KR101670119B1 - Frp 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물 - Google Patents

Frp 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이한 FRP를 사용하면서도, 태양광 발전 모듈 설치를 위한 부재를 최소화하여 물량절감이 가능한 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 하부로 경사지도록 형성된 지지부와 지지부의 하단부에서 내측 수평방향으로 절곡된 형상의 결합부가 일체로 성형되어 결합부가 바닥 부재와 결합되는 지지 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 서로 다른 지지 부재를 연결하도록 지지 부재의 상단부에 결합되는 수평 받침 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며 바닥 부재를 연결하도록 수평 받침 부재와 평행하게 구성되는 고정부와, 고정부의 일측 상단부에 단면이 기울어진 ㄴ자 형상의 지지부가 일체로 구성된 제1 바닥 고정부재; 하단부가 제1 바닥 고정부재의 지지부에 지지되고 수평 받침 부재에 결합되어 설치되는 태양광 발전 모듈; 및 내부가 비어있고 양단부가 폐합된 일정 길이의 원형관 형상의 외부관과, 외부관 내부에 충전되는 충전재로 구성되어 바닥 부재의 하부에 하나 이상의 연결부재로 고정되는 부력체;를 포함하여 형성된다.

Description

FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물{Floated Structure for Equipping Solar Energy Generating Module}
본 발명은 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이한 FRP를 주요 구조재로 사용하면서도, 태양광 발전 모듈 설치를 위한 부재를 최소화하여 물량절감이 가능한 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1120799호 "단일형 지지부재를 이용한 태양광 발전 구조물"(특허문헌 1)이 있다.
상기 배경기술에서는 도 10에서와 같이 "일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재(11); 한쪽 끝이 바닥 부재(11)와 연결되어 일정한 경사를 형성하도록 설치되는 경사 받침 부재(12); 바닥 부재(11)와 경사 부재(12)의 다른 끝 부분을 연결하는 수직 부재(13); 서로 다른 경사 받침 부재(12)를 연결하는 다수 개의 수평 받침 부재(14); 각각의 수평 받침 부재(14)에 설치되는 다수 개의 경사 지지 부재(15); 적어도 2개의 경사 지지 부재(15)에 설치되는 태양광 발전 모듈(S); 및 바닥 부재(11)의 아래쪽에 설치되는 부력체(16)를 포함하고, 부력체(16)와 바닥 부재(11) 사이에는 요동 방지 돌기(161)가 설치되며, 부력체(16)는 조임 고리(25)를 가지는 조임 끈(23)에 의하여 바닥 부재(11)에 고정되고, 조임 끈(23)은 결합 판(24)에 의하여 이동이 방지되며 결합 판(24)은 상하 2개의 판으로 이루어지고 2개의 판 사이에 일정 간격으로 이동 방지 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 단일형 지지부재를 이용한 태양광 발전 구조물"을 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 태양광 발전 모듈을 고정시키기 위하여 다수 개의 수평 받침 부재(14) 및 다수 개의 경사 지지 부재(15)를 이용하여 고정하기 때문에, 태양광 발전 모듈을 고정시키기 위하여 설치되는 부재의 개수가 많아 비경제적이고, 자중을 감소시킬 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 바닥 부재의 전 길이에 걸쳐 원통형의 부력체를 사용하여 부력체의 설치가 용이하지 않았고, 부력체의 부분 파손시에도 전체의 부력체를 교체해야 하는 문제점이 있었으며, 부력체를 설치하기 위한 별도의 부재가 필요하여 부재량의 증가를 가져오는 문제점이 있었다.
