 따라 대기중에 존재하는 이물질이 패널에 쌓이게 되며, 특히 봄철 꽃가루나 황사를 비롯하여 겨울철 눈 등으로 패널로 입사되는 태양광을 줄여 태양전지의 발전 효율이 저하된다. 더군다나 태양광 패널 내부는 다수의 발전소자가 직렬로 연결되어 있어 겨울철 눈 등이 일부만 덮여도 전체 패널의 발전이 중단되는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위한 방안으로 태양광 패널의 표면에 물을 뿌려 표면의 이물질을 쓸어내 청소하는 방안이 제안되고 있으나 이는 상수도와 같이 물 공급이 원활한 장소에 태양광 발전소가 위치해야 한다는 점과 스프링클러와 같이 패널 상에 물을 고르게 분사시키기 위한 별도의 장치가 설치되어야만 한다.

하지만, 태양광 패널에 분사된 물은 그냥 흘려 버리는 등으로 재사용률이 현저히 낮을 수밖에 없는 상황에서 특히 태양광 발전소가 관계시설로부터 떨어진 산이나 들과 같은 곳에 설치되는 경우가 많고 상수도를 통한 물 공급이 원활치 않아 이러한 청소방식을 적용할 수 없다. 이에 현실적으로 비가 오기를 기다리는 수밖에 없는 실정으로 겨울철에는 패널 표면에 물이 얼어붙게 되므로 이마저도 활용할 수 없다.

물론 이러한 방식외에도 태양광 패널을 청소하기 위한 다양한 장치들이 검토, 개발되고 있으나 대규모의 태양광 발전 단지에서 일정 간격으로 떨어져 설치되는 패널 간을 이동하며 청소하는 작업은 현실적으로 불가능하다. 따라서 태양광 패널의 설치 환경과 규모에 따라 별도의 청소수단 구성에 따른 비용과 유지보수를 위한 인력이 필요하나, 대부분의 태양광 발전소가 격오지 환경에서 상주인력 없이 원격 운용된다는 점에서 이의 운용이 실질적으로 불가능하였다.

등록특허공보 제10-1822307호 (2018.01.19)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양광 패널 상측을 스스로 이동하며 표면에 쌓은 이물질을 쓸어내며 발전효율을 유지하도록 하되, 간격이 형성된 패널 사이를 넘어 이동하며 무인 운용이 가능한 태양광 패널 자동 청소 로봇을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 테두리에 금속제 프레임이 형성된 태양광 패널 표면을 이동하는 몸체를 구비한 청소 로봇에 있어서, 상기 몸체 전후 및 양측단 하부에 각각 설치되어 상기 패널 표면에 접촉한 상태로 회동하여 몸체를 이동시키는 이동수단; 상기 패널에 접촉하도록 상기 몸체 하부의 좌우 방향으로 설치되되 상기 몸체의 전진 동작에 대응하여 패널 표면의 이물질을 한쪽으로 연속적으로 쓸어내리도록 브러시와, 상기 브러시를 회전시키는 구동부를 구비하는 소제수단; 충전 가능한 전원부와, 상기 몸체 테두리 측에 설치되어 상기 프레임을 감지하는 제1감지부와, 상기 제1감지부의 감지결과를 반영하여 프로그래밍이 된 경로로 상기 패널 내측으로 이동하도록 상기 이동수단을 제어하는 제어부; 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 소제수단은 이물질을 한쪽으로 연속적으로 쓸어내리도록 좌우방향으로 설치된 벨트형태의 브러시로 이루어지거나, 또는 상기 패널(2)에 접촉하도록 상기 몸체(1) 하부의 좌우 방향으로 설치되되 상하방향의 축을 통해 동일한 방향으로 일괄 회전 가능한 복수의 방사형 브러시(131)와, 상기 몸체(1)의 전진 동작에 대응하여 패널(2) 표면의 이물질을 한쪽으로 연속적으로 쓸어내리도록 상기 브러시(131)를 회전시키는 구동부(132)와, 상기 브러시(131)의 한쪽 측면마다 설치되어 회전에 의해 쓸어내려지는 이물질을 한쪽 측면으로 유도하는 가이드판(133)을 구비하고, 고, 상기 몸체에는 전방 및 후방으로 각각 돌출되되 끝 부분에 지지바퀴가 형성되어 전후방향으로 이격된 태양광 패널 사이를 넘어 이동 가능하도록 구성된 보조지지체가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체는 별도의 태양광 발전패널로서 상기 몸체 상측면에 설치되어 상기 전원부를 충전하는 충전부를 더 포함하고, 상기 태양광 패널 후측단부에는 상기 몸체를 수용하되 상기 전원부를 충전할 수 있는 대기구조체가 마련되며, 상기 제어부는 낮에는 상기 몸체가 대기구조체에 수용되고 설정된 야간 시간대에 이동하도록 프로그래밍 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 온도와 바람 및 물을 감지하는 센서로 이루어지는 제2감지부와, 상기 몸체 전면으로 형성된 조명과, 상기 조명과 함께 동작하여 몸체 전면의 패널 표면을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 촬영 영상을 원격의 수신처로 전송하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제2감지부를 통해 감지된 결과가 설정범위를 벗어나는 경우 몸체를 상기 대기구조체에 대기시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체는, 상기 제2감지부의 감지결과에 따라 상기 전원부를 통해 공급된 전원을 통해 전면 및 후면 하부의 패널 표면측으로 열을 발산하는 전열코일부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통해 대규모 태양광 단지 등에서 태양광 패널에 쌓인 먼지를 제거하는 작업이 무인으로 이루어지며 최적의 발전효율을 유지할 수 있다. 특히 종래의 패널 구조체를 통해 지지된 상태로 움직이는 로봇과 달리 패널 상을 자유롭게 이동하며 간격이 형성된 패널 사이도 넘어 이동할 수 있음에 따라 적은 수의 로봇으로도 많은 패널의 소제가 가능하다.

