KR101165741B1 - 수상 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양광을 집속하여 전력으로 변환하는 태양전지 모듈이 설치된 전지패널; 상기 전지패널의 하부에 설치되며, 유체, 고체를 포함하는 중량물이 저장되도록 격벽에 의해 상호 밀폐되는 다수 개의 중공블럭으로 구획된 적어도 3개의 서브프레임으로 구성되어 상기 전지패널이 수면 위로 노출되도록 부력을 제공하는 메인프레임; 수중바닥면에 고정되는 적어도 하나 이상의 지지대; 상기 서브프레임의 상부에 장착되며 상기 지지대에 연결되는 스트링(string)을 통하여 각 서브프레임에의 장력을 조절하는 장력조절부; 태양광의 방위각 변화를 분석하고, 분석된 데이터에 따라 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 자세를 변화시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 수상에 안정적인 자세를 유지하면서도 자세제어를 안정적으로 시킬 수 있고, 홀수 조절이 용이하여 작업용이성 확보 및 자연 재해에 따른 피해의 최소화를 담보할 수 있는 태양광 발전장치와, 수위변화에 능동적으로 대응이 가능한 태양광 발전장치가 제공된다.

Description

수상 태양광 발전장치{Floating Photovoltaic Power Generation System}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 모듈이 설치된 메인프레임이 수면 상에 설치되어 태양고도에 따라 메인프레임의 자세를 변경시키는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지상에 설치되는 태양광 발전소는 고정식이 최초로 제안되고, 태양광을 따라 이동가능한 단축식, 양축식 등이 차례로 제안되었다.

여기서, 단축식 및 양축식은 편평한 철근콘크리트 기반과 수직으로 연결된 기둥 상부에 설치된 전기 모터 또는 유압을 사용하여 축을 중심으로 태양전지가 장착된 구조물을 회전시키는 방법이 사용되고 있다.

그런데, 이 같은 지상에 설치되는 태양광 발전소는 태양전지를 고정시키는 구조물의 크기가 증가함에 따라 상기 구조물의 자세안정성을 위한 설치비용이 증가되는 문제점이 있었다.

한편, 수면상에 설치되는 태양광 발전소로서, 부력을 이용하여 수면에 설치되는 태양광 발전소가 제안되었다. 일본공개특허공보 소61-133673호에는, 도 1에 도시된 바와같이, 태양전지 모듈이 상부에 탑재된 부체본체와 부체본체의 양측에 배치되는 용기들 등으로 구성되어 태양고도에 따라 상기 용기들에 저장된 유체를 이동시켜 부체본체의 자세제어를 하는 기술이 개시되어 있다.

이 같은 구조로 설치되는 태양광 발전장치는, 태양전지 모듈이 설치되는 본체와 유체를 저장하는 용기들이 각각 구비됨으로써 전체적인 태양광 발전장치가 무거워져 자세제어가 어려운 문제점이 있었고, 제조비용이 상승하여 경제성을 확보하기에도 어려운 문제점이 있었다.

또한, 부체본체의 양측에 설치된 용기들의 위치가 수면의 상부 쪽에 위치함으로써 발전장치의 무게중심이 수면과 근접한 지점에 위치하게 되어 수면 상에 위치하는 부체본체가 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 강한 바람에 태양광 발전장치가 흔들릴 때(특히 태풍 등의 자연재해) 용기들 내부에 유체의 이동을 제한하는 수단이 없어 유체가 어느 한 방향으로 극단적으로 쏠리게 되어 전체 태양광 발전장치의 안정성 및 안정성을 담보하기에는 문제점이 있었다.

또한, 수면상에 설치되는 태양광 발전장치의 홀수(수중으로 잠기는 깊이) 조절기능이 없어 태양전지 모듈 및 부체본체 등의 수리 및 정비시에 작업자의 안정성 및 작업자의 작업용이성이 담보되지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지 모듈이 설치되는 메인프레임을 중공블럭으로 구획된 다수 개의 서브프레임으로 구성하여 상기 각 서브프레임의 상부와 수중바닥면의 지지대를 연결하는 스트링의 장력을 조절하여 메인프레임의 자세를 제어시킴으로써, 제조비용 절감을 통해 경제성 있고, 안정적으로 자세가 변경될 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.

