KR19990083947A - 태양전기를 이용한 태양광 수집장치 및 태양 자동추적장치 - Google Patents

Abstract

태양광을 조명으로 이용하고자 할 때의 이점은 전파장의 자연광을 그대로 이용할 수 있다는 점과 에너지를 절약할 수 있다는 점이다. 또 태양광을 수집함에 있어 포물경을 이용하는 것이 설비면과 효율에서 우수하다고 볼 수 있다. 하지만 포물경을 이용하여 광을 수집함에 있어 초점 부위에서 사선으로 모인 태양광을 그대로 광케이블에 입사시킬 때 발생하는 광의 손실과 초점 부위에 모아진 태양열로 인한 부품의 손실, 또 포물경을 태양의 고도에 맞춰 외부 에너지, 예를 들면 전기에너지를 동력원으로 하여 이동시켜줘야 한다는 점이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 태양전기를 이용한 태양광 수집장치 및 태양 자동추적장치를 제안하고자 한다. 태양광 수집장치는 포물경으로 태양광을 모으고 초점 부위에서 사선으로 들어오는 빛을 볼록렌즈로 수집하여 빛을 수직으로 광케이블에 입사시켜 태양광을 전달하는 방식이다. 자동 추적장치는 포물경에 수직막대를 설치하고 주변에 광전소자를 배치함으로써 수직막대의 그림자가 생기지 않는 지점을 CPU가 계산하여 상하, 수평 모터를 이용하여 자동으로 태양을 추적할 수 있도록 한다. 여기에 사용되는 모든 동력원은 포물경주위에 설치한 태양전지판에서 생산되는 전력을 이용하며 태양전지판은 포물경의 보호와 빛의 반사로 인한 불쾌감을 줄이기 위해 상하 180° 회전이 가능할 수도 있고 또 수평으로 움직이거나 고정될 수도 있다. 또 태양광이 모이는 포물경의 초점부위에는 높은 열이 발생하는데 이때 생긴 열은 부품의 열로 인한 손실을 초래할 수도 있으므로 이를 제거하기 위해 열전반도체 Heat Pump를 사용한다. 이 모든 것의 동력원은 역시 태양에너지를 이용하는 것이다.

본 방식으로 태양광을 수집하고 추적하면 추가적인 에너지의 공급이 없어도 자동으로 태양을 추적하고 태양광을 극대로 수집, 전달할 수 있으며 열로 인한 부품의 손실을 줄일 수 있다. 에너지 절약과 자연광의 이용을 동시에 추구할 수 있는 방식인 것이다.

Description

태양전기를 이용한 태양광 수집장치 및 태양 자동추적장치{.}

태양광을 직접 조명으로 이용하면 전파장의 빛을 이용할 수 있고 에너지 절약이 되므로 일반 실내 조명 및 농업, 의료용으로 그 활용 범위가 넓다. 물론 할로겐을 이용한 램프는 태양광과 유사한 파장을 낼 수 있지만 소비전력이 만만치 않아 곧바로 태양광을 이용하는 것이 가장 좋은 방법이다. 태양광을 수집하는 장치는 많지만 렌즈를 이용하는 것은 무게와 비용면에서 비효율적이다. 또 포물경을 이용하여 빛을 반사시키는 방법은 간단하고 효율적이기는 하나 반사된 빛으로 인한 불쾌감을 초래하고 직접 반사시킬 경우 주변 장애물에 방해를 받으며, 포물경의 초점에 모인 사선방향의 태양광을 직접 광케이블에 입사시키면 광의 손실이 발생한다. 또 포물경의 초점에 모인 태양광에 의한 열의 발생으로 부품의 손실을 입을 수 있다. 한편 태양광을 수집함에 있어 태양을 자동으로 추적하는 장치가 필요한데 이를 구동시키는 에너지가 외부 에너지, 예를 들면 발전소에서 생산된 외부 전력이라면 에너지 절약차원에서 모순된다.

포물경을 이용하여 반사시킨 태양광이 초점 부위에서 사선으로 수집될 때 이 태양광을 광케이블에 수직으로 입사시켜야 하며 초점 부위에서 발생한 열을 제거해 주어야 한다. 되도록이면 포물경에서 반사된 빛을 가려주어 불쾌감을 줄여 줘야 한다. 또 태양광 수집용 포물경을 태양 고도에 따라 움직여 주는 장치와 각 제어장치의 동력원을 태양에너지에서 찾아야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1을 설명하기 위한 개략 구성도

도 2는 도 1의 측면도.

도 3은 도 1의 채광부만을 나타낸 개략 정면도.

도 4는 태양광 수집부만을 나타낸 개략 사시도.

도 5는 태양광 수집용 포물경과 태양전지판을 나타낸 개략 사시도.