또한, 먼지 등의 이물질과 더불어 겨울철 쌓이는 눈의 제거도 일정 수준하에서 가능하며 전열 코일동작을 통해 패널 표면의 해빙작업도 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 태양광 발전 단지의 모습의 개념도,
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구조를 나타낸 투시도,
도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 내부 구조를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 1 실시예에 따른 몸체 이동경로를 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명의 소제부의 구조를 나타낸 부분 사시도,
도 7은 본 발명의 2 실시예에 따른 소제부의 구조를 나타낸 평면도,
도 8은 본 발명의 3 실시예에 다른 소제부의 구조를 나타낸 투시도
도 9는 본 발명의 4 실시예에 따른 구조를 나타낸 사시도,
도 10은 본 발명의 4 실시예에 따른 패널 간 이동 모습을 나타낸 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 태양광 패널 자동 청소 로봇의 구조를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용된 태양광 발전 단지의 모습의 개념도이다.

임야를 비롯한 다양한 지역에 설치되는 태양광 발전단지에서 태양광 패널의 오염 발생시 발전량 손실이 크게 발생할 수밖에 없다. 연구에 의하면 미세먼지에 의해 18 ~ 14% 정도의 손실을 보는 것으로 알려졌으나, 현재 태양광 패널을 청소하기 위한 방안은 미흡한 상태라 할 수 있다.

태양광 패널 청소는 사람이 직접하거나 별도의 로봇을 통해 할 수밖에 없는 상황으로 사람이 직접 하는 경우 태양광 모듈의 면적이 넓어서 모든 패널을 청소하기 위한 비용이 크게 발생하고 현실적으로 사람이 직접 올라가기 어려운 곳도 많다.

이에 태양광 청소 로봇에 대한 많은 연구가 이루어지고 있고 실제로 해외에서는 여러 가지 로봇이 개발되기도 하였으나 이 또한 여러 가지 문제를 갖고 있어아직 실용화가 잘 이루어지지 못하고 있다.

특히 먼지와 같은 오염물질이 다시 패널에 앉지 못하도록 잘 처리해 주어야 하나, 기존의 청소 로봇은 먼지떨이 기능만 하여 쓸어진 먼지가 날려 패널로 다시 쌓이는 경우가 많고, 오늘날 대부분의 태양광 발전소의 패널의 폭 길이가 4m이므로 전체 패널의 청소를 위해 로봇 크기도 4m가 되어야 하므로, 크기로 인한 가격이 상당히 올라갈 수밖에 없다.

본 발명에 따른 청소 로봇은 테두리에 금속제 프레임(21)이 형성된 태양광 패널 표면을 이동하는 몸체(1)를 구비한 청소 로봇으로서, 종래와 다른 새로운 방식을 적용하여 구조를 단순화하면서 상대적으로 저렴한 가격으로 제작 가능하며, 로봇이 패널 위를 자유롭게 움직이면서, 넓은 면적의 청소도 가능하다.

도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구조를 나타낸 투시도, 도 3은 본 발명의 1 실시예에 따른 내부 구조를 나타낸 평면도, 도 4는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 로봇의 몸체(1)는 그 형상을 한정하지 않으나 태양광 패널(2)이 통상 직사각형으로 이루어짐에 따라 이에 대응한 사각형상으로 이루어지되, 원활한 소제 작업 및 후술되는 바와 같이 간격이 형성된 태양광 패널 사이를 넘어다닐 수 있도록 충분한 길이를 갖는 직사각형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 몸체(1)는 기본적으로 전후방향으로 이동하며 태양광 패널(2)을 청소하게 된다. 원활한 설명을 위해 첨부된 도면을 기준으로 좌측이 로봇의 전방향, 우측이 후방향으로 정의하며 몸체의 좌측은 태양광 패널을 기준으로 하측, 몸체의 우측은 태양광 패널을 기준으로 상측이 되는 것으로 설명을 진행한다.

