KR101474989B1 - 회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지를 호수나 저수지와 같은 수상에 설치하는 태양전지를 이용한 발전장치에 있어서, 태양의 방위각과 고도각을 따라 태양전지 어레이를 회전시켜 발전효율을 높이도록 하는 회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
본 발명은 태양전지 어레이가 상면에 설치된 바닥판은 부양통을 이용하여 수면에 부유되게 하되 상기 바닥판의 외측으로 ㄷ자 형상의 외프레임을 절곡하여 원형을 이루게 하고, 상기 바닥판의 외측을 절반정도 씌워주는 반원형의 지지프레임을 구비하며, 상기 지지 프레임에서는 바닥판을 회전시키는 회동수단을 설치하고, 상기 지지프레임은 서로 링크 결합되게 하며, 상기 지지프레임은 지면에 고정시키되 수위에 따라 상하 이동되게 함으로써 이루어지게 된다.

Description

회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템{Floating type solar power generation system and a rotating unit}

본 발명은 태양전지를 호수나 저수지와 같은 수상에 설치하는 태양전지를 이용한 발전장치에 있어서, 태양의 방위각과 고도각을 따라 태양전지 어레이를 회전시켜 발전효율을 높이도록 하는 회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

태양전지를 이용하여 발전을 하게 되는 발전장치는 공지된 것으로, 주로 육상에서 여러 개의 태양전지를 고정시킨 태양전지 어레이를 설치한 후 태양의 방위각에 따라 태양전지 어레이의 각도를 조절함으로써 최대의 발전효율을 낼 수 있도록 하고 있다.

그러나, 태양전지 어레이를 지상에 설치하는 경우 부지 매입비용과 설치비용이 많이 들어 많은 량의 건설이 어려운 문제가 있기 때문에, 부지 매입비용이 들지 않는 호수나 저수지 또는 댐 등의 수상에 설치함으로써 적은 비용으로 넓은 면적의 태양전지를 설치하고 있으며, 태양전지를 결합한 태양전지 어레이를 태양의 방위각에 따라 회전시키고 있다.

이와 같이 수면에 설치하는 태양전지 발전장치는 태양의 방위각에 따라 태양전지 어레이를 회전시켜야 함은 물론 태양의 고도각에 따라 태양전지 어레이를 회전시켜야만 계절과 시간의 변화에 관계없이 최상의 발전효율을 얻을 수 있는 것으로, 수면에 떠있는 태양전지 어레이를 방위각과 고도각에 따라 회전시키기가 쉽지 않으며, 특히 방위각에 따라 태양전지 어레이를 회전시키기에 곤란함이 따르게 된다.

기존의 수면에 설치하는 태양전지 발전장치는 수면에 일정 면적의 바닥판을 띄워 고정시킨 후 상기 바닥판의 상면에 태양전지 어레이를 설치하여 방위각에 따라 태양전지 어레이을 동서 방향으로 회동시키게 됨은 물론 바닥판의 상면에서 태양전지 어레이를 계절에 따른 고도각에 맞추어 회전을 시켜주고 있다.

이 같이 수면에 부유시켜 고정한 바닥판에서 태양전지 어레이를 방위각과 고도각에 따라 회전시키는 방식은 수면에 부유된 바닥판은 고정된 상태가 되는 것이어서, 육지에서와 같이 태양전지 어레이를 회전시킬 때 많은 부하를 필요로 하는 것으로, 특히 고도각에 따른 회전은 수면에 부유시켜 설치하였음에도 육지에 설치한 경우와 동일하여 많은 부하를 필요로 하는 것이었다.

대한민국 공개 특허 10-2010-0130515호(2010.12.13 공개) 대한민국 실용신안등록 20-0442808호(2008.09.30 등록) 대한민국 특허등록 10-0831382호(2008.05.15 등록) 대한민국 특허등록 10-0975212호(2010.08.04 등록) 대한민국 특허등록 10-1032365호(2011.04.25 등록)

본 발명은 태양전지를 이용한 발전 장치를 수면에 부양시켜 설치하되 태양의 방위각과 고도각에 따라 태양전지 어레이를 회전시킴에 있어서, 바닥판을 수면에 부유시켜 고정시킨 상태에서 태양의 고도각에 따라 태양전지 어레이를 회전시킬 때 부하가 많이 발생하는 문제를 해결하기 위한 것으로, 태양전지 어레이가 설치된 바닥판을 수면에 부유시킨 상태에서 회전이 이루어지게 하는 것이다.