특허등록 제1120799호 "단일형 지지부재를 이용한 태양광 발전 구조물"
본 발명은 주요 구조재로 FRP를 사용하여 펄트루전 또는 SMC(Sheet molded compound) 방식으로 다양한 단면을 갖는 구조재를 용이하게 제작할 수 있으며, 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이하며, 태양광 발전 모듈 설치를 위하여 하나의 수평 받침 부재만을 이용하여 고정하고 하나의 지점으로 인하여 발생할 수 있는 회전변위를 구속하기 위하여 태양광 발전 모듈의 하단부를 고정부재에 고정함으로써 부재의 사용을 최소화하여 물량절감이 가능한 효과가 있으며, 수평 받침 부재를 하나만 사용하기 때문에 경사부와 지지부의 치수를 감소시켜 자중을 감소시킬 수 있고, 구조물의 경량화에 따라 부력체 수량 및 부피를 감소시킬 수 있는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 하부로 경사지도록 형성된 지지부와 지지부의 하단부에서 내측 수평방향으로 절곡된 형상의 결합부가 일체로 성형되어 결합부가 바닥 부재와 결합되는 지지 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 서로 다른 지지 부재를 연결하도록 지지 부재의 상단부에 결합되는 수평 받침 부재; I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며 바닥 부재를 연결하도록 수평 받침 부재와 평행하게 구성되는 고정부와, 고정부의 일측 상단부에 단면이 기울어진 ㄴ자 형상의 지지부가 일체로 구성된 제1 바닥 고정부재; 하단부가 제1 바닥 고정부재의 지지부에 지지되고 수평 받침 부재에 결합되어 설치되는 태양광 발전 모듈; 및 내부가 비어있고 양단부가 폐합된 일정 길이의 원형관 형상의 외부관과, 외부관 내부에 충전되는 충전재로 구성되어 바닥 부재의 하부에 하나 이상의 연결부재로 고정되는 부력체;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 지지 부재의 지지부 상단부의 하부에는 걸림턱이 구성되도록 하여, 수평 받침 부재의 하단부가 걸림턱에 걸리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 제1 바닥 고정부재의 지지부의 내측 모서리에는 원형 단면을 갖는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 부력체의 외부관은 고밀도 폴리에틸렌으로 형성된 원형관의 양단부를 융착하여 마감하여 형성되고, 충전재는 우레탄폼인 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 연결부재는 부력체와 동일한 곡률을 갖는 호형으로 형성되는 라운드판과 라운드판의 양단수에서 수직 상방으로 연장되는 수직판과 수직판의 상단부에서 수평 외측으로 연장된 수평판으로 이루어지는 고정부재와, 양단부가 고정부재 수평판을 관통하여 바닥 부재에 볼트 결합되는 U형 볼트로 이루어지며, 부력체가 고정부재와 U형 볼트 사이에 위치하도록 하여 부력체를 고정시키는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 수직으로 형성된 판형상의 지지판과 지지판의 상,하단부에서 각각 일측의 수평방향으로 절곡되어 연장되며 결합공이 통공된 결합판과, 지지판의 중앙부에서 결합판과 직각 방향으로 돌출되어 형성되는 보조 결합편으로 이루어진 결합부와, 결합부 지지판의 배면에 결합되는 판형상의 고정판과 고정판의 양측단부에서 직각방향으로 절곡되어 연장되며 중앙부에 결합공이 통공된 연결판으로 이루어진 연결부가 결합된 결합부재가, 결합부가 바닥 부재의 각 단부에 끼워져 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 제1 바닥 고정부재와 소정의 간격을 두고 평행하게 제2 바닥 고정부재를 구성하며, 제2 바닥 고정부재와 제1 바닥 고정부재의 상부에 걸쳐 설치되는 바닥판이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
또한, U자 단면을 갖는 결합채널과 결합채널 상단부에서 외측 양방향으로 절곡된 형상의 가압편으로 구성된 브라켓을, 이웃한 태양광 발전 모듈의 사이에 끼워넣어 가압편이 양측의 태양광 발전 모듈의 양측단부를 가압하도록 하면서 결합채널을 수평 받침 부재에 결합하는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물은 주요 구조재로 FRP를 사용하여 펄트루전 또는 SMC(Sheet molded compound) 방식으로 다양한 단면을 갖는 구조재를 용이하게 제작할 수 있으며, 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이한 효과가 있다.
