KR101389112B1 - 수변 태양광발전시스템 - Google Patents

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KR101389112B1
KR101389112B1 KR1020130106642A KR20130106642A KR101389112B1 KR 101389112 B1 KR101389112 B1 KR 101389112B1 KR 1020130106642 A KR1020130106642 A KR 1020130106642A KR 20130106642 A KR20130106642 A KR 20130106642A KR 101389112 B1 KR101389112 B1 KR 101389112B1
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김재운
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김재운
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Abstract

본 발명은 수변 태양광발전시스템에 관한 것으로서, 저수지에 비해 높게 형성되고, 지면에 비해 일정 높이 낮게 형성된 수변영역에 수직하게 배치되는 복수개의 승강지지부와; 상기 승강지지부에 상하 이동가능하게 테두리가 결합되는 지지프레임과; 상기 지지프레임의 상부에 배치되며 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광발전모듈과; 상기 지지프레임의 하부에 결합되어 평수기와 홍수기의 수위에 따라 상기 지지프레임이 상기 승강지지부를 따라 상하로 이동되도록 부력을 형성하는 부유체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수변 태양광발전시스템{WATERSIDE SOLAR PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 발명은 태양광발전시스템에 관한 것으로서, 보다 자세히는 저수지에 설치되어 저수지의 수위에 따라 높이가 이동되는 수변 태양광발전시스템에 관한 것이다.
태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환한다. 이러한 광전효과를 이용하여 전기를 생성하는 태양전지의 최소단위가 셀이고, 다수 개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 일정 크기의 전력을 발생시키는 것을 태양광모듈이라 한다. 일반적인 태양광발전시스템은 복수개의 태양광모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전력을 생산한다.
등록특허 제0959554호에는 태양광발전시스템이 개시되어 있다. 개시된 태양광발전시스템은 다수의 지지 기둥에 의해 평지 또는 경사지에 위치가 고정된다.
이러한 종래 태양광발전시스템은 기둥에 의해 지면에 고정되므로 태양광모듈의 수명이 다할 때까지 이전이 불가능하다. 이에 태양광발전시스템이 설치된 토지를 다른 용도로 활용해야할 경우 철거과정이 복잡한 문제가 있다.
또한, 태양광발전시스템의 설치시 토목공사를 제대로 하지 않아 지반침하가 발생할 경우 유지보수에 막대한 비용이 소요되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 저수지, 댐 등의 수면 위에 설치하는 수상 태양광발전시스템이 개발되고 있다. 그런데, 현재까지 시범 설치되어 운영되는 수상 태양광발전시스템은 아직 시험단계로 육상 설치비용의 1.5~3배 정도 소요되고, 내구성과 안정성이 확보되지 않아서 추가적인 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 육상 태양광발전과 수상 태양광발전의 중간단계로 설치장소 확보가 용이한 수변 지역에 설치가 가능한 수변 태양광발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용하지 않는 유휴부지에 태양광발전 설비를 설치하여 국토의 효율적 활용이 가능한 수변 태양광발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 수변 태양광발전시스템에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 수변 태양광발전시스템은, 저수지에 비해 높게 형성되고, 지면에 비해 일정 높이 낮게 형성된 수변영역에 수직하게 배치되는 복수개의 승강지지부와; 상기 승강지지부에 상하 이동가능하게 테두리가 결합되는 지지프레임과; 상기 지지프레임의 상부에 배치되며 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광발전모듈과; 상기 지지프레임의 하부에 결합되어 평수기와 홍수기의 수위에 따라 상기 지지프레임이 상기 승강지지부를 따라 상하로 이동되도록 부력을 형성하는 부유체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 승강지지부는, 상기 수변영역에 고정결합되는 복수개의 베이스와; 상기 베이스 내부에 수용되는 가이드와; 상기 지지프레임의 상부에서 상기 가이드 내부로 삽입되어 상기 지지프레임이 상기 가이드에 연동하여 승강되도록 하는 삽입봉을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 가이드의 상부에는 상기 삽입봉의 승강을 돕는 이송롤러가 구비된다.
일 실시예에 따르면, 상기 부유체부는, 상기 지지프레임의 하부에 결합되는 복수개의 부유체와; 상기 부유체의 하부에 결합되어 하천의 이물질이 측면에 충돌하는 것을 차단하는 보호커버를 포함한다.
본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템은 육상과 수상의 경계영역인 수변에 설치되므로 현재 사용하지 않는 유휴부지에 태양광발전 설비를 설치하여 국토의 효율적 활용이 가능하다.
특히, 수변 태양광발전시스템은 하천의 수위에 따라 상하로 이동하며 사용이 가능하므로 안전성과 내구성을 확보할 수 있다.
