KR101149608B1

KR101149608B1 - 수면 부상식 태양광 발전시스템

Info

Publication number: KR101149608B1
Application number: KR1020100135357A
Authority: KR
Inventors: 최형철; 이남형; 김용열; 박희성; 김용호; 정종찬; 허윤영
Original assignee: 엘케이기초기술 주식회사; 한국수자원공사
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-05-29

Abstract

본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템은 태양 에너지를 수집하는 다수개의 집광장치와 육지에 설치되며, 송변전설비를 구비하는 적어도 하나 이상의 고정 구조물과 상기 집광장치들 간을 연결하고, 수면을 가로질러 상기 집광장치들을 상기 고정 구조물에 고정시키는 케이블과 발전시스템의 관리 및 유지를 위해 초음파센서, 근접센서 및 영상장비를 구비하고, 발전시스템 주변의 기상상태 감시를 위해 각종 센서를 구비하는 관측부와 상기 관측부로부터 검출된 정보에 기초하여, 발전시스템을 통제하는 통제부를 포함하여 구성된다.
본 발명은 수면에 태양광 집광장치 구성요소들이 바디 내부에 구비되기 때문에 외부로부터의 충격에 강하여 구성요소의 파손을 방지하는 효과가 있다. 또한, 물과의 접촉을 최소화하여 부식을 방지하는 효과가 있으며, 고정 케이블과 전기적 선이 일체형으로 구성되어 있어, 설치시 편리하며 많은 시간을 소요하지 않는 효과가 있다. 마지막으로 수면의 쓰레기들이 그물망에 걸려 집광장치들의 파손을 예방하며, 모여진 쓰레기를 쉽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

Description

수면 부상식 태양광 발전시스템{Float type Solar Energy Generating System}

본 발명은 태양광 발전 설비에 관한 것으로, 특히 수면을 활용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

최근 몇 년 전부터 과도한 화석연료 사용과 자원의 낭비로 인하여 지구온난화, 기상이변 등 환경오염의 심각성으로 인해 청정에너지를 연구하고 있다. 청정에너지에는 태양광(太陽光), 조력(潮力), 풍력(風力) 등이 있으며, 이 중 환경의 영향이 가장 적고 기술적 완성도가 높은 태양광 발전장치가 가장 활발히 개발 및 설치되고 있다. 그러나 우리나라의 면적의 65.2%가 산으로 구성되어 평지가 적기 때문에 대규모 태양광 발전소를 건설할 수가 없다. 그래서 육지보다 면적이 넓은 해수면 또는 대규모 댐의 수면에 태양광 발전 장치를 설치하고자 하고 있다.

이러한 예로 종래의 발명(등록번호10-0920760)으로부터 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 발명에 따른 수상설치용 집광장치의 설치상태를 나타낸 개략적인 측면구성도이다. 종래 발명을 도 1을 참조하여 설명하면, 저수지의 수면에 플로팅된 상태로 설치되며 저면 중앙에 고정용 닻(23)이 연결 설치되는 부상체(10)와 상기 부상체(10)와 연결되고 연결고리(22)를 갖는 로프(21)에 등간격으로 연결 설치되는 부이(20)와 상기 부이(20)와 부이(20) 사이에 배치되고 로프(21)의 연결고리(22)에 연결되며 상부에 집광을 위한 태양광모듈(40)이 설치되어 상기 태양광모듈(40)을 계절에 따른 태양의 일조 각도 및 시간에 따른 태양의 위치에 따라 태양광모듈(40)을 틸팅시켜 주기 위해 설치되는 경사조절구(30) 그리고 상기 태양광모듈(40)로부터 인출된 케이블(41)을 육상에 구비되는 축전지와 연결되며, 상기 경사조절구(30)는 상기 로프(21)의 안쪽에 평행하게 배치된 상태로 양측이 상기 로프(21)의 연결고리(22)에 고정되는 두 개의 하부튜브(32)와 상기 하부튜브(32)의 상부 양측에 직각방향으로 평행하게 배치된 상태로 안착 고정되는 두 개의 상부튜브(31)로 이루어짐으로써 상기 하부튜브(32) 및 상부튜브(31)가 계절에 따른 태양의 일조 각도 및 시간에 따른 태양의 위치에 따라 태양광모듈(40)의 경사각을 조절하고, 상기 태양광모듈(40)의 경사각 조절을 위한 독립적인 수축 및 팽창조절이 가능하도록 육상에 구비된 압축기와 각각의 공기호스(33)를 연결하여 수면에 태양광 집광장치를 설치할 수 있다.