본 발명은 태양전지 어레이가 상면에 설치된 바닥판은 부양통을 이용하여 수면에 부유되게 하되 상기 바닥판의 외측으로 ㄷ자 형상의 외프레임을 절곡하여 원형을 이루게 하고, 상기 바닥판의 외측을 절반정도 씌워주는 반원형의 지지프레임을 구비하며, 상기 지지프레임에서는 바닥판을 회전시키는 회동수단을 설치하고, 상기 지지프레임은 서로 링크 결합되게 하며, 상기 지지프레임은 지면에 고정시키되 수위에 따라 상하 이동되게 함으로써 이루어지게 되는 것으로, 고정된 지지프레임에서 회동수단을 이용하여 태양전지 어레이가 설치된 바닥판을 수면에 부유시킨 채로 회전되게 하는 것이다.

본 발명에서 바닥판에 설치된 태양전지 어레이는 통상의 방법에 의해 태양의 방위각에 맞추어 회전이 이루어지게 하는 한편 태양의 고도각에 따른 회전은 바닥판을 수면에 부양시킨 채로 회동수단을 구동시켜 회전이 이루어지게 하는 것으로, 태양전지 어레이를 바닥판의 상면에서 회전시키지 않고 바닥판을 회전시켜 태양전지 어레이가 태양전지 고도각을 찾아 회전되는 것이다.

본 발명은 부양통을 이용하여 수면에 부양시키는 바닥판을 원형의 외프레임으로 고정시키고, 상기 외프레임은 지지프레임에 결합된 상태에서 회동수단의 구동으로 바닥판의 회전이 이루어지게 되며, 상기 지지프레임은 서로 링크 결합된 상태에서 지면에 고정되나 수위에 따라 높낮이가 변하게 된다.

본 발명은 태양전지를 이용한 부양식 발전장치에 관한 것으로, 태양전지 어레이를 설치할 부지를 확보할 필요 없이 수면에 설치할 수 있어 부지 매입비용 및 설치비용을 줄일 수 있으며, 특히 수면에 부양시킨 상태에서 바닥판을 회전시켜 태양 전지 어레이가 고도각을 따라 회전될 수 있도록 하는 것이어서, 바닥판을 적은 힘으로 회전시킬 수 있다.

특히, 본 발명은 바닥판을 회전시키기 위한 지지프레임을 서로 링크로 결합시켜 대 단위로 설치가 가능하고, 바닥판에 설치된 태양전지 어레이는 통상의 방법으로 방위각에 따른 회전이 이루어지는 한편 수면에 부양된 상태에서 적은 부하를 이용하여 바닥판 자체를 회전시켜 태양전지 어레이가 고도각을 따라 회전이 이루어지게 하는 것이어서, 구조가 간단하고 적은 동력을 이용하여 태양전지 어레이를 회전시킬 수 있다.

이러한 본 발명은 태양전지 어레이를 고도각과 방위각을 따라 회전시키지 않고 태양전지 어레이를 설치한 바닥판을 수면에 부양시킨 상태로 회전이 이루어지게 되는 것이어서, 적은 부하로 회전시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 평면도
도 2는 본 발명의 실시예 사시도
도 3은 본 발명의 바닥판 내부를 보인 평면도
도 4는 본 발명의 바닥판 일부 정단면도
도 5는 본 발명의 바닥판을 씌운 외프레임을 지지롤러와 받침롤러로 받친 상태를 보인 단면도
도 6은 본 발명의 고정 상태 설명도
도 7은 본 발명의 지지프레임과 회동수단 평면 및 요부 확대도
도 8은 본 발명의 지지프레임과 회동수단 사시도 및 요부 확대도
도 9는 본 발명의 회동수단 저면 사시도
도 10은 본 발명의 회동수단 정면도