또한, 각 서브프레임의 형상이 원호 형상으로 마련됨으로써 상호 체결된 서브프레임이 반구 형상으로 형성되어 수중에서 안정적인 자세를 유지할 수 있고, 재료비를 절감하여 경제성을 향상시키는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.

또한, 서브프레임의 상부와 수중바닥면의 지지대를 연결하는 스트링의 장력을 조절함으로써 메인프레임의 홀수 조절이 용이하여 정비 및 수리시 작업자의 작업안전성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.

또한, 수위 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 태양광을 집속하여 전력으로 변환하는 태양전지 모듈이 설치되고 구형상 메인프레임의 일부 절단면 상부에 설치되는 전지패널;상기 전지패널을 수면 위로 노출되도록 부력을 제공하는 적어도 3개의 서브프레임으로 구성된 메인프레임; 각 서브프레임은 원호 형상으로서 하단은 서로 결합되고, 상단은 구의 일부 절단면을 형성하여 상기 메인프레임이 형성되고, 복수의 중공블럭으로 구획되고 격벽에 의하여 상호 밀폐되어, 유체 또는 고체를 포함하는 중량물이 저장되는 서브프레임; 수중바닥면에 고정되는 적어도 하나 이상의 지지대; 상기 서브프레임의 상부에 장착되며 상기 지지대에 연결되는 스트링을 통하여 각 서브프레임에의 장력을 조절하는 장력조절부; 태양광의 방위각 변화를 분석하고, 분석된 데이터에 따라 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 자세를 변화시키는 제어부;를 포함하는 태양광 발전장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 서브프레임의 일 측은 상기 전지패널에 상호 이격되도록 배치되어 결합되고, 타 측은 다른 서브프레임들의 타 측과 상호 결합될 수 있다.

또한, 상기 서브프레임은 원호 형상으로 마련되는 것이 재료비 절감측면에서 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 메인프레임의 x축과 y축의 기울기를 각각 센싱하는 기울기센서와, 상기 메인프레임의 동서남북 방위를 센싱하는 나침반센서와, 태양광의 방위각 변화를 분석하고, 분석된 데이터에 따라 상기 태양광과 상기 태양전지 모듈이 수직이 되도록 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 자세를 변화시키는 제어유닛을 포함한다.

본 발명에 따르면, 태양전지 모듈이 설치되는 메인프레임을 중공블럭으로 구획된 다수 개의 서브프레임으로 구성하여 상기 각 서브프레임의 상부와 수중바닥면의 지지대를 연결하는 스트링의 장력을 조절하여 메인프레임의 자세를 제어시킴으로써, 제조비용 절감을 통해 경제성 있고, 안정적으로 자세가 변경될 수 있는 태양광 발전장치를 제공된다.

또한, 각 서브프레임의 형상이 원호 형상으로 마련됨으로써 상호 체결된 서브프레임이 반구 형상으로 형성되어 수중에서 안정적인 자세를 유지할 수 있는 태양광 발전장치가 제공된다.

또한, 서브프레임의 상부와 수중바닥면의 지지대를 연결하는 스트링의 장력을 조절함으로써 메인프레임의 홀수 조절이 용이하여 정비 및 수리시 작업자의 작업안전성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공된다.

수위 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 태양광 발전장치를 제공된다.

도 1은 종래 태양광 발전장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 주요부 참고도,
도 4는 도 3의 제어부의 상세도,
도 5 내지 도 7은 도 2의 태양광 발전장치의 작동상태도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 작동상태 참고도,
도 9는 본 발명의 일실시예의 변형예에 따른 태양광 발전장치의 메인프레임의 개략도이다.

설명에 앞서, 다양한 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치(1)는 전지패널(10), 메인프레임(20), 장력조절부(30), 지지대(50) 및 제어부(40)를 적어도 포함하여 구성된다.

상기 전지패널(10)은 태양광을 집속하여 전력으로 변환하는 다수 개의 태양전지 모듈(s)이 설치되는 패널로서, 후술할 메인프레임(20)의 상부에 결합된다. 여기서, 상기 전지패널(10)은 격자형 프레임으로 마련될 수도 있다.

