KR101521810B1 - 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템 - Google Patents

압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템 Download PDF

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디에스케이엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30)에 솔라셀 패널(10)을 고정하고, 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b)의 사이에 현수 케이블(30)을 가설하되, 상단을 현수 케이블(30)의 중도에 고정한 압축부재(200)을 현수 케이블(30)의 하부로 배치하고, 양측 지지 구조물(20a, 20b)에서 각각 일단을 고정한 인장 케이블(100)의 타단을 압축부재(200)의 하단에 고정하여 인장력을 받게 함으로써, 인장력을 받는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)과 압축력을 받는 압축부재(200)에 의해 텐서그리티 구조(tensegrity structure)로 구성되는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에 관한 것이다.

Description

압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템{SOLAR CELL PANEL SUSPENSION STRUCTURE SYSTEM USING COMPRESSION MEMBER}
본 발명은 솔라셀 패널을 고정 설치한 한쌍의 현수 케이블을 서로 마주하는 지지 구조물의 사이에 가설함에 있어서, 인장 부재의 인장력과 압축 부재의 압축력에 의해 균형 및 안정성을 유지하는 텐서그리티 구조로 구성한 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 태양광을 솔라셀 패널로 집광하도록 솔라셀 패널을 배치하여야 하는 데, 이때, 솔라셀 패널을 지지하는 구조물이 필요하다.
일반적으로 솔라셀 패널 지지 구조물은 각관 또는 엥글을 이용하여 복수의 기둥에 의해 지지되는 평평한 면 또는 격자형 프레임을 형성하고, 그 위에 솔라셀 패널을 설치하는 구조를 갖는다.
하지만, 이러한 구조물은 설치되는 대지의 활용에 제한이 따르므로, 통상적으로 유휴지나 아니면 건물의 옥상, 외벽, 지붕 등에 설치하였다. 이는 대지의 공간 활용에 있어서 경제적으로 매우 비효율적일 뿐만 아니라, 저류지, 주차장, 오수처리장 및 도로처럼 고유 목적의 용도로 사용되는 대지, 또는 구조물의 설치가 곤란한 산악지역에는 설치할 수 없거나 아니면 설치하는 데 과다한 설치비용이 들었다.
이러한 구조물의 설치 제한을 해소하기 위해서 등록특허 제10-1004108호는 서로 마주하는 기둥 사이에 강선을 가설하여 강선에 솔라셀 패널을 고정하게 하였고, 공개특허 제10-2014-0094704호는 강선의 중간 부분이 아래로 처지는 문제를 해결하기 위해서 강선 위에 또다른 강선을 추가하여 현수요소로 들어올리는 구조를 개시하였다.
하지만, 공개특허 제10-2014-0094704호에 개시한 구조에 의해서 강선의 처짐을 어느정도 줄일 수 있지만, 풍하중에 의한 수평력을 받을 시에 수평 방향으로 요동칠 수 있고, 자중의 영향도 끼쳐서 상하 방향으로 출렁일 수 있다. 이에, 전체적으로 안정된 자세를 유지하기 어렵다. 이러한 불안전한 자세는 단순히 추가한 강선에 현수요소를 매달고 솔라셀 패널이 설치된 강선을 현수요소로 들어올리는 구조를 갖춤으로서, 추가한 강선도 함께 요동치기 때문에 발생한다
KR 10-1004108 B1 2010.12.20. KR 10-2014-0094704 A 2014.07.31.
따라서, 본 발명은 솔라셀 패널을 고정한 현수 케이블을 지지 구조물 사이에 가설함에 있어서, 수평력 및 자중의 영향이 있어도 현수 구조를 전체적으로 안정된 자세로 유지할 수 있는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템을 제공하는 데 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30)에 솔라셀 패널(10)을 고정하고, 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b)의 사이에 현수 케이블(30)을 가설한 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에 있어서, 상단을 현수 케이블(30)의 중도에 고정한 압축부재(200)를 현수 케이블(30)의 하부로 배치하고, 양측 지지 구조물(20a, 20b)에서 각각 일단을 고정한 인장 케이블(100)의 타단을 압축부재(200)의 하단에 고정하여 인장력을 받게 함으로써, 인장력을 받는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)과 압축력을 받는 압축부재(200)에 의해 텐서그리티 구조(tensegrity structure)로 구성됨을 특징으로 한다.
상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로질러 양측 현수 케이블(30)에 양단을 고정한 프레임(210)를 구비하여, 프레임(210)이 양측 현수 케이블(30)에 의한 압축력을 받게 하고, 양측 현수 케이블(30)이 프레임(210)에 의해 인장력을 받게 하며, 상기 압축부재(200)의 상단을 프레임(210)에 고정하여 프레임(210)의 하부에 수직으로 배치한 것임을 특징으로 한다.
상기 압축부재(200)는 상기 프레임(210)의 양단에 각각 하나씩 구비되고, 상기 압축부재(200)의 하단에 일단이 고정되는 복수의 인장 케이블(100)은 각각 상부를 지나는 현수 케이블(30)를 따라 하부를 지나가게 구비됨을 특징으로 한다.