이러한 몸체(1)는 로봇의 케이스 역할로서 하측이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 상기 몸체(1) 전후 및 양측단 하부에는 상기 패널(2) 표면에 접촉한 상태로 회동하여 몸체(1)를 이동시키는 이동수단(12)이 각각 설치된다.

상기 이동수단(12)은 원형의 바퀴와 같이 패널 상을 움직일 수 있는 다양한 형태의 수단이 적용될 수 있으나, 통상 유리재질의 태양광 패널 상측에서 패널을 손상시키지 않으면서 상기 몸체(1)가 미끄러져 떨어지는 것을 방지하기 위해 접촉력을 유지한 상태에서 이동이 이루어질 수 있는 무한궤도 형태로 구성되며, 그 재질도 고무 및 합성수지로서 적절한 수준의 마찰특성을 갖고 있으면서 패널 표면에 손상을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다.

통상 태양광 패널은 태양이 가능한 수직을 이루도록 설치되는 것이 가장 바람직하나 최적의 발전을 위한 각도로 고정설치되는 경우가 많으며 우리나라의 경우 통상 지면과 30 ~ 40°의 경사를 이루도록 설치된다. 이러한 상태에서 상기 몸체(1)가 태양광 패널(2)을 이동시 태양광 패널(2)의 경사 하측으로 힘이 작용하게 되어 접촉력이 약할 경우 미끄러짐이 발행하고 결국 패널(2)을 이탈하여 바닥으로 떨어질 우려가 높다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 태양광 패널 청소 로봇의 경우 태양광 패널의 상측 또는 하측의 프레임에 지지되는 롤러 등을 통해 떨어지지 않고 움직일 수 있도록 구성되는 경우가 대부분이나, 앞서 언급한 바와 같이 태양광 패널의 상하 길이가 비교적 길어짐에 따라 지지를 위한 구조물 내지는 몸체의 길이 또한 길어질 수밖에 없는 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 상기 이동수단(12)을 고무 등 마찰특성이 양호한 재질의 무한궤도로 구성하여 기본적으로 패널 표면을 손상시키지 않도록 하되, 이동방향이 태양광 패널의 경사방향과 수직을 유지한 상태에서 지지구조 없이도 미끄러짐 없이 움직일 수 있도록 하며 이를 통해 몸체(1)의 크기도 상대적으로 작게 할 수 있다.

이때 상기 이동수단(12)은 첨부된 도면과 같이 기본적으로 몸체(1)의 전후측 양단 모서리 측으로 각각 1개씩 총 4개를 구비함으로 원활한 접촉상태 유지 및 이동이 이루어질 수 있으며 몸체(1)의 전후방향 길이에 따라 추가도 가능하다.

또한, 상기 몸체(1)의 하부에는 상기 이동수단(12)에 간섭되지 않으며 상기 패널(2)에 접촉하여 이물질을 제거하는 소제수단(13)이 형성된다.

본 발명의 1 실시예에서는 상기 몸체(1)가 전후 방향으로 이동함에 따라 원활한 소제가 이루어지도록 상기 소제수단(13)은 상기 몸체(1) 하부의 좌우 방향을 가로지르는 형태로 설치되며, 상기 소제수단(13)은 구체적으로 상하방향의 축을 통해 동일한 방향으로 일괄 회전 가능한 복수의 방사형 브러시(131)로 구성된다.

바람직하게 상기 브러시(131)는 그 평면형상이 원형으로 이루어지는 것으로 첨부된 도면에서는 총 6개의 브러시(131)가 구성된 모습을 나타내고 있으나 몸체의 좌우 길이 및 브러시의 크기에 따라 적절한 숫자로 가감될 수 있으며, 몸체(1)가 전진 이동함에 따라 패널(2) 표면의 먼지를 쓸어냄에 따라 소제가 이루어지지 못하는 부분이 없도록 상호 접촉 내지는 근접하게 설치된다.

이때 상기 브러시(131)는 몸체(1)의 전진 동작에 대응하여 패널 표면의 이물질을 한쪽으로 연속적으로 쓸어내리도록 회전하게 되며 이러한 브러시(131) 회전을 위한 구동부(132)가 구비된다. 이물질을 쓸어내는 방향은 기본적으로 태양광 패널(2)의 경사 상측으로부터 하측이 되도록 하여 브러시(131)의 회전과 더불어 패널(2)의 경사를 통해 자연스러운 소제가 이루어 질 수 있도록 한다.