한편, 태양전지 모듈(s)은 전지패널(10)에 누운 형태 즉, 전지패널(10)과 평행한 형태로 설치되는 것이 태양전지 설치면적을 극대화시켜 경제적이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 주요부 참고도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 메인프레임(20)은 대략적으로 원호 형상으로 마련된 제1서브프레임(21), 제2서브프레임(22), 제3서브프레임(23), 제4서브프레임(24)의 4개의 서브프레임으로 구성되어 전지패널(10)의 하부에 상호 이격되어 결합된다.

이때, 각 서브프레임은 직선 또는 일부 곡선을 포함하도록 형성될 수 있으나, 수상에 발생되는 외력으로부터 피해를 최소화하고, 경제성을 확보하기 위해 원호 형상인 것이 가장 바람직하다.

또한, 제1서브프레임(21)은 제2서브프레임(22)과 마주보도록 배치되고, 제3 서브프레임(23)은 제4서브프레임(24)과 마주보도록 배치되며, 제1, 제2, 제3, 제4 서브프레임(21,22,23,24)의 상부 측은 전지패널(10)과 결합되고, 하부 측은 각각 다른 서브프레임들과 상호 결합된다.

특히, 서로 마주보는 방향에 배치되는 제1서브프레임(21)과 제2서브프레임(22) 및 제3서브프레임(23)과 제4서브프레임(24)은 하부 측이 상호 결합되어 대략 반원형상으로 결합된다.

즉, 반원형태로 결합된 제1서브프레임(21)과 제2서브프레임(22) 및 제3서브프레임(23)과 제4서브프레임(24)이 하부 측에서 상호 결합됨으로써 메인프레임(20) 전체는 반구(半球)형상으로 형성되며, 이와 같은 형상을 지지하기 위해 각 서브프레임들의 사이를 지지해주는 지지수단(a)이 더 설치될 수 있다.

이같이 메인프레임(20)이 반구형상으로 형성됨에 따라 수상에서 발생하는 외란(外亂)에 의한 메인프레임(20)의 유동을 최소화할 수 있게 되며, 메인프레임(20)의 상부에 설치된 전지패널(10)이 태양광의 방위각 변화에 따라 수상에서 자세가 변화가 용이해질 수 있다.

또한, 각 서브프레임은 전지패널(10)이 수면 위로 노출되도록 부력을 제공하기 위해 내부가 빈 중공(中空)으로 형성되며, 중공인 내부공간은 사전에 설정된 거리만큼 이격된 다수 개의 격벽(25)에 의해 상호 밀폐된 다수 개의 중공블럭(21a)으로 구획된다.

각각의 중공블럭(21a)의 내부에는 인접한 중공블럭과 상호 밀폐된 상태에서 유체, 고체를 포함하는 중량물이 저장됨과 동시에 전지패널(10)이 수면 위로 노출되도록 부력을 제공할 수 있다.

또한, 각 중공블럭(21a)의 내부에 저장되는 중량물은 태풍 또는 강한 바람 등의 외란으로 태양광 발전장치가 흔들릴 때 격벽(25)에 의해 구획된 각 중공블럭(21a)에 저장된 중량물은 인접한 중공블럭으로 이동되지 않아 중량물이 서브프레임 내부에서 어느 한 방향으로 쏠리는 현상을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 전체 태양광 발전장치의 안정성을 담보할 수 있다.

또한, 각 중공블럭(21a)에 각각 유체, 고체를 포함하는 중량물이 저장될 수 있음으로써 메인프레임(20)의 무게중심의 위치를 종래에 비해 수면 아래쪽으로 위치시킬 수 있게 되어 수상에 위치하는 메인프레임(20)의 안정성이 더욱 향상되고, 결과적으로 메인프레임(20)의 수중에서의 자세변화가 용이해질 수 있다.

다음, 상기 장력조절부(30)는 상기 지지대(50)에 연결된 스트링(string)(t)을 감기 위한 도르래와, 상기 도르래를 구동하는 모터를 적어도 포함하여 이루어진다.

여기서, 장력조절부(30)는 상술한 서브프레임들의 상부에 배치되는데, 후술할 제어부(40)의 제어신호에 따라 모터가 제어된다.

종래에는 장력을 적절하게 조절하여 프레임의 자세를 조절하는 한편 프레임의 수중으로 잠기는 깊이인 홀수를 조절할 수 없었는데 비해, 본 발명에서는 서브프레임의 상부에 장착되며 상기 지지대에 연결되는 스트링을 통하여 각 서브프레임에의 장력을 조절하는 장력조절부로 장력을 증감시킴으로써 홀수를 조절할 수 있다. 이에 의하여, 정비시 또는 악천후 시에는 홀수를 조절하여 태양광 발전장치의 정비용이성, 안전성 및 안정성을 확보할 수 있다.

