KR101543727B1 - 수상에서의 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양광을 통해 전기에너지를 발전하는 수상 태양광 구조물(100)과, 상기 수상 태양광 구조물(100)들을 서로 연결하여 수면에서 발생되는 너울 현상에도 균형을 유지할 수 있도록 하는 유연성 조인트(200)로 구성된다.
본 발명은 수상 태양광 발전 구조물이 다른 수상 태양광 발전 구조물들과 유연성 조인트로 유연성 있게 연결되도록 함에 따라 수면에 심한 너울이 발생되어도 수상 태양광 발전 구조물이 개별적으로 안전하게 균형을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

수상에서의 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치{sunlight power generation apparatus for floating structure}

본 발명은 수상에 설치되는 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수상에서 부상되는 부력체에 태양광 발전 구조물이 일체형으로 설치되도록 함은 물론 태양광 발전 구조물들이 유연성을 가지며 연결되어져 수상 표면의 반복된 너울 발생시에도 태양광 발전 구조물들이 균형을 유지할 수 있도록 하는 수상에서의 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치에 관한 것이다.

최근 이산화탄소의 배출 규제 등 환경 오염에 대한 우려로 석유와 석탄 등의 화석원료 사용이 감소되고 있고 이로 인하여 친환경 에너지에 대한 연구와 개발이 급속도로 발전되는 추세에 있다. 이러한 친환경 에너지 중에서 태양광 또는 태양열을 이용하는 태양에너지는 환경 친화적이고 자원의 고갈이 없다는 장점 때문에 연구와 개발이 급진전 되고 있는 실정이며, 이산화탄소의 배출이 없고 청정에너지를 이용한 발전장치로 태양광을 이용한 발전장치가 대표적이다.

하지만 태양광 발전장치의 기술 개발 및 설치비용이 저렴해지면서 친환경 에너지의 사용이 점차적으로 늘어감에 따라 태양광 발전장치를 설치하기 위한 넓은 면적이 확보되어야 하는데, 산지가 많은 지형적 특성상 태양광 발전장치를 설치하기 힘든 문제점이 있다.

상기한 태양광 발전장치는 에너지 밀도가 낮아 넓은 설치면적을 필요로 하고 설치장소가 한정적이므로 태양광 모듈 프레임을 설치하기 위한 공간을 확보하는 것이 태양광 발전의 난제가 되고 있다.

다시말해, 태양광 발전장치는 발전면적 및 일조량에 따라 발전능력이 차이가 발생하게 되는데, 넓은 면적에 설치하기 위해서는 막대한 토지의 사용으로 인하여 토지의 구입에 있어 많은 제약이 있다.

이를 해결하기 위한 수단으로 일조량이 풍부하고 개방된 설치면적을 넓게 확보할 수 있는 장소인 하천, 호수, 저수지, 댐 등의 수면에 태양광 발전장치를 설치하는 기술이 제안되고 있다.

예로서, 대한민국 특허등록 제10-1421889호 공고일 2014년 07월 23일 부유식 태양광 발전 계류 시스템이 제시된 바 있다.

이는, 일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재와, 바닥 부재의 아래쪽에 설치되는 부력체와, 일정한 경사면을 이루도록 구성되는 경사 부재에 지지되어 설치되는 태양광 발전 모듈로 이루어지는 태양광 발전 구조물과; 태양광 발전 구조물의 외측에서 연결줄로 결합되며, 일정한 면적을 이루도록 구성되는 지지 부재와, 지지 부재의 하부에 구성되는 부력체와, 지지 부재의 상부의 일측과 타측에 각각 구성되는 고정부 및 도르레로 이루어지는 계류 보조 구조물과; 중앙부에 무게추가 결합되며, 일단이 지지 부재의 고정부에 고정되고 타측의 도르레를 거치도록 구성되되 고정부와 도르레의 사이에서 무게추가 지지 부재의 하부로 위치하도록 하고 타단이 수저면에 앵커로 고정되는 계류줄;로 이루어져, 수위차에 따른 계류줄의 여유길이를 보조 구조물에서 흡수하도록 구성하여 앵커와 보조 구조물 사이에서 발생하는 수직방향 분력은 보조 구조물의 부력으로 상쇄시키고, 태양광 발전 구조물에서는 수평방향 분력만 작용하도록 하여 최초 설치한 위치에서 태양광 발전 구조물의 각도나 방향이 변화되지 않도록 함으로써, 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 수위차에 관계없이 태양광 발전 구조물이 항상 남향을 향하도록 고정구성할 수 있어 전력 생산의 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

하지만, 상기한 경우 수상에서 발생되는 너울에 견딜 수 있도록 구조적 보강이 필요함에 따라 설치시 비용이 많이 드는 문제점 및 구조물을 넓게 하는 경우 너울이 발생되면 구조물이 훼손되어 더 큰 손실이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 특허등록 제10-1013339호 공고일 2011년 02월 10일 회전식 수상 태양광 발전장치가 제시된 바 있다.

