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WO2010098611A2 - 태양광 채광 시스템 및 그의 구동 방법 - Google Patents

태양광 채광 시스템 및 그의 구동 방법 Download PDF

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WO2010098611A2
WO2010098611A2 PCT/KR2010/001218 KR2010001218W WO2010098611A2 WO 2010098611 A2 WO2010098611 A2 WO 2010098611A2 KR 2010001218 W KR2010001218 W KR 2010001218W WO 2010098611 A2 WO2010098611 A2 WO 2010098611A2
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WO
WIPO (PCT)
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reflection mirror
solar
axis
housing
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2010/001218
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English (en)
French (fr)
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WO2010098611A3 (ko
Inventor
신종구
김정태
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyung Hee University
HLB Co Ltd
Original Assignee
Kyung Hee University
HLB Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from KR1020090016710A external-priority patent/KR101047031B1/ko
Application filed by Kyung Hee University, HLB Co Ltd filed Critical Kyung Hee University
Publication of WO2010098611A2 publication Critical patent/WO2010098611A2/ko
Publication of WO2010098611A3 publication Critical patent/WO2010098611A3/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/79—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with spaced and opposed interacting reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the present invention relates to a solar light mining system for irradiating solar light using a reflection mirror on a building's lower floor where sunlight is not directly irradiated, and a driving method thereof, and more particularly, to angles of X, Y, Z and axes of a reflection mirror.
  • the solar tracking unit which allows more sun light to be irradiated into the shaded area and precisely tracks the position of sunlight, automatically adjusts the separation distance between the condenser lens and the position tracking sensor according to the illumination of the sunlight.
  • a distance adjusting means for adjusting having an infrared ray blocking member for preventing the temperature inside the housing rises above a certain temperature, and the solar light to adjust the housing in the virtual X, Y, Z direction A system and a method of driving the same.
  • the solar photovoltaic device is a natural energy utilization device that is expected to be introduced and expanded in the future as a device for preventing global warming, saving energy, and benefiting residents' health.
  • Patent Publication No. 2006-100954 "Solar reflecting device and method using a mirror installed on a building wall”
  • Patent No. 729721 "Natural light device” and the like.
  • the solar photovoltaic device includes a reflection mirror for reflecting the incident sunlight and an angle adjusting means for adjusting the angle of the reflection mirror to direct the light reflected from the reflection mirror to the shadow area to be irradiated. .
  • the prior art also includes such a component.
  • the problem is to increase the efficiency of solar photovoltaic devices by accurately measuring the current solar position and controlling the angle adjusting means more precisely.
  • the above patent discloses that the central computer measures the altitude and azimuth angle of the sun, and it is not known in detail by any means, and the registered patent also describes the control of the angle between the reflection mirror and the sunlight. .
  • Korean Patent Publication No. 2001-60471 discloses a solar tracking sensor using a photodiode.
  • the prior art 1 includes four photodiodes for tracking the azimuth and elevation angles of the yangyang, and compares the intensity of light incident on each photodiode to track the position of the sun (azimuth and elevation).
  • the prior art 1 has a problem that the tracking of the sun is not properly made when the sunlight is weak, such as morning and evening or cloudy days.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-62374 A solar tracking device using a lens
  • the position of the lens is arranged on the upper part of the housing to collect incident light and transmit the light to the photodiode so that the position of the sun can be tracked on a cloudy day.
  • the prior art 2 includes a risk that the solar position tracking may not be properly performed due to a malfunction or burnout of the sensor when the illumination is high at midday on a clear day.
  • the photodiode will be placed close to the focal length of the lens on a cloudy day to focus on the sun's position, so during the day when the sun is strong, more sunlight will be concentrated by the lens and incident on the photodiode.
  • the photodiode will concentrate more sunlight than necessary and the surface temperature will rise rapidly.
  • the photodiode When the surface temperature of the photodiode increases, the photodiode may malfunction, and in severe cases, it may be burned out and lose its function.
  • the photodiode should be placed close to the focal length of the lens on a cloudy day with little sunlight to increase the accuracy of the sun tracking and prevent the malfunction or malfunction.
  • the photodiode needs to stay away from the focal point of the lens for more sunlight than it needs to concentrate.
  • the prior art 2 is not equipped with such a means.
  • the prior art 2 lacks such a means.
  • the present invention has been made to solve the above problems, to provide a photovoltaic mining system to improve the solar light efficiency by adjusting the angle of the reflection mirror by accurately measuring the position of the sun on a clear day as well as cloudy days The purpose.
  • the first reflection mirror is installed inside the roof of the building, and reflects the incident sunlight; Angle adjusting means for adjusting the angle by rotating the first reflection mirror in X, Y, and Z axes, respectively; A second reflection mirror installed outside the roof of the building and reflecting sunlight incident from the first reflection mirror; A third reflection mirror installed at an elevated area adjacent to the building and reflecting sunlight incident from the second reflection mirror to a lower shaded area of the building; A solar tracking unit installed on one side of the angle adjusting means; And a controller configured to control the driving of the angle adjusting means by calculating a signal transmitted from the solar tracking unit.
  • the solar tracking unit the cylindrical housing; A condenser lens disposed in the upper opening of the housing; A position tracking sensor disposed in a lower opening of the housing and composed of a plurality of photocells for tracking the position of the sun from light incident through the condenser lens; An infrared ray blocking member provided between the condenser lens and the position tracking sensor to block infrared rays of incident light; And distance adjusting means for adjusting a separation distance between the condensing lens and the position tracking sensor.
  • the wing portion formed in a predetermined portion of the housing; And a bracket formed with an insertion hole into which the outer periphery of the housing is inserted and coupled to the wing portion, wherein the inner diameter of the insertion hole is longer than the outer diameter of the outer periphery of the housing and inserted into the insertion hole.
  • the housing is capable of adjusting the angle to the virtual X-axis and Y-axis and the length to the Z-axis in a certain range, and a plurality of radially arranged fixing members connect the wings to the brackets, and combine the wings
  • An elastic member is interposed between the housing and the peripheral edge of the housing between the bracket and the bracket.
  • the distance adjusting means one end of the lifting pin is fixed to the board mounted with the position tracking sensor; A motor for elevating the elevating pin; An illumination sensor for sensing illumination of incident sunlight; And a controller for driving the motor according to the illuminance received from the illuminance sensor.
  • the pedestal is fixed to the bottom surface; 'C' shaped frame is rotatably coupled to the Z axis on the top of the pedestal; And a horizontal bar rotatably coupled to an X axis at an upper end of the frame, wherein the first reflection mirror is rotatably coupled to a Y axis.
  • the pedestal is fixed by fixing the main fixing plate formed in the lower portion of the pedestal to a portion of the plurality of 'J' shaped anchor bolts embedded in concrete, one end is coupled to the top of the pedestal and the other end It is supported by a support rod coupled to the auxiliary fixing plate fixed to a portion of the anchor bolt, the support rod is rotatably coupled to the upper end of the pedestal and the auxiliary fixing plate, respectively, the length is adjustable.
  • the solar light transmitting a signal according to the intensity of sunlight incident on each of the plurality of photocells of the position tracking sensor of the solar tracking unit to the controller Incidence step;
  • a solar position calculation step of the controller comparing the signals according to the intensity of sunlight transmitted from each of the plurality of photocells and calculating information on the position of the sun;
  • a first reflection mirror angle adjustment step of allowing the light to be incident on the second reflection mirror.
  • the controller may further include a distance adjusting step of adjusting the distance between the condenser lens and the position tracking sensor by driving the motor according to the illuminance transmitted from the illuminance sensor before the incidence step.
  • the present invention by irradiating the sunlight to the shaded area of the lower part of the high-rise building which is not directly irradiated with sunlight, it is possible to secure the sunshine and prevent unnecessary energy consumption.