또한, 태양광 발전 모듈 설치를 위하여 하나의 수평 받침 부재만을 이용하여 고정하고 하나의 지점으로 인하여 발생할 수 있는 회전변위를 구속하기 위하여 태양광 발전 모듈의 하단부를 고정부재에 고정함으로써 부재의 사용을 최소화하여 물량절감이 가능한 효과가 있으며, 수평 받침 부재를 하나만 사용하기 때문에 경사부와 지지부의 치수를 감소시켜 자중을 감소시킬 수 있고, 구조물의 경량화에 따라 부력체 수량 및 부피를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1a, 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물의 사시도, 평면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 따른 지지 부재를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 바닥 고정부재의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부유식 구조물의 바닥판의 실시 예를 도시한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 모듈의 결합상태를 도시한 일부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 부력체의 분해사시도이다.
도 7은 상기 도 6의 부력체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물에 결합부재가 적용된 실시예를 도시한 분해 사시도 및 측면도이다.
도 9는 종래의 부유식 구조물의 사시도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시 예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a, 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물의 사시도, 평면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다.
도 1a, 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물은 일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재(11)와, 바닥 부재(11)와 결합되는 지지 부재(12)와, 서로 다른 지지 부재(12)를 연결하도록 지지 부재(12)의 상단부에 결합되는 수평 받침 부재(16)와, 바닥 부재(11)를 연결하도록 구성된 제1 바닥 고정부재(20)와, 하단부가 제1 바닥 고정부재(20)에 지지되고 수평 받침 부재(16)에 결합되어 설치되는 태양광 발전 모듈(S) 및 바닥 부재(11)의 아래쪽에 설치되는 부력체(30)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 주요 구조재인 바닥 부재(11), 지지 부재(12), 수평 받침 부재(16) 및 제1 바닥 고정부재(20)는 단면의 경제성 및 효율성을 위하여 평행한 상부 및 하부 플랜지와 상하부 플랜지를 수직으로 연결하는 복부판으로 이루어진 I형 단면을 갖도록 하며, FRP로 형성되어 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이하도록 한다.
부유식 구조물을 구성하는 각 부재들은 강재와 비교할 때 재료적으로 우수한 성능을 확보할 수 있으며, 염해 및 유해환경 등과 같은 부식환경에 매우 우수하여 반영구적으로 사용할 수 있는 FRP(Fiber Reinforced Polymeric Plastic, 섬유강화복합재)로 구성하는 것이 바람직하다. FRP는 레진과 보강섬유로 구성되며 레진은 보강섬유 사이의 응력(하중) 전달, 보강섬유의 좌굴(휨)방지, 유해환경으로부터 보강섬유 보호, 기계적 마모로부터 보강섬유 보호, 평면내 층간전단 저항 등의 역할을 하며 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀 등이 사용될 수 있다. 보강섬유는 하중을 저항하는 주요 요소이고 보강섬유의 종류 및 배치에 따라 성질이 크게 달라진다. 보강섬유로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 등이 사용될 수 있다. 섬유강화복합재의 생산방법에는 펄트루젼, 필라멘트와인딩, 핸드레이업 등이 있는데, 본 발명에서는 펄트루젼 방식으로 위에서 설명한 각 부재의 단면형상으로 생산한다. 펄트루젼 방식은 인발성형으로 단면형태를 결정하는 금형을 통해 생산되며 길이방향에 제한이 없이 무한 생산이 가능하고 보강섬유가 주로 길이방향으로 배치된다.