본 발명은 여러 개의 태양전지를 결합한 태양전지 어레이를 여러 개 설치할 수 있는 바닥판을 구비하되 상기 바닥판에는 부양통을 내장시켜 수면에 바닥판이 부유될 수 있도록 하는 한편 상기 바닥판은 단면이 ㄷ자 형상의 외프레임을 이용하여 원형을 이루도록 하고, 상기 외프레임의 외측으로는 등간격으로 회전홈을 형성하며, 바닥판의 상부에 설치되는 태양전지 어레이는 경사진 상태로 설치되고, 상기 태양전지 어레이는 방위각을 따라 회동 될 수 있도록 한다.

상기 외프레임의 절반 정도를 외측으로 결합하는 지지프레임을 구비하되 상기 지지프레임에는 바닥판을 회전시키는 회동수단을 구비하는 한편 바닥판의 회전을 지지하는 지지롤러가 설치되는 것으로, 지지롤러에 의해 외프레임의 외측이 지지되는 한편 외프레임의 내측은 받침롤러에 의해 받쳐진 채로 외프레임의 회전이 이루어지게 하고, 상기 지지프레임에는 회동수단을 설치하여 외프레임에 회전동력을 제공하도록 한다.

상기 회동수단은 모터의 회전동력을 이용하여 회전돌기가 외측으로 형성된 회전바퀴를 회전시키게 하고, 상기 회전바퀴의 회전돌기가 외프레임의 회전홈에 끼워지면서 외프레임을 회전시키되 외프레임은 받침롤러에 의해 받쳐지게 되는 것으로, 상기 회동수단이 설치된 지지프레임은 바닥에 고정시키되 수위를 따라 상하 이동되도록 한다.

본 발명의 회동수단은 회전바퀴를 외프레임에 밀착시켜 회전돌기가 회전홈에 끼워지면서 회전력이 전달되게 하되 상기 외프레임은 회전바퀴의 하측에서 받침롤러에 의해 받쳐지는 한편 상기 회동수단에서 이격하여서는 지지롤러와 받침롤러로 받쳐지게 함으로서 회전바퀴의 회전력이 외프레임에 정확히 전달될 수 있도록 하는 한편 정상적인 회전이 이루어지게 한다.

상기 지지프레임은 서로 링크로 결합시켜 두 개 또는 4개의 바닥판을 대칭되게 연결하여 설치할 수 있도록 하고, 상기 지지프레임은 앵커로 바닥에 고정시키되 상기 지지프레임은 수위에 따라 상하 이동되며 고정되도록 한다.

이러한 본 발명은 원형을 갖는 외프레임의 내측으로 바닥판을 고정시키되 상기 바닥판은 부양통을 이용하여 부유될 수 있도록 하고, 상기 외프레임은 지지프레임에 결합된 채로 회동수단의 회전력 전달로 바닥판과 함께 회전되게 함으로써 바닥판의 상면에 설치된 태양전지 어레이를 별도로 회전시키지 않고 부유된 상태의 바닥판을 회전시키는 것이다.

본 발명은 태양전지 어레이가 설치된 바닥판을 지지프레임에 결합시켜 부유된 채로 회전시킴으로서 태양의 고도각을 따라 회전될 수 있도록 하고, 바닥판에 설치된 태양전지 어레이의 방위각 조절은 기존과 동일하게 경사 각도를 조절하여 맞추도록 한다.

본 발명의 지지프레임에 설치된 회동수단은 회전돌기가 돌출된 회전바퀴를 모터로 회전시킴으로써 회전바퀴의 회전돌기가 외측으로 끼워지는 회전홈이 형성된 외프레임을 받침롤러로 받친상태에서 회전시키게 되고, 상기 외프레임의 내측으로는 바닥판이 고정되어 있기 때문에 외프레임을 회전시켜 바닥판을 회전시키게 되며, 이때 바닥판은 수면에 부유된 채로 회전이 이루어지게 되어 적은 부하로 회전이 이루어지게 된다.

본 발명의 지지프레임에는 외프레임을 받쳐 회전이 이루어질 수 있도록 하는 한편 링크를 이용하여 다른 지지프레임과 결합이 이루어지게 하는 한편 앵커를 이용하여 바닥에 고정될 수 있도록 한다.

