KR101215847B1 - 태양 추적형 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 추적형 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 지붕의 아래에 설치된 태양 전지판과; 반사면을 구비한 반사체와, 상기 반사체를 회전 구동하는 회전 구동기를 구비하여, 태양으로부터의 태양광을 반사하여 광경로를 상기 태양 전지판으로 유도하는 광경로 변경유닛과; 상기 태양 전지판에 입사되는 태양광으로부터 전기를 저장하는 축전 유닛을; 포함하여 구성되어, 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 태양 전지판이 태양에 직접 노출되지 않는 지붕 아래에 설치되면서도, 태양의 방위와 고도 변경에 따라 반사체의 반사면으로 태양광의 경로를 태양 전지판으로 유도함으로써, 태양 전지판의 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있으면서, 동시에 일출 시로부터 일몰 시까지 계속하여 태양광 발전을 할 수 있는 태양 추적형 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

태양 추적형 태양광 발전 장치{SOLAR POWER GENERATION EQUIPMENT WHICH TRACKS PATH OF SUN}

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무거운 태양 전지판을 회전시키지 않고서도 태양의 방위와 고도 변화를 추적할 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

최근 유가의 급등과 환경 보호의 필요성에 의해 대체 에너지의 일환으로서 태양광 발전에 대한 관심이 나날이 높아지고 있다. 태양광 발전은 태양 전지에 의하여 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환시켜 축전시키는 것에 의해 이루어진다.

일반적으로 태양광 발전 장치는 일조량을 가장 많이 받을 수 있는 각도로 고정 설치된다. 그러나, 일정한 각도로 고정 설치됨에 따라 태양의 방위와 고도 변화에 따라 일조량이 제한되는 한계가 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 도1에 도시된 바와 같이 태양(65)의 일출 시로부터 일몰 시까지 이동하는 태양의 방위에 따라 센서로 감지하거나 미리 정해진 프로그램에 의하여 태양 전지판(10)을 회전 구동기(30)로 회전(10d)시키도록 구성되어, 태양 전지판(10)에 보다 많은 태양광이 조사되어 보다 많은 전력을 생산하여 축전지 등의 축전 유닛(40)에 저장할 수 있는 설비가 제안되었다.

그러나, 태양 전지판(10)은 그 자체의 무게가 무거우므로 이를 안정적으로 장착하는 장착 프레임(20)이 설치되는 데, 태양 전지판(10)과 장착 프레임(20)의 중량을 지지하면서 회전시키는 것은 매우 과대한 설비를 필요로 하므로 비효율적일 뿐만 아니라 잦은 유지 관리를 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 태양 발전 장치는 태양에 직접 노출되어 설치됨에 따라, 새똥이나 먼지나 황사 및 눈 등에 의하여 그 표면의 일부(66) 이상이 뿌옇게 되거나 오염되는 현상이 발생되어, 태양광 발전의 효율이 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 무거운 태양 전지판을 회전시키지 않고서도 태양의 방위와 고도 변화를 추적할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 다른 목적은 태양 전지판의 표면이 오염되는 것을 효과적으로 방지하여 유지 관리를 하지 않더라도 장시간동안 예정된 양의 전력을 생산할 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 본 발명은 태양으로부터 직접 태양 전지판에 조사되는 광량 이상의 전력을 생산하여 최소한의 비용으로 최대의 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 지붕의 아래에 설치된 태양 전지판과; 반사면을 구비한 반사체와, 상기 반사체를 회전 구동하는 회전 구동기를 구비하여, 태양으로부터의 태양광을 반사하여 광경로를 상기 태양 전지판으로 유도하는 광경로 변경유닛과; 상기 태양 전지판에 입사되는 태양광으로부터 전기를 저장하는 축전 유닛을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치를 제공한다.

이상에서 기재된 바와 같이, 본 발명은, 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 태양 전지판이 태양에 직접 노출되지 않는 지붕 아래에 설치되면서도, 태양의 방위와 고도 변경에 따라 반사체의 반사면으로 태양광의 경로를 태양 전지판으로 유도함으로써, 태양 전지판의 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있으면서, 동시에 일출 시로 부터 일몰 시까지 계속하여 태양광 발전을 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 태양 전지판이 가상의 수평선을 기준으로 하방을 향하도록 설치되어 태양 전지판의 표면에 이물질이 묻는 것을 최소화 할 수 있게 되어, 장기간 동안 청결한 표면 상태를 유지할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 상기 반사면을 오목 거울면으로 형성함으로써, 태양으로부터 수광된 에너지를 보다 많이 집적하여 태양 전지판으로 전달함으로써, 태양광 에너지의 발생량을 극대화 할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