  • the light efficiency is high.
  • the solar tracking unit allows the position tracking sensor to be disposed close to the focal length of the condenser lens on a cloudy day when the sunlight is weak through the distance adjusting means, so that the sun can be accurately tracked by receiving more sunlight.
  • the location tracking sensor is placed at a certain distance from the focal length, so that more sunlight is incident than necessary and no malfunction or burnout due to the temperature rise occurs, resulting in better mining efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic installation state diagram of a solar light mining system according to the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of an angle adjusting means according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a part of a six-dimensional view of FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of FIG. 4,
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of a solar tracking unit controller
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of driving a solar light mining system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an installation state of a solar light mining system according to the present invention.
  • a first reflecting mirror is installed on an inner side (central portion) of a roof of a building and an outer roof (edge) of the building.
  • a second reflection mirror is installed, and a third reflection mirror is installed on the high ground adjacent to the building, and the light emitted by the sun is irradiated to the low-rise shaded zone of the building through the first, second, and third reflection mirrors.
  • the first, second, and third reflection mirrors may be angle-adjusted, respectively, and the first reflection mirror may automatically adjust angles of the X-axis, Y-axis, and Z-axis through the angle adjusting means and the solar tracking unit.
  • the angle adjusting means 100 rotates the reflecting mirrors R1, R2, and R3 (particularly the first reflecting mirror R1) on the X, Y, and Z axes, respectively, so that the position of the sun is changed over time. As a result, the light reflected from the reflection mirrors R1, R2, and R3 can be irradiated to the target shaded area even if the light is continuously changed.
  • Pedestal 110 is fixed to the bottom surface
  • '' 'shaped frame 120 is rotatably coupled to the Z axis on the top of the pedestal, and is rotatably coupled to the X axis on the top of the frame
  • the reflective mirror (R1, R2, R3) comprises a horizontal bar 130 is rotatably coupled to the Y side.
  • An angle adjusting means is essential for the first reflecting mirror, and an angle adjusting means is not essential for the second reflecting mirror and the third reflecting mirror, but an angle adjusting means is provided to more accurately and efficiently irradiate the sunlight into the shaded area. It is desirable to be.
  • One end of the support rod 113 is rotatably coupled to an upper portion of the pedestal 110, and a lower fixing plate 111 having a bolt hole into which a bolt is inserted is provided.
  • the support rod 113 is rotatably coupled to another auxiliary fixing plate 115, whose length is adjustable and the other end is fixed to the bottom concrete to support the pedestal 110.
  • the frame 120 is formed in a 'c' shape, the center of the horizontal portion is rotatably coupled to the Z axis by the first motor 141 to the upper end of the pedestal 110, the upper side of the vertical portion on both sides of the The horizontal bar is rotatably coupled to the X axis at the upper end by the second motor 142.
  • the reflection mirrors (R1, R2, R3) is rotatably coupled through the shaft pins 131, the third motor 143 is missing from one side from the center of the horizontal bar is the driving chain Rotate the reflection mirror to the Y axis through (144).
  • the angle adjusting means 100 is driven by the control unit (C).
  • the controller C receives the information on the position of the sun from the controller 70 of the solar tracking unit S and drives the first to third motors 141, 142, and 143 of the angle adjusting means 100, respectively. .
  • the light reflected from the first reflection mirror (R1) is incident to the second reflection mirror, and the solar tracking unit (S) to face the sun.
  • the control unit C stores information on the other reflection mirrors R2 and R3 and the shadow area, and is incident on the angle of the first reflection mirror R1 based on the information and information transmitted from the controller. It is preferable to control the motors of the angle adjusting means equipped with the second reflecting mirror and the third reflecting mirror so that the light is irradiated more accurately to the shaded area through the second and third reflecting mirrors.
  • FIG. 4 to 7 illustrate a solar tracking unit S for tracking the position of the sun and transmitting the tracked information to the controller
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the solar tracking unit S according to the present invention.
  • 5 is a perspective view without the controller
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 5
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of the controller.
  • Solar tracking unit (S) is not shown, it may be installed separately from the angle adjusting means 100, or may be installed on the pedestal 110 or the frame 120.
  • the solar tracking unit S has a cylindrical housing 10, a condenser lens 61 is disposed at an upper opening of the housing 10, and the housing 10.
  • a position tracking sensor 67 made up of a plurality of photocells is disposed in the lower opening of the housing, and a distance adjusting means for adjusting the separation distance between the condenser lens and the position marker sensor by raising and lowering the position marker sensor 67 inside the housing. It is provided.
  • the solar tracking unit (S) is built in the waterproof cover 90 so as not to come in contact with rainwater and the like to enhance durability.
  • the waterproof cover 90 includes a receiving member 91 in which the tandem light tracking unit S is accommodated, and a cap 96 covering an upper opening of the receiving member 91, and the receiving member 191 of the receiving member 191. Screw tabs 92 and 97 are engaged with the upper outer circumference and the lower inner circumference of the cap to be engaged with each other.
  • a plurality of fixing protrusions 93 radially protruding are formed on the upper end of the receiving member 91 to be seated in the fixing groove 33 formed at the edge of the bracket 30 of the solar tracking unit S mounted thereon.
  • the lower inner surface of the cap 96 is formed with a fixing piece 98 for contacting and pressing the upper edge of the bracket.
  • a plurality of bolt holes 94 are formed at the lower end of the receiving member to fix the receiving member using bolts, and the side of the receiving member penetrates a through hole 95 through which a cable electrically connecting the controller 70 to the controller. ) Is formed.
  • the condenser lens 61 condenses the light incident as the convex lens to focal light so that more light is incident on the position tracking sensor 67, so that the position tracking of the sun with less sunlight is possible, such as on a cloudy day. .
  • the position tracking sensor 67 is a sensor that outputs an electrical signal according to a change in the amount of incident sunlight (light intensity), and a photocell such as a photodiode is usually used. The size of the electromotive force output by the photocell depends on the intensity of the incident sunlight.
  • the position tracking sensor 67 is mounted on the board 69, and a plurality of pins are provided on the lower surface of the board for transmitting electrical signals of each photocell constituting the position tracking sensor 67 to the controller 70. 68 are provided.
  • the position tracking sensor 67 tracks the position of the sun by radially arranging a plurality of photocells.
  • the sun when comparing the electromotive force generated by two photocells arranged in the imaginary X-axis direction (left and right), that is, in the azimuth direction of the sun, if the values are different from each other, the sun is biased toward the smaller electromotive force.
  • the housing 10 is rotated in one direction of the X axis so that the electromotive force generated by the two photocells is driven by driving the motor.
  • the electromotive force generated by the two photocells arranged in the imaginary Y-axis direction (front and rear), that is, in the direction of the altitude angle of the sun, is compared and the housing 10 is rotated on the Y-axis so that the values are smaller.
  • the generated electromotive force is the same.
  • the electromotive force between photocells arranged parallel to the virtual X-axis direction among the plurality of photocells is compared with each other to track the azimuth angle of the sun, and the electromotive force between the photocells arranged parallel to the virtual Y-axis direction is mutually compared. By comparison, the sun's elevation is tracked.
  • the housing 10 will face the sun.
  • Distance adjusting means for adjusting the separation distance between the condenser lens 61 and the position tracking sensor 67 is a lifting pin (81), motor (82), illumination sensor (85), base (83), guide rod ( 84), including the controller 70.
  • One end of the elevating pin 81 is fixed to the board 69 on which the position detecting sensor 67 is mounted, and is moved up and down by the motor 82 to track the position mounted on the board 69.
  • the sensor 67 is moved up and down to adjust the distance between the condenser lens 61 and the position tracking sensor 67.