위와 같이 종래의 발명은 수면에 설치하여 태양광모듈의 경사각을 조절할 수 있다. 그러나, 수면설치 및 경사각의 조절을 위한 구성요소들이 외부로 노출되어 태풍과 같은 자연재해에 의해 쉽게 파손될 수 있다. 또한 집중호우나 홍수로 인해 상류로부터 쓰레기들이 떠내려 왔을 때, 태양광 집광장치들이 파손 및 오작동을 일으킬 수 있으며, 떠내려온 쓰레기들로 인해 태양광 집광장치들이 서로 뒤 엉켜 수질 오염을 일으킨다.

그리고 종래의 발명은 상,하 튜브에 공기를 주입하기 위해 압축기와 연결된 공기호스가 필요하다 그러나 튜브 및 공기 호스는 동절기에는 물과 접촉시 쉽게 동파가 된다.

또한 구성요소들이 물과 지속적으로 접하여 부식이 빠르게 진행된다.

또한 다수개의 태양광 집광장치를 수면에 설치시 공기호스, 케이블, 로프를 각각 연결 설치하여야 함으로 설치시 많은 시간이 투자되며 설치방법 또한 복잡하다.

종래의 발명은 수면에 설치를 위한 장치들이 외부로 노출되어 자연재해에 쉽게 파손되는 문제가 발생하는 단점이 있다.

물과의 지속적인 접촉으로 구성요소들의 부식이 빠르게 진행되는 단점이 있다.

또한 동계시 튜브와 공기호스는 물과 접촉시 영하 이하에서는 쉽게 동파 되는 단점이 있다.

그리고 집중호우나 홍수 발생시 상류로부터 떠 내려오는 쓰레기들로 인한 태양광 집광장치의 파손 및 작동 오류에 대한 대책이 없는 문제점이 있다.

마지막으로 태양광 집광장치를 설치하기 위해 공기호스, 케이블, 로프 등 설치 방법이 복잡하며, 설치 시간 또한 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수면에서 부상하는 바디를 제작하여 내부공간에 태양광 모듈의 경사를 제어할 수 있는 제어부와 구동부를 구비하는 수면 부상식 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 태양광 집광장치들의 구성요소들이 내부공간에 위치함으로써 물과의 접촉을 최소한으로 하여 부식 정도를 최소화하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수면에 일정크기 이상의 부유물들을 감지할 수 있는 장치들을 구비하여 집광장치들과 뒤엉킴을 방지하고, 파손을 예방하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 바디에 케이블과의 연결수단을 제공하는 결합부와 전기선과의 접속단자를 제공하는 전기 접속부를 일체형으로 구비함으로써 설치시 케이블의 접속만으로 연결 및 고정을 함께함으로써 설치를 편리하게 하는 "수면 부상식 태양광 발전시스템"을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양 에너지를 수집하는 다수개의 집광장치와 송변전설비를 구비하는 적어도 하나 이상의 수면 부유 고정 구조물과 상기 집광장치들 간을 연결하고, 수면을 가로질러 상기 집광장치들을 상기 고정 구조물에 고정시키는 케이블과 발전시스템의 유지관리를 위해 발전시스템 주변에 기상상태 감시를 위한 초음파센서, 근접센서, 영상장비 등 각종 센서 및 계측장치를 구비하고, 상기 관측부로부터 검출된 정보에 기초하여, 발전시스템을 통제하는 통제부를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 집광장치는 수면에 부유가 가능하며, 내부공간을 가지는 바디부와 상기 바디부 상면에 위치하며, 태양광을 집광하는 태양전지 모듈과 상기 바디부 상면 일측에 위치하며, 태양광과 상기 태양전지 모듈간의 광입사각을 측정하는 센서부와 상기 바디부 간을 연결하며, 회전운동을 하여 상기 바디부의 방향을 변화시키는 와이어 결합부와 상기 바디부의 내부공간 하부에 위치하며, 상기 센서의 입사각 데이터에 기초하며 상기 태양전지 모듈이 최적의 광입사각을 갖도록 구동부를 제어하는 제어부와 상기 제어부 제어에 따라 상기 태양전지 모듈의 기울기를 조절하는 구동부를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 바디부는 좌우면 일측에 형성되며 상기 케이블과의 연결수단을 제공하는 결합부와 상기 결합부와 일체형으로서 상기 전기선과의 접속단자를 제공하는 전기 접속부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 바디부는 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 와 HDPE(High-Density Polyethylene) 중 어느 하나의 재질로 형성되며, 상기 바디부와 바디부 간에는 볼트 등의 조임을 통한 진동을 최소화하고 수위변화에 능동적으로 응동 할 수 있는 구조로 제작한다. 또한, 자외선에 바디부가 변질되지 않도록 모듈과 바디부간의 조화를 이루고 유속에 능동적으로 대응하는 형상으로 제작한다.

