KR101296567B1 - 수상 구조물 회전 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 물에 부상 가능하게 설치되는 수상 구조물; 상기 수상 구조물의 중심을 관통하여 기립고정되어 수위에 따라 상기 수상 구조물의 슬라이딩을 지지하기 위한 포스트; 지상에 설치되는 한 쌍의 제1·2동력장치과, 양단이 제1·2동력장치와 상기 수상 구조물에 각각 연결되어 서로 교차되는 한 쌍의 제1·2와이어가 구비된 수상 구조물 회전수단; 지상에 상기 제1와이어와 대응되게 고정설치되어 감김량을 측정하는 와이어 감김 측정수단; 및 상기 와이어 감김 측정수단과 연결되어 계절별 태양의 궤도에 따른 기준각도에 따라 상기 한 쌍의 제1·2동력장치의 가동을 정역 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 수상 구조물 회전 제어장치가 제공된다.
이에 의하면, 태양의 궤도에 따라 수상 구조물의 회전을 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

수상 구조물 회전 제어장치 및 제어방법 {CONTROL APPARATUS FOR ROTATING FLOATING STRUCTURE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 수면에 부상하여 태양의 위치에 따라 이를 추적하면서 입사되는 빛 에너지로부터 전기를 발생시킬 수 있는 태양광 발전장치의 수상 구조물 회전제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
최근에는 저수지, 호수 등에 태양광 발전장치가 설비된 수상 구조물(FLOATING STRUCTURE)이 부상 가능하게 운용된다.
태양광 발전은 태양 전지에 의하여 태양광을 직접 전력으로 변환하는 발전 방식을 말하는데, 태양빛을 받아 열을 이용하여 에너지를 발생하는 태양열 발전과 달리, 태양빛을 받아 반도체 물질로 이루어진 태양전지에서 바로 전기 생성이 이루어지는 점에서 차이가 있다.
구체적으로 종래의 태양광 발전 장치는, 물에 부상 가능한 수상 구조물과, 상기 수상 구조물 위에 상기한 복수의 태양전지가 상호 간에 연결되어 태양으로부터 입사되는 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지 모듈(Solar Cell Module)과, 상기 수상 구조물을 태양의 궤도에 따라 회전시키는 수상 구조물 회전수단을 포함하여 구성된다.
이의 구조에 의하면, 상기 태양전지 모듈의 전기 생산효율은 태양빛의 입사각에 의해 좌우되므로 상기 수상 구조물 회전수단을 이용하여 상기 수상 구조물을 계절별 시간대에 따라 적절히 회전시켜야만 한다.
그런데, 상기 수상 구조물 회전수단은 지상에 설치되는 한 쌍의 동력수단을 상기 수상 구조물의 가장자리 양측과 한 쌍의 와이어로 교차연결하여 와이어의 풀림과 감김을 통해 상기 수상 구조물의 회전을 조절할 수 있게 운용되는데, 이들 한 쌍의 와이어의 풀림량과 감김량을 미세 측정할 수 없어서 상기 수상 구조물의 회전을 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 상기 수상 구조물의 회전을 미세 측정할 수 있는 수상 구조물 회전 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 수상 구조물 회전 제어장치는, 물에 부상 가능하게 설치되는 수상 구조물; 상기 수상 구조물의 중심을 관통하여 기립고정되어 수위에 따라 상기 수상 구조물의 슬라이딩을 지지하기 위한 포스트; 지상에 설치되는 한 쌍의 제1·2동력장치과, 양단이 제1·2동력장치와 상기 수상 구조물에 각각 연결되어 서로 교차되는 한 쌍의 제1·2와이어가 구비된 수상 구조물 회전수단; 지상에 상기 제1와이어와 대응되게 고정설치되어 감김량을 측정하는 와이어 감김 측정수단; 및 상기 와이어 감김 측정수단과 연결되어 계절별 태양의 궤도에 따른 기준각도에 따라 상기 한 쌍의 제1·2동력장치의 가동을 정역 제어하기 위한 제어수단;을 포함하여 구성된다.