다음, 도 4은 도 3의 제어부의 상세도이다. 도 4를 참조하면, 제어부(40)는 메인프레임(20)에 설치되거나 별도로 설치될 수 있으며, 기울기센서(41), 나침반센서(42) 및 제어유닛(43)을 포함하여 구성된다.

상기 기울기센서(41)는 메인프레임(20)의 x축과 y축의 기울기를 각각 센싱하도록 평면상에서 직각이 되도록 설치되고, 상기 나침반센서(42)는 메인프레임(20)의 동서남북 방위를 센싱하도록 설치된다.

상기 제어유닛(43)은 공지의 태양광의 센서 작동 방식, GPS 추적 방식 또는 태양의 방위각 데이터 값을 토대로 하는 방식 중 어느 하나를 이용하여 획득된 데이터를 통해 태양광을 따라 메인프레임(20)의 자세를 산출하도록 알고리즘이 구현되어 있다.

또한, 기울기센서(41)와 나침반센서(42)를 이용하여 메인프레임(20)의 현재자세를 인식하고, 기저장된 일년 중 날짜와 시간별 태양의 고도 또는 GPS 등 다른 도구를 이용하여 확보된 태양의 위치와 비교하여 상기 태양의 고도 및 위치와 상기 태양전지 모듈이 수직이 되도록 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 제세를 제어하는 것이다.

즉, 제어유닛(43)은 산출된 메인프레임(20)의 자세(기울기 및 방위)에 따라 기울기센서(41)와 나침반센서(42)를 통해 센싱된 메인프레임(20)의 현재 자세의 상태와 비교하여 회전해야할 방위와 기울기 각도를 산출하고, 이를 토대로 메인프레임(20)의 자세제어가 되도록 장력조절부(30)를 제어하여 각 서브프레임의 기울기를 조절함으로써 메인프레임(20)의 자세를 변화시키는 것이다.

결과적으로, 종래의 수상에 설치되는 태양광 발전장치는 태양전지 모듈이 설치되어 자세를 변경하는 프레임과 상기 프레임의 홀수를 조절하는 수단을 별도로 구비되어야 했으나, 본 발명에서는 자세가 변화되는 메인프레임이 태양전지 모듈이 설치되는 구성임과 동시에 홀수를 조절하는 수단을 제공하도록 구성될 수 있게 된다.

지금부터 상술한 태양광 발전장치의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.

도 5 내지 도 7은 도 2의 태양광 발전장치의 작동상태도이다. 도 5를 참조하면, 태양광 발전장치(1)를 수상에 설치하면, 메인프레임(20)을 구성하는 서브프레임(21,22,23,24)의 부력에 의해 메인프레임(20)이 수면상에서 뜨게 된다.

이때, 각 서브프레임의 중공블럭(21a)에는 소정의 유체, 고체를 포함하는 중량물을 채운 상태로 메인프레임(20)을 수상에 설치하며, 상기 메인프레임(20)의 각각의 서브프레임은 장력조절부(30)를 통해 수중바닥면에 고정되는 적어도 하나 이상의 지지대(50)에 연결된다.

이 같은 상태에서 제어부(40)는 태양광의 방위각을 상술한 방법을 통해 획득하고, 획득된 데이터에 따라 메인프레임(20)이 회전하도록 해당 장력조절부(30)를 조절한다.

이와 같이 각 장력조절부(30)의 장력이 가감됨에 따라 메인프레임(20)의 자세를 제어하면서 도 6에서와 같이 일정방향의 일정각도로 기울어지게 된다.

즉, 메인프레임(20)을 구성하는 제1서브프레임(21), 제2서브프레임(22), 제3서브프레임(23), 제4서브프레임(24)에 장착되는 각각의 장력조절부(30)와 지지대(50)의 장력을 적절하게 조절하여 메인프레임(20)의 자세를 제어함으로써 360°전 방위(方位)에 대해 어느 각도로든지 조절이 가능하게 된다.