상기 압축부재(200)와 지지 구조물(20a, 20b) 사이의 구간에는, 상단을 현수 케이블(30)에 고정하고 하단을 인장 케이블(100)에 고정하여 수직으로 세워지며, 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)이 인장력을 받게 하고 자신은 압축력을 받는 보조 압축부재(300)를 적어도 1개 이상 구비함을 특징으로 한다.
상기 솔라셀 패널(10)은 현수 케이블(30)에 고정된 패널 고정판(11)에 설치하되, 상기 패널 고정판(11)은 측변의 후방을 받치는 압축사재(12)를 구비하고, 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측변의 하부에서 현수 케이블(30)을 파지하고, 압축사재(12)의 하단에서 현수 케이블(30)을 파지하되, 압축사재(12)와의 각도 조절로 기울임 각도를 변경할 수 있음을 특징으로 한다.
한쌍으로 이루어진 각각의 현수 케이블(30)은 상하로 평행하게 배치한 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32)로 구성되고, 상기 프레임(210)은 직육면체의 모서리를 따라 바를 배치한 후 꼭지점에서 바의 단부끼리 상호 고정되게 한 구조를 이루고, 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측의 상하 바에서 파지수단(216a, 216b)으로 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)을 고정한 것이며, 상기 압축부재(200)는 프레임(210)의 중앙을 수직으로 관통하며 프레임(210)에 고정되고, 프레임(210)의 하부로 연장된 부위를 갖추며, 상기 인장 케이블(100)은 지지 구조물(20a, 20b)에서 하현 케이블(32)이 고정된 부위 또는 인접한 부위에 일단을 고정하고 타단을 상기 압축부재(200)의 하단에 고정한 것임을 특징으로 한다.
상기 솔라셀 패널(10)은 현수 케이블(30)에 고정된 패널 고정판(11)에 설치하고, 상기 패널 고정판(11)은 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측변의 상부측 일지점을 상현 케이블(31)에 고정하고, 양측변의 하부측 일지점을 하현 케이블(32)에 고정하되, 양측변의 고정 위치는 변동 없이 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32) 상의 고정 위치 변경으로 기울임 각도가 조절되는 것이며, 상기 프레임(210)에서 하현 케이블(32)을 파지하는 파지수단(216b)은 상하로 슬라이딩 가능하게 구비됨을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 솔라셀 패널이 고정된 현수 케이블(30)에 인장 케이블(100) 및 압축부재(200)를 추가하여서, 현수 구조 전체가 텐서그리티 구조로 구성되므로, 현수 케이블(30)의 처짐을 최소할 뿐만 아니라 수평력 및 자중의 영향이 있어도 텐서그리티의 원리에 따른 자기 평형 응력에 의해서 현수 구조 전체가 균형을 잡고 안정된 자세를 유지한다.
또한, 본 발명은 현수 케이블 간을 폭방향으로 가로질러 압축력을 받게 한 프레임(210)을 구비하여서, 풍하중에 의한 수평력이 가해져도 더욱 안정된 자세를 유지한다.
또한, 본 발명은 안정된 자세를 유지함에 따라 현수 케이블을 장스팬으로 설치할 수 있어서, 설치 공간의 제약을 더욱 덜 받고 설치할 수 있으며, 추가되는 구성요소도 간단한 구조를 갖추므로 추가 공사비 부담을 최소화하면서 안정된 자세 유지라는 목적도 얻는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 측면도(a) 및 상면도(b).
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 측면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 압축부재(200)가 설치된 부위의 평단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 솔라셀 패널(10)이 설치되는 패널 고정판(11)의 측면도 및 설치 상태도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 솔라셀 패널(10)의 설치에 사용되는 제1,2 고정클립(13, 14)이 설치된 패널 고정판(11)의 부분 확대도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에서 발생하는 인장력과 압축력을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 저면 사시도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 측면도(a) 및 상면도(b).
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 사시도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 저면 사시도.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 솔라셀 패널(10)이 설치되는 패널 고정판(11)의 측면도 및 설치 상태도.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 솔라셀 패널(10)의 설치에 사용되는 제1 고정클립(13)이 설치된 부위의 부분 확대도(a) 및 제2 고정클립(14)과 압축사재(12)가 설치된 부위의 부분 확대도(b).
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에서 발생하는 인장력과 압축력을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에 대해 설명하기 앞서서, 설명의 편의 및 이해를 위해서 용어를 정의한다.
길이방향은 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b) 사이를 가로지르는 방향 또는 현수 케이블(30)의 가설 방향이다.
폭방향은 길이방향에 직각인 수평면 상의 방향 또는 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르는 방향이다.
본 발명에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템은 폭방향으로 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30)에 솔라셀 패널(10)을 고정하고, 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b)의 사이에 현수 케이블(30)을 가설하여 솔라셀 패널(10)로 전기를 생성하게 구성되되, 인장 케이블(100) 및 압축부재(200)를 추가로 구비한다.
