KR101232314B1 - 수면 부상형 태양광 발전장치 - Google Patents

수면 부상형 태양광 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 수면에 부상 가능한 소재로 이루어진 복수의 플로팅 플레이트; 각 플로팅 플레이트의 상면에 안착된 태양광 발전 설비; 각 플로팅 플레이트 간의 결합을 위해 구비되는 플레이트 체결수단을 포함하며, 상기 플레이트 체결수단은 일측 플로팅 플레이트에 지지되게 설치된 삽입부와, 타측 플로팅 플레이트에 지지 설치되며 상기 삽입부와 맞물림 가능하게 설치된 수용부와, 상기 삽입부와 상기 수용부의 측면으로 관통하여 상기 삽입부와 상기 수용부를 서로 상대 회전 가능하게 연결시키는 체결부를 포함하는 수면 부상형 태양광 발전장치가 제공된다.
이에 의하면, 각 플로팅 플레이트의 판면에 가해지는 피로도를 최소화할 수 있어서 플로팅 플레이트의 파손 및 휨을 방지하여 발전 효율을 일정하게 유지할 수 있으며, 태양광 발전 설비를 안전하게 보존할 수 있다.

Description

수면 부상형 태양광 발전장치 {WATER SURFACE FLOATING TYPE SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATOR}
본 발명은 강이나 호수 그리고 바다 수면에 부상 가능하게 설치되어 태양의 빛을 이용하여 전기를 생성하는 수면 부상형 태양광 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 장치는 빛이 조사(照射)되면 광전 효과에 의해 광 기전력을 발생하는 태양 전지를 이용하여 전기를 생산하는 방식이다.
도 1은 종래의 일례에 따른 태양광 발전장치를 나타내 보인 사시도로서, 종래의 태양광 발전장치(10)는 수면에서 부유 가능한 플로팅 부재(11), 플로팅 부재(11)의 상면에 배치된 다수의 태양 전지 모듈(12), 전력 변환 장치(도시 생략함) 및 축전지(도시 생략함) 등을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 태양 전지 모듈(12)은 다수의 태양 전지를 연결하여 모듈화한 것으로서, 이 태양 전지에 내장된 반도체 물질이 태양빛을 받아 전기를 생성하게 된다. 각 태양 전지 모듈(12)은 지지대에 의하여 회전 가능하게 지지 설치되어 태양 빛은 태양 전지 모듈(12)에 거의 수직으로 입사될 수 있다.
한편, 강과 호수 및 바다는 태양광의 조사에 영향을 미치는 장애물이 거의 없는 자연적인 조건을 갖추고 있어서, 태양광 발전장치(10)를 설치할 경우, 발전 효율을 극대화할 수 있다.
다만, 강에는 물이 일정한 방향(상류에서 하류)으로 항상 흐르고 있으며, 호수에는 지형적인 영향으로 인하여 높은 풍속의 바람이 불어 수면에 파도가 발생하게 되며, 바다에는 바람, 조류 등에 의해 강과 호수보다 더욱 큰 물의 흐름과 파도가 발생하여 수상 환경이 태양광 발전장치(10)를 수면 부상하여 운용하기에는 열악한 환경이다.
따라서 도면으로 미 도시하였으나, 태양광 발전장치(10)의 플로팅 부재(11)는 물의 흐름 및 파도에 따른 이동이 최소화되도록 그 중심에 지지 기둥을 고정 설치하는 구조가 안출된 바 있다.