이 때, 상기 반사면은 반사율이 93% 이상인 마그네슘 또는 은 소재로 형성됨으로써, 반사면에 의해 태양광이 태양 전지판으로 유도하는 동안에 광손실량을 최소화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 태양으로부터 조사되는 태양광을 다수의 반사면으로 하나의 태양 전지판으로 전달시킴으로써, 단위 태양 전지판에서 생산되는 전력 생산량을 극대화 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1는 종래의 태양 추적형 태양광 발전 장치의 구성을 도시한 도면
도2는 도1의 태양 전지판의 표면에 오물이 묻은 형상을 도시한 도면
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치의 구성을 도시한 도면
도4는 도3의 다른 실시 형태에 따른 구성을 도시한 평면도
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치의 구성을 도시한 도면
도6은 도5의 오목 거울의 빛의 반사 작용을 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치(100)를 상술한다. 다만, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제1실시예의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치(100)는 지붕(77)의 아래에 설치된 태양 전지판(110)과, 태양 전지판(110)을 지붕(77)의 아래에 고정하는 고정 프레임(120)과, 태양 전지판(110)에 의해 수광된 빛 에너지를 변환한 전기 에너지를 저장하는 축전 유닛(130)과, 태양(65)으로부터의 광경로를 반사면(141s)으로 반사하여 지붕(77) 아래에 설치된 태양 전지판(110)으로 유도하는 광경로 변경유닛(140)으로 구성된다.

상기 태양 전지판(110)은 지붕(77) 아래에 설치됨에 따라 기상의 악화에 따른 영향을 받지 않을 수 있으며, 가상의 수평면(88)에 대하여 하방(110d)을 향하여 경사각(θ)을 두고 설치됨에 따라, 그 표면에 이물질이 중력에 의해 쌓이는 것을 방지한다. 즉, 태양 전지판(110)의 표면에 정전기로 부착하는 약간의 먼지를 주기적으로 털어주기만 하면 간단히 높은 효율로 전력을 생산할 수 있는 상태를 장시간 동안 유지할 수 있다.

상기 고정 프레임(120)은 종래의 태양 추적형 태양광 발전 장치가 태양 전지판을 회전시키기 위하여 경량화를 위하여 재질이나 구조에 고가의 비용이 소요되는 문제를 야기하지 않으므로, 태양 전지판(110)을 견고하게 고정할 수 있도록 설치하면 충분하다.

상기 축전 유닛(130)은 종래에 사용되는 축전 시스템을 채용하여 태양 전지판(110)에서 생성되는 전기 에너지를 저장한다.

상기 광경로 변경유닛(140)은 반사율이 높은 소재로 반사면(141s)이 제작된 반사체(141)와, 반사체(141)를 회전 구동하는 회전 구동기(142)와, 회전 구동기(142)를 지지하는 지지대(143)로 구성된다.

여기서, 반사체(141)는 태양으로부터 복사되는 빛을 반사하여 태양 전지판(110)으로 전달하므로, 얇은 판 형상으로 가볍게 구성된다. 따라서, 회전 구동기(142)는 반사체(141)를 회전 구동하는데 있어서 적은 동력만을 필요로 하므로 훨씬 작은 크기와 용량으로 반사체(141)를 보다 정교하면서도 저렴하게 회전 구동할 수 있다.

회전 구동기(142)는 태양의 고도와 방위에 부합하도록 도면부호 141d로 표시된 방향으로 회전한다. 도면에는 간단히 표시하기 위하여 1축 방향으로 회전이 가능한 것만을 표시되었지만, 태양의 방위와 고도를 추적하여 2축 방향으로 회전될 수도 있다.

이를 위하여, 태양으로부터 전달되는 빛의 방향을 측정하는 센서(미도시)를 구비하여 그 센서로 감지된 태양의 고도와 방위에 부합하도록 회전 구동기(142)가 구동되거나, 태양의 고도 데이터를 입력해둔 프로그램에 따라 회전 구동기(142)가 구동되어, 도3에 도시된 바와 같이 반사면(141s)에 의해 반사된 광경로(92)가 항상 태양 전지판(110)에 도달하도록 한다.

반사체(141)의 반사면(141s)은 태양광의 반사에 의하여 광량이 감소되는 것을 최소화하기 위하여 반사율이 높은 마그네슘이나 은 소재로 제작되거나 코팅된다. 이를 통해, 반사면(141s)을 통하더라도 태양 전지판(110)에 도달하는 광량의 손실은 전체의 5%미만으로 조절할 수 있다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '지붕(70)'이라는 용어는 도면에 도시된 형상에 국한하지 않으며, 기상 변화에 의하여 빗물 등이 직접 낙하하지 못하도록 태양 전지판(110)의 상측을 막아둔 모든 형태를 포함한다. 따라서, 상기 지붕은 반사면(141s)을 통해 유도되는 광경로를 방해하지 않는 창이나 구멍이 형성된 실내 구조물도 모두 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치(100)는 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 전환시키는 태양 전지판이 태양에 직접 노출되지 않는 지붕 아래에 설치됨에도, 태양(65)의 방위와 고도 변경에 따라 반사체(141)의 반사면(141s)에 의해 태양광의 경로를 태양 전지판(110)으로 유도하여 항상 높은 발전 효율을 구현할 수 있으며, 동시에 태양 전지판의 표면이 새똥이나 빗물 및 눈 등에 의해 오염되는 것을 효과적으로 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 광경로 변경유닛(140)은 다수로 형성되어 도4에 도시된 바와 같이 태양 전지판(110)의 주변에 서로 다른 각도로 배열된다. 태양 전지판(110)의 주변에 배열된 각각의 광경로 변경 유닛(140)은 반사율이 높은 소재로 반사면(141s)이 제작된 반사체(141a, 141b, 141c: 141)와, 반사체(141a, 141b, 141c; 141)를 각각 회전 구동하는 회전 구동기(142)와, 회전 구동기(142)를 지지하는 지지대(143)로 구성된다.