여기서, 상기 압축부재(200)는 상단을 현수 케이블(30)의 중도에 고정한 상태에서 현수 케이블(30)의 하부로 배치되게 한 것이고, 상기 인장 케이블(100)은 지지 구조물(20a, 20a)에 일단을 고정하고 타단을 상기 압축부재(200)의 하단에 고정하여 인장력을 받게 한 것이며, 이때, 상기 인장 케이블(100)은 압축부재(200)의 하단에서 양측 지지 구조물(20a, 20b)을 향해 적어도 1가닥씩 가설되도록 구비된다.
이에 따라, 인장 케이블(100)에 의해 상부로 들어올리는 힘을 받는 압축부재(200)가 현수 케이블(30)을 하부에서 받치게 한다.
이러한 구조를 갖는 본 발명에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템은 압축부재(200)에 의해 인장 케이블(100) 및 현수 케이블(30)이 받는 인장력과 인장 케이블(100) 및 현수 케이블(30)에 의해 압축부재(200)가 받는 압축력이 균형 및 안정성을 유지하며 자기 평형 상태를 갖는 텐서그리티 구조(tensegrity structure)로 구성된다.
텐서그리티 구조(tensegrity structure)는 인장력을 받는 인장 부재(tension member)와 압축력을 받는 압축 부재(compression member)로 구성되어서, 인장 부재의 인장력과 압축 부재의 압축력이 균형 및 안정성을 유지하는 3차원 구조물의 한 형태이다. 이러한 텐서그리티 구조는 리차드 북민스터 풀러(Richard Buckminster Fuller)가 1961년 최초로 제안하여 1962년 미국등록특허 제3354591호로 특허 등록한 이후 많은 연구가 이루어진 구조로서, 경량으로도 큰 강성을 얻을 수 있고 동일한 양의 재료를 사용하였을 때에 다른 종류의 구조에 비해 보다 많은 하중을 지지할 수 있으며, 높은 탄성을 가지고 있을 뿐만 아니라 다양한 형상으로 구현할 수 있어서, 공항, 경기장, 스포츠 센터, 스포츠 또는 집회 개최지, 돔 구장 등은 물론이고 주택, 박물관 등을 건축하는데 사용된다.
본 발명은 공간 활용 효율성, 공사비 절감, 단순한 구조 등의 장점을 갖는 반면에 현수 구조의 특성에 따른 단점을 보완하기 위해서 텐서그리티 구조의 원리를 이용한 구조물의 자기 평형 응력이 적용되도록 케이블 부재의 인장재로서의 장점을 응용하며, 이에 지지 구조물 간의 장스팬이 적용되더라도 측면에서 보면 안정적인 삼각형 구조가 되게 하여 현수 구조의 단점을 보완할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 폭방향으로 가로질러 양측 현수 케이블(30)에 양단을 고정한 프레임(210)를 구비하여서, 프레임(210)이 양측 현수 케이블(30)에 의한 압축력을 받게 하고, 양측 현수 케이블(30)이 인장력을 받게 한다. 그리고, 상기 압축부재(200)는 상단을 프레임(210)에 고정하여 수직방향으로의 압축력을 받게 한다.
이에, 본 발명의 실시예에 따르면 솔라셀 패널(10)이 고정되는 현수 케이블(30)의 처짐을 방지함은 물론이고, 예를 들면 풍하중을 받는 상황에서도 상하 방향 및 폭방향의 균형 및 안정성을 유지한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
<본 발명의 제1 실시예>
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도면에 대해 구체적으로 설명하면, 도 1은 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 사시도이고, 도 2는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 측면도(a) 및 상면도(b)이고, 도 3은 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 사시도이고, 도 4는 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 측면도이고, 도 5는 압축부재(200)가 설치된 부위의 높이별 상면도 또는 평단면도이다.
그리고, 도 6은 솔라셀 패널(10)이 설치되는 패널 고정판(11)의 측면도 및 설치 상태도이고, 도 7은 솔라셀 패널(10)의 설치에 사용되는 제1 고정클립(13)이 설치된 패널 고정판(11)의 하부 확대도(a) 및 제2 고정클립(14)이 설치된 패널 고정판(11)의 상부 확대도(b)이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에서 발생하는 인장력과 압축력을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명이 텐서그리티 구조로 구성됨을 보여준다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템은 상하로 평행하게 배치한 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)로 이루어지는 현수 케이블(30)을 2개 마련하여 한쌍의 현수 케이블(30)을 폭방향으로 평행하게 이격 배치하고, 한쌍의 현수 케이블(30) 사이에 복수의 솔라셀 패널(10)이 길이방향으로 간격을 두고 배치되게 하되, 현수 케이블(30)을 구성하는 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)이 각각의 솔라셀 패널(10)의 양측을 지나가면서 솔라셀 패널(10)의 양측에 높이에 맞게 고정되게 한 후, 현수 케이블(30)을 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b)의 사이에 가설한 구조를 이룬다.