그리고 상기 구동부는 적어도 하나 이상의 모터와 상기 모터의 회전시 동작하며, 모터 축에 체결된 피니언기어와 상기 피니언기어와 맞물려 수직운동을 하며, 상기 태양광 모듈 하부에 체결되어 수직운동으로 경사각을 조절하는 랙기어를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 케이블은 다수개가 꼬임형태를 가지는 금속 와이어와 상기 다수의 집광장치에 수집된 태양 에너지를 상기 고정 구조물로 전달하는 전기선을 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 케이블은 수면에 떠다니는 부유물을 차단하는 그물망과 상기 그물망의 일측에 결속되며, 상기 그물망의 부상(浮上)을 방지하는 무게추를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 관측부는 상기 집광장치들 전방 일정면적에 떠다니는 부유물을 감시하며, 상기 집광장치들의 상태를 관찰하는 다수개의 카메라를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 상기 관측부는 상기 집광장치 주변의 기상 데이터를 수집하기 위해 온도센서, 습도센서, 풍향센서, 풍속센서, 일사량센서, 강우량센서, 강설량센서, 인장력 측정센서 중 적어도 어느 하나 이상 센서를 구비하는 기상관측장비를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 집광장치는 수면에 부유가 가능한 바디부와, 태양광을 집광하는 태양전지 모듈과, 상기 바디부 상에 설치되며, 상기 태양전지 모듈에 경사각을 제공하는 프레임을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 수면에 태양광 집광장치 구성요소들이 바디 내부에 구비되기 때문에 외부로부터의 충격에 강하여 구성요소의 파손을 방지하는 효과가 있다.

또한, 물과의 접촉을 최소화하여 부식을 방지하는 효과가 있다.

또한, 고정 케이블과 전기적 선이 일체형으로 구성되어 있어, 설치시 편리하며 많은 시간을 소요하지 않는 효과가 있다.

또한, 수면의 쓰레기들이 그물망에 걸려 집광장치들의 파손을 예방하며, 모여진 쓰레기를 쉽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 위험 발생시 태양광 집광장치 시스템을 통하여 상황에 따른 경보음을 발송함으로써, 신속하고 정확한 대응을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 수상설치용 집광장치의 설치 상태를 나타낸 측면구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템의 설치 상태를 나타낸 평면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 집광장치를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명 집광장치의 A-A'선 단면에 따른 내부구조도.
도 5은 본 발명에 따른 케이블의 단면도.
도 6는 본 발명에 따른 수면에 설치된 집광장치와 케이블에 설치된 안전표시등, 그물망 및 무게추를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템의 또 다른 설치 상태를 나타낸 평면 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 부유식 태양광 감시 시스템의 동작 흐름도.

