KR20080013481A - 추적식 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 태양열 발전기의 태양 추적을 위한 구동을 필요에 따라 독립적으로 작동시키거나 또는 여러대를 하나의 군으로 묶어 하나의 구동장치에 의해 일률적 작동시킬 수 있도록 함과 아울러 GPS로부터 각 단위 발전기의 위치정보 및 시간정보를 수신받아 그 좌표값에 의한 정확한 황도를 계산하여 그 값에 의해 태양의 위치를 추적하도록 하면서 보조 태양추적장치에 의해 기계적, 전기적 오류에 의해 발생된 오차를 보정하도록 함으로써 최상의 발전 조건 및 안정된 구동환경을 제공하여 최상의 발전효율을 득하도록 하고, 또 시스템 설비 비용을 대폭 절감하면서 시스템 고장률을 최소화하고, 관리 및 유지보수가 용이하도록 하여 시스템 운전비용을 최소화하며, 콤팩트하면서 미려한 외관을 갖도록 한 추적식 태양열 발전 시스템에 관한 것이다.

GPS, 태양열 발전, 구동장치, 태양추적

Description

추적식 태양열 발전 시스템{Solar thermal electric power generation system}

도 1은 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전기의 구조도이고,

도 2는 도 1의 A부 확대도

도 3은 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전기의 동작 상태도.

도 4는 본 발명에 따른 복열식 추적식 태양열 발전시스템 구조도.

도 5는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략도.

도 6은 본 발명 발전 및 추적장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 7은 본 발명 주제어장치의 구성을 나타낸 블록도.

도 8은 본 발명 단위제어장치의 구성을 나타낸 개략도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 발전 및 추적장치 200 : 주제어장치

300 : 단위제어장치 1 : 회전각 조절부

3 : 주축 10 : 집광판

11 : 횡축 12 : 경사각 조절부

15 : 단위 셀 16 : 축전지

21 : GPS기지국 28 : 마이크로 프로세서

29 : 궤적 연산부 31 : 발전 연산부

36 : 일기예보 관리서버 41 : 원추형 돌기

42 : 온도센서판 43 : 온도감지부

44 : 회전각 판단부 45 : 경사각 판단부

50 - 기어박스 51 - 링기어

52a,52b - 워엄 53a,53b - 워엄축

54 - 종축관 55 - 도어

56 - 힌지 55 - 스크류잭

56 - 스크류 57 - 피니언

58 - 실린더 59 - 부시

60a,60b,60c - 유니버셜조인트 61 - 링크

62a,62b - 동력전달축 M - 구동모터

65a,65b - 피감지부 70 - 스플라인기어

S1,S2 - 감지센서 B - 기초부

본 발명은 추적식 태양열 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 태양열 발전기의 태양 추적을 위한 구동을 필요에 따라 독립적으로 작동시키거나 또는 여러대를 하나의 군으로 묶어 하나의 구동장치에 의해 일률적 작동시킬 수 있 도록 함과 아울러 GPS로부터 각 단위 발전기의 위치정보 및 시간정보를 수신받아 그 좌표값에 의한 정확한 황도를 계산하여 그 값에 의해 태양의 위치를 추적하도록 하면서 보조 태양추적장치에 의해 기계적, 전기적 오류에 의해 발생된 오차를 보정하도록 함으로써 최상의 발전 조건 및 안정된 구동환경을 제공하여 최상의 발전효율을 득하도록 하고, 또 시스템 설비 비용을 대폭 절감하면서 시스템 고장률을 최소화하고, 관리 및 유지보수가 용이하도록 하여 시스템 운전비용을 최소화하며, 콤팩트하면서 미려한 외관을 갖도록 한 추적식 태양열 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료는 오늘날 무분별한 사용으로 인해 심각한 환경오염을 일으키게 됨은 물론 머지않아 그 자원마저 고갈될 것이 예상됨에 따라 화석연료를 대체할 수 있는 소위 크린 에너지의 개발이 전세계적으로 활발히 추진되고 있으며, 그 대표적인 예가 태양열 발전이다.

태양열 발전을 위해서는 태양광의 수집과정이 필요한데, 태양은 항상 위치가 변화되는 것이므로 고정된 구조의 수집장치로는 그 효율이 저조하여 실용화에 문제가 있다. 최근에는 태양추적장치가 개발되어 태양에너지의 수집장치가 태양의 방향을 추적하여 향일성이 유지되도록 함으로써, 발전효율의 향상을 위한 향시적 기회를 제공하고 있다.

태양 추적 방식에 따라 시스템이 정확하게 움직일 수 있도록 지원해주는 구동장치를 보면, 첫째 두 개의 모터가 각각 배당된 수평 및 수직축을 회전시켜 태양의 고도각을 맞출 수 있도록 하는 타입과,

둘째 하나의 모터가 수평 회전각 조절을 담당하고, 나사회전에 의해 출몰하 는 스크류잭(55)를 이용하여 수직각을 조절하도록 하여 태양의 고도각을 맞출 수 있도록 하는 타입이 있이 있으며, 이러한 구동장치는 각 태양열 발전기에 각각 독립적으로 설치된다.

