KR101170306B1 - 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판넬형 마운트와; 상기 판넬형 마운트 상단에 일렬로 고정된 2개의 CDS 광센서와; 상기 판넬형 마운트 상단에 상기 2개의 CDS 광센서가 태양광에 균등 노출되도록 고정된 반원통형 차광캡으로; 구성되며, 상기 CDS 광센서는 센싱부가 균등 지그재그폭으로 형성된 CDS 광센서로서, 지그재그된 센싱부가 상기 차광캡이 형성시키는 그림자에 일체로 영향을 받도록 가로방향으로 세팅시킨 것을 특징으로 하여 상기 CDS 광센서가 태양의 고도 변화에 영향을 받지 않으면서 태양의 방위각 변화만 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈에 관한 것이다.
상기한 본 발명에 의하여 적도좌표계 또는 지평좌표계를 따라 이동하는 태양의 이동 경로에 의하여 발생되는 2 방향의 그림자를 기구적으로 1 방향 그림자로 형성시켜 적도좌표계와 지평좌표계에서 발생되는 그림자 편차를 제거시킴으로써 4개의 필요 광센서갯수를 2개의 필요 광센서 갯수로 축소시킴과 동시에 태양의 위치 추적을 위한 구동 회전축을 1 회전축만으로 충분하게 하여 장치 제작의 비용을 절감시키고 장치의 구성을 간이화시키는 태양광 추적센서가 제공되는 이점이 있다.

Description

1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈{Solar Position Measurement Module for 1 direction angle of rotation }

본 발명은 판넬형 마운트와; 상기 판넬형 마운트 상단에 일렬로 고정된 2개의 CDS 광센서와; 상기 판넬형 마운트 상단에 상기 2개의 CDS 광센서가 태양광에 균등 노출되도록 고정된 반원통형 차광캡으로; 구성되며, 상기 CDS 광센서는 센싱부가 균등 지그재그폭으로 형성된 CDS 광센서로서, 지그재그된 센싱부가 상기 차광캡이 형성시키는 그림자에 일체로 영향을 받도록 가로방향으로 세팅시킨 것을 특징으로 하여 상기 CDS 광센서가 태양의 고도 변화에 영향을 받지 않으면서 태양의 방위각 변화만 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 친환경 에너지 자원인 태양을 이용하는 방법으로 태양광 전지, 태양광 발전, 태양조명 등 수많은 장치들이 개발되고 있다.

그런데 이러한 장치는 태양을 가장 효율적으로 이용하기 위하여 태양을 지향하는 장치의 개발이 함꼐 병행되고 있으며, 이러한 태양을 지향하는 장치가 태양추적장치로서, 기본적으로 경위대식 가대와 적도의식 가대를 이용한다.

상기 경위대식 가대는 카메라의 삼각대와 같이 망원경을 상, 하, 좌, 우로 움직일 수 있는 단순한 형태의 가대로서, 주로 소형망원경에서 안시 관측용으로 사용되고 있던 방식이다.

즉, 상기 경위대식 가대는 천구에 대하여 지평좌표계를 사용하는 것으로서 두개의 회전축에 의하여 움직이는 상, 하 , 좌, 우는 천구의 고도와 방위각에 대응한다.

상기 경위대식 가대로는 하나의 회전축만으로 태양을 추적할 수 없는데, 이는 태양이 극축을 중심으로 일주운동을 하기 때문에 항상 방위각과 고도가 함께 변화되기 때문이다.

이에 비하여 적도의식 가대는 태양의 움직임과 동일한 방향으로 움직여 태양을 따라가기가 쉽다.

상기 적도의식 가대는 적도좌표계를 사용하는 것으로서, 두개의 회전축이 천구의 적경과 적위에 대응하여 구동된다.

상기 적도좌표계를 이용하기 위하여 적도의식 가대는 회전축을 극축과 일치시키는 작업이 선행되어진다.

극축 조정이 완료된 적도의식 가대에서는 태양의 일주운동이 하나의 회전축 구동만으로 추적되어진다.

이러한 이유로 적도의식 가대는 태양추적을 더욱 편리하게 하므로 장시간 태양을 추적하여야 하는 태양에너지 이용설비에 많이 이용되고 있으나, 상기 적도의식 가대는 제작이 어렵고 몸체가 크며 제작 원가가 비싼 단점이 있다.

최근에 이르러서는 상기와 같은 적도의식 가대 방식에 탈피하여 태양광이 가진 광범위한 광축 및 광량적 특성을 널리 이용하는 렌즈와 집광장치의 개발과 함께 시설 설비가 간편한 경위대식 가대를 사용하여 운용 및 제작 비용을 절감하는 태양에너지 이용장치가 개발되고 있다.

한편, 상기 태양에너지 이용장치는 정밀한 태양추적장치의 개발에 의하여 뒷받침되어야하고 상기 태양추적장치는 정밀한 태양추적센서에 의해서만 자동추적이 가능하며, 이를 위한 종래기술방식은 십자형 차단판으로 구분된 4개의 광센서를 이용하고 있다.