이는 원형봉의 하단에 고정부가 형성되고, 고정부가 수중의 바닥면에 고정되되 상단이 물위로 노출되도록 설치되는 기둥; 다수개의 금속 파이프 연결 고정되어 장방형 몸체가 형성되고, 몸체 중앙에 중앙지지부가 형성되어 기둥에 상하이동 가능하게 고정되며, 중앙지지부의 양측으로 태양전지판고정부가 형성되고, 태양전지판 고정부의 저면에 부표가 고정되는 부표고정프레임; 부표고정프레임에 설치되어 기둥을 중심으로 회전시키도록 고정되는 회전장치; 기본고정체와 이동고정체로 이루어져 기둥을 감싸고, 이동고정체가 기본고정체 쪽으로 이동하면서 기둥 압박하여 회전위치를 고정시켜 주며, 회전장치와 같이 제어부에 연결되어 회전 동작뒤에 멈춤 동작이 되게 하는 제동장치; 부표고정프레임의 중앙지지부 상면에 고정되되 기둥의 양쪽에서 두개씩 고정되고, 사각박스 형태의 몸체 양측면을 관통하는 슬릿홀이 수직으로 형성되며, 기본고정체를 상하이동 가이드 하는 고정박스; 기둥의 상단에 고정되어 신축 가능한 연결선으로 제동장치와 연결되는 위치센서로 구성되는 것이다.

하지만 상기한 구조물은 수상에서 지중과 연결시켜 고정하는 방식을 취함에 따라 파도 등의 너울이 크게 발생되는 경우 구조물이 쉽게 훼손되는 문제점이 있다. 또한, 수면에 대해 상하로 이동 가능하도록 하고 있지만 수면에 위치된 상태에서 너울이 발생되는 경우 구조물이 훼손되는 문제점이 있다.

또한, 다른예로서 대한민국 특허등록 제10-1042728호 공고일 2011년 07월 19일 추에 의해 지지되는 수상태양광 발전장치가 제시된 바 있다.

이는, 중앙에 태양전지판이 설치되는 태양전지판지지프레임이 설치되고, 태양전지판지지프레임의 네모서리에 위치고정부표프레임이 연결와이어로 연결되며, 위치고정부표프레임은 상하이동추와 지면고정추에 의하여 상하이동가능하게 지지되어 수면의 높이 변화에도 안정적으로 지지될 수 있는 추에 의해 지지되는 수상태양광 발전장치에 관한 것이며, 수상에 설치하는 태양광 발전장치에 있어서, 태양전지판이 고정되어 물위에 뜨는 태양전지판지지프레임의 네모서리에 연결와이어로 위치고정부표프레임이 고정되고, 위치고정부표프레임은 수중 지면에 고정된 지면고정추와 상하이동추의 사이에 고정된 추고정와이어가 가이드롤러를 통해 상하 이동 가능하게 지지되는 것이다.

이에따라 태양광 발전장치를 수면위에 설치하여 물위에서 태양광 발전을 하게 하되 계절과 강우량에 따라 변하는 수면 높이에 안정적으로 대응하여 지지할 있고, 태양전지판이 설치되는 곳과 위치 고정하는 곳을 분리하여 물의 흐름에 따라 흘러내려가지 않고 안정적인 지지를 할 수 있게 된다.

하지만, 상기한 태양광 발전장치 구조물 또한 설치장소에 심한 너울이 발생되면 태양광 발전장치 구조물이 휘거나 비틀리게 되어 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

이에 수면의 흐름과 높이에 따라 가변적으로 변하면서 태양광 발전을 할 수 있는 장치가 요구되고 있고, 태양광의 입사가 최적으로 이루어질 수 있도록 하는 수상 태양광 발전장치가 요구되고 있다.