상기 와이어 감김 측정수단은, 지상에 고정설치되는 고정부재와, 상기 고정부재의 일측에 지지되며 상기 제1와이어의 길이 방향으로 연장되는 연장부재와, 상기 연장부재의 일측에 상기 제1와이어가 일정간격으로 감기도록 설치되며 상기 제1와이어의 감김에 따라 회전가능하게 설치되는 복수의 롤러와, 상기 연장부재의 타측에 고정되어 어느 하나의 롤러의 회전수를 감지하기 위한 센서부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부재는, 상기 어느 하나의 롤러의 외측으로 연장설치되어 연동 회전되는 바아와, 상기 연장부재의 타측에 상기 바아와 대응되게 설치되는 감지센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 감지센서는, 상기 제어수단과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 수상 구조물 회전 제어방법은, 제1·2동력장치를 일정시간 단위로 정역 가동시키는 제1단계; 제1와이어의 감김량을 통해 수상 구조물의 회전각도를 실시간으로 측정하는 제3단계; 측정된 수상 구조물의 회전각도와 계절별 태양의 궤도에 따라 입력된 기준각도를 비교하는 제4단계; 및 제1·2동력장치의 가동을 중지시켜 수상 구조물을 고정시키는 제5단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명은, 제1·2동력장치가 정역 가동될 시 바아가 설치된 롤러의 회전시간을 측정하는 제2단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 수상 구조물 회전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 태양의 궤도에 따라 수상 구조물의 회전을 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 구조물 회전 제어장치를 나타내 보인 도면,
도 2는 도 1의 와이어 감김 측정수단의 일측면을 확대해서 보인 도면,
도 3은 도 2의 타측면도 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 구조물 회전 제어장치의 제어방법을 보인 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 구조물 회전 제어장치에 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 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 구조물 회전 제어장치는 수상 구조물(110), 포스트(120), 수상 구조물 회전수단(130), 와이어 감김 측정수단(140) 및 제어수단(150)을 포함하여 구성된다.
상기 수상 구조물(110)은 물(W)에 부상 가능하게 부력을 갖는 재료로 형성되며, 소정의 위치, 바람직하게는 중앙에 관통 홀(111)이 형성된다.
상기 수상 구조물(110)는 부력의 성질을 갖는다면 어떠한 형태이든 가능한바, 특정 형상에 한정되지 않는다. 이하에서는 사각 형태를 갖는 플레이트인 것을 예로 설명하기로 한다.
이 수상 구조물(110) 상(상부면)에는 태양 광 발전 설비(115)가 장착될 수 있다. 상기 태양 광 발전 설비(115)는 태양전지 모듈, 전력 변환 장치(미도시) 및 축전지(미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기 태양전지 모듈은 다수의 태양 전지를 연결하여 모듈화한 것으로, 태양 빛이 수직으로 입사될 수 있도록 태양전지 모듈의 각도 가변이 가능한 지지대(미도시)에 의해 조절될 수 있다.
상기 전력 변환 장치는 태양전지 모듈과 연결되어 태양전지 모듈에 의해 생성된 전압과 전류가 일정하지 않은 직류전력을 교류로 변환시켜 준다.
또한 상기 축전지는 전력 변환 장치와 연결되어 전기를 축적시킬 수 있다.
아울러, 상기 수상 구조물(110)에는 수면과 상기 태양전지 모듈의 하부가 대응되어 접할 수 있도록 판면에 일정 길이의 직사각형 형태로 천공된 슬롯홀(110a)이 다수 구비된다.
상기 포스트(120)는 원통형 바 형태로 기립 고정되어 수위에 따라 상기 수상 구조물(110)의 슬라이딩을 지지하게 된다.
이를 위해 상기 포스트(120)는 수상 구조물(110)의 관통 홀(110a)을 관통하여 한 종단은 저수지 또는 호수 바닥에 고정되고, 또 다른 종단은 상기 수상 구조물(110)의 상부로 돌출된다.
따라서, 포스트(120)의 일부는 수면 아래인 물속에 위치하게 되고, 다른 일부는 물 밖에 위치하게 된다.
한편, 상기 수상 구조물 회전수단(130)은 지상에 설치되는 한 쌍의 제1·2동력장치(131)(132)와, 양단이 제1·2동력장치(131)(132)와 상기 수상 구조물(110)의 고정바(116)에 각각 설치되어 서로 교차되는 한 쌍의 제1·2와이어(133)(134)를 포함한다.
상기 한 쌍의 제1·2동력장치(131)(132)는 동력을 발생시키는 모터(미도시), 감속기(미도시), 모터의 동력을 전달하거나 끊을 수 있는 클러치(미도시) 및 모터(미도시)를 정지시키는 브레이크(미도시)로 구성된다.
상기 제1동력장치(131)와 제2동력장치(132)는 서로 반대로 작동함으로써 수상 구조물(110)의 회전이 가능해진다.
한편, 상기 와이어 감김 측정수단(140)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 지상에 상기 제1와이어(133)와 대응되게 고정설치되어 감김량을 실시간으로 측정하게 된다.
이러한 와이어 감김 측정수단(140)은 지상의 블록 구조물(B)에 고정설치되는 고정부재(141)와, 상기 고정부재(141)의 일측에 지지되며 상기 제1와이어(133)의 길이 방향으로 연장되는 연장부재(143)와, 상기 연장부재(143)의 일측에 상기 제1와이어(133)가 일정간격으로 감기도록 설치되며 상기 제1와이어(133)의 감김에 따라 회전가능하게 설치되는 복수의 롤러(145)와, 상기 연장부재(143)의 타측에 고정되어 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 감지하기 위한 센서부재(147)를 포함하여 구성된다.