이하 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 수면에 바닥판(20)을 부유시키되 바닥판(20)의 상부에 태양의 방위각에 따라 경사 각도를 조절하는 태양전지 어레이(10)를 설치하는 한편 상기 바닥판(20)을 태양의 고도각에 따라 수면에 부유시킨 상태에서 회전이 이루어지게 하고, 상기 바닥판(20)은 2개 또는 4개를 서로 결합하여 설치하게 된다.

바닥판(20)은 외측으로 단면이 ㄷ자 형태의 외프레임(22)을 원형으로 설치한 후 상기 외프레임(22)의 내측으로 바닥판(20)을 연결하여 고정시키되 상기 바닥판(20)은 부양통(21)이 내장되게 설치하여 바닥판(20)이 부양력을 받아 수면에 부양되게 하고, 상기 외프레임(22)에는 도 9와 같이 외측면을 향하는 부위에 결합홈(23)을 일정 간격으로 형성시키며, 상기 외프레임(22)의 내측으로는 도 4와 같이 바닥판(20)을 연결하는 한편 바닥판(20)은 부양통(21)을 내장시켜 부력을 받게 한다.

상기 바닥판(20)의 외프레임을 절반정도 외측에서 감싸게 지지프레임(30)을 반원형으로 형성하고, 상기 지지프레임(30)에는 회동수단(50)을 설치하여 바닥판(20)을 회전시키는 한편 회동수단(50)과 이격되어 지지롤러(31)와 받침롤러(32)를 일정 간격으로 구비하여 외프레임(22)을 받친 채로 안정되게 회전되도록 한다.

본 발명의 회동수단(50)은 모터(51)의 동력을 받아 회전하는 회전바퀴(52)를 설치하되 상기 회전바퀴(52)에 형성된 회전돌기(53)가 외프레임(22)에 형성된 회전홈(23)에 끼워질 수 있도록 하고, 상기 회전바퀴(52)와 대향된 곳에서는 받침롤러(54)로 외프레임(22)을 받치게 하며, 상기 회동수단(50)과 이격된 곳에서는 외프레임(22)을 지지롤러(31)로 받쳐지게 하는 한편 받침롤러(32)로 외프레임(22)의 내측을 받쳐준 채로 회전이 이루어질 수 있도록 함으로써, 회전바퀴(52)를 회전시키면 외프레임(22)의 회전이 이루어져 바닥판(20)을 회전시키게 된다.

여기서, 지지롤러(31)와 받침롤러(32)는 도 5와 같이 외프레임(22)을 받친 채로 회전이 이루어지게 하고, 상기 회동수단(50)은 조절볼트(55)을 이용하여 회전바퀴(52)가 외프레임(22) 쪽으로 밀착되는 정도를 조절할 수 있도록 함으로써, 회전돌기(53)가 회전홈(23)에 끼워지는 정도를 조절하여 확실한 동력전달이 이루어지게 한다.

상기 회동수단(50)은 지지프레임(30)의 중앙에 설치되어 외프레임(22)으로 회전동력을 전달하게 되고, 상기 회동수단(50)의 양쪽에 위치한 지지프레임(30)에는 일정 간격으로 지지롤러(31)와 받침롤러(32)를 설치하며, 외프레임(22)의 절반 정도를 지지프레임(30)으로 감싸주어 안정된 회전이 이루어지게 한다.

이러한 지지프레임(30)에 바닥판(20)이 회전 가능하게 결합된 상태에서 지지프레임(30)을 링크(40)로 결합시켜 도 1과 같이 대칭적으로 바닥판(20)을 수면에 설치할 수 있도록 하고, 상기 지지프레임(30)은 전후좌우로 대칭적인 모양을 갖도록 링크(40)로 결합시키며, 여기서 링크(40)로 지지프레임(30)을 서로 결합시키는 이유는 수면에 부유된 상태에서 물결에 따라 바닥판(20)의 높낮이가 다르더라도 안정되게 결합 상태를 유지하기 위함이다.