본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템(100)에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템의 설치 상태를 나타낸 평면 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 케이블의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 수면에 설치된 집광장치와 케이블에 설치된 안전 표시등, 그물망, 무게추를 나타낸 예시도이다.

도2, 도5, 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양 에너지를 수집하는 다수개의 집광장치(200)와, 육지에 설치되며 송변전설비(미도시)를 구비하는 적어도 하나 이상의 고정 구조물(300)과, 상기 집광장치(200)들 간을 연결하고 수면(800)을 가로질러 상기 집광장치(200)들을 상기 고정 구조물(300)에 고정시키는 케이블(400)과, 발전시스템의 관리 및 유지를 위해 초음파센서, 근접센서 및 영상장비를 구비하고 발전시스템 주변의 기상상태 감시를 위해 각종 센서를 구비하는 관측부(500)와, 상기 관측부(500)로부터 검출된 정보에 기초하여 발전시스템을 통제하는 통제부(600)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 고정 구조물(300) 내부에 구비된 송변전설비(미도시)는 상기 다수개의 집광장치(200)들로부터 받은 전기를 통제부(600)의 통제에 따라 내륙으로 송전한다.

그리고 상기 케이블(400)은 다수개가 꼬임형태를 가지는 금속 와이어(410)와 상기 다수의 집광장치(200)에 수집된 태양 에너지를 상기 고정 구조물(300)로 전달하는 전력선(430)을 포함하여 구성된다.

와이어(410)가 꼬임형태를 갖는 이유는 집광장치(200)들과 고정 구조물(300)간에 연결시 인장력이 생기며, 수면(800)에서 설치되기 때문에 물의 흐름과 바람 때문에 인장력이 한 곳에 집중되기도 한다. 이런 이유로 인하여 최대한의 인장력을 견디기 위해 꼬임형태를 갖는다.

또한, 상기 케이블(400)은 수면(800)에 떠다니는 부유물을 차단하는 그물망(450)과 상기 그물망(450)의 일측에 결속되며, 상기 그물망의 부상(浮上)을 방지하는 무게추(451)를 포함하여 구성된다.

상기 그물망(450)은 집광장치(200) 전, 후방 또는 사면에 설치된 케이블(400)에 구비되며, 상기 그물망(450)의 하단에 무게추(451)를 결속하여 그물망(450)의 소정 길이만큼 물속으로 내려져 수면(800) 또는 물속에 떠다니는 부유물을 걸러내어 상기 집광장치(200)들을 보호한다.

또한 상기 케이블(400)은 안전 표시등(470)을 구비하여 야간 또는 안개가 많아 앞이 잘 보이지 않는 날씨에 안전표시등(470)을 점등하여 집광장치(200)의 위치를 주지시킴으로써 수면(800)을 이동중인 배들이 집광장치(200)로 접근하거나 접근에 의해 충돌하는 상황을 방지할 수 있다.

그리고 상기 관측부(500)는 상기 집광장치(200)들 전방 일정 면적에 떠다니는 부유물을 감시하며 상기 집광장치(200)들의 상태를 관찰하는 다수개의 카메라(510)를 포함하여 구성된다.

상기 카메라(510)는 야간에도 촬영이 가능하며, 적외선 및 초음파센서(근접센서)를 구비하여 집광장치(200) 전방의 일정면적을 항시 주시하여 일정크기 이상의 부유물이 접근하면 이를 감지하여 경고음을 발생시키고 그 감지신호를 통제부(600)로 전송한다.

또한, 상기 카메라(510)는 각기 쌍으로 전, 후방에 육지(700)에 설치되어 통제부(600)와 연결되어 있으며, 각각의 카메라(510)는 회전이 가능하여 쌍으로 이루어진 카메라(510)가 일정면적을 중복 감시함으로써, 감시의 사각지대가 없도록 한다.