상기 고정부재(141)는 'ㄱ'자 형상의 지지부(141a)와, 상기 지지부(141a)에 상향 설치된 기립부(141b)로 이루어진다.
상기 연장부재(143)는 일정 길이의 직사각 형태로서 상기 기립부(141b)에 고정 설치된다. 상기 연장부재(143)는 상기 복수의 롤러(145)를 지지할 수 있는 형상이면 직사각 형태에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 있을 수 있다.
상기 복수의 롤러(145)는 상기 연장부재(143)의 상면에 설치된 고정축(143a)에 회전가능하게 지지되되 길이방향으로 이격설치되고, 설치높이를 차등(지그재그) 배치하여 상기 제1와이어(133)의 감김 상태를 더욱 견고히 할 수 있다.
이때 상기 롤러(145)의 1회전당 상기 제1와이어(133)의 감김량을 추정할 수 있다.
상기 센서부재(147)는 상기 어느 하나의 롤러(145)의 외측으로 일체로 연장되어 연동 회전되는 바아(147a)와, 상기 연장부재(143)의 타측에 설치된 브라켓(143b)에 지지되고 상기 바아(147a)와 대응되게 설치되는 감지센서(147b)로 이루어진다.
이때, 상기 감지센서(147b)는 근접센서, 광센서 등 공지된 것들 중 어느 하나가 이용될 수 있으며, 상기 제어수단(150)과 케이블(C)에 의해 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 감지센서(147b)가 근접센서가 이용될 경우는 상기 바아(147a)는 금속 소재로 이루어짐이 바람직하다.
상기 제어수단(150)은 상기 와이어 감김 측정수단(140) 및 제1·2동력장치(131)(132)와 연결되어 상기 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 통해 상기 수상 구조물(110)의 회전각도를 유추하며, 계절 및 시간대별 태양의 궤도에 따라 프로그램에 기 입력된 기준각도에 따라 상기 한 쌍의 제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 수 초(second) 내지 수 분(minute) 단위로 정역 제어하게 된다.
아울러, 상기 제어수단(150)은 제1·2동력장치(131)(132)가 정역 가동될 시 상기 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전상태가 정상인지를 체크하여 상기 수상 구조물 회전수단(130)을 안전하게 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어수단(150)에는 상기 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전시간을 비교할 수 있는 기준시간이 입력되어 기준시간을 초과할 시에는 상기 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)가 정상적으로 회전하지 못하고 있는 것으로 판단하여 상기 제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 강제로 중지시켜 상기 수상 구조물(110)의 과회전을 방지하게 된다.
이때, 상기 제어수단(150)은 감김되는 제1와이어(133)에 의해 제2와이어(134)가 텐션을 가지고 풀림될 수 있도록 제1동력장치(131)에 제2동력장치(132) 보다 더 큰 토크가 걸리도록 제어할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 본 발명의 수상 구조물 회전 제어방법에 대해 살펴본다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수상 구조물 회전 제어방법은 제1·2동력장치(131)(132)를 일정시간 단위로 정역 가동시키는 제1단계(S10)와, 제1·2동력장치(131)(132)가 정역 가동될 시 바아(147a)가 설치된 롤러(145) 회전시간을 측정하는 제2단계(S20)와, 제1와이어(133)의 감김량을 통해 수상 구조물(110)의 회전각도를 측정하는 제3단계(S30)와, 측정된 수상 구조물(110)의 회전각도와 계절별 태양의 궤도에 따라 기 설정된 기준각도를 비교하는 제4단계(S40)와, 제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 중지시켜 수상 구조물(110)을 고정시키는 제5단계(S50)를 포함하여 구성된다.
상기 제1단계(S10)는 태양 광 발전 설비(115)가 태양의 궤적을 따라 이동할 수 있도록 수상 구조물(110)을 일정 시간, 즉 수 초(second) 내지 수 분(minute) 단위로 제1·2동력장치(131)(132)의 모터를 정역 가동시키게 된다.
즉, 수상 구조물(110)을 태양의 궤적을 따라 회전되도록 도 1의 시계방향으로 회전시키기 위해 상기 제1동력장치(131)의 모터를 구동시켜 제1와이어(133)를 감김시키며, 반대로 제2동력장치(132)의 모터를 구동시켜 제2와이어(134)를 풀림시키게 된다.
아울러, 상기 제2단계(S20)는 제1·2동력장치(131)(132)가 정역 가동될 시 감지센서(147b)를 통해 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145) 회전시간을 측정하고, 제어수단(150)에 입력된 기준시간과 비교하여 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)가 정상으로 회전하고 있는지 판단하게 된다.