  • the illuminance sensor 85 receives sunlight and detects illuminance (intensity of sunlight), and transmits the sensed illuminance to the controller 70.
  • the illuminance detection sensor 85 is preferably installed to face the sun at all times to enable accurate illuminance detection, and for this purpose, the present invention is installed on the outer upper surface of the housing as shown.
  • the base 83 is disposed inside the housing 10 (more accurately, inside the insertion member 20), and the motor 82 is mounted on one surface of the housing 83.
  • the guide rod 84 serves to prevent the board 69 from tilting when the board 69 is raised and lowered. If the board 69 is tilted, the photocells of the position tracking sensor 67 do not see the sun in front, even if the housing 10 is in front of the sun. As a result, the intensity of sunlight incident on each of the photocells should be the same, but different, so that accurate solar position tracking is not possible.
  • a plurality of the guide rods 84 are radially arranged and coupled to the base and inserted into guide holes (not shown) drilled in the board 69, so that the board 69 is horizontal. Ascending and descending along the guide rod (84).
  • the controller 70 receives the illuminance sensed by the illuminance sensor 85 and rotates the motor forward or reverse according to the illuminance. A more detailed description of the controller 70 will be described later.
  • the position tracking sensor 67 is mounted on the upper portion of the insertion member 20, as shown in the drawing, the insertion member 20 is a structure that is screwed into the lower opening of the housing 10 Therefore, the user can arbitrarily adjust the distance between the condenser lens 61 and the position tracking sensor 67.
  • the washer member 25 is fitted to the outer periphery of the insertion member 20 so that the insertion member 20 is not inserted into the housing 10 more than a predetermined depth, the insertion member which is screwed to the housing 10 ( 20) is not easily separated.
  • One example of screwing the insertion member 20 and the housing 10, and after inserting the insertion member 20 in the housing 10 may be fixed to them by a bolt or the like.
  • the upper portion of the insertion member 20 is installed so that the position tracking sensor 67 is not exposed to the outside, the protective glass 65 for preventing the position tracking sensor 67 from being damaged by accidental impact is mounted. have.
  • an infrared ray blocking member 63 for blocking infrared rays is disposed inside the housing 10 between the condenser lens 61 and the position tracking sensor 67.
  • the infrared ray blocking member 63 reflects the infrared rays of the light incident through the condenser lens 61 and emits them to the outside through the condenser lens 61, so that the temperature inside the housing 10 rises rapidly and the position tracking sensor (67) prevents malfunction.
  • a support member 62 is interposed between the condenser lens 61 and the infrared ray blocking member 63 to support the condenser lens 61.
  • the bracket 30 for fixing the housing 10 has a screw hole 33 for fixing the bracket 30 on one side of the bracket 30 and the housing 10 on the other side.
  • the insertion hole 31 to be inserted is formed.
  • Three coupling holes 32 are radially arranged around the insertion hole 31 of the bracket 30, and wing portions 11 are formed at the outer periphery of the housing 10, and the blades are formed.
  • the coupling hole 12 is formed in the portion 11 at a position corresponding to the coupling hole 32.
  • a long rod-shaped fixing member is inserted into the coupling hole 32 and the coupling hole 12 to connect the bracket 30 and the housing 10.
  • the fixing member may be, for example, a bolt 41 having a predetermined length and a nut 42 tightening the bolt 41 as shown in the drawing.
  • the inner diameter of the insertion hole 31 is larger than the outer peripheral outer diameter of the housing 10.
  • the housing 10 is movable in the virtual Z-axis direction, and can be inclined to a certain range in the virtual X-axis and Y-axis directions.
  • a plurality of coil springs are interposed between the wing portion 11 and the bracket 30 as the elastic member 50 to prevent the housing 10 from swinging due to wind or external impact.
  • the inner diameter of the bracket 30 insertion hole 31 is larger than the outer diameter of the housing 10, the elastic member 50 is interposed between the wing portion 11 and the bracket 30, and the wing portion 11 and
  • the user can tighten or loosen each of the fixing members (i.e., adjust the length). Tilt adjustment to the X-axis and Y-axis of the housing 10, or position adjustment to the Z-axis is possible only by the operation. Therefore, even after the solar tracking device is fixed to a specific device, the user can easily adjust the housing 10 in the X, Y, and Z directions in a certain range.
  • C control unit
  • the amplifier 71 amplifies a signal (electromotive force or current) input from the photocell of each position tracking sensor 67.
  • the comparator 73 compares the magnitudes of the signals of the amplified photocells. As described above, the signal sizes between the virtual X-axis and the photocells arranged parallel to the virtual Y-axis are compared with each other.
  • the AD converter 75 converts the analog output signal of the comparator 73 into a digital signal.
  • the conversion into a digital signal is to prevent the motor from malfunctioning by distorting the signal due to noise flowing in the signal transmission process, and is particularly advantageous for long-distance transmission of the signal.
  • the microcomputer 77 has a signal input through the AD converter 75 and outputs a signal for solar tracking to the controller C.
  • the controller C receiving the signal of the microcomputer 77 rotates the angle adjusting means 90 in a specific direction so that the sunlight is continuously irradiated into the shaded area.
  • the microcomputer 77 or the controller C stores data in the tracking path according to the time of the last day, when the light is not incident on the position tracking sensor 67 or the incident light is too weak, accurate position tracking is impossible. It drives the angle adjusting means 90 in a specific direction with time by the stored data.
  • the microcomputer 77 receives the illuminance sensed by the illuminance sensor 85, and drives the motor 82 of the distance adjusting means according to the received illuminance, thereby providing the position tracking sensor 67 and the condenser lens. Adjust the separation distance of (61).
  • the controller drives the motor according to the illuminance transmitted from the illuminance sensor.
  • the incident step (S20) transmits a signal according to the intensity of sunlight incident to each of the plurality of photocells of the solar tracking unit position tracking sensor to the controller.
  • the controller compares signals according to the intensity of sunlight transmitted from each of the plurality of photocells, and calculates information on the position of the sun (ie, azimuth and altitude of the sun).
  • the control unit receives information about the position of the sun from the controller and controls each of the frame, the horizontal bar, and the first reflecting mirror of the angle adjusting means in the X-axis, Y-axis, and Z. It rotates about an axis so that the light reflected from the first reflection mirror is incident to the second reflection mirror.
  • the control unit drives the second and third angle adjusting means according to the angle of rotating the first reflecting mirror in the X-axis, Y-axis, and Z-axis to reflect the second and third reflections.
  • Each mirror is rotated on the X, Y, and Z axes to allow more sunlight to enter the shaded area.
  • the anchor bolts fastened to one fixing plate (111, 115) is preferably embedded in the concrete after being coupled to the position aligner. This is because the anchor bolts must be disposed at positions corresponding to the fixing holes of the fixing plates 111 and 115.
  • the pedestal 110 is arranged after the pedestal so that the end of the anchor bolt 116 is inserted into the fixing hole 112 of the main fixing plate 111 provided below the pedestal 110, the main fixing plate 111 therebetween.
  • the anchor bolt 116 and the nut 117 are fastened to fix the pedestal 110 to the concrete 118.
  • the fixing hole of the auxiliary fixing plate 115 is inserted into the end of the anchor bolt and then tightened with a nut to fix the auxiliary fixing plate 115, and one end of the supporting rod 113 is coupled to the upper portion of the pedestal 110 and the other end thereof. Is coupled to the auxiliary fixing plate 115, the support rod 113 is to stably support the pedestal (110).
  • Both ends of the support bar 113 are rotatably coupled to the upper end of the pedestal 110 and the auxiliary fixing plate 115, and the length thereof is adjustable, so that the anchor bolts should be built in the process of embedding the initial anchor bolt into the concrete. There is room in the location.