대한민국 특허등록 제10-1421889호 공고일 2014년 07월 23일 대한민국 특허등록 제10-1013339호 공고일 2011년 02월 10일 대한민국 특허등록 제10-1042728호 공고일 2011년 07월 19일 대한민국 특허등록 제10-1134289호 공고일 2012년 04월 06일

이에 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 창안된 것으로,

본 발명의 목적은,

태양광 발전을 위한 태양광 모듈 프레임이 하나의 부력체와 일체를 이루어 수면에서 부상되는 수상 태양광 발전 구조물이 이루어지도록 하되, 상기 수상 태양광 발전 구조물이 다른 수상 태양광 발전 구조물들과 유연성 조인트로 유연성 있게 연결되도록 하여 수면에 심한 너울이 발생되어도 수상 태양광 발전 구조물이 개별적으로 안전하게 균형을 유지할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

수상 태양광 발전장치에 있어서,

수상에서 부력 작용으로 부상되는 부력체, 상기 부력체의 상면에 설치되는 판상의 상면 플레이트, 상기 상면 플레이트에 세워져 설치되는 지지 프레임 및 상기 지지 프레임의 상단에 대해 경사지게 설치되며 태양광 조사시 전기에너지를 충전하게 되는 태양광 모듈 프레임로 이루어지는 수상 태양광 구조물을 포함하며;

복수개의 상기 수상 태양광 구조물이 가로 및 세로 방향으로 배열된 상태에서 서로 유연성 조인트를 통해 연결됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 부력체의 양쪽 상단부에 강도 보강용 빔이 일체로 결합되고, 상기 빔의 상면에 상기 상면 플레이트가 결합되도록 함이 가능할 것이다.

상기 유연성 조인트는, 상기 수상 태양광 구조물의 대응단에 각각 일단이 고정되며 타단에 서로 걸림 연결되는 링이 구비된 한 쌍의 고리로 이루어질 수 있다.

상기 유연성 조인트는, 양단이 서로 마주보는 상기 상면 플레이트와 상면 플레이트의 대응단에 각각 돌출되는 연결바와, 상기 연결바와 연결바를 연결하는 유연성 소재의 주름관 및 상기 주름관을 상기 연결바에 고정하는 밴드로 구현할 수 있다.

상기 유연성 조인트는, 상기 수상 태양광 구조물의 대응단을 연결하는 와이어 로프가 적용될 수 있다.

상기 유연성 조인트는, 양단이 각각 상기 상면 플레이트와 상면 플레이트의 대응단에 각각 고정되는 그믈망사로 적용될 수 있다.

또한, 상기 수상 태양광 구조물과 이웃한 상기 수상 태양광 구조물이 작업자 이동이 가능하도록 발판이 연결되도록 함이 바람직 할 것이다.

본 발명은 태양광 발전을 위한 태양광 모듈 프레임이 하나의 부력체와 일체를 이루어 수면에서 부상되는 수상 태양광 발전 구조물이 이루어지도록 하되, 상기 수상 태양광 발전 구조물이 다른 수상 태양광 발전 구조물들과 유연성 조인트로 유연성 있게 연결됨에 따라 수면에 심한 너울이 발생되어도 수상 태양광 발전 구조물이 개별적으로 안전하게 균형을 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 수상 태양광 구조물이 각각 개별적으로 이동된 후 수상에서 조립 설치됨에 따라 설치 운반의 용이성은 물론 수상의 면적에 대응하여 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수상에서의 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치의 설치 상태 구성도,
도 2는 도 1의 수상 태양광 발전장치로부터 하나의 수상 태양광 구조물을 보인 사시도,
도 3은 도 2의 분리 사시도,
도 4는 도 1의 요부 분리 사시도,
도 5는 도 1 및 도 4의 평면 결합 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 유연성 조인트의 제1실시형태도,
도 7은 본 발명에 따른 유연성 조인트의 제2실시형태도,
도 8은 도 7의 분리 사시도,
도 9는 도 7 또는 도 8의 결합상태 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 유연성 조인트의 제3실시형태도,
도 11은 도 10의 분리 사시도,
도 12는 도 10 또는 도 11의 결합상태 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 유연성 조인트의 제4실시형태도,
도 14은 도 13의 요부 확대 사시도,
도 15는 본 발명에 따른 부력체의 다른 실시예,
도 16은 도 5의 설치상태 측면을 보인 것이며 발판이 결합된 단면 구성도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하며 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술 등은 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 도 1 내지 도 5의 도시에 의하여 태양광을 통해 전기에너지를 발전하는 수상 태양광 구조물(100)과, 상기 수상 태양광 구조물(100)들을 서로 연결하여 수면에서 발생되는 너울 현상에도 균형을 유지할 수 있도록 하는 유연성 조인트(200)로 구성된다.

상기 수상 태양광 구조물(100)은, 수상에서 부력 작용으로 부상되는 부력체(120)와, 상기 부력체(120)의 상면에 설치되는 판상의 상면 플레이트(140)와, 상기 상면 플레이트(140)에 세워져 설치되는 지지 프레임(160) 및 상기 지지 프레임(160)의 상단에 대해 경사지게 설치되며 태양광 조사시 전기에너지를 충전하게 되는 태양광 모듈 프레임(180)으로 구성된다.