본 발명은 링크(40)의 상면으로 지지봉(60)을 고정시키되 상기 지지봉(60)의 상부에는 롤러(61)를 설치하며, 상기 롤러(61)에는 와이어(62)를 걸어주되 상기 와이어(62)의 양단에는 균형추(63)와 앵커(64)를 결합시키고, 상기 앵커(64)는 바닥에 던져져 고정되는 한편 균형추(63)는 롤러(61)에 걸린 와이어(62)에 매달린 상태가 되게 한다.

여기서, 앵커(64)는 바닥에 고정 상태를 유지하도록 하고, 지지봉(60)의 선단에 설치된 롤러(61)를 이용하여 균형추(63)를 매달은 이유는 수면의 높낮이가 변할 경우 바닥판(20)의 높낮이도 수위에 따라 변하게 될 때 균형추(63)가 상하로 이동하면서 바닥판(20)은 항시 수면에 부유된 상태에서 움직이지 않도록 하기 위함이다.

이때, 앵커(64)을 고정시키는 와이어(62)에는 외부로 이탈되지 않도록 무게추(65)를 끼워줌으로써 앵커(64)의 상부에 많은 무게가 얹히게 할 수 있으며, 이 경우는 앵커(64)의 무게만으로 고정을 유지하기가 어려울 때 무게추(65)를 와이어(62)에 끼워 앵커(64)의 상부에 적층시킴으로써 움직임을 방지하게 된다.

이러한 구성의 본 발명에서, 먼저 바닥판(20)은 부유통(21)을 이용하여 부유된 상태로 설치되는 것이고, 상기 바닥판(20)의 상면에는 태양전지 어레이(10)가 일정 간격으로 설치되는 것이며, 상기 태양전지 어레이(10)를 태양의 방위각에 맞추기 위하여 경사 각도를 조절하는 것은 당 업계의 공지된 사실이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하되 고도각에 따라 바닥판(20)을 수면에 부유시킨 채로 회전시키게 되는 과정을 설명하기로 한다.

본 발명에서 바닥판(20)은 외측으로 외프레임(22)에 의해 씌워진 상태가 되고, 상기 외프레임(22)은 지지롤러(31)와 받침롤러(32)에 의해 지지프레임(30)에 결합된 상태를 유지하되 회동수단(50)에서 회전바퀴(52)를 회전시킬 경우 회전돌기(53)가 회전홈(23)에 끼워진 상태에서 받침롤러(54)로 받쳐져 회전하게 되므로, 외프레임(22)의 회전이 이루어지게 되고, 이는 바닥판(20)이 수면에 부유된 상태에서 수평 회전하는 것을 의미하게 되며, 이러한 회전을 이용하여 바닥판(20)에 설치된 태양전지 어레이(10)를 고도각에 따라 회전할 수 있게 된다.

본 발명은 회전바퀴(52)를 모터(51)로 회전시킬 경우 회전바퀴(52)의 회전돌기(53)가 외프레임(22)의 회전홈(23)에 끼워진 채로 서서히 회전이 이루어지게 되고, 이에 따라 외프레임(22)이 수평으로 회전하면서 바닥판(20)을 회전시키게 된다.

이때, 바닥판(20)은 부양통(21)에 의해 수면에 부유된 상태를 유지하게 되므로, 바닥판(20)의 상부에서 바닥판(20)은 고정시킨 상태에서 태양전지 어레이(10)를 회전시키는 경우보다 현저히 낮은 에너지를 이용하여 큰 부하를 주지 않고도 회전시킬 수 있다.

본 발명은 바닥판(20)을 회전시키는 지지프레임(30)을 대칭적으로 연결하여 여러 개의 바닥판(20)을 설치할 수 있는 것으로, 지지프레임(30) 사이는 링크(40)로 결합함으로써 물결에 의해 인접된 바닥판(20)의 높낮이가 다를 경우에도 링크(40)에서 위치 변화를 흡수하여 연결 상태를 유지할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 바닥판(20)을 회전시키기 위하여 지지프레임(30)이 고정 상태를 유지하여야 하는 것으로, 이를 위해서는 링크(40)의 상면으로 롤러(61)가 구비된 지지봉(60)을 고정시켜 와이어(62)를 걸어주되 상기 와이어(62)의 일측에는 균형추(63)를 고정시키는 한편 타측에는 지면에 고정되는 앵커(64)를 연결하게 되며, 상기 앵커(64)의 상부에는 수 개의 무게추(65)를 끼워 앵커(64)의 무게를 늘릴 수 있도록 한다.