그런데 전자의 타입은, 각각의 시스템에 고가인 두 개의 구동모터가 반드시 설치되어야 하므로 태양열 발전 장치의 설비 비용이 높아지고, 또 구동모터의 갯수가 많아짐에 따라 고장률도 높아져 결국 유지관리비가 상승되는 문제점이 있다.

또한 후자의 타입은, 고가의 모터 대신 스크류잭가 대체됨에 따라 비용절감의 효과는 있으나, 그 설치 위치가 스크류잭의 원활한 동작을 위한 공간을 확보하기 위해 외부에 노출되게 설치됨에 따라 태양열 발전기의 미관을 해치는 단점이 있고, 또 스크류잭가 외부에 위치하게 됨에 따라 비나 습기 또는 해풍 등에 노출되어 쉽게 부식 또는 손상되어 고장이 잦을 뿐만 아니라 내구연한이 줄어드는 단점이 있었다.

또한 이러한 하드웨어를 원활하게 동작시키기 위한 태양추적장치는 크게 보아 1년의 태양의 이동궤도, 즉 황도를 데이터화 하여 이를 기반으로 하는 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 작동되므로 태양을 추적하는 좌표 계산 방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서방식의 두 가지로 분류할 수 있다.

전자의 좌표 계산 방식은, 일기상태에 구애받지 않고 태양을 추종할 수 있다는 장점이 있는 반면에 기계적 오차의 누적으로 주기적인 교정작업이 필수적이므로 유지, 보수의 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 해당 태양열 발전기의 위치정보 값이 대체로 큰 구역별로 주어진 포괄적 좌표값이 적용됨에 따라 실제 황도값의 오차가 심하여 발전효율이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 후자의 광센서 방식은, 그 구조가 비교적 간결하다는 장점은 있으나 날씨가 흐린 경우에는 태양의 추적이 불가능하고 이러한 상태로 시간이 경과되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우에는 태양이 추적장치의 추적가능범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 되며, 추적 가능 범위가 협소하여 작동의 연속성이 유지되기 어렵다는 등의 문제점이 있었다.

또한 이러한 태양열 발전기는 고가의 발전모듈을 탑재하고 있으면서도, 태풍과 같은 자연재해가 발생했을 때 이에 시스템을 스스로 안전하게 지킬 수 있는 대처방안이 없었으며 단지 관리자의 인위적 조작에 의존할 수밖에 없었다.

이러한 단점들은 결국 태양열 발전효율의 저하로 이어지게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 각 태양열 발전기의 태양 추적을 위한 구동을 필요에 따라 독립적으로 작동시키거나 또는 여러대를 하나의 군으로 묶어 하나의 구동장치에 의해 일률적 작동시킬 수 있도록 함으로써 최상의 발전 조건 및 안정된 구동환경을 제공하여 최상의 발전효율을 득할 수 있고, 또 시스템 설비 비용을 대폭 절감하면서 시스템 고장률을 최소화하고, 관리 및 유지보수가 용이하도록 하여 시스템 운영비용을 최소화하며, 콤팩트하면서 미려한 외관을 갖도록한 추적식 태양열 발전 시스템에 관한 것이다.

또한 본 발명은, GPS로부터 각 단위 발전기의 수평 및 수직좌표 및 시간정보를 수신받아 그 좌표에 적용되는 정확한 황도를 계산하여 그 값을 기반으로 프로그래밍하여 태양을 추적하도록 하면서 보조 태양추적장치에 의해 기계적 오류에 의해 발생된 오차를 보정하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 현재의 광량이 평균 광량에 미달할 때에는 기상청으로부터 수신되는 기상정보에 의하여 현재의 일조량이 발전에 영향을 주는가의 여부를 판단하여 셀의 오염이나 불량인가를 검사하도록 함으로써 평균 광량에 따라 셀의 정상 여부를 판단하는 등 태양열 발전기의 컨디션을 점검할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양열 발전을 위한 태양위치 추적시스템은, 다수의 발전 및 추적장치들이 하나의 주제어장치를 통한 제어신호에 의해 작동하는 중에 다시 각 발전 및 추적장치들은 각각 하나씩 장착된 단위제어장치를 통한 미세 제어신호에 의하여 미세조절이 가능하도록 한 것에 특징이 있다.

또한 상기의 발전 및 추적장치는,

태양의 이동에 따라 회전각 조절부의 제어에 의해 회전모터가 주축을 회전시키도록 하고,

상기 주축에는 횡축에 의해 회전가능하게 집광판을 설치하여 경사각 조절부의 제어에 의해 경사모터가 집광판의 경사각을 조절하도록 한 것에 특징이 있다.