예를 들어, 감지면적 대비 3% 부유물이 감지되었다면, 이는 통제부(600)에 전달되고, 통제부(600)는 1차 주의 경보음이 출력하고 1차 주의등을 점등한다. 그리고 6% 정도의 부유물이 감지되면, 2차 주의 경보음과 주의등을 작동시키고, 10%의 부유물이 감지되면 경고에 해당하는 경보음과 주의등을 작동시킨다.

상기의 경보음은 각각의 단계마다 다르며, 통제부(600)에 표시되는 주의등 또한 각각의 단계마다 다른 색깔을 가지게 된다.

도8은 본 발명에 따른 부유식 태양광 감시 시스템의 동작 흐름도이다.

본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 별도의 감시 시스템을 운용한다.

상기 관측부(500)는 상기 집광장치(200) 주변의 기상 데이터를 수집하기 위해 온도센서, 습도센서, 풍향센서, 풍속센서, 일사량센서, 강우량 센서, 강설량 센서, 인장력 측정센서 등 다수의 센서를 구비하는 센서 네트워킹과 상기 센서들의 센싱신호에 기초하여 경보 기능이 작동되는 감시 기능을 실현한다.

도8에 도시된 바와 같이, 관측부(500)는 상기 기상 관측 장비(520)를 구성하는 각 센서들을 제어하여 주기적으로 발전 시스템과 발전 시스템 주변의 기상 및 수면 상태를 감지하고 감지된 바에 따른 센싱신호를 생성한다.(S100) 그리고, 상기 생성된 센싱신호를 저장하고 하기 안전관리 테이블의 기준값과 비교한다. (S110)

상기 [표]에 나타난 바와 같이, 상기 케이블 인장력 측정 센서는 10분 간격 동안 측정된 케이블의 인장력이 평시 대비 1.3배인 것으로 감지되면 1차 주의신호를 생성하고, 1.5배인 경우에는 2차 주의신호를 생성하고, 1.8배인 경우에는 경고신호를 생성한다.

상기 풍속센서는 상기 [표]에 나타난 바와 같이, 1분 평균 풍속 10m/s인 바람이 10분간 3회 이상 발생시 1차 주의신호를 생성하고, 6회 이상인 경우 2차 주의신호를 생성하고, 9회 이상인 경우 경고신호를 생성한다. 또한, 순간 최대풍속 15m/s인 바람이 10분간 5회 이상 발생한 경우 1차 주의신호를 생성하고, 7회 이상인 경우 2차 주의신호를 생성하고, 9회 이상인 경우 경고신호를 생성하며, 1분 평균 풍속 25m/s인 바람이 10분간 1회 이상이어도 경고신호를 생성한다.

상기 파고센서는 상기 [표]에 나타난 바와 같이, 1m 파도가 10분간 1회 이상 발생한 경우 1차 주의신호를 생성하고, 2회 이상인 경우 2차 주의신호를 생성하고, 3회 이상인 경우 경고신호를 생성한다.

상기 강수량 센서는 수위변화를 체크하여 상기 [표]에 나타난 바와 같이, 10분당 0.5m의 수위 증가가 감지되면 1차 주의신호를 생성하고, 1.0m의 수위증가가 감지되면 2차 주의신호를 생성하고, 1.5m의 수위증가가 감지되면 경고신호를 생성한다.

또한, 상기 강우량 센서는 상기 [표]에 나타난 바와 같이, 시간당 강우량이 50mm/hr로 측정된 경우 1차 주의신호를 생성하고 65mm/hr로 측정된 경우 2차 주의신호를 생성하고, 80mm/hr로 측정된 경우 경고신호를 생성한다.

이상, 기술된 바와 같이 관측부(500)는 상기 생성된 센싱신호를 안전관리 테이블([표] 참조)의 기준값과 비교하고 센싱 정보가 기준값을 초과했는지 여부를 체크한다.(S120) 그리고 만일, 센싱 정보가 기준값을 초과한 경우 기준값 초과에 따른 해당 알람신호(예: 주의신호 OR 경고신호)를 생성하여 통제부(600)에 전달한다. (S130)

상기 통제부(600)는 각 센서들로부터, 기준값 초과에 따른 해당 알람신호(예: 주의신호 OR 경고신호)가 상기 관측부(500)로부터 수신되면 기 설정된 안전수칙에 따라 경보음(예: 주의 신호음 또는 경고 신호음)을 출력하여 관리자가 즉각 인지할 수 있도록 한다.