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Abstract

본 발명은 태양광 채광 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것으로서, 건물의 옥상 내측에 설치되고 입사되는 태양광을 반사시키는 제1 반사거울, 상기 제1 반사거울을 X축, Y축, Z축으로 각각 회전시켜 각도를 조절하는 각도 조절수단, 상기 건물 옥상 외측에 설치되고, 상기 제1 반사거울로부터 입사되는 태양광을 반사시키는 제2 반사거울, 상기 건물에 인접한 고지대에 설치되고, 상기 제2 반사거울로부터 입사되는 태양광을 상기 건물의 저층 음영지역으로 반사시키는 제3 반사거울, 상기 각도 조절수단의 일측에 설치되는 태양광 추적 유닛 및 상기 태양광 추적 유닛으로부터 전송되는 신호를 연산하여 상기 각도 조절 수단의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 의하면, 자연광인 태양빛이 직접 조사되지 않는 고층건물의 저층부인 음영영역에 태양빛을 조사함으로써, 일조권을 확보하고 불필요한 에너지의 소비를 막을 수 있으며, 태양광 추적유닛을 통해 태양의 위치를 정밀하게 추적하여 반사거울의 각도를 조절함으써, 채광 효율을 높일 수 있다.

Description

태양광 채광 시스템 및 그의 구동 방법
본 발명은 태양광이 직접 조사되지 않는 건물 저층에 반사거울을 이용하여 태양 빛을 조사하는 태양광 채광 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사거울의 X,Y,Z,축의 각도를 조절하여 보다 많은 태양 빛이 음영지역으로 조사될 수 있도록 하고, 태양광의 위치를 정밀하게 추적할 수 있게 하는 태양광 추적유닛은 집광렌즈와 위치추적센서의 이격 거리를 태양광의 조도에 따라 자동으로 조절하는 거리조절수단을 구비하고, 하우징 내부의 온도가 일정 온도 이상으로 상승되는 것을 방지하는 적외선차단부재를 구비하고, 하우징을 가상의 X,Y, Z축 방향으로 조절이 가능하게 한 태양광 채광 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
최근 도심에 고층건물이 들어서면서 상대적으로 저층이거나 북쪽에 위치한 건물들에는 태양광이 직접 조사되지 않는 음영영역이 증가하고 있다. 태양광이 직접 조사되지 않는 건물의 거주자는 일조량이 부족에 따른 햇볕 결핍 증후군과 같은 질환을 겪는 경우가 빈번히 일어나고 있고, 햇빛이 들어오지 않다 보니 대낮에도 형광등과 같은 조명기구로 사용함에 따라 불필요한 에너지의 소비가 일어나고 있다.
이러한 이유로 최근에는 일정시간 이상의 일조량을 확보하기 위한 노력으로 다양한 태양광 채광장치가 제안되고 있다.
이러한 태양광 채광장치는 지구온난화를 방지하고, 에너지를 절감시키고, 거주자의 건강을 이롭게 하는 장치로서 장래에 도입 및 확대가 크게 기대되는 자연에너지 활용장치이다.
태양광 채광 장치에 관한 종래기술로 공개특허 제2006-100954호 "건물 벽에 설치된 거울을 이용한 태양광 반사장치 및 방법", 등록특허 제729721호 "자연채광장치" 등이 있다.
태양광 채광장치는 입사되는 태양광을 반사시키는 반사거울과, 상기 반사거울의 각도를 조절하여 반사거울에서 반사되는 빛이 조사하고자하는 음영지역으로 향하도록 하는 각도조절수단이 기본적인 구성요소로 포함된다. 상기 종래기술들 역시 이러한 구성요소를 포함하고 있다.
문제는 현재의 태양위치를 정확히 측정하여 각도조절수단을 보다 정밀하게 제어함으로써 태양광 채광장치의 효율을 높이는 것이다. 상기 공개특허는 중앙컴퓨터가 태양의 고도각과 방위각을 측정한다고 기재되어 있을 뿐 구체적으로 어떠한 수단에 의해 측정하는지 알 수 없고, 상기 등록특허 역시 반사거울과 태양광이 이루는 각도를 제어한다고 기재되어 있을 뿐이다. 또한, 흐린 날과 같이 태양광이 미약한 경우에는 태양의 위치(고도각과 방위각)를 정확하게 측정할 수 있을지 의문이다.
그리고 태양광을 추적하는 태양광 추적유닛에 관한 종래기술1로 공개특허 제2001-60471호 "포토다이오드를 이용한 태양추적센서"가 개시되었다.
상기 종래기술1은 탱양의 방위각과 고도각을 추적하기 위한 4개의 포토다이오드를 구비하고, 각 포토다이오드에 입사되는 빛의 세기를 상호 비교하여 태양의 위치(방위각과 고도각)를 추적한다.
상기 종래기술1은 아침과 저녁이나 흐린날 등과 같이 태양광이 미약한 경우에 태양의 추적이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 공개특허 제2003-62374호 "렌즈를 이용한 태양광 추적장치"가 종래기술2로 제안되었다.
상기 렌즈를 이용한 태양광 추적장치는 하우징의 상부에 렌즈를 배치하여 입사되는 빛을 집광시켜 포토다이오드로 전송함으로써 흐린 날에도 태양 위치 추적이 가능하도록 하였다.
그러나 상기 종래기술2는 맑은 날 한낮에 조도가 높을 경우 센서의 오동작 및 소손으로 인해 태양 위치 추적이 제대로 행해지지 않을 위험을 내포하고 있다.
즉, 흐린 날에 태양 위치 추적에 초점을 맞추기에 포토다이오드는 렌즈의 초점거리에 근접되어 배치될 것이기에, 태양광이 강한 맑은 날 한낮에는 보다 많은 태양광이 렌즈에 의해 집중되어 포토다이오드로 입사될 것이고, 포토다이오드는 필요 이상으로 많은 태양광이 집중되어 그 표면온도가 급격히 상승하게 된다.
포토다이오드의 표면온도가 높아지면 포토다이오드는 오동작을 할 수 있고, 심할 경우 소손되어 기능을 상실하게 된다.
따라서 태양 위치 추적의 정밀도를 높이면서 오동작이나 기능상실이 발생되지 않도록, 태양광이 적은 흐린 날에는 포토다이오드를 렌즈의 초점거리에 근접하여 배치되도록 하여 태양광 추적의 정확도를 높이고, 태양광이 많은 맑은 날에는 포토다이오드가 렌즈의 초점에서 일정거리 벗어나 필요 이상으로 많은 태양광이 집중되어 입사되지 않도록 할 필요가 있다. 그러나 상기 종래기술2에는 이러한 수단이 구비되어 있지 않다.