상기 부력체(120)는, 발포성 합성수지 소재가 적용된 것이며, 바람직하게는 친환경 소재로 적용될 수 있다.

상기 부력체(120)는, 저면이 부상력 증대를 위해 라운드 형태가 바람직하며, 상면은 평활면으로 이루어지고, 상면 양쪽에 안착홈(122)(124)이 형성된다. 그리고, 상기 안착홈(122)(124)에 강도 보강을 위한 강도 보강용 빔(400)이 결합되어 일체형을 이룬다.

상기 상면 플레이트(140)는, 판상으로 금속, 목재, 합성수지 소재가 가능하며 저면이 상기 부력체(120)의 상면에 밀착되고 저면 양쪽이 상기 강도 보강용 빔(400)에 결합된다.

상기 지지 프레임(160)은, 상기 상면 플레이트(120)의 상면에 결합 고정되는 복수개의 지지바(162)들로 이루어지며 상기 지지바(162)의 상단을 통해 상측에 경사면이 형성된다.

상기 태양광 모듈 프레임(180)은, 상기 지지 프레임(160)의 상측 경사면을 통해 결합되며, 표면에 태양광을 입사하는 태양광 모듈이 배열된다. 이에따라 공지 태양광 발전과 같이 태양 빛을 통한 태양광 모듈이 전기를 발생시켜 충전할 수 있게 된다.

상기 유연성 조인트(200)는, 상기 수상 태양광 구조물(100)과 이웃한 상기 수상 태양광 구조물(100)과의 연결시 서로 유연성을 가지며 대응하게 된다.

즉, 한 쪽 수상 태양광 구조물(100)이 너울 등에 의해 흔들림이 발생되어도 외력이 이웃한 수상 태양광 구조물로 전달되지 않도록 하게 된다.

도 6은 유연성 조인트(200)의 제1실시형태로서 단부에 링(210a)이 구비된 고리(200a)가 적용됨을 보인 것이다.

이는 상기 고리(200a)가 상기 수상 태양광 구조물(100)과 이웃한 상기 수상 태양광 구조물(100)의 서로 대응되는 위치에 각각 고정되고 상기 고리(200a)의 링(210a)이 서로 걸림되어 이루어지도록 하면 된다.

상기한 경우 링(210a)과 링(210a)이 서로 걸림 상태를 유지함에 따라 한 쪽 수상 태양광 구조물(100)의 흔들림으로 상향 또는 하향으로의 흔들림 발생시 외력을 다른 수상 태양광 구조물(100)로 전달하지 않아 균형이 유지될 수 있다.

도 7 내지 도 9는 유연성 조인트(200)의 제2실시형태로서 양단이 서로 마주보는 상기 상면 플레이트(140)와 상면 플레이트(140)의 대응단에 각각 돌출되는 연결바(200b)와, 상기 연결바(200b)와 연결바(210b)를 연결하는 유연성 소재의 주름관(220b) 및 상기 주름관(220b)을 상기 연결바(200b)(210b)에 고정하는 밴드(230b)로 구성될 수 있다.

이에따라 상기 수상 태양광 구조물(100)이 너울에 의해 흔들림이 발생되면 주름관(220b)가 유연성을 가지며 연결상태를 유지하게 되어 너울이 발생되는 해당 수상 태양광 구조물(100) 만이 너울과 함께 유동되어져 이웃한 수상 태양광 구조물(100)에 외력을 전달하지 않게 되어 결국, 너울이 발생되는 위치의 해당 수상 태양광 구조물(100) 만이 요동됨에 따라 태양 빛을 균형되게 입사할 수 있게 된다.

여기서, 상기 연결바(200b)(210b)가 상기 강도 보강용 빔(400)의 단부에 연결되도록 하여도 무방할 것이다.

또한, 상기 연결바(200b)(210b)가 상기 상면 플레이트(140)에 회전 가능하게 연결되도록 함이 가능할 것이다. 상기한 경우 상기 수상 태양광 구조물(100)이 좌우 방향으로 유동되는 경우 이를 흡수할 수 있게 된다.

도 10 및 도 11은 유연성 조인트(200)의 제3실시형태로서, 상기 상면 플레이트(120)와 상면 플레이트(120)를 연결하는 와이어 로프(200c)로 구현할 수 있다.

상기 수상 태양광 구조물(100)과 이웃한 수상 태양광 구조물들이 적어도 하나 이상의 와이어 로프(200c)로 연결되도록 하면 된다.