그런데 상기 십자형 차단판을 이용하는 광센서는 모두 태양의 적경과 적위 변화 또는 고도와 방위각 변화를 염두에 둔 것으로서, 이는 태양이 극축을 중심으로 일주운동을 하기 때문에 당연한 것으로 고려되었다.

즉, 계절의 변화에 따른 태양의 적위 변화와 일일 시간에 따른 태양의 고도변화 등에 의하여 태양을 정밀하게 추적하기 위해서는 4 방위의 빛을 추적해야 하는 것이 일반적인 관념이였다.

또한 상기와 같은 4 방위의 빛을 추적하기 위해서는 적도의식 가대에서는 적경, 적위의 추적이 필요하고 경위대식 가대에서는 고도각과 방위각의 추적이 필요하여 2 회전축의 구동장치가 반드시 필요한 문제점이 있었다.

본 발명은 적도좌표계 또는 지평좌표계를 따라 이동하는 태양의 이동 경로에 의하여 발생되는 2 방향의 그림자를 기구적으로 1 방향 그림자로 형성시켜 적도좌표계와 지평좌표계에서 발생되는 그림자 편차를 제거시킴으로써 4개의 필요 광센서갯수를 2개의 필요 광센서 갯수로 축소시킴과 동시에 태양의 위치 추적을 위한 구동 회전축을 1 회전축만으로 충분하게 하여 장치 제작의 비용을 절감시키고 장치의 구성을 간이화시키는 태양광 추적센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 판넬형 마운트와; 상기 판넬형 마운트 상단에 일렬로 고정된 2개의 CDS 광센서와; 상기 판넬형 마운트 상단에 상기 2개의 CDS 광센서가 태양광에 균등 노출되도록 고정된 반원통형 차광캡으로; 구성되며, 상기 CDS 광센서는 센싱부가 균등 지그재그폭으로 형성된 CDS 광센서로서, 지그재그된 센싱부가 상기 차광캡이 형성시키는 그림자에 일체로 영향을 받도록 가로방향으로 세팅시킨 것을 특징으로 하여 상기 CDS 광센서가 태양의 고도 변화에 영향을 받지 않으면서 태양의 방위각 변화만 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈을 기술적 요지로 한다.

삭제

또한, 상기 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈은 상기 판넬형 마운트에 상기 반원통형 차광캡에 의해 광영향을 받지 않는 부분에 1개의 광센서를 더 추가하여 구성되어 태양광의 전체적인 변화량을 검출하는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈로 되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 의하여 적도좌표계 또는 지평좌표계를 따라 이동하는 태양의 이동 경로에 의하여 발생되는 2 방향의 그림자를 기구적으로 1 방향 그림자로 형성시켜 적도좌표계와 지평좌표계에서 발생되는 그림자 편차를 제거시킴으로써 4개의 필요 광센서갯수를 2개의 필요 광센서 갯수로 축소시킴과 동시에 태양의 위치 추적을 위한 구동 회전축을 1 회전축만으로 충분하게 하여 장치 제작의 비용을 절감시키고 장치의 구성을 간이화시키는 태양광 추적센서가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명에 사용되는 CDS 광센서의 특성 그래프
도 3은 태양의 고도 변화에 대한 본 발명의 기능을 도시한 측면도
도 4는 태양의 방위각 변화에 대한 본 발명의 기능을 도시한 평면도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예시도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 사용되는 CDS 광센서의 특성 그래프이며, 도 3은 태양의 고도 변화에 대한 본 발명의 기능을 도시한 측면도이며, 도 4는 태양의 방위각 변화에 대한 본 발명의 기능을 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 도 1에 도시된 바와 같이 판넬형 마운트(30)와 CDS 광센서(20)와 반원통형 차광캡(10)으로 구성된다.

상기 판넬형 마운트(30)는 본 발명의 지지판으로서, 지지할 다른 부품들이 견고하게 결합되도록 얇고 가벼우며 내구성을 가지는 판이 바람직하다.

상기 CDS 광센서(20)는 상기 판넬형 마운트(30) 상단에 일렬로 고정되는 2개의 광센서이다.

상기 '일렬로 고정'의 의미는 상기 CDS 광센서(20)의 같은 부분이 같은 방향을 바라보도록 배열한다는 의미이다.

상기 CDS 광센서(20)는 광량에 따라 저항값이 달라지는 센서로서 도 2에 도시된 바와 같이 광량의 변화에 따라 선형적으로 변화되는 저항값을 출력시키는 특징이 있으며, 이런 특징으로 인하여 센서 표면에 지그재그로 에칭된 센싱부가 외부로 드러나게 나타나 있다.

상기 CDS 광센서(20)의 도 2와 같은 선형적인 출력특성은 상기 지그재그된 센싱부가 상기 차광캡이 형성시키는 그림자에 일체로 영향을 받도록 도 1에 도시된 바와 같이 가로방향(지그재그된 모서리부가 병렬로 동시에 드러나는 방향)으로 세팅되었을 때 가장 잘 나타나므로 본 발명에서도 이러한 방향으로 세팅시킨다.