이 때, 평상시에는 수위가 낮은 상태에서 홍수기에는 수위가 높아지는 저수지에 설치되거나, 반대로 평상시에는 수위가 높은 상태에서 갈수기에는 바닥이 들어나서 수위나 낮아지는 저수지에도 설치될 수 있다.
또한, 수상에 비해 상대적으로 위험부담이 적으므로 설치비용이 줄어들 수 있다.
또한, 종래 육상에 태양광발전 설비를 설치하기 위해서는 임야, 전답 등에 설치되므로 대규모 토목공사로 인한 환경파괴 문제가 있었으나, 수변 지역의 경우 유휴부지를 사용하기 때문에 태양광설치시 발생하는 환경파괴문제도 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 평수기의 상태를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 평수기의 평면상태와 측면상태를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 홍수기의 상태를 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 홍수기의 평면상태와 측면상태를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 평수기와 홍수기의 측면상태를 비교하여 도시한 예시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템의 다양한 설치예를 도시한 예시도들이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템(1)의 평수기의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 수변 태양광발전시스템(1)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템(1)은 지면(G)과 하천(W) 사이의 중간 영역인 수변(M)에 설치된다. 수변(M)은 평수기에는 물이 없는 상태로 유지되고, 홍수기에는 하천(W)의 물이 유입된다.
이에 의해 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템(1)은 평수기에는 도 1에 도시된 바와 같이 수변(M)의 바닥으로부터 일정 높이 이격된 상태를 유지하고, 홍수기에는 도 4에 도시된 바와 같이 하천(W)으로부터 유입된 물에 부유하는 상태를 유지하게 된다.
본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템(1)이 설치되는 수변(M)은 강변, 저수지부지 등을 이용할 수 있다.
수변 태양광발전시스템(1)은 지지프레임(100)과, 지지프레임(100)의 하부에 결합되어 지지프레임(100)이 하천(W)의 수위에 따라 상하로 이동하도록 부력을 형성하는 부유체부(200)와, 지지프레임(100)의 상부에 결합되어 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생성하는 태양광발전모듈(300)과, 지지프레임(100)이 하천(W)의 수위에 따라 상하로 이동되도록 지지프레임(100)을 지지하는 승강지지부(400)와, 태양광발전모듈(300)에서 생성된 전기에너지를 계통전원으로 송전하는 전기실(500)을 포함한다.
지지프레임(100)은 태양광발전모듈(300)과 부유체(210)가 상하로 안정적으로 설치될 수 있도록 구비된다. 지지프레임(100)은 격자 형상을 갖도록 형성되는 프레임본체(110)와, 프레임본체(110)의 테두리영역에 형성되어 삽입봉(430)이 삽입되는 봉삽입공(120)이 구비된다. 프레임본체(110)는 상부에 배치되는 태양광발전모듈(300)의 개수에 따라 확장 또는 축소 될 수 있도록 모듈형태로 형성된다.
프레임본체(110)는 내구성을 갖는 금속 소재로 형성된다. 경우에 따라 프레임본체(110)는 강도의 보강을 위해 판면에 강도보강 와이어(미도시) 또는 보강부재(미도시)가 결합될 수 있다.
한편, 프레임본체(110)에는 태양광발전모듈(300)의 보수 또는 부유체부(200)의 보수 등을 위해 관리자가 이동할 수 있도록 일정 면적을 갖는 발판(미도시)이 결합될 수 있다.
부유체부(200)는 지지프레임(100)의 하부에 결합되어 홍수기에 수변 태양광발전시스템(1)이 하천(W) 상에 부유할 수 있도록 부력을 형성한다. 부유체부(200)는 지지프레임(100)과 태양광발전모듈(300)의 무게, 설치되는 장소의 환경조건, 날씨 등을 고려하여 충분한 부력을 갖도록 설계된다.
부유체부(200)는 부력을 형성하는 복수개의 부유체(210)와, 부유체(210)의 하부에 배치되어 하천(W)의 이물질이 충돌하여 부유체(210)가 손상되는 것을 예방하는 보호커버(220)를 포함한다.
보호커버(220)는 일정 두께를 갖도록 형성되어 하천(W)의 수위에 따라 상하로 부유체(210)가 이동될 때 수류의 흐름에 따른 이물질의 측면 충돌로 인한 손상을 방지한다.
여기서, 부유체부(200)는 수평이나 사선방향으로 보강케이블을 이용하여 지지프레임(100)에 안정적으로 고정될 수 있다.
태양광발전모듈(300)은 지지프레임(100)의 상부에 배치되어 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환한다. 태양광발전모듈(300)은 복수개의 태양광어레이(310)를 지지프레임(100)의 길이방향을 따라 복수개가 일정간격으로 병렬적으로 배치된다.