본 발명의 앵커(64)는 바닥에 고정 상태를 유지하도록 하고, 지지봉(60)의 선단에 설치된 롤러(61)를 이용하여 균형추(63)를 매달아 줌으로써 수면의 높낮이가 변할 경우 바닥판(20)의 높낮이도 수위에 따라 변하게 될 때 균형추(63)가 상하로 이동하면서 바닥판(20)이 항시 수면에 부유된 상태를 유지하도록 하며, 무게추(65)는 앵커(64)를 확실히 고정시키기 위하여 사용한다.

이와 같이 본 발명은 태양전지 어레이(10)가 상면에 설치된 바닥판(20)을 수면에 설치하되 상기 바닥판(20)이 수면에 부유된 상태에서 바닥판(20)을 회전시키도록 하는 것으로, 적은 에너지를 이용하여 바닥판(20)을 회전시킬 수 있다.

10 : 태양전지 어레이 20 : 바닥판
21 : 부양통 22 : 외프레임
23 : 회전홈 30 : 지지프레임
31 : 지지롤러 32 : 받침롤러
40 : 링크 50 : 회동수단
51 : 모터 52 : 회전바퀴
53 : 회전돌기 60 : 지지봉
61 : 롤러 62 : 와이어
63 : 균형추 64 : 앵커
65 : 무게추

Claims (3)

1. 부양통(21)이 내장되어 부력을 받는 바닥판(20)의 상면에는 태양전지 어레이(10)를 설치하는 한편 상기 바닥판(20)의 외측으로 원형의 외프레임(22)을 설치하고,
   상기 외프레임(22)은 단면이 ㄷ자 형태를 갖고 외측으로 회전홈(23)이 일정간격으로 설치되는 한편 내측으로 부양통(21)이 내장된 바닥판(20)이 설치되며,
   상기 외프레임(22)의 절반을 감싸는 지지프레임(30)을 설치하되 상기 지지프레임(30)에는 지지롤러(31)를 설치하여 외프레임(22)의 외측을 지지하는 한편 받침롤러(32)를 설치하여 외프레임(22)의 내측을 받쳐주게 하고,
   상기 지지프레임(30)의 중앙에는 회동수단(50)을 설치하되 상기 회동수단(50)은 모터(51)로 회전바퀴(52)를 회전시켜 회전바퀴(52)의 회전돌기(53)가 회전홈(23)에 끼워진 외프레임(22)을 회전시키게 하며,
   상기 지지프레임(30)은 링크(40)를 이용하여 대칭적으로 놓인 지지프레임(30)을 연결하고,
   상기 링크(40)에는 롤러(61)가 설치된 지지봉(60)을 세우되 상기 롤러(61)에 걸린 와이어(62)에는 일측으로 지면에 고정되는 앵커(64)를 연결하는 타측으로 매달린 형태의 균형추(63)를 연결하며,
   상기 앵커(64)의 상측에는 와이어(62)를 통하여 무게추(65)를 끼워 앵커(64)가 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 반원형의 지지프레임(30)에는 원형의 바닥판(20)이 끼워져 회전되게 하되 상기 지지프레임(30)에 설치된 지지롤러(31)와 받침롤러(32)가 바닥판(20)의 외측에 설치된 외프레임(22)을 받치게 하고, 상기 지지프레임(30)의 중앙 설치된 회동수단(50)의 회전바퀴(52)에 형성된 회전돌기(53)가 외프레임(22)에 형성된 회전홈(23)에 끼워져 받침롤러(54)로 외프레임(22)이 받쳐진 채로 회전되게 하며, 상기 회전바퀴(52)는 조절볼트(55)를 조여 회전돌기(53)가 회전홈(23)에 끼워지는 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 회전수단을 구비한 부유식 수상 태양광 발전시스템.
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