또한 상기의 주제어장치는,

GPS기지국으로부터 안테나를 통해 수신하여 증폭부, 대역통과 필터, 주파수 변환부, 검파부, 아날로그/디지털 변환부를 거쳐 마이크로 프로세서로 전달되어 현 재시간에 따른 태양의 위치 및 높이를 계산하도록 하고,

상기 마이크로 프로세서의 제어를 받는 궤적 연산부에서 태양의 위치와 높이에 따른 회전각 및 경사각을 연산하도록 하여 상기의 마이크로 프로세서에서 각 발전 및 추적장치들의 회전각 조절부와 경사각 조절부로 제어신호를 출력하도록 하고,

상기 셀에 의해 축전지들에 충전되는 현재의 발전량을 비교한 결과를 현재의 발전량이 평균 발전량에 미달될 경우에는 일기예보 관리서버에 접속하여 해당 기간의 일기정보를 수신하도록 함으로써 일기예보에 의한 미달인가 셀을 비롯한 기기의 이상상태인가를 판단하여 관리자에게 알리도록 한 것에 특징이 있다.

또한 상기의 단위제어장치들은,

상기 집광판의 상면에 장착되어 중앙의 가는 원추형 돌기의 그림자가 주위에 원주상으로 배열한 온도센서판에 비취는 상태를 온도감지부에서 다수로 분할된 구역의 온도들을 비교함으로써 인식하게 되면 회전각 판단부와 경사각 판단부에서 회전각의 조절이나 경사각의 조절에 따른 미세 조정값을 동일한 발전 및 추적장치의 회전각 조절부와 경사각 조절부에 전달하여 회전각 및 경사각을 미세하게 조절하도록 구성함을 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 태양열 발전을 위한 태양위치 추적시스템은,

도 1은 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전기의 구조도이고, 도 2는 도 1의 A부 확대도이고, 도 3은 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전기의 동작 상태도이며, 도 4는 본 발명에 따른 복열식 추적식 태양열 발전시스템 구조도이다.

도면에 도시된 바와 같이 지면에 기초부(B)가 구축되면, 이 기초부(B) 지지부가 설치되고, 상기 지지부의 상부에 집광판(10)이 설치된다.

상기 지지부는 집광판(10)의 수평각도를 조절하는 수평조절부와, 집광판(10)의 고도각을 조절하는 고도조절부가 구성된다.

상기 고도조절부는 수평조절부의 회전작동에 관계없이 태양의 고도에 따라 집광판의 고도각을 조절하도록 설치된다.

상기 수평조절부는 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 기초부(B) 상부에 상부가 개구된 원형 또는 사각 통체의 기어박스(50)를 가지고 그 상부에 턴테이블 베어링(80)이 설치되며, 상기 턴테이블 베어링(80)의 하부에는 연결부재(81)를 통해 링기어(51)가 설치되어 링기어(51)와 함께 상기 턴테이블 베어링(80) 몸체가 회전되도록 구성된다. 또한 상기 링기어(51)의 둘레에는 워엄(53a)이 물려 있고, 상기 워엄축(53a)은 양단이 기어박스(50)의 외부로 노출되게 설치되어 외부로부터의 동력을 연결받을 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 링기어(51)의 상부에는 종축관(54)이 견고하게 연결설치되어 함께 회전되고, 상기 종축관(54)의 상단부에는 상기 집광판(10)이 상하 회동가능하게 힌지(56)결합되어 있다. 이때 상기 집광판(10)의 하부 무게중심부가 상기 종축관(54)의 중심에서 전방으로 이격된 위치에 축결합시킨 다.

또한 고도조절부는 상기 기어박스(50)내 하부에는 스크류잭(55)이 고정 설치되어 있다. 상기 스크류잭(55)은 워엄(52b)에 의해 스크류(56)하단에 설치된 피니언(57)을 회전시켜 스크류(56)를 회전시키고 상기 스크류(56)의 둘레에 나사결합된 실린더(58)가 승하강하는 구조를 갖는다. 물론 그 반대의 구조도 가능하다. 또한 스크류(56)를 회전시키기 위한 워엄(52b)의 양축단이 상기 기어박스(50)의 외부로 노출되어 외부로부터의 동력을 전달받을 수 있도록 되어 있다. 이때 상기 스크류잭(55)의 워엄축(53b) 및 링기어(51)를 회전시키기 위한 워엄축(53a)이 서로 평행하도록 구성된다.

또한 상기 스크류잭(55)의 상하 출몰부, 즉 실린더(58)의 상단과 상기 집광판(10)의 사이에는 링크(61)가 연결되며, 특히 상기 링크(61)의 하단과 상기 실린더(58)의 상단 사이에는 유니버셜조인트(60a)가 설치되며, 유니버셜조인트(60a) 하단과 상기 실린더(58) 사이에는 수평회전이 가능하도록 부시(59)가 설치되어 있다. 이는 종축관(54)에 의해 집광판(10)이 회전하면서 동시에 태양의 고도에 따라 스크류잭(55)가 작동하여 상기 링크(61)를 밀고 당겨 상기 집광판(10)을 수직으로 회동시키게 되는데, 이때 상기 집광판(10)의 회동각에 의해 약간의 횡방향으로의 굴절 유동이 발생되므로 이를 흡수하기 위해 유니버셜조인트(60a)가 설치되며, 상기 종축관(54) 둘레에는 내부를 열어 확인 및 수리를 위한 도어(55)가 구성된다.