렌즈를 이용하여 빛을 집광시킴으로써 포토다이오드에 보다 많은 빛이 집중되고, 특히 집중되는 빛 중 적외선은 포토다이오드의 표면온도를 급격히 상승시키게 된다. 그러면 포토다이오드는 온도상승에 의해 오동작을 하거나 소손될 가능성이 크다. 따라서 태양 위치 추적의 정밀도를 높이되, 포토다이오드가 오동작도는 것을 방지하기 위해 적외선을 차단과 렌즈와 포토다이오드의 이격 거리를 조도에 따라 조절할 필요가 있다. 그런데 상기 종래기술2는 이러한 수단이 결여되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 태양의 위치를 정확히 측정하여 반사거울의 각도를 조절함으로써 태양광 채광 효율을 높인 태양광 채광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 태양광의 세기(조도)에 따라 집광렌즈와 위치추적센서(포토다이오드)의 이격 거리를 자동 조절하여 태양 위치 추적의 정밀도를 높이면서 급격한 온도상승으로 인해 오동작을 하거나 소손(기능상실)이 발생되지 않는 탱양광 채광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 반사거울이 태양의 위치에 따라 X축, Y축, Z축으로 회전하여(즉, 3차원으로 회전하여) 태양과 채광 효율을 높인 태양광 채광 시스템 및 그의 구동방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 채광 시스템은, 건물의 옥상 내측에 설치되고, 입사되는 태양광을 반사시키는 제1 반사거울; 상기 제1 반사거울을 X축, Y축, Z축으로 각각 회전시켜 각도를 조절하는 각도 조절수단; 상기 건물 옥상 외측에 설치되고, 상기 제1 반사거울로부터 입사되는 태양광을 반사시키는 제2 반사거울; 상기 건물에 인접한 고지대에 설치되고, 상기 제2 반사거울로부터 입사되는 태양광을 상기 건물의 저층 음영지역으로 반사시키는 제3 반사거울; 상기 각도 조절수단의 일측에 설치되는 태양광 추적 유닛; 및 상기 태양광 추적 유닛으로부터 전송되는 신호를 연산하여 상기 각도 조절 수단의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양광 추적 유닛은, 원통형 하우징; 상기 하우징의 상부 개구부에 배치되는 집광렌즈; 상기 하우징의 하부 개구부에 배치되고, 상기 집광렌즈를 통해 입사되는 빛으로부터 태양의 위치를 추적하기 위한 다수의 포토셀로 구성된 위치추적센서; 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 사이에 구비되어 입사되는 빛의 적외선을 차단하는 적외선차단부재; 및 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서의 이격 거리를 조절하는 거리조절수단;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하우징의 소정 부위에 형성된 날개부; 및 상기 하우징의 외주연이 삽입되는 삽입공이 형성되고 상기 날개부와 결합되는 브라켓;을 더 포함하여 이루어지되, 상기 삽입공의 내경은 상기 하우징 외주연의 외경보다 길어, 상기 삽입공에 삽입된 상기 하우징은 일정범위에서 가상의 X축 및 Y축으로의 각도 조절과 Z축으로의 길이조절이 가능하고, 방사상으로 배치되는 다수의 고정부재가 상기 날개부와 상기 브라켓을 연결하여 결합시키고, 상기 날개부와 상기 브라켓 사이의 상기 하우징 위주연에는 탄성부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 거리조절수단은, 일단이 상기 위치추적센서가 실장되어 있는 보드에 결합 고정되어 있는 승하강핀; 상기 승하강핀을 승하강시키는 모터; 입사되는 태양광의 조도를 감지하는 조도감지센서; 및 상기 조도감지센서로부터 전송받은 조도에 따라 상기 모터를 구동시키는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 상기 각도조절수단은, 바닥면에 고정 설치되는 받침대; 상기 받침대 상단에 Z축으로 회전가능하게 결합되는 'ㄷ'자 형상의 프레임; 및 상기 프레임의 상단에 X축으로 회전가능하게 결합되며 상기 제1 반사거울이 Y축으로 회전가능하게 결합되는 수평바;를 포함한다.
또한, 상기 받침대는, 상기 받침대의 하부에 형성된 주 고정판을 콘크리트에 일부가 내장된 다수의 'J'자 형상의 앙카볼트의 일부에 고정함으로써 고정되고, 일단이 상기 받침대의 상부에 결합되고 타단이 상기 앙카볼트의 일부에 고정되는 보조 고정판에 결합되는 지지봉에 의해 지지되며, 상기 지지봉은 양단이 각각 받침대의 상부와 보조 고정판에 회전가능하게 결합되고, 길이 조정이 가능하다.
본 발명의 다른 일 측면으로서, 태양광 채광 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 태양광 추적유닛의 위치추적센서의 다수의 포토셀 각각에 입사되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 태양광 입사단계; 상기 컨트롤러가 상기 다수의 포토셀 각각으로부터 전송되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상호 비교하여 태양의 위치에 대한 정보를 연산하는 태양위치 연산단계; 및 상기 제어부가 상기 컨트롤러로부터 태양의 위치에 대한 정보를 전송받아 상기 각도조절수단의 프레임, 수평바 및 제1 반사거울 각각을 Z축, X축, Y축으로 회전시켜 상기 제1 반사거울에서 반사되는 빛이 상기 제2 반사거울로 입사되도록 하는 제1 반사거울 각도조절단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입사단계 이전에, 상기 컨트롤러가 상기 조도감지센서로부터 전송되는 조도에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 간의 거리를 조절하는 거리조절단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 자연광인 태양빛이 직접 조사되지 않는 고층건물의 저층부인 음영영역에 태양빛을 조사함으로써, 일조권을 확보하고 불필요한 에너지의 소비를 막을 수 있다.
또한, 태양광 추적유닛을 통해 태양의 위치를 정밀하게 추적하여 반사거울의 각도를 조절함으써, 채광 효율이 높다.
또한, 태양광 추적유닛은 거리조절수단을 통해 태양광이 약한 흐린 날에는 위치추적센서가 집광렌즈의 초점거리에 근접하여 배치되도록 하여 보다 많은 태양광을 입사 받아 정확한 태양 위치 추적이 가능하고, 태양광이 강한 맑은 날에는 위치추적센서가 초점거리에서 일정거리 벗어나 배치되도록 하여 필요 이상으로 많은 태양광이 입사되어 온도상승으로 인한 오동작이나 소손되는 일이 발생하지 않아 채광효율이 보다 뛰어나다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 채광 시스템의 개략적인 설치 상태도,
도 2는 본 발명에 따른 각도조절수단의 사시도,
도 3은 도 2의 육면도 중 일부를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 추적유닛의 단면도,
도 5는 도 4의 사시도,
도 6은 도 5의 분해사시도,
도 7은 태양광 추적유닛 컨트롤러의 개략적인 블록도,
도 8은 본 발명에 따른 태양광 채광 시스템의 구동방법에 대한 절차도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
우선, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 채광 시스템 및 구동방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 채광 시스템의 설치 상태도를 개략적으로 도시한 것으로써, 도면에서 보는 바와 건물 옥상의 내측(중앙 부분)에 제1반사거울이 설치되고, 동 건물의 옥상 외측(가장자리)에 제2반사거울이 설치되고, 동 건물에 인접한 고지대에 제3반사거울이 설치되어, 태양이 발하는 빛을 제1,2,3 반사거울을 통해 동 건물의 저층 음영지대에 조사한다.
그리고 상기 제1,2,3 반사거울은 각각 각도조절이 가능하고, 특히 제1반사거울은 각도조절수단과 태양광 추적유닛을 통해 자동으로 X축, Y축 및 Z축의 각도조절이 가능하다.
도 2 및 도3은 각도조절수단을 일례를 도시한 것이다.
상기 각도조절수단(100)은 상기 반사거울(R1,R2,R3)(특히 제1반사거울(R1))을 X축, Y축 및 Z축으로 각각 회전시켜, 태양의 위치가 시간의 경과에 따라 지속적으로 변경되더라도 반사거울(R1, R2, R3)에서 반사되는 빛이 목표로 하는 음영영역에 조사될 수 있도록 하기 위한 수단이다.
바닥면에 고정설치되는 받침대(110)와, 상기 받침대 상단에 Z축으로 회전가능하게 결합되는 'ㄷ'자 형상의 프레임(120)과, 상기 프레임의 상단에 X축으로 회전가능하게 결합되며, 상기 반사거울(R1,R2,R3)이 Y측으로 회전가능하게 결합되는 수평바(130)를 포함하여 이루어진다.
제1반사거울에는 각도조절수단이 필수적으로 필요하고, 제2반사거울과 제3반사거울에는 각도조절수단이 필수적인 것은 아니나 보다 정확하고 효율 좋게 태양광을 음영지역으로 조사하기 위해서 각도조절수단이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 받침대(110)의 상부에는 지지봉(113)의 일단이 회전가능하게 결합되고, 하단에는 볼트가 삽입되는 볼트공이 천공되어 있는 주 고정판(111)이 구비된다.