예를 들어, 통제부(600)는 각 센서들로부터 1차 주의신호가 2회 이상 수신된 경우 주의에 해당하는 경보음을 출력하고(S140~S150), 2차 주의신호가 2회 이상 수신된 경우 경고에 해당하는 경보음을 출력한다.(S160~S170) 각 센서들로부터 수신된 신호가 경고신호인 경우 통제부(600)는 즉각 경고에 해당하는 경보음을 출력하여 관리자가 해당 상황에 대처할 수 있도록 한다.

상기 [표]에 언급된 설정값들은 본 발명의 하나의 예시로서, 저수지의 지형적, 환경적 조건에따라 운영자에 의해 변경 가능한 것이다.

도3은 본 발명에 따른 집광장치를 나타낸 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 집광장치의 A-A'선 단면에 따른 내부 구조도이고, 도 7은 본 발명에 따른 수면 부상식 태양광 발전시스템의 또 다른 설치 상태를 나타낸 평면 구성도이다.

도3, 도4 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 집광장치(200)는, 수면(800)에 부유가 가능하며 내부공간을 가지는 바디부(210)와 상기 바디부(210) 상면에 위치하며 태양광을 집광하는 태양전지 모듈(220)과, 상기 바디부(210) 상면 일측에 위치하며 태양광과 상기 태양전지 모듈(220)간의 광입사각을 측정하는 센서부(230)와, 상기 바디부(210) 간을 연결하며 회전운동을 하여 상기 바디부(210)의 방향을 변화시키는 와이어 결합부(240)와, 상기 바디부(210)의 내부공간 하부에 위치하며 상기 센서(230)의 입사각 데이터에 기초하여 상기 태양전지 모듈(220)이 최적의 광입사각을 갖도록 구동부(250)를 제어하는 제어부(260)와, 상기 제어부(260)의 제어에 따라 상기 태양전지 모듈(220)의 기울기를 조절하는 구동부(250)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 바디부(210)는 좌우면 일측에 형성되며 상기 케이블(400)과의 연결수단을 제공하는 결합부(211)와, 상기 결합부(211)와 일체형으로서 상기 전력선(430)과의 접속단자를 제공하는 전기 접속부(213)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 바디부(210)는 FRP 와 HDPE 중 어느 하나의 재질로 형성되며 유속의 영향을 최소화하고, 상기 바디부(210)간의 능동적 연결구조를 가지며, 자외선에 상기 바디부(210)는 열화되지 않는 형상구조 및 수위변화에 능동적으로 대응한다.

그리고 그 형상은 배와 같은 형태를 가짐으로써 수면(800)에서 유속에 쉽게 대응하도록 하며, 하부에는 아치형태로 설계되고 그 내부에 중량물을 삽입하여 상기 바디부(210)가 수면(800)에 부상시 흔들림이 덜하고 중심 또한 안정적으로 설계한다.

그리고 상기 바디부(210) 양측면에는 충격완화장치(215)가 구비된다. 상기 충격완화장치(215)는 다수개의 연결부재(미도시)를 구비하고 있어 상기 집광장치(200)들을 설치 시 충격완화 장치(215)간 사이 빈틈이 없이 체결된다.

상기와 같이 빈틈없이 체결시 상기 집광장치(200)들은 하나의 장치같이 결속되어 바람 또는 파도에도 중량에 의하여 흔들림이 적고 내구력 또한 강해진다.