결과적으로, 상술한 바와 같이 서브프레임의 장력조절부(30)와 지지대(50)의 장력이 가감됨으로써 전지패널(10)에 설치된 태양전지 모듈(s)은 태양광과 수직인 상태로 위치할 수 있게 되어 태양광을 더욱 효율적으로 집속할 수 있게 된다.

아울러, 태양광 발전장치는 일반적으로 태양의 고도가 낮은 경우를 대비하여 수면상으로부터 태양전지 모듈(s)이 수중으로 잠기지 않을 정도의 높이로 설치된다. 즉, 메인프레임의 수중으로 잠기는 깊이인 홀수가 일정하게 유지되어야 한다.

그런데, 태양광 발전장치의 정비가 요구되는 경우에는 홀수를 증가시켜 메인프레임이 수중으로 더 깊이 잠기도록 하는 것이 바람직하며, 강풍 또는 태풍 등의 외란 등으로부터 태양광발전장치의 안정성을 담보하기 위해서는 홀수를 증가시켜 메인프레임이 수중으로 더욱 많이 잠기게 하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 도 7에서와 같이, 장력조절부를 통해 각각의 서브프레임과 지지대 사이에 동일한 장력을 가하게 되면 메인프레임의 자세를 변경하지 않으면서도 홀수를 증가시켜 메인프레임이 수중으로 더 많이 잠기게 할 수 있다. 이를 통해, 태양광 발전장치의 정비용이성 및 안정성을 담보할 수 있게 된다.

참고로, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 작동상태 참고도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양광 발전장치의 메인프레임을 소정의 범위에 고정시키는 고정줄을 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 본 발명의 일실시예의 변형예로서, 일실시예에서의 메인프레임이 4개의 서브프레임으로 구성된 것과 비교하여, 도 9에서와 같이, 전지패널의 하부에 3개의 서브프레임이 배치되되, 전지패널과 결합되는 각 서브프레임의 상부 측이 정삼각형 또는 이등변삼각형의 형태로 이격되도록 형성되고, 하부 측은 상호 결합된 형태로 형성될 수도 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10 : 전지패널 20 : 메인프레임
21 : 제1서브프레임 21a : 중공블럭
22 : 제2서브프레임 23 : 제3서브프레임
24 : 제4서브프레임 25 : 격벽
30 : 장력조절부 40 : 제어부
41 : 기울기센서 42 : 나침반센서
43 : 제어유닛 50 : 지지대
1 : 태양광 발전장치 s : 태양전지 모듈
t : 스트링(string)

Claims (5)

1. 태양광을 집속하여 전력으로 변환하는 태양전지 모듈이 설치되고 구형상 메인프레임의 일부 절단면 상부에 설치되는 전지패널;
   상기 전지패널을 수면 위로 노출되도록 부력을 제공하는 적어도 3개의 서브프레임으로 구성된 메인프레임;
   - 각 서브프레임은 원호 형상으로서 하단은 서로 결합되고, 상단은 구의 일부 절단면을 형성하여 상기 메인프레임이 형성됨 -
   복수의 중공블럭으로 구획되고 격벽에 의하여 상호 밀폐되어, 유체 또는 고체를 포함하는 중량물이 저장되는 서브프레임;
   수중바닥면에 고정되는 적어도 하나 이상의 지지대;
   상기 서브프레임의 상부에 장착되며 상기 지지대에 연결되는 스트링(string)을 통하여 각 서브프레임에의 장력을 조절하는 장력조절부;
   태양광의 방위각 변화를 분석하고, 분석된 데이터에 따라 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 자세를 변화시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 서브프레임의 일 측은 상기 전지패널에 상호 이격되도록 배치되어 결합되고, 타 측은 다른 서브프레임들의 타 측과 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 서브프레임은 원호, 다각형 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 장력조절부는,
   상기 지지대에 연결된 스트링을 감기 위한 도르래와, 상기 도르래를 구동하는 모터를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 메인프레임의 x축과 y축의 기울기를 각각 센싱하는 기울기센서와, 상기 메인프레임의 동서남북 방위를 센싱하는 나침반센서와, 태양광의 방위각 변화를 분석하고, 분석된 데이터에 따라 상기 태양광과 상기 태양전지 모듈이 수직이 되도록 상기 장력조절부를 제어하여 상기 메인프레임의 자세를 변화시키는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
   

Images