상기 지지봉(113)은 길이조절이 가능하고 타단이 바닥면 콘크리트에 고정되어 있는 또 다른 보조 고정판(115)에 회전가능하게 결합되어 상기 받침대(110)를 지지한다.
상기 프레임(120)은 'ㄷ'자 형상으로 이루어져 수평부 중앙이 상기 받침대(110)의 상단에 제1모터(141)에 의해 Z축으로 회전가능하게 결합되고, 양측의 수직부 상단 내측에는 상기 수평바가 제2모터(142)에 의해 상단에 X축으로 회전가능하게 결합된다.
상기 수평바(130) 중앙에는 상기 반사거울(R1,R2,R3)이 축핀(131)을 통해 회전가능하게 결합되고, 수평바 중앙에서 일측으로 벗어나 결하되어 있는 제3모터(143)가 구동체인(144)을 통해 반사거울을 Y축으로 회전시킨다.
상기 각도조절수단(100)은 제어부(C)에 의해 구동이 제어된다.
상기 제어부(C)는 상기 태양광 추적유닛(S)의 컨트롤러(70)로부터 태양의 위치에 대한 정보를 전송받아 상기 각도조절수단(100)의 제1 내지 제3 모터(141,142,143)를 각각 구동시킨다. 그리하여 제1반사거울(R1)에서 반사되는 빛이 제2반사거울로 입사되도록 하고, 태양광 추적유닛(S)은 태양을 정면으로 바라보도록 한다.
그리고 상기 제어부(C)는 다른 반사거울(R2,R3)과 음영지역에 대한 정보를 저장하고 있어, 이 정보와 컨트롤러에서 전송되는 정보를 바탕으로 제1반사거울(R1)의 각도에 따라 입사되는 빛이 제2, 제3 반사거울을 통해 빛이 보다 정확하게 음영지역으로 조사되도록 제2반사거울과 제3 반사거울이 장착된 각도조절수단의 모터들을 제어하는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 7은 태양의 위치를 추적하고, 추적된 정보를 제어부로 전송하는 태양광 추적유닛(S)을 도시한 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 태양광 추적유닛(S)의 단면도이고, 도 5는 컨트롤러가 제외된 사시도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시도이고, 도 7은 컨트롤러의 개략적인 블록도이다.
태양광 추적유닛(S)은 도시되어 있지 않으나, 각도조절수단(100)과 별도로 설치되거나, 상기 받침대(110) 또는 프레임(120) 상에 설치할 수도 있다.
도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 태양광 추적유닛(S)은 원통형의 하우징(10)이 있고, 상기 하우징(10)의 상부 개구부에는 집광렌즈(61)가 배치되고, 상기 하우징(10)의 하부 개구부에는 다수의 포토셀로 이루어진 위치추적센서(67)가 배치되고, 하우징 내측에는 상기 위치주적센서(67)를 승하강시켜 집광렌즈와 위치주적센서의 이격 거리를 조절하는 거리조절수단이 구비되어 있다.
그리고 태양광 추적유닛(S)은 방수커버(90)에 내장되어 빗물 등과 접촉되지 않도록 하여 내구성을 증진시키는 것이 바람직할 수 있다.
상기 방수커버(90)는 상기 탱양광추적유닛(S)이 수용되는 수용부재(91)와 상기 수용부재(91)의 상부 개구부를 덮는 캡(96)으로 이루어지고, 상기 수용부재(191)의 상부 외주연과 상기 캡의 하부 내주연에는 상호 맞물려 스크류 결합되는 나사탭(92,97)이 형성되어 있다.
그리고 상기 수용부재(91)의 상단에는 얹혀진 상기 태양광 추적유닛(S)의 브라켓(30) 테두리에 형성되어 있는 고정홈(33)에 안착되어 결합되는 고정돌기(93)가 방사상으로 다수 돌출 형성되어 있고, 상기 캡(96)의 하부 내면에는 상기 브라켓의 테두리 상부면에 접촉되어 눌러 고정시키는 고정편(98)이 형성되어 있다.
그리고 상기 수용부재의 하단에는 볼트 등을 이용하여 수용부재를 고정시키기 위한 볼트공(94)이 다수 형성되어 있고, 측면에는 컨트롤러(70)와 제어부를 전기적으로 연결하는 케이블이 관통되는 관통공(95)이 형성되어 있다.
상기 집광렌즈(61)는 볼록렌즈로서 입사되는 빛을 집광(FOCUS)시켜 보다 많은 빛이 위치추적센서(67)로 입사되도록 하여, 흐린 날과 같이 태양빛의 적은 태양의 위치추적이 가능하게 한다.
상기 위치추적센서(67)는 입사되는 태양광량(빛의 세기)의 변화에 따른 전기적 신호를 출력하는 센서로서, 보통 포토다이오드와 같은 포토셀이 사용된다. 상기 포토셀은 입사되는 태양광의 세기에 따라 출력하는 기전력의 크기가 달라진다. 상기 위치추적센서(67)는 보드(69)에 실장되고, 상기 보드의 하부면에는 위치추적센서(67)를 구성하는 각 포토셀의 전기적신호를 상기 컨트롤러(70)로 전송하기 위한 다수의 핀(68)들이 구비되어 있다.
위치추적센서(67)로서 다수의 포토셀을 방사상으로 배열함으로써 태양의 위치를 추적하게 된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 가상의 X축 방향(좌우측), 즉, 태양의 방위각 방향으로 배치되어 있는 두 포토셀이 발생시키는 기전력을 비교하여 그 값이 서로 다르면 태양은 기전력이 작은 쪽에 치우쳐 있는 것이므로, 모터를 구동시켜 두 포토셀이 발생시키는 기전력이 같아지도록 하우징(10)을 X축의 일방향으로 회전시킨다.
마찬가지로 가상의 Y축 방향(전후측), 즉, 태양의 고도각 방향으로 배치되어 있는 두 포토셀이 발생시키는 기전력을 비교하여 그 값이 작은 쪽으로 하우징(10)을 Y축상에서 회전시켜 두 포토셀이 발생시키는 기전력이 같도록 한다.
이와 같이 다수의 포토셀 중 가상의 X축 방향에 평행하게 배치되어 있는 포토셀 간의 기전력을 상호 비교하여 태양의 방위각을 추적하고, 가상의 Y축 방향에 평행하게 배치되어 있는 포토셀 간의 기전력을 상호 비교하여 태양의 고도각을 추적하게 된다.
일정범위의 오차 내에서 모든 포토셀의 기전력이 일치하면 하우징(10)은 태양을 정면으로 보고 있게 된다.
상기 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67)의 이격 거리를 조절하는 거리조절수단은 승하강핀(81), 모터(82), 조도감지센서(85), 베이스(83), 가이드봉(84), 컨트롤러(70)를 포함하여 이루어진다.
상기 승하강핀(81)은 일단이 상기 위치감지센서(67)가 실장되어 있는 보드(69)에 결합고정되고, 모터(82)에 의해 승하강되어 상기 보드(69)에 실장되어 있는 위치추적센서(67)를 승하강시켜 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67)의 거리를 조절한다.
상기 조도감지센서(85)는 태양광을 입사 받아 조도(태양광의 세기)를 감지하고, 감지한 조도를 컨트롤러(70)로 전송한다. 상기 조도감지센서(85)는 정확한 조도 감지가 가능하도록 항시 태양을 정면으로 바라보게 설치되는 것 바람직하고, 이를 위해 본 발명은 도면과 같이 하우징의 외측 상부면에 설치하였다.