바닥 부재(11)는 구조물 전체의 하중을 지지하면서 태양광 발전 모듈(S)이 수면에 설치되는 면적을 결정하며, 다수 개의 바닥 부재(11)는 일정 간격을 두고 서로 평행이 되도록 배치될 수 있다. 바닥 부재(11)의 설치 간격 또는 개수는 태양광 발전 모듈의 크기에 따라 적절하게 선택될 수 있지만 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 지지 부재(12)는 도 1c에 도시된 바와 같이, 하부로 경사진 사선 형태로 이루어지며, 바닥 부재(11)와 결합되어 지지 부재(12)의 상단부에 결합된 수평 받침 부재(16)를 매개로 태양광 발전 모듈(S)을 지지하도록 한다.
도 2는 본 발명의 따른 지지 부재(12)를 도시한 사시도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지지 부재(12)는 하부로 경사지도록 형성된 지지부(14)와 지지부(14)의 하단부에서 내측으로 절곡된 형상의 결합부(15)가 일체로 성형되도록 구성한다.
지지 부재(12)는 I형 단면 형상으로 SMC(Sheet molded compound)공정을 통해 제작할 수 있으며 지지 부재(12)의 지지부(14)의 상단부에는 태양광 발전 모듈(S)의 결합을 위하여 수평 받침 부재(16)가 형성되고, 수평 받침 부재(16)에 태양광 발전 모듈(S)이 고정 설치된다.
따라서 수평 받침 부재(16)의 시공의 편의를 위해 지지 부재(12)의 지지부(14) 상단부의 하부에는 걸림턱(14a)을 형성할 수 있다. 걸림턱(14a)은 수평 받침 부재(16)를 지지 부재(12)에 결합시 수평 받침 부재(16)의 하단부가 걸림턱(14a)에 걸려 안착되도록 하여 수평 받침 부재(16)를 안정적으로 안착되도록 하고, 결합을 용이하도록 하는 것이다.
걸림턱(14a)이 형성됨으로써 수평 받침 부재(16)를 지지 부재(12)의 상단부에 걸쳐놓은 상태에서 볼트를 조립할 수 있고 조립하는 동안 별도의 인력이 필요치 않게 되며 천공 등 치수 기준선이 되어 천공홀 등의 위치에 대한 오차범위를 줄일 수 있어 시공이 용이하도록 할 수 있다.
지지 부재(12)는 결합부(15)를 바닥 부재(11)와 결합함으로써, 바닥 부재(11)와의 결합을 용이하게 할 수 있으며, 결합부(15)는 부가적으로 지지 부재(12)의 상부의 하중이 안정적으로 바닥 부재(11)로 전달되도록 하는 역할을 하기도 한다.
지지부(14)의 상단부는 태양광 발전 모듈(S)이 지지되는 면을 형성하기 때문에, 지지부(14)는 바닥 부재(11)와 일정한 각도의 경사를 형성하도록 설치될 수 있다. 지지부(14)의 바닥 부재(11)에 대한 경사각은 태양광의 입사 각도를 고려하여 결정한다. 또한, 지지부(14)는 지지 부재(12)에 태양광 발전 모듈(S)이 경사된 상태로 결합되었을 때, 하중이 안정적으로 바닥 부재(11)에 전달되도록 경사를 갖도록 하는 것이다.
지지 부재(12)는 지지부(14)의 상단부에 수평 받침 부재(16)가 결합되기 때문에, 지지부(14)의 단면은 수평 받침 부재(16)의 면접되는 두께를 모두 수용할 수 있도록 크게 형성되어야 한다.
결합부(15)는 바닥 부재(11)의 상부에 밀착이 되도록 바닥 부재(11)와 평행을 이루도록 구성되며, 결합부(15)는 지지 부재(12)를 지지할 수 있도록 볼트 결합등 이 분야에서 공지된 적절한 방법으로 결합될 수 있다.