그러나, 상기 플로팅 부재(11)는 부력을 갖는 철재 소재로서, 통상 2천평 내지 3천평 규모의 단일 플레이트 형으로 이루어지는데 면적이 큰만큼 수면의 상하 출렁임에 취약하며, 파도의 충격에 의해 판면에 피로도가 누적될 경우 파손될 우려가 있다. 만일, 이 플로팅 부재(11)의 판면이 휠 경우에는 그 상면의 태양 전지 모듈(12)에 대한 태양빛의 입사각이 변화되어 발전 효율이 저하될 수 있으며, 상면에 설치된 발전설비들의 설치상태도 불안정하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 상하 출렁임 및 파도의 충격으로부터 플로팅 부재의 내구성을 증대시킬 수 있는 수면 부상형 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치는,
수면에 부상 가능한 소재로 이루어진 복수의 플로팅 플레이트;
각 플로팅 플레이트의 상면에 안착된 태양광 발전 설비;
각 플로팅 플레이트 간의 결합을 위해 구비되는 플레이트 체결수단을 포함하며,
상기 플레이트 체결수단은 일측 플로팅 플레이트에 지지되게 설치된 삽입부와, 타측 플로팅 플레이트에 지지 설치되며 상기 삽입부와 맞물림 가능하게 설치된 수용부와, 상기 삽입부와 상기 수용부의 측면으로 관통하여 상기 삽입부와 상기 수용부를 서로 상대 회전 가능하게 연결시키는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플로팅 플레이트는, 사각 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 삽입부는, 상기 플로팅 플레이트에 상하 회동가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 삽입부는, 상기 플로팅 플레이트에 좌우 회동가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 수용부는, 상기 플로팅 플레이트에 상하 회동가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 수용부는, 상기 플로팅 플레이트에 좌우 회동가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치에 의하면, 각 플로팅 플레이트의 판면에 가해지는 피로도를 최소화할 수 있어서 플로팅 플레이트의 파손 및 휨을 방지하여 발전 효율을 일정하게 유지할 수 있으며, 태양광 발전 설비를 안전하게 보존할 수 있다.
도 1은 종래의 일례에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치를 나타내 보인 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치를 나타내 보인 평면 도면,
도 3은 도 2의 A-A선 단면도,
도 4는 도 2의 플로팅 플레이트 간의 결합 과정를 보인 부분 확대도 및
도 5는 도 4의 결합도이며 작동상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치에 대해 상세하게 살펴본다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치(100)는 수면 상에 부유하는 플로팅 플레이트(110), 플로팅 플레이트(110) 상에 장착된 태양광 발전 설비(도면에서는 태양 전지 모듈(120)만을 도시함), 플로팅 플레이트(110)를 관통하여 수면에 대하여 수직인 상태로 배치된 포스트 부재(130), 포스트 부재(130)의 상단부에 고정적으로 연결된 제 1 지지 수단(140) 및 포스트 부재(130)의 하단부에 고정적으로 연결된 제 2 지지 수단(150)을 포함한다.
먼저, 상기 플로팅 플레이트(110)는 수면 상에 부력을 갖는 복수의 소재로 제조되며, 중앙의 플로팅 플레이트(110) 중앙부에 관통 개구(111)가 형성된다. 아울러, 중앙의 플로팅 플레이트(110)는 방사상으로 배치되는 다른 플로팅 플레이트(110)와의 연결시 안정을 기하며, 포스트 부재(130)를 보다 견고하게 지지할 수 있도록 적절한 두께 및 형상으로 이루어질 수 있다.
본 플로팅 플레이트(110)는 통상 2천평 내지 3천평 단위의 사각 형상으로 이루어지되, 2백평 내지 3백평 단위의 복수개로 나뉘어 서로 결합된 구조를 가지며, 플로팅 플레이트(110) 간의 결합을 위해서 본 발명은 플레이트 체결수단(160)을 더 포함할 수 있다.
도 4는 플로팅 플레이트(110) 간의 결합 과정을 보인 부분 확대도로서, 플레이트 체결수단(160)의 일례를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이와 같은 플레이트 체결수단(160)은 일측(도 4의 우측) 플로팅 플레이트(110)에 지지되게 설치된 삽입부(161)와, 타측(도 4의 좌측) 플로팅 플레이트(110)에 지지 설치되며 상기 삽입부(161)와 맞물림되게 설치된 수용부(162)와, 삽입부(161)와 수용부(162)의 측면으로 관통하여 삽입부(161)와 수용부(162)를 상대 회전가능하게 서로 연결시키는 체결부(163)를 포함하여 이루어진다.
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이와 같은 플레이트 체결수단(160)은 플로팅 플레이트(110) 간의 각 연결면(측면)에 적어도 2개 이상 설치되어 인접한 플로팅 플레이트(110)와 보다 견고하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 플로팅 플레이트(110)의 상부 면에는 태양 전지 모듈(120), 전력 변환 장치 및 축전지 등과 같은 태양광 발전 설비가 설치되어 있다. 태양광 발전 설비의 구성 및 기능을 일반적인 것이며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 포스트 부재(130)는 플로팅 플레이트(110)에 형성된 관통 개구(111)를 통과한다. 포스트 부재(130)의 한 종단(하단)은 강 바닥에 대응하며, 또 다른 종단(상단)은 플로팅 플레이트(110)의 상부로 돌출된 상태이다.