또한, 상기 브러시(131)의 한쪽 측면마다 설치되어 회전에 의해 쓸어내려지는 이물질을 한쪽 측면으로 유도하는 가이드판(133)이 구성된다. 상기 가이드판(133)은 일종의 쓰레받기 역할을 하는 구조체로서 도면 기준 각 브러시(131)의 좌측 즉 태양광 패널(2)의 경사 하측 방향에 설치되며, 우측 브러시를 통해 쓸어진 이물질을 그 우측의 브러시 측으로 전달하도록 구성된다.

즉 도면 기준 좌측으로 이동하는 몸체(1) 하부에서 반시계방향으로 회전하는 브러시(131)를 통해 쓸어지는 이물질은 상기 가이드판(133)을 통해 뒤쪽으로 이동되지 않고 우측으로 이동하며 순차적으로 패널(2) 경사 하측으로 쓸어내려지게 된다.

기존의 청소 로봇들은 패널 표면의 먼지를 털어주기만 하고 이를 제대로 처리하지 못하여 로봇의 먼지가 후방으로 밀려나거나 다시 패널로 안착되는 경우가 많았지만, 본 발명에 따른 청소 로봇은 오염물질(먼지)을 순차적으로 패널(2) 경사 하측으로 쓸어 내려서 최종적으로 패널(2) 아래로 떨어뜨리는 방식으로 제거하며, 브러시와 브러시 사이에 위치한 가이드판(133)으로 인해 오염물질(먼지)이 몸체(1) 후방으로의 이동이 차단된다.

도 6은 본 발명의 소제부의 구조를 나타낸 부분 사시도로서, (a)는 동력 방식의 소제부를, (b)는 무동력방식의 소제부를 각각 도시하고 있다.

앞서 언급한 바와 같이 몸체(1) 하측에 구비된 복수의 브러시(131)는 동시에 동일한 방향으로 회전이 이루어진다. 기어, 벨트, 체인 등 다양한 동력전달 수단을 통해 각 브러시(131)에 구비된 회전축간 상호 회전력이 전달될 수 있도록 구성할 수 있으며, 첨부된 도 6(a)에서는 각각의 브러시(131)에 형성된 회전축을 인접한 브러시의 회전축과 상호 벨트(1321) 연결을 함으로 한쪽 단부의 브러시의 회전력이 다른 쪽 단부의 브러시로 전달될 수 있도록 구성한 모습을 도시하고 있다.

이때 한쪽 단부에는 브러시(131)의 회전축을 회전시키기 위한 구동모터(1324)를 설치함으로 상기 구동모터(1324)의 구동을 통해 모든 브러시(131)를 동시에 회전시켜 소제작업이 이루어지도록 하게 된다.

첨부된 도 6(b)에서는 구동모터(1324) 없이 몸체(1)의 이동에 따른 무동력 방식으로 브러시(131)의 회전이 이루어지는 구조를 도시하고 있다. 무동력 방식으로 구동하더라도 기본적으로 전체 브러시(131)가 동시에 동일한 방향으로 회전되어야 하므로 도면상 일부 생략이 되었지만 도 6(a)와 같이 각각의 브러시(131) 회전축은 인접한 브러시 회전축과 동력전달 수단을 통해 연결되어야 한다.

무동력방식에서는 고무 등 마찰력이 높은 재질로 이루어져 태양광 패널에 접촉한 상태를 유지하며 몸체(1)의 전진동작과 함께 회전할 수 있는 구동바퀴(1322)를 설치하게 되며, 이러한 구동바퀴(1322)의 회전력을 인접한 브러시(131)의 회전축으로 전달할 수 있는 기어부(1323)를 구비하게 된다.

첨부된 도면에서는 일례로 전후 방향으로 회전 가능한 구동바퀴(1322)의 회전력을 인접한 브러시 회전축으로 전달함에 있어 벨트 및 베벨기어를 활용하여 기어부(1323)를 구성한 모습을 나타내고 있으며 이외에도 공지의 동력전달 방식을 이용한 다양한 설계변경이 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.

참고로 본 발명에서는 기본적으로 몸체(1)의 전진동작시에만 브러시(131)가 회전하며 소제 작업이 이루어지도록 하며 후진 작업시에는 브러시의 회전이 이루어지지 않는 방식을 설명하고 있으나, 필요에 따라서 몸체(1)의 후진 작업시 브러시(131)의 회전방향을 반대로 하고 이에 대응하여 동일하게 이물질을 패널 경사 하측으로 순차적으로 쓸어내도록 상기 가이드판(133)을 구성할 수 있음은 당연하다.