태양광발전모듈(300)은 복수개의 태양광어레이(310)와, 각 태양광어레이(310)를 지지프레임(100)에 결합시키는 가로지지바(320)와, 태양광어레이(310)를 가로지지바(320)를 보강하는 보강바(330)을 포함한다.
각 태양광어레이(310)에서 형성된 전기에너지는 송전선(510)을 통해 전기실(500)로 공급되고, 전기실(500)에서 변압기(미도시)를 통해 전압이 변환되게 된다.
승강지지부(400)는 지지프레임(100)과 이에 결합된 부유체부(200) 및 태양광발전모듈(300)이 하천(W)의 수위에 따라 상하로 이동되도록 지지한다. 승강지지부(400)는 수변(M)의 바닥에 고정되는 베이스(410)와, 베이스(410)에 고정결합되는 가이드(420)와, 지지프레임(100)의 상부에서 가이드(420)로 삽입되어 상하로 이동되는 삽입봉(430)을 포함한다. 베이스(410)와 가이드(420)는 고정되고, 삽입봉(430)만 상하로 이동되게 된다.
베이스(410)는 수변 바닥에 체결부재(미도시) 등을 이용해 견고하게 고정된다. 가이드(420)는 베이스(410)의 내부에 수용되며 삽입봉(430)이 상하로 이동되게 결합된다.
가이드(420)의 상부 내주면에는 삽입봉(430)의 상하 이동을 보조하는 상부이송롤러(421)가 구비된다. 상부이송롤러(421)는 아이들롤러의 형태로 형성되어 부유체(210)의 부력에 의해 삽입봉(430)이 가이드(420) 상으로 상승할 때 삽입봉(430)과 가이드(420) 간의 마찰력을 줄여 원활하게 삽입봉(430)이 이동되도록 한다.
삽입봉(430)은 지지프레임(100)의 상부에서 가이드(420) 내부에 삽입된다. 삽입봉(430)이 지지프레임(100)을 사이에 두고 가이드(420) 내부로 삽입되어 고정되므로 지지프레임(100)이 삽입봉(430)의 상하이동에 연동하여 이동되게 된다.
삽입봉(430)은 가이드(420) 내부에 삽입된 상태에서 하천(W)의 수위가 가이드(420)의 높이를 초과할 경우 가이드(420) 외부로 돌출되며 상승하게 된다. 이를 위해 가이드(420)의 상부에 상부이송롤러(421)가 구비되어 삽입봉(430)의 상하 이동을 보조하게 된다.
여기서, 가이드(420)의 하부영역과 삽입봉(430)의 하부영역은 단차지게 형성되어 베이스(410)와 가이드(420) 외부로 이탈되는 것이 차단된다. 삽입봉(430)의 상부에는 보호캡(431)이 결합되어 삽입봉(430)과 지지프레임(100)의 결합상태가 유지되도록 한다.
한편, 지지프레임(100)과 지면(G) 사이에는 측면연결봉(440)이 구비된다. 측면연결봉(440)은 베이스(410a)의 상부에 수직하게 결합되어 고정봉(450)에 의해 지면(G)과 연결된다. 측면연결봉(440)과 고정봉(450)이 지면(G)과 연결되므로 하천(W)의 수위에 따른 지지프레임(100)의 상승시에 지지프레임(100)이 수류에 의해 떠내려가는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 고정봉(450)의 위치는 하천(W)의 최고 수위를 고려하여 최고 수위 보다 높게 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 측면연결봉(440)과 지지프레임(100)의 연결영역에는 하부이송롤러(445)와 상부이송롤러(447)이 각각 구비된다. 이에 의해 하천(W)의 수위에 의해 측면연결봉(440)이 상하로 원활하게 이동될 수 있다.
여기서, 전체 승강지지부(400)의 높이는 항상 태양광발전모듈(300) 보다 낮게 위치되도록 조절되는 것이 바람직하다. 이는 승강지지부(400)가 태양광발전모듈(300) 보다 높은 위치일 경우 태양광을 차폐하게 되어 발전효율을 저하시킬 수 있기 때문이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템(1)의 동작과정을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
수변 태양광발전시스템(1)을 설치하기 위해 작업자는 지면(G)과 하천(W) 사이의 수변(M)에 복수개의 베이스(410,410a)를 고정설치한다. 그리고 베이스(410,410a)에 가이드(420)와 측면연결봉(440)를 삽입한다.
지지프레임(100)의 하부에 부유체부(200)를 결합시키고, 지지프레임(100)의 상부에 태양광발전모듈(300)을 설치한다. 지지프레임(100)은 베이스(410) 상에 배치하고, 복수개의 삽입봉(430)과 측면연결봉(440)을 삽입공(120)을 통해 가이드(420)와 베이스(410)에 삽입시킨다. 측면연결봉(440)을 고정봉(450)에 의해 지면(G)에 고정시켜 설치를 완료한다.