만일, 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전시간이 제어수단(150)의 기준시간을 초과할 시에는 상기 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)가 정상적으로 회전하지 못하고 있는 것으로 판단하여 상기 제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 강제로 중지시키고, 상기 와이어 감김 측정수단(140)을 점검 및 보수한 후, 다시 제1단계(S10)부터 실시하게 된다.
다음으로, 제3단계(S30)는 와이어 감김 측정수단(140)에서 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 통해 제1와이어(133)의 감김량을 추정하여 수상 구조물(110)의 회전각도를 실시간으로 측정하게 된다.
또한, 제4단계(S40)는 제어수단(150)에서 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 전송받아 계절 및 시간대별 태양의 궤도에 따라 설정된 기준각도를 비교하여 수상 구조물(110)의 회전각이 소정의 위치에 도달할 때까지 제1·2동력장치(131)(132)의 모터의 가동을 계속하게 된다.
즉, 기 설정된 기준각도가 4°라면 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 통해 수상 구조물(110)의 회전각을 제어할 수 있다.
만일, 어느 하나의 롤러(145)의 1회전당 수상 구조물(110)의 회전각이 2°라면 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)가 2 회전할 때까지 제1·2동력장치(131)(132)의 각 모터를 가동을 계속하게 된다.
이후, 바아(147a)가 설치된 어느 하나의 롤러(145)의 회전수가 2가 되면 곧바로 제1·2동력장치(131)(132)의 각 모터를 가동을 브레이크로 중지시켜 수상 구조물(110)을 고정시킨다.
이 과정(제4단계 및 제5단계)이 일몰 전까지 수 초(second) 내지 수 분(minute) 단위로 반복됨으로써 태양의 궤도에 따라 수상 구조물(110)의 회전을 정밀하게 제어할 수 있다.
일몰 후에는 제1·2동력장치(131)(132)의 모터를 위 가동과 반대로 가동시켜서 수상 구조물(110)을 아침의 시작 위치로 복귀시키게 된다.
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. 물(W)에 부상 가능하게 설치되는 수상 구조물(110);
    상기 수상 구조물(110)의 중심을 관통하여 기립고정되어 수위에 따라 상기 수상 구조물(110)의 슬라이딩을 지지하기 위한 포스트(120);
    지상에 설치되는 한 쌍의 제1·2동력장치(131)(132)과, 양단이 제1·2동력장치(131)(132)와 상기 수상 구조물(110)에 각각 연결되어 서로 교차되는 한 쌍의 제1·2와이어(133)(134)가 구비된 수상 구조물 회전수단(130);
    지상에 상기 제1와이어(133)와 대응되게 고정설치되어 감김량을 측정하는 와이어 감김 측정수단(140); 및
    상기 와이어 감김 측정수단(140)과 연결되어 계절별 태양의 궤도에 따른 기준각도에 따라 상기 한 쌍의 제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 정역 제어하기 위한 제어수단(150);을 포함하되,
    상기 와이어 감김 측정수단(140)은,
    지상에 고정설치되는 고정부재(141)와, 상기 고정부재(141)의 일측에 지지되며 상기 제1와이어(133)의 길이 방향으로 연장되는 연장부재(143)와, 상기 연장부재(143)의 일측에 상기 제1와이어(133)가 일정간격으로 감기도록 설치되며 상기 제1와이어(133)의 감김에 따라 회전가능하게 설치되는 복수의 롤러(145)와, 상기 연장부재(143)의 타측에 고정되어 어느 하나의 롤러(145)의 회전수를 감지하기 위한 센서부재(147)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 구조물 회전 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 센서부재(147)는,
    상기 어느 하나의 롤러(145)의 외측으로 연장설치되어 연동 회전되는 바아(147a)와, 상기 연장부재(143)의 타측에 상기 바아(147a)와 대응되게 설치되는 감지센서(147b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수상 구조물 회전 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 감지센서(147b)는,
    상기 제어수단(150)과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수상 구조물 회전 제어장치.
  5. 제 3항에 따른 수상 구조물 회전 제어장치의 수상 구조물 회전 제어방법에 있어서,
    제1·2동력장치(131)(132)를 일정시간 단위로 정역 가동시키는 제1단계(S10);
    제1·2동력장치(131)(132)가 정역 가동될 시 바아(147a)가 설치된 롤러(145)의 회전시간을 측정하는 제2단계(S20);
    제1와이어(133)의 감김량을 통해 수상 구조물(110)의 회전각도를 실시간으로 측정하는 제3단계(S30);
    측정된 수상 구조물(110)의 회전각도와 계절별 태양의 궤도에 따라 입력된 기준각도를 비교하는 제4단계(S40); 및
    제1·2동력장치(131)(132)의 가동을 중지시켜 수상 구조물(110)을 고정시키는 제5단계(S50);를 포함하는 수상 구조물 회전 제어방법.
  6. 삭제
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