도 6(a)와 같은 전동방식을 비롯하여 6(b)와 같은 무동력 방식 모두 이러한 후진 소제가 가능하며, 몸체(1)의 전진시에만 소제가 이루어지고 후진시 소제가 이루어지지 않도록 할 경우 후진시 구동모터(1324)를 끄거나, 구동바퀴(1322)의 동력이 몸체(1)의 전진시에만 회전축으로 전달되고 후진시에는 전달되지 않도록 라쳇 구조체를 적용할 수 있다.

또한, 이러한 소제수단(13)을 구성함에 있어 언급한 바와 같이 모든 브러시가 패널 표면과 접촉을 유지하여야만 한다. 하지만, 복수의 브러시(131)가 구비됨에 따라 일부 브러시가 패널(2) 표면과 접촉하지 않을 경우를 대비하여 각각의 브러시(131)는 스프링 댐퍼를 통해 패널 표면 측으로 밀어주는 힘이 작용하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 몸체(1)에는 로봇의 전반적인 제어를 위한 구성으로 전원부(141)와, 제1감지부(141)를 구비한 제어부(14)가 내장된다.

상기 전원부(141)는 충전식 배터리로서 외부 전원을 통해 충전한 상태로 로봇의 이동 및 제어에 필요한 전력을 공급하게 된다.

상기 제1감지부(141)는 몸체(1)의 이동 범위를 제한하기 위한 센서로서, 상기 몸체(1) 테두리 측에 설치되어 상기 프레임(21)을 감지하게 된다. 통상적인 태양광 패널의 테두리는 금속(알루미늄)제 프레임(21)이 씌워지며 이를 통해 몸체(1)의 이동범위를 제한할 수 있다.

이를 위해 상기 제1감지부(141)는 프레임(21)의 재질을 감지할 수 있는 다양한 금속센서나 패널(2)과 프레임(21) 구분할 수 있는 영상센서 등으로 구성될 수 있다.

이에 대응하여 상기 제어부(14)는 프로그래밍이 된 경로로 상기 패널(2) 내측으로 이동하도록 상기 이동수단(12)을 제어하게 되며, 특별히 상기 제1감지부(141)의 감지결과를 반영하여 몸체(1)가 프레임(21) 외측, 즉 태양광 패널(2) 외측으로 나가지 않도록 제어하여 몸체(1)의 추락 및 손상을 방지한다.

도 5는 본 발명의 1 실시예에 따른 몸체 이동경로를 나타낸 평면도이다.

앞서 언급한 바와 같이 기본적으로 몸체(1)의 전진과 함께 소제 작업이 이루어짐에 따라 몸체(1)의 전후 방향이 태양광 패널(2)의 길이방향을 이루어지도록 몸체(1)가 배치된다.

본 발명에서 상기 이동수단(12)은 무한궤도로 이루어짐에 따라 방향전환을 위한 구동방식이 일반 원형 바퀴와는 다르다. 즉 원형의 바퀴의 경우 앞바퀴나 뒷바퀴 등 선택된 조향륜을 꺾은 채로 전/후진을 해서 방향이 가능하지만 무한궤도 구조에서는 이런 동작이 불가능하므로 좌·우 이동수단(12)의 속도를 다르게 하여 방향전환을 하며 좌·우 이동수단(12)의 방향을 반대로 하여 제자리 회전도 가능하다.

실질적으로 소제 동작에서 급선회와 같은 동작은 불필요함으로 몸체(1)의 회동을 최소로 하며 전진과 후진을 반복하며 전체 패널의 소제가 이루어질 수 있도록 패널(2)의 크기에 대응한 이동경로 프로그래밍이 이루어질수도 있으나, 이 경우 로봇의 이동경로가 불필요하게 길어지며 일부 경로에서 중첩이 발생하는 등 효율이 낮아지므로 패널(2)의 끝부분에서 90도로 회동을 2회하여 180도 회전된 상태로 반대로 이동을 하며 소재가 이루러지도록 구성하는 것이 바람직하다.

이때 상기 제1감지부(141)를 통해 패널(2)의 전체 길이를 감지 후 이에 대응한 최적의 전진거리와 회동거리를 산출하여 이동하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명은 기본적으로 무인제어가 이루어짐에 따라 상기 전원부(141)의 전력 관리가 매우 중요하므로, 본 발명에서는 상기 태양광 패널(2) 후측단부에 상기 몸체(1)를 수용하여 대기시키되 대기 중 상기 전원부(141)를 충전할 수 있는 대기구조체(22)를 마련하게 된다.