그리고 베이스(83)는 상기 하우징(10)의 내측(보다 정확하게는 삽입부재(20)의 내측)에 배치되고, 그 일면에 상기 모터(82)가 장착된다.
상기 가이드봉(84)은 상기 보드(69)가 승하강 시 기울어지지 않도록 하는 역할을 한다. 보드(69)가 기울어지면 하우징(10)이 태양을 정면으로 보고 있더라도, 위치추적센서(67)의 포토셀들은 태양을 정면으로 보지 못하게 된다. 그럼으로써 포토셀들 각각에 입사되는 태양광의 세기는 동일해야함에도 다르게 되어 정확한 태양 위치 추적이 되지 못하게 된다.
상기 가이드봉(84)은 다수개가 상기 베이스에 방사상으로 배치되어 결합고정되고, 상기 보드(69)에 천공되어 있는 가이드공(미도시)에 삽입되어, 상기 보드(69)가 수평을 유지한 상태로 가이드봉(84)을 따라 승하강하게 한다.
상기 컨트롤러(70)는 상기 조도감지센서(85)가 감지한 조도를 입력받고, 그 조도에 따라 상기 모터를 정회전 또는 역회전킨다. 상기 컨트롤러(70)에 대한 보다 구체적인 설명은 후술한다.
상기 위치추적센서(67)는 도면에서 보는 바와 같이 삽입부재(20)의 상부에 장착되어 있고, 상기 삽입부재(20)는 상기 하우징(10)의 하부 개구부에 스크류식으로 삽입결합되는 구조로 되어 있어, 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67) 간의 거리를 사용자가 임의로 조절 가능하다.
그리고 상기 삽입부재(20) 외주연에는 와셔부재(25)가 끼워져 상기 삽입부재(20)가 하우징(10)에 일정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 하고, 하우징(10)에 스크류결합되어 있는 삽입부재(20)가 쉽게 분리되지 않도록 한다.
삽입부재(20)와 하우징(10)을 스크류식으로 결합시키는 하나의 예이고, 삽입부재(20)를 하우징(10)에 삽입한 후에 볼트 등으로 이들을 결합고정시킬 수도 있다.
그리고 상기 삽입부재(20)의 상부에는 위치추적센서(67)가 외부로 노출되지 않도록 하여, 우발적인 충격에 의해 위치추적센서(67)가 파손되는 것을 방지하기 위한 보호유리(65)가 장착되어 있다.
그리고 상기 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67) 사이의 하우징(10) 내측에는 적외선을 차단하는 적외선차단부재(63)가 배치된다.
상기 적외선차단부재(63)는 집광렌즈(61)를 통과하여 입사되는 빛의 적외선을 반사시켜 집광렌즈(61)를 통해 외부로 방출시킴으로써, 하우징(10) 내부의 온도가 급격히 상승하고 위치추적센서(67)가 오동작 되는 것을 방지한다.
도면에 도시된 바와 같이 집광렌즈(61)와 적외선차단부재(63) 사이에는 받침부재(62)가 개재되어 집광렌즈(61)를 받쳐준다.
하우징(10)을 고정설치하기 위한 브라켓(30)은 도면에서 보는 바와 같이, 브라켓(30)의 일측에는 브라켓(30)을 고정시키기 위한 나사공(33)이 형성되어 있고 타측에는 하우징(10)이 삽입되는 삽입공(31)이 형성되어 있다.
상기 브라켓(30)의 삽입공(31) 주변에는 방사상으로 배열되어 있는 3개의 결합공(32)이 형성되어 있고, 상기 하우징(10)의 외주연에는 날개부(11)가 형성되어 있고 상기 날개부(11)에는 상기 결합공(32)에 대응되는 위치에 결합홀(12)이 형성되어 있다.
그리고 상기 결합공(32)과 결합홀(12)에는 긴 막대 형상의 고정부재가 삽입되어 브라켓(30)과 하우징(10)을 연결시킨다. 상기 고정부재는 도면에 도시된 바와 같이 소정길이를 갖는 볼트(41)와 상기 볼트(41)를 조이는 너트(42)가 일례가 될 수 있다.
상기 삽입공(31)의 내경은 상기 하우징(10)의 외주연 외경 보다 더 크다. 그리하여 상기 하우징(10)은 가상의 Z축 방향을 이동가능하고, 가상의 X축 및 Y축 방향으로 일정범위 기울어질 수 있다.
그리고 상기 날개부(11)와 상기 브라켓(30) 사이에는 하우징(10)이 바람이나 외부충격에 의해 요동치지 않도록 하는 탄성부재(50)로서 다수개의 코일스프링이 개재되어 있다.
이와 같이 브라켓(30) 삽입공(31)의 내경이 하우징(10)의 외경보다 크고, 날개부(11)와 브라켓(30) 사이에 탄성부재(50)가 개재되고, 날개부(11)와 브라켓(30)을 연결하는 3개의 고정부재(41,42) 각각을 통해 날개부(11)와 브라켓(30)의 간격조절이 가능함으로써, 사용자는 고정부재 각각을 조이거나 푸는(즉, 길이조절) 작업만으로 하우징(10)의 X축과 Y축으로의 기울어짐 조절이나, Z축으로의 위치조절이 가능하다. 따라서 태양광 추적장치를 특정기기에 고정설치한 후에도 사용자는 간편하게 임의로 일정범위에서 하우징(10)을 X,Y,Z축 방향으로 조절이 가능하다.
도 7은 위치추적센서(67) 및 조도감지센서(85)로부터 신호를 입력받고, 입력되는 신호에 따라 거리조절수단의 모터(82)를 구동시키고, 각도조절수단(90)을 특정방향으로 회전시키는 제어부(C)부로 정보를 전송하는 컨트롤러(70)의 개략적인 블록도로서, 도면에서 보는 바와 같이 증폭부(71), 비교기(73), AD컨버터(75), 마이컴(77)을 포함하여 이루어진다.
상기 증폭부(71)는 위치추적센서(67) 각각의 포토셀에서 입력되는 신호(기전력 또는 전류)를 증폭시킨다.
상기 비교기(73)는 증폭된 포토셀들의 신호의 크기를 상호 비교한다. 전술한 바와 같이 가상의 X축과 가상의 Y축에 평행하게 배열되어 있는 포토셀간의 신호크기를 상호 비교한다.
상기 AD컨버터(75)는 상기 비교기(73)의 아날로그 출력신호를 디지털신호로 변환한다. 디지털신호로 변환하는 것은 신호의 전송과정에서 노이즈가 유입되어 신호가 왜곡되어 모터가 오동작하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 특히 신호의 장거리 전송에 유리하다.
상기 마이컴(77)은 상기 AD컨버터(75)를 통해 입력되는 신호를 가지고 태양광 추적을 위한 신호를 제어부(C)로 출력한다. 마이컴(77)의 신호를 전송받은 제어부(C)는 각도조절수단(90)을 특정방향으로 회전시켜 지속적으로 태양광이 음영지역으로 조사되도록 한다.
그리고 상기 마이컴(77) 또는 제어부(C)는 최근일의 시간에 따른 추적경로에 데이터를 저장함으로써, 위치추적센서(67)에 빛이 입사되지 않거나 입사되는 빛이 너무 미약하여 정확한 위치추적이 불가능한 경우에는 저장된 데이터에 의해 각도조절수단(90)을 시간에 따라 특정방향으로 구동시킨다.