또한 상기 링기어(51) 및 스크류잭(55)의 워엄축(53b)에는 제1,제2구동부가 연결된다. 상기 제1,제2구동부는 필요에 따라 각 태양열 발전시스템이 독립적으로 운전되도록 상기 워엄축(53a)(53b)에 모터를 직접 연결시킬 수 있거나 또는 상기 워엄축(53a)(53b)이 나란한 태양열 발전시스템을 한 조로 묶어 기어박스(50)에 노출된 각 워엄축(53a)(53b)들을 동력전달축(62a)(62b)으로 연결하고, 그 일측 동력전달축(62a)(62b)에 구동모터를 장치하여 하나의 구동모터로 여러 태양열 발전시스템의 수평각 및 수직각 조절이 일률적으로 이루어지도록 할 수 있다.

이때 상기 워엄축(53a)(52b)과 동력전달축(62a)(62b) 사이에는 유니버셜조인트(60b)(60c)가 연결되어 수평 연결각 오차를 흡수하도록 되어 있다.

또한 상기 구동장치에는 시간에 따른 태양열 발전시스템의 정확한 자기 위치를 인식할 수 있는 장치가 구비되어 있다.

즉, 상기 종축관(54) 또는 그 회전부 특정 위치에 피감지부(65a)가 형성되어 있고, 일출 일몰 시간동안 상기 피감지부(65a)가 회전하는 구간을 특정 시간 간격으로 나누어 그 나누어진 점들이 집광판(10)의 회전각을 나타내도록 위치값을 설정한 후 그 분점부에 상기 피감지부(65a)를 감지하는 감지센서(S1)가 고정설치되어 있다. 그래서 상기 감지센서(S1)가 설정된 시간에 피감지부(65a)가 감지되었는지의 여부를 판단하여 상기 집광판(10)의 수평 회전각 오차를 인식 및 보정하도록 된 것이다.

또한 상기 스크류잭(55)의 수직의 출몰이동부 특정 위치에 피감지부(65b)가 형성되고, 일출 일몰 시간동안 상기 피감지부(65b)가 이동하는 구간을 특정 시간 간격으로 나누어 그 나누어진 점들이 집광판(10)의 회전각을 나타내도록 위치값을 설정한 후 그 분점부에 상기 피감지부(65b)를 감지하는 감지센서(S2)가 고정설치되 어 상기 감지센서(S2)가 설정된 시간에 피감지부(65b)가 감지되었는지의 여부를 판단하여 상기 집광판(10)의 수직 회전각 오차를 인식 및 보정하도록 되어 있다.

이러한 본 발명 태양열 발전 시스템의 하드웨어적 구동장치의 동작을 위한 소프트웨어적인 구성을 살펴본다.

도 5에 도시한 것과 같이 다수의 발전 및 추적장치(100)들이 하나의 주제어장치(200)를 통한 제어신호에 의해 태양의 위치에 따라 회전 및 경사각을 조절하면서 발전하는 중에 다시 각 발전 및 추적장치(100)들에 하나씩 장착된 단위제어장치(300)를 통한 미세 제어신호에 의하여 미세조절이 이루어져 최대용량의 발전이 가능하도록 한다.

상기의 발전 및 추적장치(100)들은 도 6에 도시한 것과 같이,

태양의 이동에 따라 회전각을 조절하기 위한 회전각 조절부(1)의 제어에 의하여 회전모터(2)가 주축(3)을 회전시키도록 하고,

상기 주축(3)에는 집광판(10)을 횡축(11)에 의해 회전가능하게 설치하고,

상기 횡축(11)에는 경사각 조절부(12)의 제어에 의하여 경사모터(13)가 집광판(10)의 경사각을 조절하도록 하고,

상기의 각 집광판(10)들은 단위 셀(15)에 의해 직접 생성되는 전기는 내부의 축전지(16)에 충전시키도록 한다.