또한, 태양광 발전이 활발한 낮에 소제 작업이 이루어질 경우 상기 몸체가 태양광을 차단하여 태양광 발전에 지장을 주게 되므로, 기본적으로 상기 제어부(14)는 낮에는 상기 몸체(1)가 대기구조체(22)에 수용되어 충전 상태를 유지하고 설정된 야간 시간대에 이동하며 소제 작업이 이루어지도록 프로그래밍이 되는 것이 바람직하다.

상기 전원부(141)를 충전시키는 방식으로는 공지의 충전방식으로 상기 몸체(1) 외측에 충전을 위한 전극을 형성하고 상기 대기구조체(22)에 상기 전극에 접촉하여 충전 전원을 공급하는 구조를 비롯하여 전자기 유도방식의 무선 충전방식 등을 적용할 수 있다.

또한, 낮시간대 자체적인 전력생산 및 충전할 수 있도록 상기 몸체(1)는 별도의 태양광 발전패널로서 상기 몸체(1) 상측면에 설치되어 상기 전원부(141)를 충전하는 충전부(15)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부(14)는 온도와 바람 및 물을 감지하는 센서로 이루어지는 제2감지부(142)를 구비하고 상기 제2감지부(142)를 통해 감지된 결과가 설정범위를 벗어나는 경우 몸체(1)를 상기 대기구조체(22)에 대기할 수 있도록 하여 바람이 심하게 불거나 눈, 비 등 원활한 소제 및 이동할 수 없는 상황에서 불필요하게 몸체(1)가 움직이는 것을 방지할 수 있으며, 적설량이 일정 수준 이하인 경우 상기 소제수단(13)를 통해 패널 표면에 쌓인 눈을 제거하는 것도 가능하다.

또한, 태양광 발전에 지장을 최소화할 수 있도록 야간 시간에 청소작업이 이루어짐에 따라 상기 몸체(1) 전면으로 형성된 조명(144)과, 상기 조명(144)과 함께 동작하여 몸체(1) 전면의 패널 표면을 촬영하는 카메라(145)와, 상기 카메라(145)의 촬영 영상을 원격의 수신처로 전송하는 통신부(146)를 설치하여 청소동작 및 패널(2) 표면의 상태를 관리자에게 전송함으로 원격에서 패널(2) 표면의 이상 여부를 확인할 수 있다.

또한, 앞서 언급한 바와 같이 현재 우리나라의 환경에서 패널(2) 오염의 주 원인이 미세먼지가 될 수 있음에 따라 상기 제2감지부(142)에 일사량 센서를 부가하여 미세먼지를 측정하는 방안도 고려할 수 있다. 구체적으로 제2감지부(142)에 두개의 일사량 센서를 부가하되, 각 일사량 센서마다 모터로 움직이는 솔을 부착하여 해당 일사량 센서를 닦도록 한다. 이때 하나의 일사량 센서는 매일 닦아 주고, 다른 일사량 센서는 그대로 둔상태를 유지하게 되며, 하나의 일사량 센서와 다른 일사량 센서의 차이에 따라 미세먼지 정도의 측정이 이루어질 수 있다. 즉 미세먼지가 많다면 다른 일사량 센서보다 하나의 일사량 센서 값이 크게 나오게 되므로 미세먼지를 측정 이에 대응한 패널(2) 소제 작업이 이루어지도록 할 수 있으며 청소가 끝난 후에는 다른 일사량 센서를 닦아 초기화 시켜주게 된다.

우리나라와 같은 4계절 환경에서 겨울철에 패널(2) 상에 눈이 쌓일 수밖에 없으며, 쌓인 눈이 단단해지거나 녹고 어는 현상이 반복되어 패널의 하측에서 얼어 단단하게 붙어 버릴 수 있다. 이러한 눈이나 얼음은 기본적으로 태양광 발전을 방해할 뿐 아니라 상기 몸체(1)의 이동에도 큰 지장을 주게 된다.

이에 상기 몸체(1)의 하측 테두리 측에 상기 제2감지부(142)의 감지결과에 따라 상기 전원부(141)를 통해 공급된 전원을 통해 전면 및 후면 하부의 패널(2) 표면측으로 열을 발산하는 전열코일부(16)를 설치하여 일정 수준의 제설 및 제빙작업이 이루어질 수 있다.

도 7은 본 발명의 2 실시예에 따른 소제부의 구조를 나타낸 평면도로서, 상기 소제수단(13)이 몸체(1)의 전방 즉, 가장 앞에 위치한 이동수단(12) 보다도 앞쪽에 부가된 모습을 도시하고 있다.