그리고 상기 와이어 결합부(240)는 내부에 풀링(미도시)을 구비하며, 상기 바디부(210)의 방향 조절을 위하여 와이어 길이를 조절시 상기 풀링(미도시)에 의하여 쉽게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 바디부(210)에 전달되는 물의 저항을 최소화하기 위해 도7에 도시된 바와 같이 상기 바디부(210)의 방향각을 조절할 수 있다. 본 발명은 상기 다수개의 연결부재(미도시) 중 첫 번째 바디부(210)의 첫 번째 연결부재(미도시)와 두 번째 바디부(210)의 두 번째 연결부재(미도시)를 결합하는 방식으로 바디부(210)의 방향각을 조정한다. 그리고 더 큰 각도 조정이 필요한 경우 첫 번째 바디부(210)의 첫 번째 연결부재(미도시)와 두 번째 바디부(210)의 세번째 연결부재(미도시)가 결합 되도록 한다.

그리고 상기 구동부(250)는 적어도 하나 이상의 모터(251)와 상기 모터(251)의 회전시 동작하며, 모터(251) 축에 체결된 피니언기어(253)와 상기 피니언기어(253)와 맞물려 수직운동을 하며, 상기 태양전지 모듈(220) 하부에 체결되어 수직운동으로 경사각을 조절하는 랙기어(255)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 모터(251)는 제어모듈(261)과 연결되어 1,2,3,4번의 순서(모터의 순서는 바디부 앞 부분부터 1번으로 시계방향으로 순서를 가진다.)를 가지며 제어모듈(261)의 명령에 따라 태양전지 모듈(220)의 경사각을 조절하기 위하여 각각 모터(251)는 회전방향과 회전수를 가지게 된다. 예를 들어 동남쪽 25°의 입사각을 형성하기 위해 1,4번 모터(251)는 상향으로 회전되고, 2,3번 모터(251)는 하향으로 회전되어 상기 태양전지 모듈(220)과 태양간의 최적의 광입사각을 가진다.

또한, 상기 피니언기어(253)와 랙기어(255)의 잇수를 작고 많게 할 경우 경사각의 조절을 더 섬세하게 할 수 있다.

그리고 상기 구동부(250)는 다른 방식의 구현도 가능하다. 모터(251) 대신 엑츄에이터(미도시)를 사용하는 방법이다. 엑츄에이터(미도시)의 종류는 공압식과, 유압식과, 전기식이 있다.

엑츄에이터(미도시)를 적용하는 경우, 상기 엑츄에이터(미도시) 끝 부분을 상기 태양전지 모듈(220) 하부에 연결하여 상기 모터(251)를 사용한 방법과 같이 태양전지 모듈(220)의 기울기를 조절할 수 있다.

그리고 상기 구동부(250)는 또 다른 방식의 구현도 가능하다. 모터(251)의 중심축이 세로방향으로 세워지도록 모터(251)를 설치하고, 외경에 수나사가 형성된 회전축을 상기 중심축과 체결한다. 다음으로, 태양광 모듈 하부에는 내경에 관용 테이퍼 나사가 형성된 지지축(미도시)이 설치되어 상기 회전축(미도시)과 연결된다.

즉, 모터(251) 동작 시, 상기 회전축(미도시)을 회전시키면 상기 회전축(미도시)은 상기 지지축(미도시) 내부에 회전하여 삽입되어 피치 간격과 모터(251) 회전수로 높낮이를 조절할 수 있다.

그리고 상기 제어부(260)는 제어모듈(261)이 구성되어 있다. 상기 제어모듈(261)은 센서부(230)의 정보를 연산 후 구동부(250)에 명령하는 역할을 한다.

마지막으로 상기 집광장치(200)는 수면에 부유가 가능한, 바디부(210)와 태양광을 집광하는 태양전지 모듈(220)과 상기 바디부(210) 상에 설치되며, 상기 태양전지 모듈(220)에 경사각 조절을 제공하는 프레임(미도시)을 포함하여 구성되어 작동할 수 있다.