이와 같이 각각의 현수 케이블(30)이 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32)로 구성된 본 발명의 제1 실시예에서는 텐서그리티 구조의 원리를 적용한 구조를 갖게 하기 위해서 인장 케이블(100) 및 압축부재(200)를 더욱 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 압축부재(200)는 현수 케이블(30)에 고정 또는 현수 케이블(30)을 파지하는 프레임(210)의 중앙을 상하로 관통하며 프레임(210)에 고정되고, 아울러, 프레임(210)의 하부로 연장되는 부위를 갖춘다.
상기 프레임(210)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 지지 구조물(20a, 20b) 사이를 가로지르는 현수 케이블(30)의 중간에 설치되는 구성요소로서, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이 직육면체의 모서리를 따라 바를 배치한 후 각 꼭지점에서 바의 단부끼리 상호 고정 연결되게 한 구조를 기본 골격으로 하고, 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 폭방향으로 가로지르게 설치된다. 복수의 바 중에서 수직 프레임(211)의 길이는 상하로 배치되는 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32) 사이의 간격에 대응되고, 폭방향 프레임(212)는 폭방향으로 배치되는 상현 케이블(31)간의 간격 또는 하현 케이블(32)간의 간격에 대응되고, 길이방향 프레임(213)은 현수 케이블(30)에 가해지는 풍하중에 의해 폭방향 프레임(212)이 폭방향으로부터 이탈하지 아니할 정도의 강도를 갖도록 적절한 길이로 선정한다.
여기서, 폭방향 프레임(212)은 프레임(210)을 설치하기 전의 상현 케이블(31)간의 간격 또는 하현 케이블(32)간의 간격보다 약간 길게 하여서, 압축력을 받게 한다.
이와 같이 구성되는 상기 프레임(210)에서 상현 케이블(31)이나 아니면 하현 케이블(32)이 상부 및 하부의 양측 길이방향 프레임(213)을 따라 각각 한가닥씩 지나가게 되는데, 이때 각각의 길이방향 프레임(213)에는 파지수단(216a, 216b)이 구비되어 있어서 지나가는 케이블을 파지하게 되어 있다.
본 발명의 실시예에서는 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하는 바와 같이, 솔라셀 패널(10)의 기울기를 가변 설치할 수 있도록 하기 위해서 하현 케이블(32)을 파지하는 하부의 파지수단(216b)을 상하로 슬라이딩 가능하게 한다. 이를 위해서, 하부측의 길이방향 프레임(213)은 상하로 길게 형성된 구멍을 구비하는 상하 가이드수단(217)을 구비하고, 상기 하부의 파지수단(216b)이 상하 가이드수단(217)의 구멍에 끼워지는 돌기(미도시)를 갖추어서 상하 가이드수단(217)에 안내되어 상하로 유동할 수 있게 하였다.
도 5는 상기 프레임(210)의 상면도(a), 상기 프레임(210)에서 수직 프레임(211)의 중간을 단면처리한 단면도(b) 및 수직 프레임(211)의 하부를 단면처리한 단면도(c)를 보여준다. 도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에서는 상기 프레임(210)이 풍하중에 의해 변형되는 것을 방지하기 위해서 구조물(프레임)의 처짐 등을 보완하기 위한 브레이스(brace) 기능을 하는 보강 프레임(214a) 및 보강 케이블(215)를 추가하였다. 여기서, 보강 프레임(214)은 길이방향으로 배치되는 폭방향 프레임(212)간을 길이방향으로 가로지르는 바와 상하로 배치되는 폭방향 프레임(212)간을 수직으로 가로지르는 바를 포함한다. 보강 케이블(215)은 상부 및 상부의 직사각형 프레임에서 각 꼭지점으로부터 대각선 방향으로 가로질러 보강프레임(214)에 단부를 고정한 것으로서, 예를 들면 도시한 바와 같이 턴버클을 이용하여 적절한 인장력을 갖게 한다.
상기 압축부재(200)의 상부는 상하에 구비되는 길이방향 보강 프레임(214a)에 각각 고정하여 프레임(210)에 고정되게 하고, 하부는 프레임(210)의 하부로 연장된다.
압축부재(200)의 하부 구조를 보강하기 위해서 압축부재(20)의 하단에서 각 수직 프레임(211)의 하단까지 이어지는 보강 프레임(214b)를 추가하였다. 이에 따라, 상기 압축부재(200)는 프레임(210)의 상하에 구비되는 보강 프레임(214a)과 프레임(210)의 하부에 구비되는 보강 프레임(214b)에 의해서 연직방향으로 안정되게 프레임(210)에 고정된다.
이와 같이 현수 케이블(30)을 파지하여 현수 케이블(30)에 고정되는 프레임(210)에 상부를 고정한 압축부재(200)의 하단에는 압축부재(200)를 상부로 들어올려 압축력을 받게 하고 자신은 인장력을 받게 되는 인장 케이블(100)의 단부가 고정된다.