또한, 상기 마이컴(77)은 상기 조도감지센서(85)가 감지한 조도를 입력받고, 입력받은 조도에 따라 상기 거리조절수단의 모터(82)를 구동시켜 상기 위치추적센서(67)와 집광렌즈(61)의 이격 거리를 조절한다.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 반사거울형 태양광 채광 시스템의 구동방법을 도시한 것으로서, 거리조절단계(S10)에서는 상기 컨트롤러가 상기 조도감지센서로부터 전송되는 조도에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 간의 거리를 조절하여 최적의 태양광이 집광렌즈를 통해 위치추적센서로 입사되도록 하고, 내부 온도가 적정 온도 이상으로 상승되지 않도록 한다.
상기 입사단계(S20)는 상기 태양광추적유닛 위치추적센서의 다수의 포토셀 각각이 입사되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상기 컨트롤러로 전송한다.
상기 연산단계(S30)에서는 상기 컨트롤러가 상기 다수의 포토셀 각각으로부터 전송되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상호 비교하여 태양의 위치(즉, 태양의 방위각과 고도)에 대한 정보를 연산한다.
상기 제1반사거울 각도조절단계(S40)에서는 상기 제어부가 상기 컨트롤러로부터 태양의 위치에 대한 정보를 전송받아 상기 각도조절수단의 프레임, 수평바, 제1 반사거울 각각을 X축, Y축, Z축으로 회전시켜 상기 제1 반사거울에서 반사되는 빛이 상기 제2 반사거울로 입사되도록 한다.
상기 태양광 채광단계(S50)에서는 상기 제어부는 상기 제1반사거울을 X축, Y축, Z축으로 회전시킨 각도에 따라 상기 제2, 제3 각도조절수단을 구동시켜 제2, 제3 반사거울 각각을 X축, Y축, Z축으로 회전시켜 보다 많은 태양광이 음영지역으로 입사되도록 한다.
본 발명에 따른 3차원 반사거울형 태양광 채광 시스템의 시공방법을 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 반죽상태의 콘크리트(118)를 각도조절수단의 받침대(110)가 설치될 지역에 타하고, 'J'자 형상의 앙카볼트(116)를 너트(117)가 체결되는 단부를 노출시킨 상태로 반죽상태의 콘크리트에 곳곳에 내장시킨 후에 반죽상태의 콘크리트를 양생시킨다.
이때, 하나의 고정판(111,115)에 체결되는 앙카볼트들은 위치정렬기에 결합된 후에 콘크리트에 내장되는 것이 바람직하다. 앙카볼트들이 고정판(111,115) 고정홀에 대응하는 위치에 배치되어야 하기 때문이다.
상기 받침대(110)는 받침대(110) 하부에 구비되어 있는 주 고정판(111)의 고정홀(112)에 앙카볼트(116)의 단부가 삽입되도록 받침대를 배치한 후에 주 고정판(111)을 사이에 두고 앙카볼트(116)와 너트(117)를 체결하여 받침대(110)를 콘크리트(118)에 고정시킨다.
이 후, 앙카볼트의 단부에 보조 고정판(115)의 고정홀을 삽입시킨 후에 너트로 조여 보조 고정판(115)을 고정시키고, 지지봉(113)의 일단은 상기 받침대(110)의 상부에 결합시키고 타단은 상기 보조 고정판(115)에 결합시켜 지지봉(113)이 받침대(110)를 안정적으로 지지하게 된다.
상기 지지봉(113)은 양단이 각각 받침대(110)의 상부와 보조 고정판(115)에 회전가능하게 결합되고 그 길이조절이 가능하여, 초기 앙카볼트를 콘크리트에 내장하는 과정에서 앙카볼트가 내장되어야 하는 위치에 여유가 있게 된다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 3차원 반사거울형 태양광 채광 시스템의 시공방법에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 건물의 옥상 내측에 설치되고, 입사되는 태양광을 반사시키는 제1 반사거울;
    상기 제1 반사거울을 X축, Y축, Z축으로 각각 회전시켜 각도를 조절하는 각도 조절수단;
    상기 건물 옥상 외측에 설치되고, 상기 제1 반사거울로부터 입사되는 태양광을 반사시키는 제2 반사거울;
    상기 건물에 인접한 고지대에 설치되고, 상기 제2 반사거울로부터 입사되는 태양광을 상기 건물의 저층 음영지역으로 반사시키는 제3 반사거울;
    상기 각도 조절수단의 일측에 설치되는 태양광 추적 유닛; 및
    상기 태양광 추적 유닛으로부터 전송되는 신호를 연산하여 상기 각도 조절 수단의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 태양광 추적 유닛은,
    원통형 하우징;
    상기 하우징의 상부 개구부에 배치되는 집광렌즈;
    상기 하우징의 하부 개구부에 배치되고, 상기 집광렌즈를 통해 입사되는 빛으로부터 태양의 위치를 추적하기 위한 다수의 포토셀로 구성된 위치추적센서;
    상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 사이에 구비되어 입사되는 빛의 적외선을 차단하는 적외선차단부재; 및
    상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서의 이격 거리를 조절하는 거리조절수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하우징의 소정 부위에 형성된 날개부; 및
    상기 하우징의 외주연이 삽입되는 삽입공이 형성되고 상기 날개부와 결합되는 브라켓;을 더 포함하여 이루어지되,
    상기 삽입공의 내경은 상기 하우징 외주연의 외경보다 길어, 상기 삽입공에 삽입된 상기 하우징은 일정범위에서 가상의 X축 및 Y축으로의 각도 조절과 Z축으로의 길이조절이 가능하고,
    방사상으로 배치되는 다수의 고정부재가 상기 날개부와 상기 브라켓을 연결하여 결합시키고, 상기 날개부와 상기 브라켓 사이의 상기 하우징 위주연에는 탄성부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 거리조절수단은,
    일단이 상기 위치추적센서가 실장되어 있는 보드에 결합 고정되어 있는 승하강핀;
    상기 승하강핀을 승하강시키는 모터;
    입사되는 태양광의 조도를 감지하는 조도감지센서; 및
    상기 조도감지센서로부터 전송받은 조도에 따라 상기 모터를 구동시키는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 각도조절수단은,
    바닥면에 고정 설치되는 받침대;
    상기 받침대 상단에 Z축으로 회전가능하게 결합되는 'ㄷ'자 형상의 프레임; 및
    상기 프레임의 상단에 X축으로 회전가능하게 결합되며 상기 제1 반사거울이 Y축으로 회전가능하게 결합되는 수평바;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 받침대는,
    상기 받침대의 하부에 형성된 주 고정판을 콘크리트에 일부가 내장된 다수의 'J'자 형상의 앙카볼트의 일부에 고정함으로써 고정되고,
    일단이 상기 받침대의 상부에 결합되고 타단이 상기 앙카볼트의 일부에 고정되는 보조 고정판에 결합되는 지지봉에 의해 지지되며,
    상기 지지봉은 양단이 각각 받침대의 상부와 보조 고정판에 회전가능하게 결합되고, 길이 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템.
  7. 제 5항의 태양광 채광 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
    태양광 추적유닛의 위치추적센서의 다수의 포토셀 각각에 입사되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상기 컨트롤러로 전송하는 태양광 입사단계;
    상기 컨트롤러가 상기 다수의 포토셀 각각으로부터 전송되는 태양광의 세기에 따른 신호를 상호 비교하여 태양의 위치에 대한 정보를 연산하는 태양위치 연산단계; 및
    상기 제어부가 상기 컨트롤러로부터 태양의 위치에 대한 정보를 전송받아 상기 각도조절수단의 프레임, 수평바 및 제1 반사거울 각각을 Z축, X축, Y축으로 회전시켜 상기 제1 반사거울에서 반사되는 빛이 상기 제2 반사거울로 입사되도록 하는 제1 반사거울 각도조절단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템의 구동방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 입사단계 이전에,
    상기 컨트롤러가 상기 조도감지센서로부터 전송되는 조도에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 간의 거리를 조절하는 거리조절단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 채광 시스템의 구동방법.
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