이 포스트 부재(130)는 플로팅 플레이트(110)를 지지할 수 있는 강도를 갖는다면 그 재료 및 형상은 제한되지 않는다. 예를 들어, 포스트 부재(130)는 소정 직경을 갖는 스틸 로드(steel rod)일 수 있으며, 또한 케이블 또는 체인을 포스트 부재(130)로 사용할 수 있다.
한편, 포스트 부재(130)의 상단부에 연결된 제 1 지지 수단(140)은 다수의 케이블을 포함한다. 도 2 및 도 3은 2개의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)이 제 1 지지 수단(140)을 구성한 것을 도시한다.
제 1 지지 수단(140)의 제 1 케이블(141)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 상단부에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 한 강변에 설치된 구조체(141-1)에 고정되어 있다. 또한, 제 1 지지 수단(140)의 제 2 케이블(142)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 상단에 고정되며, 제 2 종단은 강의 양안 중 다른 강변에 설치된 구조체(142-1)에 고정되어 있다.
여기서, 제 1 지지 수단(140)의 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 일직선 상태로 배치되는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 강물의 흐름 방향에 수직인 방향으로 배치된다. 또한, 제 1 및 제 2 케이블(141 및 142)은 포스트 부재(130)와 수직을 이루는 것이 바람직하다.
제 1 케이블(141)의 제 2 종단은 구조체(141-1)에 설치된 윈치(141-2)에 고정되어 있으며, 따라서 윈치(142-1)의 작동에 따라 제 1 케이블(141)의 장력은 조절될 수 있다.
한편, 제 1 케이블(141)에는 케이블의 장력을 감지하는 센서(141-3)가 설치될 수 있으며, 이 센서(141-3)는 감지된 제 1 케이블(141)의 장력 관련 신호를 제어부(도시되지 않음)로 전송한다. 이 신호에 기초하여 제어부는 윈치(141-2)를 작동시켜 제 1 케이블(141)을 감거나 풀게 된다.
여기서, 제 2 케이블(142)의 종단이 고정된 윈치(142-2)가 구조체(142-1)에 설치될 수 있으며, 제 2 케이블(142)의 장력을 감지하는 센서(142-3)도 제 2 케이블(142)에도 설치될 수 있음은 물론이다.
아울러, 포스트 부재(130)의 하단부에 연결된 제 2 지지 수단(150)은 다수의 케이블을 포함한다. 도 2 및 도 3은 4개의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)이 제 2 지지 수단(150)을 구성한 상태를 도시한다. 여기서, 제 2 지지 수단(150)을 구성하는 제 1 내지 제 4 케이블(151, 152, 153 및 154)은 동일한 구성을 가지며, 따라서 이하에서는 제 1 케이블(151)만을 예를 들어 설명한다.
제 2 지지 수단(150)의 제 1 케이블(151)은 제 1 종단이 포스트 부재(130)의 하단부에 고정되며, 제 2 종단은 하나의 강변에 인접한 강 바닥에 고정될 수 있다. 제 1 케이블(151)의 제 2 종단을 강바닥에 고정하기 위하여 다양한 수단이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 케이블(151)의 제 2 종단에 앵커(151-1)를 고정한 상태에서 앵커(151-1)를 강 바닥에 고정함으로써 제 1 케이블(151)의 제 2 종단이 강바닥에 고정될 수 있다. 또 다른 수단으로서는, 강 바닥에 콘트리트 구조물을 구축한 후, 이 콘크리트 구조물에 제 1 케이블(151)의 제 2 종단을 고정할 수 있다.
한편, 제 2 지지 수단(150)을 구성하는 케이블의 수는 제한되지는 않지만, 플로팅 플레이트(110)를 효과적으로 지지하기 위하여, 즉 플로팅 플레이트(150)의 하류로의 이동 및 어느 한 강변으로의 이동을 억제하기 위하여 4개의 케이블(151, 152, 153 및 154)을 90도의 각도 간격을 둔 상태에서 강물의 흐름 방향에 대하여 45도 각도를 두고 배치하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 본 발명 수면 부상형 태양광 발전장치(100)의 작용에 대해 살펴본다.