인장 케이블(100)는 일단을 상기 압축부재(200)의 하단에 고정하고 타단을 지지 구조물(20a, 20b)에 고정하여 인장력을 받게 한 케이블로서, 지지 구조물(20a, 20b)이 서로 반대방향에 배치된 2개소이므로 상기 인장 케이블(100)은 적어도 2개가 설치된다. 보다 안정된 자기 평형을 위해 본 발명의 실시예에서는 지지 구조물(20a, 20b) 마다 2가닥의 인장 케이블(100)을 설치하고, 각 지지 구조물(20a, 20b)에 이르는 2가닥의 인장 케이블(100)은 하현 케이블(32)이 고정된 부위 또는 하현 케이블(32)이 고정된 부위와 인접한 부위에 고정되되, 하현 케이블(32) 별로 한가닥씩 대응되게 고정된다. 즉, 양측의 지지 구조물(20a, 20b)에 각각 간격을 두고 고정되는 하현 케이블(32)의 단부 또는 근처에는 인장 케이블(100) 한가닥이 도달하여 고정된다.
여기서, 하현 케이블(32)이 고정된 부위와 인장 케이블(100)이 고정된 부위의 높이차는 적어도 압축부재(200)에서 프레임(210)의 하부로 연장된 부위의 길이보다 작아야만 압축부재(200)에 충분한 압축력을 가하면서 인장력을 받게 된다.
한편, 현수 케이블(30)과 인장 케이블(20)을 구성하는 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)은 텐서그리티 구조의 자기 평형 응력이 적용되게 하기 위한 충분한 인장력을 받게 하여 압축부재(200)에도 충분한 압축력을 받게 하여야 하므로, 인장력을 조절하기 위한 수단이 필요하다. 본 발명의 실시예에서는 각 지지 구조물(20a, 20b)마다 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)을 감아 인장력을 조절하는 권취롤(21)을 설치하고, 각각의 인장 케이블(100)에는 중간에 턴버클(110)을 설치하여 인장력을 조절하게 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 현수 케이블(30), 인장 케이블(100) 및 압축부재(200)에 의한 텐서그리티 구조의 원리로 구성된 구조물에서 현수 케이블(30)에 설치되는 솔라셀 패널(10)은 태양광 발전 효율을 극대화하는 기울기를 갖게 하여야 하는데, 실제에 있어서는 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b) 간의 고도 차이(실제로는 현수 케이블(30)이 고정된 부위의 높이 차이), 또는 압축부재(200)와 지지 구조물(20a, 20b) 사이의 구간에서 현수 케이블(30)이 처짐 현상 등에 의해서 솔라셀 패널(10)의 기울기를 설치 현장에 맞게 조절해야 한다.
이를 위해 본 발명의 제1 실시예에서는 도 4, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 솔라셀 패널(10)을 고정 설치한 패널 고정판(11)을 현수 케이블(30)에 설치할 시에 기울기를 조정하며 설치하여서, 솔라셀 패널(10)의 발전 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 한쌍으로 구성되는 각각의 현수 케이블(30)을 상하로 배치된 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32)로 구성하고, 상술한 바와 같이 프레임(210)에서 하현 케이블(32)을 파지하는 파지수단(216b)을 상하로 움직일 수 있게 하여서, 프레임(210)이 설치된 중간에서 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32) 간의 간격 조정이 가능하다.
이러한 구조에 있어서, 솔라셀 패널(10)이 고정된 패널 고정판(11)은 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측변의 하부측 일지점에 구비된 제1 고정클립(13)으로 하현 케이블(32)을 파지하고, 양측변의 상부측 일지점에 구비된 제2 고정클립(14)으로 상현 케이블(31)을 파지하게 구성되되, 제1 고정클립(13) 및 제2 고정클립(14)의 회전 없이 제1 고정클립(13)으로 파지하는 하현 케이블(32) 상의 위치 또는 제2 고정클립(14)으로 파지하는 상현 케이블(31) 상의 위치를 변경시켜서 기울기를 조정할 수 있게 하였다.
도 6은 현수 케이블(30)에 고정된 패널 고정판(11)을 서로 다른 기울기로 설치한 상태를 폭방향으로 바라본 도면이고, 도 7은 제1,2 고정클립(13, 14)이 설치된 부위를 길이방향으로 바라본 도면이다.
도면을 참조하면, 제1,2 고정클립(13, 14)이 구비된 판재(13a, 14a)를 패널 고정판(11)의 양측면에서 상하에 각각 하나씩 겹치게 한 후, 고정 볼트(15)를 판재(13a, 14a) 및 패널 고정판(11) 측면에 순차적으로 관통시켜 고정 볼트(15)와 반대되는 단부에 너트 체결로 압착함으로써 패널 고정판(11)의 측면에 고정할 수 있다. 이때, 고정 볼트(15)은 패널 고정판(11)의 측면에 폭방향을 향하게 되므로, 고정 볼트(15)에 체결되는 너트를 느슨하게 풀면 판재(13a, 14b)는 패널 고정판(11)의 측면에 접촉된 상태에서 상하로 회동할 수 있다.
