지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적 회전장치{The Installation of solar photovoltaic tracking system holding the rotating device}

본 발명은 농경지, 들판, 언덕 등의 지주(기둥)에 부설되는 솔라시스템(태양광을 집광하여 전기를 생산하는 그 발전기)의 구성요소 중 매일 변하는 태양의 방위각과 계절별로 달라지는 태양의 고도의 차이에 따라 최적의 위치를 추적할 수 있는 지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적 회전장치의 새로운 구조에 관한 것이다.

일반적으로 농경지, 들판, 언덕에는 일반적인 건축물이나 설비 등을 설치하기가 용이하지 못해 이런 사용빈도가 낮은 지형에 지주(기둥)에 태양광을 이용하여 전기를 생산한 다음 이를 농경지의 기계설치용 장비, 농가 전원 또는 가로등의 전원으로 사용되어 사용되는 경우가 많아 이에 대한 설치가 최근 들어 늘어나고 있다.

그리고 솔라 시스템 중에는 태양광 전지판 모듈이 매일 변하는 태양의 방위각(지구의 자전으로 인한 원인)과 계절별로 달라지는 태양의 고도(지구의 공전에 의한 원인)를 따라 실시간 움직(추적)여, 태양과 항상 정면으로 마주 보게 함으로써 최대의 집광효율 및 발전량을 기대할 수 있도록 하는 태양광 추적장치의 설치 또한, 점차 늘고 있는 실정에 있다.

하지만, 최근 적용되고 있는 솔라 시스템에 적용되고 있는 종래의 태양광 추적장치는, 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 사용과정에서 잦은 고장이 발생하여 수리에 따른 손실이 크고,

특히, 각 구성 간 유기적인 결합관계가 부자연스럽지 못하는 것은 물론 구동의 효율성 또한 크게 떨어져 정확한 태양광 추적 동작을 기대하기는 사실상 어려웠던 문제점이 있었다.

더군다나, 종래의 태양광 추적장치는 태양과 추적을 위해 태양광 전지 모듈이 탑재된 프레임을 미세한 등 각도로 실시간 2축 회전시, 정밀한 출력 값을 기대할 수 없기 때문에 집광효율에 어느 한계를 가질 수밖에 없고,

각 구성요소들 사이의 내구성과 강도 면에서 크게 취약한 구조임으로 수명이 오래가지 못하는 것은 물론 잦은 점검과 부품교체작업이 빈번하게 이루어질 수밖에 없었던 문제점까지 있다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 프레임 상에 설치된 태양광 전지 모듈을 태양과 항시 정면으로 대향 하여 집광효율이 극대화될 수 있도록 추적하는 동작시, X, Y 축의 정교한 출력값을 기반으로 보다 원활하고 정밀한 고효율 구동을 실현할 수 있는 것은 물론, 각 구성 요소간 유기적인 결합관계의 구조를 단순하면서도 견고하게 개선할 수 있는 구조로 인해 뛰어난 내구성과 장구한 수명까지 뒤받침 될 수 있는 새로운 지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적 회전장치에 관한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 구조의 간편화와 견고성을 유지하기 위해 태양광 추적 회전장치(3)는 수평바디(100)의 중심 저 면에 포스트(101)에 설치되어 회전작동되는 스핀들(105)을 구성하고, 그 외주 면에는 웜타입형 회전기어(106)가 서보모터(120)의 동력을 인가받아 회전작동되는 회전축봉(161)을 구비한 X축 구동수단(10)과, 그 스핀들(105) 상측에는 수직바디(200)가 구성되고, 상기 수직바디(200)의 중심에는 고정설치된 포스트(201)에 회전작동되는 스핀들(205)을 구성하며, 그 상·하 외주 면에는 웜타입형 회전기어(206)가 구성되고, 그 회전기어(206)과 맞물려 회전되는 서보모터(220)로 이루어진 Y축 구동수단(20)이 설치된 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적장치는 별도의 컨트롤 제어부에 입력된 프로그램에 따라 상기 X축 구동수단과 상기 Y축 구동수단에 포함된 각각의 서보모터를 정밀 구동하면, 각 수평바디, 수직바디에 설치된 태양광 전지 모듈이 바라보는 방향을 매일 변하는 태양의 방위각과 계절별로 달라지는 태양의 고도에 따라 정밀하게 제어할 수 있는 웜기어, 웜휠 형태의 구조로 인해 실시간 움직여도 그 내구성 및 정밀성을 유지할 수 있고, 특히 태양광 추적을 위한 회전장치 구동시, 그 주체인 상기 X축 구동수단과 상기 Y축 구동수단이 아주 간단하면서도 원활한 하고 정밀한 동작구조로 이루어져 있기 때문에 구동의 신뢰성 및 부가성 창출에 더욱 효과적인 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 상태를 나타낸 예시도
도 2는 본 발명의 태양광 솔라프레임에 태양광 추적 회전장치 결합실시 상태를 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시상태를 나타낸 예시도
도 4는 본 발명의 측면 실시 상태를 나타낸 예시도
도 5는 본 발명의 X축 구동수단의 바람직한 분해 조림예시도
도 6은 본 발명의 X축 구동수단의 단면 부분확대 예시도
도 7은 본 발명의 X축 구동수단의 측단면 부분확대 예시도
도 8은 본 발명의 Y축 구동수단의 분해 조립예시도
도 9는 본 발명의 Y축 구동수단의 측단면 부분확대 예시도
도 10은 본 발명의 Y축 구동수단의 단면 부분확대 예시도
도 11은 본 발명의 지지브라켓의 응용실시 상태를 나타낸 예시도
도 12는 본 발명의 지지브라켓의 또 다른 응용실시 상태를 나타낸 예시도