본 발명의 반원통형 차광캡(10)은 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 판넬형 마운트(30) 상단에 상기 2개의 CDS 광센서(20)가 태양광에 균등 노출되도록 고정된다.

상기 반원통형 차광캡(10)은 본 발명의 특징적인 구조로서, 도 3에 도시된 바와 같이 태양의 고도 변화(y)에 대해서는 그림자 변화가 발생되지 않으므로 상기 CDS 광센서(20)에 항상 일정한 그림자가 형성되게 한다.

즉, 상기 반원통형 차광캡(10)에 의하여 상기 CDS 광센서(20) 상단에 형성되는 그림자는 도 4에 도시된 바와 같이 태양의 방위각 변화(x)에만 영향을 받게 되고 태양의 고도각 변화(y)에는 영향을 받지 않게 된다.

이러한 본 발명의 특징으로 인하여 본 발명을 태양의 방위각만 추적하는 태양광 장치에 사용하는 경우에 태양의 고도각에 의한 광량의 변화에는 무관하므로 방위각에 의해서만 정밀한 태양 위치를 추적하는 신호를 발생시키는 태양추적 센서가 된다.

즉, 본 발명에 의하면 태양의 위치를 추적하기 위하여 고도와 방위각 또는 적경과 적위을 동시에 추적해야하는 종래의 태양광 추적센서와 달리, 방위각 또는 적위 만을 추적하여도 태양의 위치를 정밀하게 추적할 수 있는 태양추적 센서가 제공된다.

따라서 본 발명에 의하면 태양의 위치를 추적하는 태양광 추적장치의 구동은 방위각 또는 적위를 추적하는 1 회전장치의 구동만으로 충분하게 되는 효과가 있다.

본 발명은 특히 방위각 변화만을 추적하는 경위대식 가대에서 뿐만 아니라, 태양의 적경을 추적하는 적도의식 가대에서도 크게 유용한데, 일반적으로 적도의식 가대에서는 극축이 조정되어져 있으므로 일일 태양의 적위 변화는 극히 미미하지만 연간 태양 위치의 적위 변화가 있으므로 태양의 위치를 자동추적하기 위해서는 적위를 변화시키기 위한 또 하나의 회전축 구동장치 설치 문제가 큰 설계 애로로 대두되었다.

그런데 본 발명에 의하면 태양의 적위 변화에는 영향을 받지 않으면서 적경 변화만을 추적하는 광센서가 제공되므로 상기와 같은 설계 애로점을 제거해 주는 효과가 있다.

본 발명의 장치는 이와 같이 고도나 적위 변화에 무관한 추적을 하므로 본 발명을 이용하는 광에너지 이용장치는 도 5에 도시된 바와 같이 광역 집광장치 등과 같이 태양의 고도 변화와 무관한 액서사리와 함께 사용되어져 설비 장치의 구조를 간편히하면서 최대의 효과를 발생시키는 장치로 제작될 수 있다.

한편, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 판넬형 마운트에 1개의 광센서가 더 추가 구성될 수 있다.

즉, 상기 판넬형 마운트에서 상기 반원통형 차광캡에 의해 광영향을 받지 않는 부분에 1개의 광센서(40)를 더 추가하여, 이 광센서(40)로 태양광의 전체적인 변화량을 검출할 수 있다.

예를 들어, 태풍이나 강우, 흐린 날씨 등과 같이 기후에 변화에 의해 태양광 조명이나 발전을 위한 태양 추적의 의미가 없어지는 경우가 있다.

이러한 경우에는 장치의 구동 여부를 자동으로 결정하기 위하여 태양의 광량을 감지할 필요가 있는데, 본 발명의 상기 광센서(40)는 이러한 태양광의 전체적인 변화를 인지하여 구동 제어신호로 활용할 수 있게 한다.

따라서, 상기 광센서(40)는 특별히 CDS 광센서일 필요는 없으며, 일반적인 광스위치로도 무방하다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 반원통형 차광캡 20 : CDS 광센서
30 : 판넬형 마운트 40 : 광센서

Claims (3)

1. 삭제
2. 판넬형 마운트와;
   상기 판넬형 마운트 상단에 일렬로 고정된 2개의 CDS 광센서와;
   상기 판넬형 마운트 상단에 상기 2개의 CDS 광센서가 태양광에 균등 노출되도록 고정된 반원통형 차광캡으로;
   구성되며,
   상기 CDS 광센서는
   센싱부가 균등 지그재그폭으로 형성된 CDS 광센서로서,
   지그재그된 센싱부가 상기 차광캡이 형성시키는 그림자에 일체로 영향을 받도록 가로방향으로 세팅시킨 것을 특징으로 하여
   상기 CDS 광센서가 태양의 고도 변화에 영향을 받지 않으면서 태양의 방위각 변화만 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈.
3. 제2항에 있어서 상기 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈은
   상기 판넬형 마운트에 상기 반원통형 차광캡에 의해 광영향을 받지 않는 부분에 1개의 광센서를 더 추가하여 구성되어 태양광의 전체적인 변화량을 검출하는 것을 특징으로 하는 1 방향 회전각 추적용 태양위치 측정 모듈.

Images