이에 따라, 고정 볼트(15)의 너트를 풀고 나서 제1,2 고정클립(13, 14)이 파지되는 케이블(상현 케이블이나 아니면 하현 케이블) 상의 위치를 변경하여 패널 고정판(11)의 기울기를 조절할 시에, 케이블에 대해 제1,2 고정클립(13, 14)의 기울임 각도를 변경하지 아니하더라도, 패널 고정판(11)에 대해 판재(13a, 14a)의 기울임 각도를 변경하여서 패널 고정판(11)의 기울기를 조절할 수 있고, 조절한 상태에서 고정 볼트(15)에 너트를 강하게 체결하여 움직이지 아니하게 함으로써 패널 고정판(11)에 고정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템은 서로 마주한 지지 구조물(20a, 20b)에 의해 양단에 수평반력과 수직반력을 받는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)의 인장력과, 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)의 중간에 수직으로 세워진 압축부재(200)의 압축력이 공존하는 구조를 갖춘다.
따라서, 풍하중에 의한 수평력과 현수 케이블, 솔라셀 패널 및 패널 고정판의 자중에 의한 수직력이 존재하는 솔라셀 패널 현수구조시스템에서, 압축부재(200)가 현수 케이블(30)를 상부로 받쳐주어 현수 케이블(30)의 처짐(DIP, 이도)을 최소화하고, 인장력과 압축력이 공존하며 균형 및 안정성을 유지하여서 텐서그리티 구조의 원리에 의해 자기 평형을 이룰 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에서 압축부재(200)는 현수 케이블(30)의 길이방향 중간에 배치함으로써, 좌우 대칭구조를 이룬다. 이에 따라, 더욱 안정된 자세를 유지할 수 있다.
<본 발명의 제2 실시예>
도 9 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 설라셀 패널 현수시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 도면 별로 설명하자면, 도 9는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 저면 사시도이고, 도 10은 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템의 측면도(a) 및 상면도(b)이다.
그리고, 도 11은 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 사시도이고, 도 12는 압축부재(200)가 설치된 부위의 부분 확대 저면 사시도이고, 도 13은 솔라셀 패널(10)이 설치되는 패널 고정판(11)의 측면도 및 설치 상태도이고,
도 14는 솔라셀 패널(10)의 설치에 사용되는 제1 고정클립(13)이 설치된 부위의 부분 확대도(a) 및 제2 고정클립(14)과 압축사재(12)가 설치된 부위의 부분 확대도(b)이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에서 발생하는 인장력과 압축력을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템은 폭방향으로 상호 평행한 한쌍으로 이루어져 복수의 솔라셀 패널(10)을 길이방향을 따라 간격을 두고 설치하는 현수 케이블(30)을 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b) 사이를 가로지르게 가설한 현수 구조를 제1 실시예와 마찬가지로 구비하지만, 현수 케이블(30)이 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32)로 구성되는 것이 아니라 한가닥의 케이블로 구성된다는 점에 차이나고, 이에 따라, 솔라셀 패널(10)이 고정되는 패널 고정판(11)을 현수 케이블(30)에 설치하는 구조도 도 13 및 도 14를 참조하며 후술하는 바와 같이 차이난다.
또한, 본 발명의 제2 실시예는 텐서그리티 구조를 응용하기 위한 압축부재(200)의 개수 및 설치 방식과, 프레임(210)의 구조와, 인장 케이블(100)의 설치 방식과, 보조 압축부재(300)를 추가한 점에서도 본 발명의 제1 실시예와 차이나며, 차이나는 부분에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 프레임(210)은 현수 케이블(30)의 중간에서 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 폭방향으로 가로질러 양측 단부를 현수 케이블(30)에 고정한 구조로 이루어져서, 프레임(210)이 양측 현수 케이블(30)에 의해 압축력을 받게 되고, 아울러, 양측 현수 케이블(30)이 인장력을 받게 한다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에서 프레임(210)은 본 발명의 제1 실시예에서의 프레임의 폭방향 프레임(212)에 대응된다.
압축부재(200)는 프레임(210)의 양단에 하나씩 마련되고, 수직으로 세워 상단을 프레임(210)의 단부에 고정함으로써 각각의 현수 케이블(30)의 중간에서 직하에 수직으로 배치된 형태를 갖는다. 그리고, 압축부재(200)를 보강하기 위해서 압축부재(200)의 단부와 프레임(210)의 중간 사이를 가로지르는 보강 프레임(214b)를 추가하였다.
인장 케이블(100)은 각 압축부재(200)의 하단에 일단을 고정한 2개의 케이블로 구성되어 하나는 어느 한쪽 지지 구조물(20a)에 타단을 고정하고 다른 하나는 다른 한쪽 지지 구조물(20b)에 타단을 고정하는 방식으로 가설되되, 각각 상부를 지나는 현수 케이블(30)를 따라 하부를 현수 케이블(30)의 하부를 지나가게 가설된다. 즉, 각각의 현수 케이블(30)의 하부에는 압축부재(200)에서 시작하여 지지 구조물(20a, 20b)까지 인장 케이블(100)이 지나간다.