본 발명의 지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적 회전장치는 첨부된 각 도면에 의거보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

즉, 본 발명은 지주에 결합되는 설치용 결합수단(1); 태양광 전지 모듈이 탑재된 솔라프레임(2); 상기 설치용 결합수단(1)과 상기 솔라프레임(2) 사이에 설치되고 상기 솔라프레임(2)의 각도를 매일 변하는 태양의 방위각과 계절별로 달라지는 태양의 고도를 따라 움직이면서 실시간 조절(추적)될 수 있도록 하는 태양광 추적회전장치(3); 로 이루어지는 통상의 지주대 설치용 솔라 시스템에 있어서,

상기 태양광 추적 회전장치(3)는,

상기 설치용 결합수단(1)의 상측 결합되는 수평바디(100)가 구성되고,

상기 수평바디(100)의 중심 저 면에 고정설치되는 포스트(101)를 구성하며,

상기 포스트(101)의 외주면 일측에는 음각원형홈(102)을 구성하여 그 음각원형홈(102)에는 다수개의 선회륜베어링(103)이 끼워져 구성되고,

상기 선회륜베어링(103)의 외 측 외주면(103a)에 끼워져 회전되는 스핀들(105)을 구성하며,

상기 스핀들(105)의 외주면 일측 하단에는 웜타입형 회전기어(106)가 구성되고,

상기 웜타입형 회전기어(106)의 일측에는 수평바디(100)에 별도의 동력인가용 서보모터(120)가 고정설치되는 구동블럭(100a)을 구성하며,

상기 구동블럭(100a)에는 일측과 타측이 관통된 구동공간(100b)이 구성되고,

상기 구동공간(100b)의 양측에는 테이퍼베어링(121)(122)이 끼워져 고정결합되며,

상기 테이퍼베어링(121)의 외 측에는 베어링하우징(123)이 고정결합되되, 그 베어링우징(123)의 외 측에는 서보모터(120)가 구비된 모터브라켓(127)이 고정결합되고,

상기 테이퍼베어링(122)의 외 측에는 베어링하우징(124)이 고정결합되며,

상기 양측 테이퍼베어링(121)(122) 사이에는 서보모터(120)의 동력을 인가받아 회전작동되는 회전축봉(161)이 구성되고,

상기 회전축봉(161)의 중심 외주 면에는 상기 웜타입형 회전기어(106)와 맞물려 회전되는 웜휠(163)로 이루어진 X축 구동수단(10)과;

상기 X축 구동수단(10)의 스핀들(105) 상측에는 수직바디(200)가 구성되고,

상기 수직바디(200)의 중심 일측 저 면에 고정설치되는 포스트(201)를 구성하며,

상기 포스트(201)의 상, 하측 외주면 일측에는 음각원형홈(202)을 구성하여 그 음각원형홈(202)에는 다수개의 선회륜베어링(203)이 끼워져 구성되고,