도면에 도시되지 않았지만, 상기 각각의 반사체(141a, 141b, 141c; 141)는 각각의 회전 구동기에 의하여 회전 구동되며, 반사체(141a, 141b, 141c; 141)별로 광경로 변경유닛을 별개로 형성할 수 있다.

이에 따라, 태양 전지판(110)의 주변에 배열된 다수의 광경로 변경유닛(140)의 제1반사체(141a)와, 제2반사체(141b)와, 제3반사체(141c)는 각각 태양으로부터 입사되는 광경로(91a, 91b, 91c)에 대하여 서로 다른 각도로 배열되어, 이들의 반사면에서 각각 반사하여 도면부호 92a, 92b, 92c로 표시된 바와 같이 하나의 태양 전지판(110)을 향하도록 태양광을 유도한다. 이에 따라, 태양(65)으로부터 조사되는 태양광(91a, 91b, 91c)을 다수의 반사면으로 광경로를 변경시켜 하나의 태양 전지판으로 모이도록 함으로써, 단위 태양 전지판에서 생산되는 전력 생산량을 극대화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치(100')를 상술한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 태양 추적형 태양광 발전 장치(100')는 반사체(241)가 평면으로 형성되는 제1실시예의 반사면(141s)과 달리 오목면으로 반사면(241s)이 형성된다는 점에 차이가 있다.

반사면(241s)이 오목면 또는 오목 거울면으로 이루어짐에 따라, 태양(65)으로부터 입사된 태양광(91, 91', 91")을 보다 집적된 형태의 광경로를 변환하여 태양 전지판(110)으로 태양광을 전달할 수 있다. 즉, 오목 거울의 축에 평행하게 입사된 빛의 경로는 거울의 초점을 향하여 반사하는 성질을 가지고 있으므로, 태양 전지판(110)의 위치를 오목한 반사면(241s)의 초점(f)와 오목 거울의 곡률반경(R) 사이에 위치하거나 혹은 오목 거울과 초점사이에 위치시킴으로써, 도6에 도시된 바와 같이 반사면(241s)에 입사되는 태양광의 폭(L1)을 보다 집적시킨 작은 폭(L2)의 태양광(92)으로 태양 전지판(110)에 집중하여 전달하는 것이 가능해진다.

이를 통해, 반사면(241s)의 표면에서 태양광이 반사됨에 따라 대략 5%의 태양광 손실량을 보상할 수 있으며, 기상 조건 등에 무관하면서도 종래보다 많은 양의 전력을 생산할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

77: 지붕 91, 91', 91": 태양광 일조방향
92: 태양광 반사방향 110: 태양 전지판
120: 고정 프레임 130: 축전 유닛
140, 240: 광경로 변경유닛 141, 241: 반사체
141s, 241s: 반사면 142, 242: 회전 구동기

Claims (6)

1. 지붕의 아래에 설치된 태양 전지판과;
   반사면을 구비한 반사체와, 상기 반사체를 회전 구동하는 회전 구동기를 구비하여, 태양으로부터의 태양광을 반사하여 광경로를 상기 태양 전지판으로 유도하는 광경로 변경유닛과;
   상기 태양 전지판에 입사되는 태양광으로부터 전기를 저장하는 축전 유닛과;
   상기 태양광 발전장치는 태양으로부터 입사되는 광경로에 대하여 서로 다른 각도로 배열되어 태양으로부터의 태양광을 반사하여 광경로를 상기 태양 전지판으로 유도하는 2개 이상의 광경로 변경 유닛을
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 태양 전지판은 가상의 수평선을 기준으로 하방을 향하도록 설치된 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 반사면은 마그네슘, 은 소재로 형성되거나 거울면으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치.
   
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사면은 오목면으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 태양 전지판은 상기 반사면의 초점(f)과 상기 오목면의 곡률반경(R)의 사이에 위치하거나 상기 오목면과 상기 반사면의 초점(f)의 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 태양 추적형 태양광 발전장치.
6. 삭제

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