즉, 상기 집광장치(200)의 구동부(250)를 제거하여도 사용이 가능하다. 상기 바디부(210) 상면에 태양과의 소정의 각도를 가지는 프레임(미도시)을 설치 후 상기 프레임(미도시)에 상기 태양전지 모듈(220)을 설치하여 사용 가능하다. 이와 같은 방법으로의 제작시 비용을 크게 절감할 수 있으며, 유지관리 또한 편리하다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 당해 기술분야에서 통산의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변경 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 수면 부상식 태양광 발전시스템 200 : 집광장치
210 : 바디부 211 : 결합부
213 : 전기 접속부 215 : 충격완화장치
220 : 태양전지 모듈 230 : 센서부
240 : 와이어 결합부 250 : 구동부
251 : 모터 253 : 피니언기어
255 : 랙기어 260 : 제어부
261 : 제어모듈 300 : 고정 구조물
400 : 케이블 410 : 와이어
430 : 전력선 450 : 그물망
451 : 무게추 470 : 안전표시등
500 : 관측부 510 : 카메라
520 : 기상관측장비 600 : 통제부
700 : 육지 800 : 수면

Claims

수면에 부유가 가능하며 내부공간을 가지는 바디부와, 상기 바디부 상면에 위치하며 태양광을 집광하는 태양전지 모듈과, 상기 바디부 상면 일측에 위치하며 태양광과 상기 태양전지 모듈간의 광입사각을 측정하는 센서부와, 상기 바디부 간을 연결하며 회전운동을 하여 상기 바디부의 방향을 변화시키는 와이어 결합부와, 상기 바디부의 내부공간 하부에 위치하며 상기 센서부의 입사각 데이터에 기초하며 상기 태양전지 모듈이 최적의 광입사각을 갖도록 구동부를 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 태양전지 모듈의 기울기를 조절하는 구동부를 포함하여 구성되며, 태양 에너지를 수집하는 다수개의 집광장치와;
육지에 설치되며, 송변전설비를 구비하는 적어도 하나 이상의 고정 구조물과;
상기 집광장치들 간을 연결하고, 수면을 가로질러 상기 집광장치들을 상기 고정 구조물에 고정시키는 케이블과;
발전시스템의 관리 및 유지를 위해 초음파센서, 근접센서 및 영상장비를 구비하고, 발전시스템 주변의 기상상태 감시를 위해 각종 센서를 구비하는 관측부와;
상기 관측부로부터 검출된 정보에 기초하여, 발전시스템을 통제하는 통제부를 포함하여 구성되며,
상기 바디부는
좌우면 일측에 형성되며 상기 케이블과의 연결수단을 제공하는 결합부와;
상기 결합부와 일체형으로서 전력선과의 접속단자를 제공하는 전기 접속부를 포함하여 구성되며,
상기 구동부는
적어도 하나 이상의 모터와;
상기 모터의 회전시 동작하며, 모터 축에 체결된 피니언기어와;
상기 피니언기어와 맞물려 수직운동을 하며, 상기 태양광 모듈 하부에 체결되어 수직운동으로 경사각을 조절하는 랙기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.
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제 1항에 있어서, 상기 바디부는
FRP 와 HDPE 중 어느 하나의 재질로 형성되며 유속의 영향을 최소화하고, 상기 바디부간의 능동적 연결구조를 가지며, 자외선에 상기 바디부는 열화되지 않는 형상구조 및 수위변화에 능동적으로 대응하는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.
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제 1항에 있어서, 상기 케이블은
다수개가 꼬임형태를 가지는 금속 와이어와;
상기 다수의 집광장치에 수집된 태양 에너지를 상기 고정 구조물로 전달하는 전력선을 포함되는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.
제 1항에 있어서, 상기 케이블은
수면에 떠다니는 부유물을 차단하는 그물망과;
상기 그물망의 일측에 결속되며, 상기 그물망의 부상(浮上)을 방지하는 무게추를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.
제 1항에 있어서, 상기 관측부는
상기 집광장치들 전방 일정면적에 떠다니는 부유물을 감시하며, 상기 집광장치들의 상태를 관찰하는 다수개의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.
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제 1항에 있어서, 상기 집광장치는
수면에 부유가 가능한, 바디부와;
태양광을 집광하는 태양전지 모듈과;
상기 바디부 상에 설치되며, 상기 태양전지 모듈에 경사각 조절을 제공하는 프레임을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수면 부상식 태양광 발전시스템.