상기 선회륜베어링(203)의 외 측 외주면(203a)에 끼워져 회전되는 스핀들(205)을 구성하며,

상기 스핀들(205)의 외 측에는 솔라프레임(2) 고정용 지지브라켓(288)을 구성하되, 그 스핀들(205)의 상·하 외주면 일측에는 웜타입형 회전기어(206)가 구성되고,

상기 웜타입형 회전기어(206)의 일측에는 수직바디(200)에 별도의 동력인가용 서보모터(220)가 고정설치되는 구동블럭(200a)을 구성하며,

상기 구동블럭(200a)에는 수평 방향으로 일측과 타측이 관통된 구동공간(200b)이 구성되고,

상기 구동공간(200b)의 양측에는 테이퍼베어링(221)(222)이 끼워져 고정결합되며,

상기 테이퍼베어링(221)의 외 측에는 베어링하우징(223)이 고정결합되되, 그 베어링하우징(223)의 외 측에는 서보모터(220)가 구비된 모터브라켓(227)이 고정결합되고,

상기 테이퍼베어링(222)의 외 측에는 베어링하우징(224)이 고정결합되며,

상기 양측 테이퍼베어링(221)(222) 사이에는 서보모터(220)의 동력을 인가받아 회전작동되는 회전축봉(261)이 구성되고,

상기 회전축봉(261)의 중심 외주 면에는 상기 웜타입형 회전기어(206)와 맞물려 회전되는 웜휠(263)로 이루어진 Y축 구동수단(20)이 설치된 구조인 것을 특징으로 한다.

상기 포스트(101)에는,

상기 스핀들(105)이 고정결합되어 회전작동될 때 내부 선회륜 베어링(103)의 오일이 하부로 누유되지 않도록 상기 스핀들(105)의 하부 저 면이 가압 되도록 형태가 유지는 오일 누유 방지 실링(190)이 구비되는 것이 바람직하고,

상기 수평바디(100)에는,

상기 스핀들(105)의 회전작동에 따라 외부로부터 먼지 또는 이물질 유입 및 내부 오일 외부 누유 방지용 실링(181)이 구비된 커버(180)가 고정설치될 수 있으며,

상기 포스트(201)에는,

상기 스핀들(205)이 고정결합되어 회전작동될 때 내부 선회륜 베어링(203)의 오일이 외부로 누유되지 않도록 상기 스핀들(205)의 하부 저 면이 가압되도록 형태가 유지는 오일 누유 방지 실링(290)이 구비될 수 있고,

상기 수직바디(200)에는,

상기 스핀들(205)의 회전작동에 따라 외부로부터 먼지 또는 이물질 유입 및 내부 오일 외부 누유 방지용 실링(281)이 구비된 커버(280)가 고정설치됨이 바람직하며,

상기 X축 구동수단(10)의 스핀들(105)은,

상기 지주에 결합되는 설치용 결합수단(1)의 상측에 설치된 수평바디(100)로부터 0°~ 360°로 회전될 수 있도록 구성됨이 바람직하고,

상기 구동수단(20)의 스핀들(205)은,

상기 수평바디(201)의 기준으로 -90°또는 270° 범위에서만 회전작동이 이루어지는 질 수 있으며,

상기 지지브라켓(288)은,

상기 솔라프레임(2)의 크기와 비중에 따라서 선택적으로 하나 이상의 지지브라켓(288-1) 양측으로 구성될 수도 있고,

상기 지지브라켓(288-1)은,

상기 지지브라켓(288)의 중심에는 베어링(291)이 구성되고,

상기 베어링(291)의 중심에서 부터 타측 수평바디(200)의 연결홈(210)에 축삽고정되는 지지축봉(292)을 구성하며,

상기 지지축봉(292)의 일측외주면에는 수직바디(200)와 고정결합되는 고정판(293)이 고정설치되고,

상기 고정판(293)의 내측에는 상기 지지축봉(292)과 맞물려 회전되는 베어링(294)를 구성하며,

상기 베어링(294)의 외측부에는 오일누유 방지용 실링(295)이 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명의 지주 설치용 솔라 시스템의 태양광 추적 회전장치를 설명하면 하기와 같다.