도 6의 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예 2를 설명하기 위한 개략 사시도 및 측면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예 3을 설명하기 위한 개략 사시도.

도면의 주요 부분의 설명

1 : 태양광 수집용 포물경 2 : 태양전지판

3 : 태양전지판 회전용 경첩 4 : 광케이블

5 : 수직 막대 6 : 광전소자

7 : 열전반도체 Heat pump 및 광케이블 외관

8 : 볼록렌즈

9 : 열전반도체 Heat pump 지지프레임 및 전선 연결용 암

10 : 전선 케이블 11 : 경첩 회전용 케이블

12 : 경첩 회전용 모터 13 : CPU 및 전원공급회로

14 : 밸런스용 웨이트 15 : 충전지용 전선

16 : 충전지 17 : 상하 회전용 모터

18 : 좌우 회전용 지지대 19 : 좌우 회전용 모터

20 : 태양광 수집용 포물경 지지 프레임 21 : 태양광 수집용 포물경 투명 덮개

22 : 태양광 수집용 포물경 지지대와 밸런스 웨이트 연결대

31 : 수평이동 태양전지판 32 : 태양광 추적장치

33 : 태양전지판 수평 이동대 34 : 수평이동 회전모터 및 전선연결자

51 : 원형 태양전지판

태양광을 태양광 수집용 포물경(1)에 반사시켜 초점에서 태양광을 모은 다음 볼록렌즈(8)를 통해 수집함으로써 사선으로 반사되어오는 햇빛을 수직으로 광케이블(7-b)에 입사시켜 효율적인 태양광 수집이 가능토록 하였다(도 4를 참조). 또한 초점에 모인 태양광의 높은 열로 인한 각종 부품의 변형을 줄이기 위해 열전반도체를 이용한 Heat pump(8)를 외관으로 설치하였다(도 4를 참조). 태양광 수집용 포물경(1)이 자동으로 태양을 추적할 수 있도록 하기 위해서 수직막대(5)를 태양광 수집용 포물경의 중양에 설치하고 그림자가 생기면 그 각도 및 그림자의 양을 가는 부채꼴로 나누어진 광전소자(6)가 검출하여 이를 CPU(13)가 계산하고, 그림자가 생긴 반대 방향으로 상하 회전용 모터(17)와 좌우 회전용 모터(19)를 이용하여 회전시킴으로써 그림자가 생기지 않는, 태양과 수직인 최적의 조건을 자동으로 찾아가도록 하였다.

CPU(13)와 태양광 수집용 포물경(1)을 움직이는 모터(17, 19)의 동력원은 태양광 수집용 포물경(1) 주위에 펼쳐진 태양전지판(2)에서 나오는 전력을 이용하도록 하였다. 태양전지판(2)은 낮동안에는 펼쳐져 있어서 전력을 생산할 수 있으며, 태양광이 너무 강할 경우 태양전지판에서 생산되는 전력과 광전소자에서 검출되는 태양빛을 CPU(13)에 입력하고 계산하여 태양광 수집용 포물경에서 반사되어 나오는 빛을 밖으로 빠져나오지 못하도록 태양전지판(2)을 오무려 줄 수도 있으므로 빛의 반사로 인한 불쾌감을 줄일 수 있고 적절한 광량 조절도 가능하다. 밤이나 유사시에는 태양 전지판(2)을 180°로 회전시켜 태양광 수집용 포물경(1)을 덮을 수 있는 덮개 역할을 할 수 있어 태양광 수집용 투명 덮개(21)와 함께 포물경을 일기현상과 먼지로부터 보호할 수 있다. 태양전지판(2)은 태양광 수집용 포물경(1)과 태양전지판 회전용 경첩(3)으로 연결되어 상하 회전이 가능하며 이 회전은 경첩 회전용 케이블(11)을 운동 전달자로 하여 경첩 회전용 모터(12)에 연결함으로써 180°회전이 가능토록 하였다(도 5를 참조). 경첩 회전용 모터(12) 역시 태양전지판 (2)에서 생산되는 전력을 이용하여 움직이게 된다. 태양전지판(2)에서 생산되는 전력의 남은 양은 충전지용전선(15)으로 충전지(16)와 연결해 전력을 비축해 두고 밤이나 유사시에 태양광 수집용 포물경(1)과 태양전지판(2)을 움직일 수 있도록 하였다. 태양광 수집용 포물경(1)과 태양전지판(2)의 무게를 분산시키기 위해 밸런스(14)를 달았으며 태양광 수집용 포물경(1)의 지지대(20)는 모두 4개로 하나는 태양광 수집용 포물경의 중심을, 나머지 3개는 120°각도로 벌어져 태양광 수집용 포물경(1)을 지지할 수 있도록 하였고 이들은 태양광 수집용 포물경 지지대와 밸런스 웨이트 연결대(22)에 연결하였다.