이때, 지지 구조물(20a, 20b)에 고정되는 인장 케이블(100)의 타단은 현수 케이블(30)이 고정된 부위나 아니면 현수 케이블(30)이 고정된 부위 근처에 고정되며, 적어도 압축부재(200)의 길이보다는 현수 케이블(30)이 고정된 부위보다 짧은 거리로 이격되어서 턴버클(110)로 인장 케이블(100)의 인장력을 조정함에 있어 충분한 인장력을 받게 하고 압축부재(200)에는 충분한 압축력이 가해지게 한다.
한편, 압축부재(200)의 상단을 현수 케이블(30)에 고정된 프레임(210)의 단부에 고정한다고 설명하였으나, 압축부재(200)의 상단으로 현수 케이블(300)을 파지하고 프레임(210)의 단부를 압축부재(200)의 상단에 고정하는 방식과도 실질적으로 동일하다 하겠다.
보조 압축부재(300)는 압축부재(200)와 지지 구조물(20a, 20b) 사이의 구간에 적어도 1개 이상 구비되는 구성요소로서, 복수개로 구비될 시에는 상호 간격을 두고 구비된다. 각 보조 압축부재(300)는 상단을 현수 케이블(30)에 고정하고 하단을 인장 케이블(100)에 고정하여 수직으로 세워지게 된다. 이에 따라, 보조 압축부재(300)는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)이 인장력을 받게 하고 자신은 압축력을 받게 되어서, 압축부재(200)와 지지 구조물(20a, 20b) 사이의 구간에서 현수 케이블(30)이 하부로 처지는 것을 최소화한다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에서 한쌍으로 구비되는 현수 케이블(30)이 각각 한가닥으로 구성되므로, 솔라셀 패널(10)을 고정하는 패널 고정판(11)은 기울임 각도의 조절(실질적으로 솔라셀 패널의 기울임 각도 조절)을 위해서 다음과 같이 구성된다.
패널 고정판(11)은 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 폭방향으로 가로지르게 배치한 상태에서 양측변의 하부에 구비된 제1 고정클립(13)으로 양측변을 지나가는 현수 케이블(30)을 파지하게 하고, 양측변의 상단에 각각 후방을 받치는 압축사재(12)를 구비하여 압축사재(12)의 하단에 구비한 제2 고정클립(14)으로 현수 케이블(30)을 파지하게 한다. 이에 따라, 도 13에 도시한 측면도를 보면, 패널 고정판(11), 압축사재(12) 및 현수 케이블(30)의 소정 구간을 변으로 하는 삼각구도가 된다.
여기서, 패널 고정판(11)과 압축사재(12) 사이의 각도를 조절함으로써 패널 고정판(11)의 기울기 각도, 즉, 패널 고정판(11)에 고정하는 솔라셀 패널(10)의 기울기 각도를 변경할 수 있다.
이를 위해서, 압축사재(12)의 단부를 패널 고정판(11)의 측면 상측에 겹친후 고정볼트(15)를 겹친 부위에 폭방향으로 관통시켜 회동 가능하게 한 상태에서 고정볼트(15)의 단부(볼트와 반대되는 끝단, 또는 관통하여 반대측에 돌출된 끝단)에 너트를 체결하여 압착함으로써 회동을 제한하여 고정할 수 있게 한다. 또한, 하단에 제2 고정클립(14)을 구비한 뭉치(14a)의 상단에 압축사재(12)의 하단을 고정할 시에 폭방향의 고정볼트(15)에 의해 회동 가능하게 하고 고정볼트(15)에 너트를 체결하여 회동을 제한할 수 있게 한다. 또한, 제1 고정클립(13)이 구비된 판재(13a)를 패널 고정판(11)의 측면 하부에 겹친 후 고정볼트(15)를 겹친 부위에 폭방향으로 관통시켜 고정볼트(15)를 축으로 판재(13a)를 회동 가능하게 한 상태에서 고정볼트(15)의 단부 너트를 체결하여 회동을 제한하게 하였다.
이에, 각 고정볼트(15)에 체결되는 너트를 느슨하게 하여 회동 가능하게 한 상태에서 제1 고정클립(13) 또는 제2 고정클립(14)이 파지하는 현수 케이블(30) 상의 위치를 변경한 후 각 고정볼트(15)의 너트를 강하게 체결함으로써 변경된 삼각구도로 현수 케이블(30)에 고정할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 마찬가지로 서로 마주한 지지 구조물(20a, 20b)에 의해서 양단에 수평반력과 수직반력을 받는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)의 인장력과, 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)의 중간에 수직으로 세워진 압축부재(200)의 압축력이 공존하는 구조를 갖추어서, 압축부재(200)가 현수 케이블(30)를 상부로 받쳐주어 현수 케이블(30)의 처짐(DIP, 이도)을 최소화하고, 균형 및 안정성을 유지하여서 텐서그리티 구조의 원리에 의해 자기 평형을 이룰 수 있다.
또한, 도 15에는 도시하지 아니하였지만 압축력을 받는 보조 압축부재(300)가 추가되어서, 현수 케이블(30)의 처짐을 더욱 감소시킨다.