상기의 주제어장치(200)는 도 7에 도시한 것과 같이,

GPS기지국(21)을 통해 각 태양열 발전기의 위치 좌표값을 추출함과 동시에 그 위치 좌표값에 따른 년단위 황도 값을 연산하여 내부 프로그램 메모리(30)에 저 장하고,

GPS기지국(21)으로부터 안테나(22)를 통해 실시간으로 수신한 미약한 전파 신호를 증폭하는 증폭부(23), 불필요한 신호를 제거하는 대역통과 필터(24), 검파 가능한 주파수로 변환하는 주파수 변환부(25)를 거쳐 입력받는 검파부(26)에서 필요한 신호만 추출하도록 하고,

상기 신호는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(27)를 거쳐 마이크로 프로세서(28)로 전달되어 현재시간에 의하여 태양의 위치 및 높이를 계산하도록 하고,

상기 마이크로 프로세서(28)의 제어를 받는 궤적 연산부(29)에서는, 현재의 시간에 대응되는 황도값에 따른 태양열 발전기의 회전각 및 경사각을 연산하도록 하고,

상기의 궤적 연산부(29)에 의한 정보를 상기의 마이크로 프로세서(28)는 각 발전 및 추적장치(100)들의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 조절하도록 하고,

상기의 발전 및 추적장치(100)들의 셀(15)들에 의해 축전지(16)들에 충전되는 현재의 발전량을 발전 연산부(31)에서 연산하도록 하고,

상기의 발전 연산부(31)로부터 전달되는 발전량과 평균 발전량을 비교부(32)에서 비교한 결과를 상기의 마이크로 프로세서(28)에 전달하도록 하고,

상기의 마이크로 프로세서(28)에서는 현재의 발전량이 평균 발전량에 미달될 경우에는 송수신부(33)를 통해 기상청(35)의 일기예보 관리서버(36)에 접속하여 미 달된 기간의 일기정보를 수신하도록 하고,

상기의 일기예보에 의하여 발전량이 미달될 요인이 발견되지 않은 경우에는 상기의 마이크로 프로세서(28)에서 셀(15)을 비롯한 기기의 이상상태를 관리자에게 경보기(34)를 통해 알리도록 한다.

상기의 단위제어장치(300)들은 도 4에 도시한 것과 같이,

상기 집광판(10)의 상면 일측에 장착되어 중앙의 가는 원추형 돌기(41)의 그림자가 주위에 원주상으로 배열한 온도센서판(42)에 비취는 상태를 인식하도록 하고,

상기 온도센서판(42)을 다수의 구역으로 분할한 상태에서 온도감지부(43)에서 다른 구역의 온도와 비교하도록 함으로써 온도가 낮아지는 구역에 그림자가 있는 것으로 인식하도록 하고,

상기의 그림자가 비취면서 주위의 온도보다 낮아지는 구역의 반대쪽에 태양이 위치하는 상태이므로 온도감지부(43)의 온도감지 결과에 의하여 회전각 판단부(44)와 경사각 판단부(45)에서 회전각의 조절이나 경사각의 조절에 따른 미세 조정값을 동일한 발전 및 추적장치(100)의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 미세하게 조절하도록 한다.

상기의 온도센서판(42)은 원주상에서 다수의 구역으로 분할하여 각도를 미세하게 측정할 수 있도록 하는 것이 좋으며, 다수의 cds 셀을 원주상으로 배열하여 태양광이 비취는 상태를 직접 인식하도록 하여도 무방하다.

상기와 같이 구성한 본 발명의 태양열 발전을 위한 태양위치 추적시스템은 도 5에 도시한 것과 같이 다수의 발전 및 추적장치(100)들이 하나의 주제어장치(200)를 통한 제어신호에 의해 회전 및 경사각을 조절하면서 발전하는 중에 다시 각 발전 및 추적장치(100)들에 하나씩 장착된 단위제어장치(300)를 통한 미세 제어신호에 의하여 미세조절이 이루어져 최대용량의 발전이 가능하도록 한다.

그리고 상기의 발전 및 추적장치(100)들은 도 6에 도시한 것과 같이 태양의 이동에 따라 회전각을 조절하기 위한 회전각 조절부(1)의 제어에 의하여 회전모터(2)가 기어와 같은 동력전달기구를 통하여 주축(3)을 회전시키면서 태양의 방향에 일치시키도록 한다.

상기 주축(3)에는 집광판(10)을 횡축(11)에 의해 회전가능하게 설치함으로써 경사각 조절부(12)의 제어에 의하여 경사모터(13)가 일반적인 기어와 동력전달용 벨트 등을 통하여 집광판(10)의 경사각을 조절하여 태양의 높이와 일치시키도록 한다.

상기의 각 집광판(10)에는 다수의 단위 셀(15)을 설치하여 이들에 의해 직접 생성되는 전기를 축전지(16)에 충전시켰다가 필요할 때 사용하도록 한다.

상기의 주제어장치(200)는 도 7에 도시한 것과 같이 GPS기지국(21)으로부터 안테나(22)를 통해 수신한 미약한 전파 신호를 증폭기(23)에서 증폭한다.

상기의 증폭부(23)에서 증폭된 전파 신호에 대해 대역통과 필터(24)에서 불필요한 신호를 제거하도록 한다.

상기의 대역통과 필터(24)에서 필요한 대역의 신호를 전달받는 주파수 변환부(25)에서는 검파 가능한 주파수로 변환하도록 한다.