태양광이 모여진 광케이블(4)은 태양광 수집용 포물경 위로 뻗어 나오는데 열전도반도체 Heat pump(7)용 지지프레임 및 전선(9-a, 9-b) 연결용 암(9)의 수직방향으로 위치함으로써 태양광을 받아들일 때의 손실을 최소로 하였다. 또한 광전소자(6)에서 측정된 전기를 나르는 전선(9-a)은 파이프 형태로 만들어진 열전반도체 Heat Pump용 지지프레임 및 전선 연결용 암(9) 속을 지나가도록 해 놓았으며 열전반도체에 공급될 전선(9-b)도 이를 통하도록 하였다(도 4를 참조). 태양전지판(2)에서 생산되는 전력은 다시 전선 케이블(10)에 모아져 CPU 및 전원공급회로(13)로 연결되도록 하였다. 한편 태양광을 수집하는 포물경에 태양전지판을 다는 방법으로 다음과 같은 2가지를 더 제안하고자 한다. 실시예 2(도 6을 참조)는 태양광 수집용 포물경(1) 주위에 태양전지판 수평이동대(33)를 설치하고 그 위에 수평이동 태양전지판(31)을 올려 놓고 수평이동 회전 모터 및 전선 연결자(34)로 태양전지판(31)에서 발생하는 전력을 이용하여 수평으로 태양전지판을 이동시키면 밤과 유사시에는 태양광 수집용 포물경을 보호하고 낮동안에는 태양전기를 생산하며 태양광을 수집할 수 있도록 하였다. 또한 수평이동 태양전지판(31)은 광량을 조절할 수 있어 적절한 조명이 가능하다. 실시예 3(도 7을 참조)은 태양광 수집용 포물경(1) 주변에 원형 태양전지판(51)을 고정시켜 놓음으로써 소형으로 만들 경우 추가적인 설비 없이 태양전기를 생산하고 태양광을 수집할 수 있도록 한 것이다.

포물경을 이용하여 태양광을 수집하고 사선으로 모인 태양광을 볼록렌즈를 통해 수직으로 광케이블에 입사시킴으로써 효율적인 태양광 수집 전송이 가능하고, 초점 부위에 모인 태양광으로 인한 열의 발생을 열전 반도체 Heat pump가 제거해줌으로써 열에 의한 부품의 손실을 줄일 수 있고, 태양을 추적하는 장치를 구동시키는 동력원으로 포물경 둘레에 설치한 태양전지판에서 생산되는 전력을 바로 쓰거나 충전지에 비축하여 이용함으로써 에너지 절약의 효과를 얻을 수 있고, 이 태양전지판을 태양전력을 이용하여 오무리거나 이동시킴으로써 포물경에서 반사되어 나오는 빛으로 인한 불쾌감을 줄일 수 있고 광량조절도 가능하며 유사시에 포물경을 보호할 수 있다. 또 수직막대와 가는 부채꼴 모양의 광전소자를 원형으로 설치한 후 검지된 전력을 CPU로 계산하여 좌우회전용 모터와 상하회전용 모터를 이용하여 그림자가 생기지 않는 최적을 조건을 찾음으로써 간단하게 태양을 추적하여 자동으로 태양광을 받아들일 수 있다.

Claims (3)

1. 태양광 수집용 포물경(1)으로 태양광을 반사시켜 초점 부위에 사선으로 모인 빛을 다시 볼록렌즈(8)로 수직 방향의 빛으로 바꾸어 광케이블(4)에 입사시켜 수집하는 방법과 초점 부위에 모아진 태양광의 높은 열로 인한 제품의 변형을 막아주기 위해 열전반도체 Heat pump(7)를 이용하는 방법, 태양전지판(2)을 포물경에 설치하여 태양광 수집장치의 모든 동력원으로 이용하는 방법, 태양광 추적장치(32)를 설치하고 이를 이용하여 자동으로 태양을 추적하는 방법을 이용한 태양전기를 이용한 태양광 수집장치 및 태양 자동추적장치.
2. 제 1항에 있어 포물경에 설치된 태양 전지판(2)이 상하 180°회전이 가능하거나 수평이동이 가능하도록 하여 반사된 빛에 의한 불쾌감을 줄이고 광량을 조절할 수 있으며 태양광 수집용 포물경(1)을 보호할 수 있는 태양광 수집장치.
3. 제 1항에 있어 자동으로 태양을 추적하는 장치로 수직막대(5)와 가는 부채꼴 모양의 광전소자를 원형으로 설치함으로써 수직막대의 그림자를 광전소자가 검지하여 이를 온라인 상으로 CPU(13)에 연결해 계산하고 그림자가 생기지 않는 방향으로 좌우회전용 모터와 상하회전용 모터를 이용하여 태양광을 최적으로 받아 들일 수 있도록 한 태양 자동추적장치.