본 발명은 솔라시스템의 크기에 비례하여 작동에 아무런 제약이 따르지 않는 일정한 높이로 이루어진 지면, 언덕에 설치되는 지주(기둥) 형태로 설치되는 설치용 결합수단(1)을 구비한 상태에서 볼트 너트 체결방식의 통상적으로 고정결합할 수 있는 결합수단(미도 시)을 이용하여 고정결합될 수 있는 구멍이 일정한 형태로 구성되도록 한 다음,

일정한 크기의 태양광 묘듈이 결합되어 일정간격으로 배열된 상태의 태양광 전지 모듈이 탑재된 솔라프레임(2)을 구성한 다음 상기 솔라프레임(2)을 상·하 좌우 회전각도 범위 내에서 매일 변하는 태양의 방위각과 계절별로 달라지는 태양의 고도를 따라 움직이면서 실시간 조절(추적)될 수 있도록 하는 태양광 추적 회전장치가 설치되는데,

이때, 상기 태양광 추적 회전장치(3)는,

상기 설치용 결합수단(1)의 상측에 구성된 구멍에 볼트 또는 너트에 의해 고정결합되도록 설치할 수 있는 수평바디(100)를 구성하여 상기 결합수단(1)에 견고하게 고정되도록 작동되고,

상기 수평바디(100)의 중심 저 면에는 일정한 원형 형태의 공간을 형성하여 내부 부품이 삽설되어 외부로부터 보호와 더불어 지지대 연활을 수행할 수 있도록 하되, 그 내부에는 수평바디(100)과 견고하게 고정설치되는 포스트(101)를 구성하여 좌·우 회전에 따른 상부 측 솔라프레임(2)의 무게를 견고히 지탱할 수 있도록 하며,

상기 스핀들(105)의 회전작동에 따라 외부로부터 먼지 또는 이물질 유입 및 내부 오일 외부 누유 방지용 실링(181)이 구비된 커버(180)가 구비되어 상부로부터 유입되는 먼지 또는 이물질은 차단하고 내부 구리스 또는 윤활제가 외부로 유출되지 않도록 작동되고,

상기 포스트(101)의 외주면 상단 어느 일측에는 원형 형태로 음각원형홈(102)을 구성하여 그 음각원형홈(102)에 선회륜베어링(103)이 다수 개가 끼워져 회전장동에 따른 충격을 흡수하고 또한 부드럽게 회전작동이 이루어지도록 작동되며 상기 선회륜베어링(103)과 맞물려 회전될 수 있도록 하기 위해 외 측면과 맞닿아 회전될 때 외주면(103a)에 끼워져 회전되는 스핀들(105)을 구성되어 0°~ 360°로 쉽게 회전이 이루어질 수 있도록 작동하며,

게다가 상기 스핀들(105)이 고정결합되어 회전작동될 때 내부 선회륜 베어링(103)의 오일이 하부로 누유되지 않도록 상기 스핀들(105)의 하부 저 면이 가압되도록 형태가 유지는 오일 누유 방지 실링(190)이 구비되어 내부 구리스 등 윤활제를 하부로 흘러내림을 방지하여 일정한 양이 유지될 수 있도록 작동되고,

상기 스핀들(105)의 외주면 일측 하단에는 웜타입형 회전기어(106)가 구성되어 회전작동시에 웜휠(163)에 의해 정밀한 제어가 가능하여 미세한 솔라프레임(2)의 제어가 되도록 작동되며,

상기 웜휠(163)의 일측에 체결형태로 구성되는 서보모터(120)에 의해 상기 스핀들(105)의 회전작동이 이루어지도록 구성되고,

상기 구동블럭(100a)에는 일측과 타측에 구동공간(100b)이 구비되도록 관통되도록 하여 보다 효율적인 작업공정이 이루어질 수 있도록 작동되며,

상기 구동공간(100b)의 양측에는 테이퍼베어링(121)(122)이 끼워져 상기 스핀들(105)의 작동을 보다 효율적이면서도 견고하게 유지할 수 있도록 작동되고,

상기 테이퍼베어링(121)의 외 측에는 베어링하우징(123)이 고정결합된 상태에서 외부 서보모터(120)가 모터브라켓(127)에 의해 고정설치되어 작동에 따른 파손위험이나 견고성을 보장받을 수 있도록 작동되며,