본 발명에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치(100)에서는, 강 또는 호수의 수위가 변화함에 따라서 플로팅 플레이트(110)가 포스트 부재(130)를 따라 상하로 이동할 수 있으며, 따라서 수위의 변화에 따라 자유롭게 상하 이동할 수 있다.
즉, 도 3에서의 점선은 수위가 변함에 따라 변화한 수면 부상형 태양광 발전장치(100), 즉 플로팅 플레이트(110) 및 태양광 발전 설비의 위치를 도시한 것으로서, 수위에 따라 플로팅 플레이트(110)가 포스트 부재(130)를 따라 하강한 상태를 도시하고 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수면 부상형 태양광 발전장치(100)에서는 수면의 상하 출렁임 및 파도의 충격에 의해 각 플로팅 플레이트(110)의 상하 이동이 서로 다른 높이로 나타나게 되는데, 이 경우에 플레이트 체결수단(160)의 삽입부(161)와 수용부(162)가 서로 상대적으로 상하 일정각도로 회동되면서 각 플로팅 플레이트(110)의 연결상태가 견고하게 지지된다.
아울러, 도면으로는 미 도시하였으나, 수면의 상하 출렁임 및 파도의 충격에 의해 각 플로팅 플레이트(110)가 좌우로 이동이 될 수도 있는데, 이 경우에는 플레이트 체결수단(160)의 수용부(162)와 삽입부(161)가 상대적으로 좌우 일정각도로 회동되어 각 플로팅 플레이트(110)의 연결상태가 견고하게 지지된다.
또한, 각 플로팅 플레이트(110)가 상하좌우로 이동이 복합적으로 나타날 수 있으며, 이 경우에도 플레이트 체결수단(160)의 수용부(162)와 삽입부(161)가 서로 상대 회동하면서 각 플로팅 플레이트(110)의 연결상태를 견고하게 지지하게 된다.
이처럼 서로 인접한 한 쌍의 플로팅 플레이트(110)의 회동중심은 3지점으로 파악될 수 있다. 즉, 삽입부(161)와 수용부(162)가 만나는 체결부(163) 지점, 일측 플로팅 플레이트(110)에 지지 설치된 삽입부(161) 지점, 그리고 타측 플로팅 플레이트(110)에 지지 설치된 수용부(162) 지점이다.
3지점에서 한 쌍의 플로팅 플레이트(110)의 상하좌우 회동이 지지됨으로써 플로팅 플레이트(110) 간의 연결은 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 수면 부상형 태양광 발전장치(100)에 의하면, 각 플로팅 플레이트(110)의 판면에 가해지는 피로도를 최소화할 수 있어서 플로팅 플레이트(110)의 파손 및 휨을 방지하여 발전 효율을 일정하게 유지할 수 있으며, 태양광 발전 설비를 안전하게 보존할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 수면에 부상 가능한 소재로 이루어진 복수의 플로팅 플레이트(110);
    각 플로팅 플레이트(110)의 상면에 안착된 태양광 발전 설비;
    상기 플로팅 플레이트(110)를 관통하여 수면에 대하여 수직인 상태로 배치된 포스트 부재(130);
    상기 포스트 부재(130)의 상, 하단부에 각각 고정 연결된 제 1 지지 수단(140) 및 제 2 지지 수단(150); 및
    각 플로팅 플레이트(110) 간의 결합을 위해 구비되는 플레이트 체결수단(160)을 포함하며,
    상기 플레이트 체결수단(160)은 일측 플로팅 플레이트(110)에 지지되게 설치된 삽입부(161)와, 타측 플로팅 플레이트(110)에 지지 설치되며 상기 삽입부(161)와 맞물림 가능하게 설치된 수용부(162)와, 상기 삽입부(161)와 상기 수용부(162)의 측면으로 관통하여 상기 삽입부(161)와 상기 수용부(162)를 서로 상대 회전 가능하게 연결시키는 체결부(163)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수면 부상형 태양광 발전장치(100).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플로팅 플레이트(110)는,
    사각 형상인 것을 특징으로 하는 수면 부상형 태양광 발전장치(100).
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