상기의 주파수 변환부(25)를 거쳐 검파 가능한 주파수를 입력받는 검파부(26)에서 필요한 신호만 추출하도록 한다.

상기 신호는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(27)를 거쳐 마이크로 프로세서(28)로 전달되어 현재시간에 의하여 태양의 위치 및 높이를 계산하도록 한다.

상기 마이크로 프로세서(28)의 제어를 받는 궤적 연산부(29)에서는 태양의 위치에 따라 내부의 프로그램 메모리(30)에 저장된 궤적 프로그램을 읽어내어 현재 시간에 의한 태양의 위치와 높이에 의하여 회전각 및 경사각을 연산하도록 한다.

상기의 궤적 연산부(29)에 의한 정보를 전달받는 상기의 마이크로 프로세서(28)는 각 발전 및 추적장치(100)들의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 조절하도록 한다.

한편, 상기의 발전 및 추적장치(100)들의 셀(15)들에 의해 축전지(16)들에 충전되는 현재의 발전량에 의하여 1일 또는 일정한 기간 동안의 발전량을 발전 연산부(31)에서 연산하도록 한다.

상기의 발전 연산부(31)로부터 전달되는 연산된 발전량과 해당 기간의 평균 발전량을 비교부(32)에서 비교하고, 그 결과를 상기의 마이크로 프로세서(28)에 전달하도록 한다.

상기의 마이크로 프로세서(28)에서는 현재의 발전량이 평균 발전량에 미달될 경우에는 송수신부(33)를 통해 기상청(35)의 일기예보 관리서버(36)에 접속하여 미달된 기간의 일기정보를 수신하도록 한다.

상기의 일기예보에 의하여 발전량이 많이 미달되고, 미달의 원인을 발견하지 않은 경우에는 상기의 마이크로 프로세서(28)에서 셀(15)을 비롯한 기기의 이상상태로 판단하여 관리자에게 경보기(34)를 통해 알리도록 한다.

상기의 단위제어장치(300)들은 도 8에 도시한 것과 같이 상기 집광판(10)의 상면 일측에 장착되어 중앙의 가는 원추형 돌기(41)의 그림자가 주위에 원주상으로 배열한 온도센서판(42)에 비취는 상태를 인식하도록 한다.

상기 온도센서판(42)을 다수의 구역으로 분할한 상태에서 온도감지부(43)에서 다른 구역의 온도와 비교하도록 함으로써 온도가 낮아지는 구역에 그림자가 있는 것으로 인식하도록 한다.

상기의 그림자가 비취면서 주위의 온도보다 낮아지는 구역의 반대쪽에 태양이 위치하는 상태이므로 온도감지부(43)의 온도감지 결과에 의하여 회전각 판단부(44)와 경사각 판단부(45)에서 회전각의 조절이나 경사각의 조절에 따른 미세 조정값을 판단하도록 한다.

그리고 상기 회전각 판단부(44)와 경사각 판단부(45)에서 판단한 결과를 동일한 발전 및 추적장치(100)의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 미세하게 조절하도록 한다.

또한 상기의 온도센서판(42)은 원주상에서 다수의 구역으로 분할하여 각도를 미세하게 측정할 수 있도록 하는 것이 좋으며, 온도감지부(43) 대신에 다수의 밝기에 따라 흐르는 전류값이 변화되는 cds 셀을 원주상으로 배열하여 태양광이 비취는 상태를 직접 인식하도록 하여도 무방하다.

한편, 기상대의 일기예보 정보를 수신받아 해당지역에 태풍이나 강풍의 예보가 있을 경우에는 그 시간대가 도달하면 상기 발전모듈판을 수평으로 유지되도록 구동장치를 자동 제어하여 고가의 시스템이 손상내지 파손되는 피해를 최소화하도록 할 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 추적식 태양열 발전 시스템은,

각 태양열 발전기의 태양 추적을 위한 구동을 필요에 따라 독립적으로 작동시키거나 또는 여러대를 하나의 군으로 묶어 하나의 구동장치에 의해 일률적 작동시킬 수 있도록 함으로써 최상의 발전 조건 및 안정된 구동환경을 제공하여 최상의 발전효율을 득할 수 있고, 또 시스템 설비 비용을 대폭 절감하면서 시스템 고장률을 최소화하고, 관리 및 유지보수가 용이하도록 하여 시스템 운영비용을 최소화하며, 콤팩트하면서 미려한 외관을 갖출 수 있는 장점이 있다.