또한, 현수 케이블(30) 상에 삼각구도로 배치되는 패널 고정판(11) 및 압축사재(12)도 제1 고정클립(13) 및 제2 고정클립(14)에 의해 현수 케이블(30)을 파지하므로, 현수 케이블(30)에 인장력을 가하면서 자신은 압축력을 받아 안정적인 자세을 유지한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서도 제2 실시예의 보조 압축부재(300)를 구비하게 구성할 수 있으며, 이때의 보조 압축부재(300)는 연직방향에서 기울어진 상태로 배치되고, 상단을 상현 케이블 또는 하현 케이블에 고정된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예의 변형으로서 프레임(210)은 제2 실시예에서 설명한 폭방향 프레임(212) 및 길이방향 프레임(213)으로 구성되어 수평면 상의 직사각형 구조, 즉, 수직 프레임(211)을 갖추지 아니한 구조로 구성할 수도 있다. 이때에는 압축부재(200)의 상단을 길이방향 프레임(213)의 중간에 고정한다.
본 발명의 제1,2 실시예 설명을 위한 도면에는 도시하지 아니하였지만, 현수 케이블(30)에 고정한 복수의 솔라셀 패널(10)은 태양광 발전으로 생성한 전기를 지상에서 활용할 수 있도록 전기배선이 되어야 하는데, 이러한 전기배선은 현수 케이블(30)에 내장하거나 아니면 현수 케이블(30)을 따라 배선하면 된다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 솔라셀 패널 11 : 패널 고정판 12 : 압축사재
13 : 제1 고정클립 14 : 제2 고정클립 15 : 고정 볼트
20a, 20b : 지지 구조물 21 : 권취롤
30 : 현수 케이블
31 : 상현 케이블 32 : 하현 케이블
100 : 인장 케이블 110 : 턴버클
200 : 압축부재
210 : 프레임 211 : 수직 프레임 212 : 폭방향 프레임
213 : 길이방향 프레임 214a,214b : 보강 프레임
215 : 보강 케이블 216a,216b : 파지수단 217 : 상하 가이드수단
300 : 보조 압축부재

Claims (7)

  1. 삭제
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  5. 삭제
  6. 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30)에 솔라셀 패널(10)을 고정하고, 서로 마주하는 지지 구조물(20a, 20b)의 사이에 현수 케이블(30)을 가설한 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템에 있어서,
    상단을 현수 케이블(30)의 중도에 고정한 압축부재(200)를 현수 케이블(30)의 하부로 배치하고, 양측 지지 구조물(20a, 20b)에서 각각 일단을 고정한 인장 케이블(100)의 타단을 압축부재(200)의 하단에 고정하여 인장력을 받게 함으로써, 인장력을 받는 현수 케이블(30) 및 인장 케이블(100)과 압축력을 받는 압축부재(200)에 의해 텐서그리티 구조(tensegrity structure)로 구성되고,
    상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로질러 양측 현수 케이블(30)에 양단을 고정한 프레임(210)를 구비하여, 프레임(210)이 양측 현수 케이블(30)에 의한 압축력을 받게 하고, 양측 현수 케이블(30)이 프레임(210)에 의해 인장력을 받게 하며,
    상기 압축부재(200)의 상단을 프레임(210)에 고정하여 상기 압축부재(200)의 하단을 프레임(210)의 하부에 수직으로 배치하되,
    한쌍으로 이루어진 각각의 현수 케이블(30)은 상하로 평행하게 배치한 상현 케이블(31)과 하현 케이블(32)로 구성되고,
    상기 프레임(210)은 직육면체의 모서리를 따라 바를 배치한 후 꼭지점에서 바의 단부끼리 상호 고정되게 한 구조를 이루고, 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측의 상하 바에서 파지수단(216a, 216b)으로 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32)을 고정한 것이며,
    상기 압축부재(200)는 프레임(210)의 중앙을 수직으로 관통하며 프레임(210)에 고정되고, 프레임(210)의 하부로 연장된 부위를 갖추며,
    상기 인장 케이블(100)은 지지 구조물(20a, 20b)에서 하현 케이블(32)이 고정된 부위 또는 인접한 부위에 일단을 고정하고 타단을 상기 압축부재(200)의 하단에 고정한 것임을 특징으로 하는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 솔라셀 패널(10)은 현수 케이블(30)에 고정된 패널 고정판(11)에 설치하고,
    상기 패널 고정판(11)은 상호 평행한 한쌍의 현수 케이블(30) 사이를 가로지르게 한 상태에서 양측변의 상부측 일지점을 상현 케이블(31)에 고정하고, 양측변의 하부측 일지점을 하현 케이블(32)에 고정하되, 양측변의 고정 위치는 변동 없이 상현 케이블(31) 및 하현 케이블(32) 상의 고정 위치 변경으로 기울임 각도가 조절되는 것이며,
    상기 프레임(210)에서 하현 케이블(32)을 파지하는 파지수단(216b)은 상하로 슬라이딩 가능하게 구비됨을 특징으로 하는 압축 부재를 이용한 솔라셀 패널 현수구조시스템.
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