상기 서보모터(120)의 동력을 인가받아 회전작동되는 회전축봉(161)에는 상기 웜타입형 회전기어(106)와 맞물려 회전되는 웜휠(163)을 구성하여 정밀한 회전작동이 이루어지도록 작동하고,

상기 X축 구동수단(10)의 스핀들(105) 상측에는 상기 수직바디(200)가 견고하게 고정결합될 수 있도록 볼트 또는 너트의 통상적인 체결방식으로 고정결합되도록 구성하여 견고한 작동이 이루어지도록 작동되며,

상기 수직바디(200)의 중심 일측 저 면에 구비된 포스트(201)의 일측에 구비된 음각원형홈(202)에 다수개의 선회륜베어링(203)이 끼워져 회전되도록 작동되고,

상기 스핀들(205)의 상부 외주 면으로는 회전작동에 따라 외부로부터 먼지 또는 이물질 유입 및 내부 오일 외부 누유 방지용 실링(281)이 구비된 커버(280)에 의해 이물질이 차단되도록 작동되고,

상기 선회륜베어링(203)의 끼워져 회전작동되는 스핀들(205)에 의해 Y축방향으로 수평바디(201)의 기준으로 -90°또는 270° 범위에서 회전작동이 이루어지도록 작동되며,

게다가 상기 스핀들(205)이 고정결합되어 회전작동될 때 내부 선회륜 베어링(203)의 오일이 외부로 누유되지 않도록 상기 스핀들(205)의 하부 저 면이 가압되도록 형태가 유지는 오일 누유 방지 실링(290)이 구비되어 내부 구리스 또는 윤활유가 외부로 배출되지 않도록 커버링하도록 작동되고,

상기 솔라프레임(2)의 일측에 고정용 지지브라켓(288)을 구성하여 그 일측에 솔라프레임(2)를 설치하여 회전작동시에 회전이 이루어지도록 작동되며,

상기 스핀들(205)의 상·하 외주면 일측에는 웜타입형 회전기어(206)는 상기 수직바디(200)에 동력인가용 서보모터(220)가 설치된 모터브라켓(227)이 구동블럭(200a)에 고정설치되어 원활한 작동이 이루어지도록 작동되고,

상기 구동블럭(200a)에는 수평으로 양측이 관통되어 일정한 공간이 형성된 구동공간(200b)에 테이퍼베어링(221)(222)이 양측으로 끼워져 그 사이에 끼워지는 회전축봉(261)의 양측을 힌지 고정되도록 결합하여 상기 서보모터(220)와 체결회전 되도록 작동되며,

상기 회전축봉(261)의 중심 외주 면에는 상기 웜타입형 회전기어(206)와 맞물려 회전되는 웜휠(263)에 의해 Y축 방향으로 회전작동되고,

상기 솔라프레임(2)의 크기와 비중에 따라서 선택적으로 하나 이상의 지지브라켓(288-1)을 구성하여 상기 지지브라켓(288)의 중심에 별도로 설치되는 환봉형태의 지지축봉(292)을 베어링 회전되도록 구성하여 상기 솔라프레임(2) 고정시에 견고하게 고정시킬 수 있도록 설치하며,

상기 수직바디(200)와 스핀들(205)의 내부에는 원활한 작동을 위한 베어링(291)(294)을 설치하여 보다 효율적인 작동이 이루어 지도록 작동하고,

상기 수직바디(200)의 외측에는 외부 이물질 유입 과 내부 오일유 누유 방지용 실링(295)를 작동되도록하여 외부환경에 보다 오랜작동수명을 보장받을 수 있도록 작동되는 것을 특징으로 한다.

1: 결합수단 2: 솔라프레임
3: 태양광 추적회전장치 10: X축 구동수단
20: Y축 구동수단 100: 수평바디
200: 수직바디 101,201: 포스트
102,202: 음각원형홈 103,203: 선회륜베어링
103a,203a: 외주면 105,205: 스핀들
106,206: 웜타입형 회전기어 120,220: 서보모터
100a,200a: 구동블럭 100b,200b: 구동공간
110: 연결홈 121,122,212,222: 테이퍼베어링
123,223: 베어링하우징 127,227: 모터브라켓
124,224: 베어링하우징 161,261: 회전축봉
163,263: 웜휠