앞서 설명한 1 실시예와 같이 소제수단(13)의 몸체(1)의 중앙 즉 전후방의 이동수단(12) 사이에 존재할 경우 몸체(1)가 전진함에 따라 패널(2) 상의 먼지나 눈을 밟을 수밖에 없는 구조로, 2 실시예와 같이 몸체(1)의 전방에 소제수단(13)을 설치할 경우 앞쪽의 이동수단(12)에 앞서 소제나 눈의 제거 등이 이루어져 더욱 원활한 진행이 이루어 질 수 있다. 첨부된 도면과 같이 2개의 소제수단(13)을 구비하는 방식 이외에도 이동수단(12) 앞에 하나의 소제수단(13)을 설치하거나, 소제수단(13)을 모듈화하여 1 ~ 2개의 소제수단을 상황에 맞추어 몸체(1) 하부에 탈부착할 수 있도록 구성할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 3 실시예에 다른 소제부의 구조를 나타낸 투시도서, 앞서 언급한 바와 같이 패널(2) 상의 먼지를 상측에서 하측으로 쓸어냄에 있어서 1 실시예와 같이 다수의 원형 브러시(131)를 사용하는 것이 아닌 단일의 벨트형 브러시(134)가 설치된 모습을 나타내고 있다.

도 9는 본 발명의 4 실시예에 따른 구조를 나타낸 사시도, 도 10은 본 발명의 4 실시예에 따른 패널간 이동 모습을 나타낸 개념도이다.

일반적으로 태양광 발전단지에는 다수의 태양광 패널이 조밀하게 설치되며, 패널과 패널 사이의 간격이 30㎝에서 최대 50㎝ 정도 떨어진 구간이 존재한다. 종래의 청소 로봇의 경우 실질적으로 이런 간격 구간을 넘어갈 수 없어 다수의 로봇이 구비되는 수밖에 없었으나, 본 발명의 4 실시예에서는 이러한 간격 구간이 존재하더라도 몸체(1)가 원활히 넘어갈 수 있도록 구성된다.

물론 이러한 구간을 넘어가기 위해 상기 몸체(1)의 폭을 1m로 하고 전후방향 길이는 120 ~ 130㎝으로 구성하는 경우 상기 이동수단(12)의 숫자, 위치, 간격을 적절히 설계할 수 있으나, 앞서 언급한 범위 이상의 간격도 원활히 넘기 위해 상기 몸체(1)는 전방 및 후방으로 각각 돌출되되 끝 부분에 지지바퀴(111)가 형성되어 전후방향으로 이격된 태양광 패널 사이를 넘어 이동 가능하도록 구성된 보조지지체(11)가 형성될 수 있다.

첨부된 도면에서는 원활한 설명을 위해 전방에 2개의 보조지지체(11)가 후방에 1개의 보조지지체가 구비된 모습을 나타내고 있으나 보조지지체(11)의 폭 및 규격에 따라 구비되는 보조지지체(11)의 숫자는 달리할 수 있다.

첨부된 도면과 같이 패널 사이에 공간이 형성된 경우 전진 동작에 의해 전방의 보조지지체가 간격 너머에 있는 패널에 접촉하여 지지가 이루어진다. 이처럼 전방의 보조지지체가 전방 너머의 패널에 지지됨으로 상기 몸체가 패널 사이의 간격 부분에 위치하더라도 전후 방향으로 기울어짐 없이 안정적으로 이동이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 몸체(1) 후방에도 동일하게 보조지지체(11)가 구성됨에 따라 후진동작에 따른 간격 이동도 가능하다.

이때 앞서 언급한 바와 같이 태양광 패널과 패널 사이가 떨어져 설치되는 경우 원칙적으로 인접한 패널의 높이 및 각도가 동일해야하나 실제 현장의 시공상황에 따라 높이가 달라질 수 있을 뿐 아니라 동일하게 시공하더라도 시간이 지나면서 수평도가 틀어질 수 있다.

이에 상기 몸체(1)가 패널 사이를 건널 때, 앞쪽의 보조지지체(11)가 패널간 미세한 높이차를 극복하기 위해 약간 위를 향해 올라한 후, 다시 내려오도록 구성되여야 보조지지체(11)가 인접한 패널과 부딪히지 않고 원활히 건널 수 있게 된다.

이를 위해서는 보조지지체(11)의 단부, 즉 지지바퀴(111)가 위치한 측이 일정 범위 내에서 상하로 움직일 수 있어야 하므로 몸체와 보조지지체(11)의 연결부 측에 설정된 각도범위내 보조지지체(11)의 회동을 허용하는 힌지구조의 높이조절부(112)가 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 높이조절부(112)에는 각도 유지를 위한 스프링 등을 설치할 수 있으며, 이를 통해 보조지지체(11)가 몸체(1)와 수평을 유지한 상태에서 단차를 갖는 이웃 패널에 지지바퀴(111)가 접촉됨에 따라 보조지지체(11)가 약간 들려 올라가며 충격 없이 몸체(1)가 인접한 패널로 원활히 넘어갈 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양하게 변형할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