또한 GPS로부터 각 단위 발전기의 수평 및 수직좌표 및 시간정보를 수신받아 그 좌표에 적용되는 정확한 황도를 계산하여 그 값을 기반으로 프로그래밍하여 태양을 추적하도록 하면서 보조 태양추적장치에 의해 기계적 오류에 의해 발생된 오차를 보정하도록 되어 있으므로 최상의 발전효율을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 현재의 광량이 평균 광량에 미달할 때에는 기상청으로부터 수신되는 기상정보에 의하여 현재의 일조량이 발전에 영향을 주는가의 여부를 판단하여 셀의 오염이나 불량인가를 검사하도록 함으로써 평균 광량에 따라 셀의 정상 여부를 판단하는 등 태양열 발전기의 컨디션을 점검 및 유지할 수 있으므로 발전효율을 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

1. 집광판(10)을 견고하게 지지하면서 제어부의 제어신호에 따라 집광판(10)의 수평 및 수직각 조절이 가능한 구동장치에 있어서,

   상기 구동장치는 기초부(B) 상부에 고정설치되는 기어박스(50)와,

   상기 기어박스(50)의 내측 상부에 회전가능하게 설치되는 링기어(51)와,

   상기 링기어(51)를 회전시키면서 그 양축단이 기어박스(50) 외부로 노출되게 설치된 워엄(52a)과,

   상기 링기어(51)의 상부에 고정설치되어 함께 수평 회전되고, 그 상단부에 상기 집광판(10)이 회동가능하게 힌지(56)결합된 종축관(54)과,

   상기 기어박스(50)내 하부에 고정 설치되며 스크류(56)를 회전시키는 워엄(52b)의 양축단이 상기 기어박스(50)의 외부로 노출되게 설치된 스크류잭(55)와,

   상기 스크류잭(55)의 상하 출몰부 상단과 상기 집광판(10)을 상기 링기어(51) 및 종축관(54)의 내부를 통해 연결된 링크(61)와,

   상기 링기어(51) 및 스크류잭(55)의 워엄축(53b)을 회전시키는 제1,제2구동부와,

   상기 제1,제2구동부를 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크류잭(55)는 스크류(56)가 워엄(52b)과 맞물려 제자리 회전하고, 그 상부에 나사결합된 실린더(58)가 나사회전에 의해 승하강하도록 구성된 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스크류잭(55)의 상단과 링크(61)의 사이에 유니버셜조인트(60a)가 연결되어 승하강시 발생되는 미량의 링크(61) 유동을 흡수하도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1구동부는, 상기 워엄축(53a)이 나란한 태양열 발전시스템을 한 조로 묶어 기어박스(50)에 노출된 각 워엄축(53a)들을 동력전달축(62a)으로 연결하고,

   그 일측 동력전달축(62a)에 구동모터(M)를 장치하여 하나의 구동모터(M)로 여러 태양열 발전시스템의 수평각 조절이 일률적으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
5. 제 1 항 또는 4 항에 있어서, 상기 제2구동부는, 상기 워엄축(53b)이 나란한 태양열 발전시스템을 한 조로 묶어 기어박스(50)의 외부로 노출된 각 워엄축(53b)들을 동력전달축(62b)으로 연결하고,

   그 일측 동력전달축(62b)에 구동모터(M)를 장치하여 하나의 구동모터(M)로 여러 태양열 발전시스템의 수직각 조절이 일률적으로 이루어지도록 한 것을 특징으 로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 종축관(54) 또는 그 회전부 특정 위치에 피감지부(65a)를 형성하고,

   일출 일몰 시간동안 상기 피감지부(65a)가 회전하는 구간을 특정 시간 간격으로 나누어 그 나누어진 점들이 집광판(10)의 회전각을 나타내도록 위치값을 설정한 후 그 분점부에 상기 피감지부(65a)를 감지하는 감지센서(S1)를 고정설치하여 상기 감지센서(S1)가 설정된 시간에 피감지부(65a)가 감지되었는지의 여부를 판단하여 상기 집광판(10)의 수평 회전각 오차를 인식 및 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 스크류잭(55)의 수직의 출몰이동부 특정 위치에 피감지부(65b)를 형성하고,

   일출 일몰 시간동안 상기 피감지부(65b)가 이동하는 구간을 특정 시간 간격으로 나누어 그 나누어진 점들이 집광판(10)의 회전각을 나타내도록 위치값을 설정한 후 그 분점부에 상기 피감지부(65b)를 감지하는 감지센서(S2)를 고정설치하여 상기 감지센서(S2)가 설정된 시간에 피감지부(65b)가 감지되었는지의 여부를 판단하여 상기 집광판(10)의 수직 회전각 오차를 인식 및 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 종축관(54) 둘레에는 내부를 열어 확인 및 수리를 위한 도어(55)가 설치된 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
9. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 동력전달축(62a)(62b)과 워엄축(53a)(53b) 사이에는 수평각 오차를 흡수하기 위한 유니버셜조인트(60b)(60c)가 설치된 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 동력전달평축(62a)(62b)과 유니버셜조인트(60b)(60c) 사이에는 축길이의 오차를 흡수하는 스플라인기어(70)로 연결된 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전시스템.
11. 다수의 발전 및 추적장치(100)들이 하나의 주제어장치(200)를 통한 제어신호에 의해 태양의 위치에 따라 회전 및 경사각을 조절하면서 발전하는 중에 다시 각 발전 및 추적장치(100)들에 하나씩 장착된 단위제어장치(300)를 통한 미세 제어신호에 의하여 미세조절이 이루어져 최대용량의 발전이 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기의 발전 및 추적장치(100)들은,