상기 와이어 로프(200c)는 복수가닥의 금속 또는 섬유 소재의 라인이 꼬여서 결합된 공지된 로프와 동일한 것이 적용된다.

도면중 부호 210c는 연결부재이며 상기 와이어 로프(200c)를 상기 상면 플레이트(140)에 안정되게 고정시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 13 및 도 14는 유연성 조인트(200)의 제4실시형태로서, 양단이 각각 상기 상면 플레이트(120)와 상면 플레이트(120)의 대응단에 각각 고정되는 그믈망사(200d)로 구현할 수 있다.

상기 그믈망사(200d)는, 가로줄과 세로줄이 바둑판 배열 형상을 가지며 연결된 것으로 상기 그믈망사(200d)의 단부가 이웃한 상기 수상 태양광 구조물(100)과 연결된다. 이때 상기 그믈망사(200d)가 상기 강도 보강용 빔(400)에 연결되도록 함이 바람직 할 것이다.

도 16은 상기 부력체(120)의 다른 예로서 상기 상면 플레이트(140)의 저면에 대해 상기 부력체(120)가 좌우 양쪽으로 한 쌍씩 설치 될 수 있음을 보인 수상 태양광 구조물(100b)를 보인 것이다.

도 17은 본 발명에 따른 수상 태양광 구조물(100)들이 배열된 상태에서 작업자가 이동 가능하도록 발판(500)이 결합됨을 보인 것이다.

즉, 작업자가 상기 발판(500)을 통해 상기 수상 태양광 구조물(100)과 다른 수상 태양광 구조물(100)을 이동하며 작업할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치의 조립 및 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

조립시에는,

부력체(120)에 강도 보강용 빔(400)을 연결하고 상기 부력체(100)의 상면에 상면 플레이트(140)를 고정한다. 그런다음 상면 플레이트(140)의 상면에 지지프레임(160)을 설치하고 이 지지프레임(160)의 경사면에 태양광 모듈 프레임(180)을 설치하면 수상 태양광 구조물(100)의 조립이 완성된다.

설치시에는,

조립된 수상 태양광 구조물(100)을 수면위에 가로 및 세로방향으로 배열시킨 다음 서로 마주보는 대응단에 유연성 조인트(200)를 설치하면 된다.

상기와 같이 설치된 상태에서 수면위에 너울이 발생되면 해당 수상 태양광 구조물(100)이 너울에 의해 유동되며 그 유동력이 이웃한 수상 태양광 구조물로 전달되게 되는데 이때 유연성 조인트(200)가 휘어짐을 통해 유동력을 흡수하여 이웃한 수상 태양광 구조물은 흔들림 없이 태양광을 입사할 수 있게 된다.

100: 수상 태양광 구조물
200: 유연성 조인트
200a: 고리 210a: 링
200b: 연결바 210b: 연결바
220b: 주름관 230b: 밴드
200c: 와이어 로프
200d: 그믈망사

Claims (7)

1. 수상 태양광 발전장치에 있어서,
   수상에서 부력 작용으로 부상되는 부력체(120), 상기 부력체(120)의 상면에 설치되는 판상의 상면 플레이트(140), 상기 상면 플레이트(140)에 세워져 설치되는 지지 프레임(160) 및 상기 지지 프레임(160)의 상단에 대해 경사지게 설치되며 태양광 조사시 전기에너지를 충전하게 되는 태양광 모듈 프레임(180)로 이루어지는 수상 태양광 구조물(100)을 포함하며;
   하나의 상기 부력체(120)에 대해 하나의 상기 태양광 모듈 프레임(180)이 설치되도록 하고;
   상기 부력체(120)의 양쪽 상단부에 강도 보강용 빔(400)이 일체로 결합되고, 상기 강도 보강용 빔(400)의 상면에 상기 상면 플레이트(140)가 결합되도록 하며;
   상기 수상 태양광 구조물이 가로 및 세로 방향으로 배열된 상태에서 양단이 서로 마주보는 상기 상면 플레이트와 상면 플레이트의 대응단에 각각 돌출되는 연결바(200b)와 상기 연결바와 연결바를 연결하는 유연성 소재의 주름관(220b) 및 상기 주름관(220b)을 상기 연결바(200b)에 고정하는 밴드(230b)로 이루어진 유연성 조인트(200)를 통해 서로 연결되도록 하고;
   상기 수상 태양광 구조물(100)과 이웃한 상기 수상 태양광 구조물이 작업자 이동이 가능하도록 발판(500)이 연결됨을 특징으로 하는 균형 유지 가능한 일체형 수상 태양광 발전장치.
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