1: 몸체 11: 보조지지체
111: 지지바퀴 112: 높이조절부
12: 이동수단 13: 소제수단
131: 브러시 132: 구동부
1321: 벨트 1322: 구동바퀴
1323: 기어부 1324: 구동모터
133: 가이드판 134: 벨트형 브러시
14: 제어부 141: 전원부
142: 제1감지부 143: 제2감지부
144: 조명 145: 카메라
146: 통신부 15: 충전부
16: 전열코일부 2: 태양광 패널
21: 프레임 22: 대기구조체

Claims (5)

1. 테두리에 금속제 프레임(21)이 형성된 태양광 패널(2) 표면을 이동하는 몸체(1)를 구비한 청소 로봇에 있어서,
   상기 몸체(1) 전후 및 양측단 하부에 각각 설치되어 상기 패널(2) 표면에 접촉한 상태로 회동하여 몸체(1)를 이동시키는 이동수단(12);
   상기 패널(2)에 접촉하도록 상기 몸체(1) 하부의 좌우 방향으로 설치되되 상하방향의 축을 통해 동일한 방향으로 일괄 회전 가능한 복수의 방사형 브러시(131)와, 상기 몸체(1)의 전진 동작에 대응하여 패널(2) 표면의 이물질을 한쪽으로 연속적으로 쓸어내리도록 상기 브러시(131)를 회전시키는 구동부(132)와, 상기 브러시(131)의 한쪽 측면마다 설치되어 회전에 의해 쓸어내려지는 이물질을 한쪽 측면으로 유도하여 상기 이물질이 상기 몸체(1)의 후방으로 이동되는 것을 차단시키는 가이드판(133)을 구비하는 소제수단(13);
   충전 가능한 전원부(141)와, 상기 몸체(1) 테두리 측에 설치되어 상기 프레임(21)을 감지하는 제1감지부(141)와, 상기 제1감지부(141)의 감지결과를 반영하여 프로그래밍이 된 경로로 상기 패널(2) 내측으로 이동하도록 상기 이동수단(12)을 제어하는 제어부(14);를 포함하고,
   상기 몸체(1)에는 전방 및 후방으로 각각 돌출되되 끝 부분에 지지바퀴(111)가 형성되어 전후방향으로 이격된 태양광 패널(2) 사이를 넘어 이동 가능하도록 구성된 보조지지체(11)가 형성되고, 상기 보조지지체(11)와 몸체(1) 사이에는 상기 보조지지체(11)의 회동을 위한 힌지구조의 높이조절부(112)가 구비되며,
   상기 제어부는,
   모터로 동작되는 솔이 부착된 두 개의 일사량 센서를 더 포함하여 특정 일사량 센서의 솔을 동작시켜 미세먼지를 제거한 후 측정된 특정 일사량 센서의 센서값과 솔을 미동작시킨 다른 일사량 센서의 센서값 차이를 기반으로 미세먼지정도를 측정하고, 상기 소제수단(13)을 기설정된 시간대 및 상기 측정된 미세먼지정도를 기반으로 구동시키되 상기 소제수단(13)에 의한 소제작업 후에 상기 다른 일사량 센서의 솔을 동작시켜 일사량 측정을 초기화시키는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 자동 청소 로봇.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 몸체(1)는 별도의 태양광 발전패널로서 상기 몸체(1) 상측면에 설치되어 상기 전원부(141)를 충전하는 충전부(15)를 더 포함하고,
   상기 태양광 패널(2) 후측단부에는 상기 몸체(1)를 수용하되 상기 전원부(141)를 충전할 수 있는 대기구조체(22)가 마련되며,
   상기 제어부(14)는 낮에는 상기 몸체(1)가 대기구조체(22)에 수용되고 설정된 야간 시간대에 이동하도록 프로그래밍 되는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 자동 청소 로봇.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부(14)는,
   온도와 바람 및 물을 감지하는 센서로 이루어지는 제2감지부(142)와, 상기 몸체(1) 전면으로 형성된 조명(144)과, 상기 조명(144)과 함께 동작하여 몸체(1) 전면의 패널 표면을 촬영하는 카메라(145)와, 상기 카메라(145)의 촬영 영상을 원격의 수신처로 전송하는 통신부(146)를 더 포함하고,
   상기 제2감지부(142)를 통해 감지된 결과가 설정범위를 벗어나는 경우 몸체(1)를 상기 대기구조체(22)에 대기시키는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 자동 청소 로봇.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 몸체(1)는,
   상기 제2감지부(142)의 감지결과에 따라 상기 전원부(141)를 통해 공급된 전원을 통해 전면 및 후면 하부의 패널 표면측으로 열을 발산하는 전열코일부(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 자동 청소 로봇.

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