    태양의 이동에 따라 회전각을 조절하기 위한 회전각 조절부(1)의 제어에 의하여 회전모터(2)가 주축(3)을 회전시키도록 하고,

    상기 주축(3)에는 집광판(10)을 횡축(11)에 의해 회전가능하게 설치하고,

    상기 횡축(11)에는 경사각 조절부(12)의 제어에 의하여 경사모터(13)가 집광판(10)의 경사각을 조절하도록 하고,

    상기의 각 집광판(10)들은 단위 셀(15)에 의해 직접 생성되는 전기는 내부의 축전지(16)에 충전시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기의 주제어장치(200)는,

    GPS기지국(21)을 통해 각 태양열 발전기의 위치 좌표값을 추출함과 동시에 그 위치 좌표값에 따른 년단위 황도 값을 연산하여 내부 프로그램 메모리(30)에 저장하고,

    GPS기지국(21)으로부터 안테나(22)를 통해 실시간으로 수신한 미약한 전파 신호를 증폭하는 증폭부(23), 불필요한 신호를 제거하는 대역통과 필터(24), 검파 가능한 주파수로 변환하는 주파수 변환부(25)를 거쳐 입력받는 검파부(26)에서 필요한 신호만 추출하도록 하고,

    상기 신호는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(27)를 거쳐 마이크로 프로세서(28)로 전달되어 현재시간에 의하여 태양의 위치 및 높이를 계산하도록 하고,

    상기 마이크로 프로세서(28)의 제어를 받는 궤적 연산부(29)에서는, 현재의 시간에 대응되는 황도값에 따른 태양열 발전기의 회전각 및 경사각을 연산하도록 하고,

    상기의 궤적 연산부(29)에 의한 정보를 상기의 마이크로 프로세서(28)는 각 발전 및 추적장치(100)들의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 조절하도록 하고,

    상기의 발전 및 추적장치(100)들의 셀(15)들에 의해 축전지(16)들에 충전되는 현재의 발전량을 발전 연산부(31)에서 연산하도록 하고,

    상기의 발전 연산부(31)로부터 전달되는 발전량과 평균 발전량을 비교부(32)에서 비교한 결과를 상기의 마이크로 프로세서(28)에 전달하도록 하고,

    상기의 마이크로 프로세서(28)에서는 현재의 발전량이 평균 발전량에 미달될 경우에는 송수신부(33)를 통해 기상청(35)의 일기예보 관리서버(36)에 접속하여 미달된 기간의 일기정보를 수신하도록 하고,

    상기의 일기예보에 의하여 발전량이 미달될 요인이 발견되지 않은 경우에는 상기의 마이크로 프로세서(28)에서 셀(15)을 비롯한 기기의 이상상태를 관리자에게 경보기(34)를 통해 알리도록 한다.

    상기의 단위제어장치(300)들은 도 4에 도시한 것과 같이,

    상기 집광판(10)의 상면 일측에 장착되어 중앙의 가는 원추형 돌기(41)의 그림자가 주위에 원주상으로 배열한 온도센서판(42)에 비취는 상태를 인식하도록 하 고,

    상기 온도센서판(42)을 다수의 구역으로 분할한 상태에서 온도감지부(43)에서 다른 구역의 온도와 비교하도록 함으로써 온도가 낮아지는 구역에 그림자가 있는 것으로 인식하도록 하고,

    상기의 그림자가 비취면서 주위의 온도보다 낮아지는 구역의 반대쪽에 태양이 위치하는 상태이므로 온도감지부(43)의 온도감지 결과에 의하여 회전각 판단부(44)와 경사각 판단부(45)에서 회전각의 조절이나 경사각의 조절에 따른 미세 조정값을 동일한 발전 및 추적장치(100)의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 미세하게 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기의 단위제어장치(300)들은,

    상기 집광판(10)의 상면 일측에 장착되어 중앙의 가는 원추형 돌기(41)의 그림자가 주위에 원주상으로 배열한 온도센서판(42)에 비취는 상태를 인식하도록 하고,

    상기 온도센서판(42)을 다수의 구역으로 분할한 상태에서 온도감지부(43)에서 다른 구역의 온도와 비교하도록 하고,

    상기의 온도감지부(43)의 온도감지 결과에 의하여 회전각 판단부(44)와 경사각 판단부(45)에서 회전각의 조절이나 경사각의 조절에 따른 미세 조정값을 동일한 발전 및 추적장치(100)의 회전각 조절부(1)와 경사각 조절부(12)에 전달하여 회전각 및 경사각을 미세하게 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 추적식 태양열 발전 시스템.

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