이렇게 수변 태양광발전시스템(1)이 설치된 후, 하천의 수위(h1)가 낮은 평수기일 때는 도 1과 도 3 및 도 6의 상부에 도시된 바와 같이 지지프레임(100)은 수변(M)의 바닥면으로부터 일정 높이 이격되게 위치한다. 즉, 지지프레임(100)은 가이드(420) 상에 일정 높이 이격되게 배치된다.
이 상태에서 태양광발전모듈(300)은 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하여 송전선(510)을 통해 전기실(500)로 공급한다.
한편, 계절이 바뀌고 홍수기가 오면 도 4와 도 5 및 도 6의 하부에 도시된 바와 같이 하천의 수위(h2)가 높아진다. 하천(W)이 수변(M)으로 유입되어 부유체부(200)가 하천(W) 상에 부유하게 된다. 수위의 상승에 따라 부유체부(200)의 부력에 의해 삽입봉(430)은 가이드(420)로부터 점차 상승되고, 지지프레임(100)은 수면에 뜬 상태로 배치된다.
이 상태에서 태양광발전모듈(300)은 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 수변 태양광발전시스템(1)의 다양한 설치예를 도시한 예시도들이다.
앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수변 태양광발전시스템(1)은 측면연결봉(440)과 고정봉(450)에 의해 지면(G)과 고정된다. 반면, 도 7의 (a1)에 도시된 수변 태양광발전시스템(1a)은 측면연결봉(440)과 고정봉(450) 없이 복수개의 삽입봉(430)에 의해 수변(M)의 바닥에만 고정된다.
한편, 도 7의 (b1)에 도시된 수변 태양광발전시스템(1b)는 고정봉(450a)이 지면(G) 보다 높게 위치하여 설치된다.
또한, 도 7의 (c1)에 도시된 바와 같이 수변 태양광발전시스템(1c)는 가이드(420)와 삽입봉(430) 없이 고정봉(450)과 측면연결봉(440)만으로 수변(M)에 고정된다. 그리고 연결선(600)에 의해 지면(G)과 지지프레임(100)을 서로 연결하여 지지프레임(100)의 상하 이동을 지지할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 수변 태양광발전시스템은 육상과 수상의 경계영역인 수변에 설치되므로 현재 사용하지 않는 유휴부지에 태양광발전 설비를 설치하여 국토의 효율적 활용이 가능하다.
특히, 수변 태양광발전시스템은 하천의 수위에 따라 상하로 이동하며 사용이 가능하므로 안전성과 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 수상에 비해 상대적으로 위험부담이 적으므로 설치비용이 줄어들 수 있다.
또한, 종래 육상에 태양광발전 설비를 설치하기 위해서는 임야, 전답 등에 설치되므로 대규모 토목공사로 인한 환경파괴 문제가 있었으나, 수변 지역의 경우 유휴부지를 사용하기 때문에 태양광설치시 발생하는 환경파괴문제도 해결할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 수변 태양광발전시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 수변 태양광발전시스템 100 : 지지프레임
200 : 부유체부 210 : 부유체
220 : 보호커버 300 : 태양광발전모듈
310 : 태양광어레이 320 : 가로지지바
330 : 보강대 400 : 승강지지부
410 : 베이스 420 : 가이드
430 : 삽입봉 431 : 보호캡
440 : 측면연결봉 450 : 고정봉
500 : 전기실 510 : 송전선
600 : 연결선

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 저수지에 비해 높게 형성되고, 지면에 비해 일정 높이 낮게 형성된 수변영역에 수직하게 배치되는 복수개의 승강지지부와;
    상기 승강지지부에 상하 이동가능하게 테두리가 결합되는 지지프레임과;
    상기 지지프레임의 상부에 배치되며 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광발전모듈과;
    상기 지지프레임의 하부에 결합되어 평수기와 홍수기의 수위에 따라 상기 지지프레임이 상기 승강지지부를 따라 상하로 이동되도록 부력을 형성하는 부유체부를 포함하고,
    상기 승강지지부는,
    상기 수변영역에 고정결합되는 복수개의 베이스와;
    상기 베이스 내부에 수용되는 가이드와;
    상기 지지프레임의 상부에서 상기 가이드 내부로 삽입되어 상기 지지프레임이 상기 가이드에 연동하여 승강되도록 하는 삽입봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 수변 태양광발전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드의 상부에는 상기 삽입봉의 승강을 돕는 이송롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 수변 태양광발전시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 부유체부는,
    상기 지지프레임의 하부에 결합되는 복수개의 부유체와;
    상기 부유체의 하부에 결합되어 하천의 이물질이 측면으로 유입되는 것을 차단하는 보호커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수변 태양광발전시스템.
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