수평 받침 부재(16)는 서로 다른 지지 부재(12)를 연결하는 형태로 설치될 수 있다. 도 1a에 도시된 것처럼, 수평 받침 부재(16)는 바닥 부재(11)와 직각이 되는 방향으로 적어도 2개의 지지부(14)에 걸쳐 고정될 수 있다. 수평 받침 부재(16)는 양쪽 끝에 설치되는 2개의 바닥 부재(11)에 이르는 길이로 설치될 수 있고 일정한 간격을 두고 2개 이상이 하나의 지지부(14)에 고정되도록 설치될 수 있지만 특별히 제한되는 것은 아니다.
바닥 부재(11), 지지 부재(12) 및 수평 받침 부재(16)의 결합은 볼트 또는 용접과 같이 이 분야에서 공지된 방법에 따라 서로 결합될 수 있고 필요에 따라 보강 부재가 사용될 수 있다. 본 발명은 이와 같은 서로 다른 사이의 연결 방법에 의하여 제한되지 않는다.
제1 바닥 고정부재(20)는 바닥 부재(11)가 간격을 유지하면서 일정한 형태를 갖도록 고정하고 또한 태양광 발전 모듈(S)의 하단부를 고정하기 위한 것으로 태양광 발전 모듈(S)의 하단부가 위치하는 부분에 수평 받침 부재(16)와 평행하게 구성되도록 하여, 태양광 발전 모듈(S)의 하단부가 안착이 되도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 바닥 고정부재(20)의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 바닥 고정부재(20)는 태양광 발전 모듈(S)의 하단부가 위치하는 부분에 수평 받침 부재(16)와 평행하게 구성되는 고정부(20a)와, 일측 상단부에 태양광 발전 모듈(S)이 결합되었을 때 태양광 발전 모듈(S)의 하단부를 지지할 수 있도록 단면이 ㄴ자 형상으로 구성된 지지부(20b)가 일체로 구성된다.
고정부(20a)는 고정부(20a)의 상단의 일측에 기울어진 ㄴ자 단면을 갖는 지지부(20b)가 일체로 구성되도록 하여, 태양광 발전 모듈(S)의 하단부가 지지부(20b)에 걸쳐져 지지되도록 한다.
상기 지지부(20b)를 기울어진 ㄴ자 단면을 갖도록 하는 것은 태양광 발전 모듈(S)이 지지 부재(12)에 경사지게 결합되기 때문에, 태양광 발전 모듈(S)의 하단부 모서리가 지지부(20b)에 안정적으로 지지되도록 하는 것이다.
즉, I형 단면을 갖는 고정부(20a)에 ㄴ형 단면을 갖는 지지부(20b)가 추가된 단면형상으로 형성하여, 태양광 발전 모듈(S) 설치시 태양광 발전 모듈(S)의 하단부가 지지되도록 하여 태양광 발전 모듈(S)을 단순거치하고 연결하는 과정에서 별도의 인력이 필요치 않게 되어 시공이 편리해질 뿐만 아니라 공사기간을 감소시킬 수 있다.
또한, 지지부(20b)의 내측 모서리에는 원형 단면을 갖는 홈(21)이 형성되도록 할 수 있다. 이와 같이 홈(21)을 형성하는 것은 태양광 발전 모듈(S)의 단부를 지지부(20b)에 거치시킬 때, 태양광 발전 모듈(S)의 지지부(20b)에 접하는 하단부 모서리가 파손되는 것을 방지하기 위해서이다.
태양광 발전 모듈(S)은 배면의 중앙부 또는 상단부측이 수평 받침 부재(16)에 결합구성되는데, 이웃한 태양광 발전 모듈(S)의 사이에 별도의 브라켓(18)을 구성하여 태양광 발전 모듈(S)의 양측단부를 구속하여 수평 받침 부재(16)에 결합하도록 할 수 있다.
태양광 발전 모듈(S)의 유지 또는 보수를 위한 통로를 형성하기 위하여 바닥 부재(11)에 설치되는 바닥판(17)을 설치할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 부유식 구조물(10)의 바닥판(17)의 실시 예를 도시한 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 바닥 고정부재(20)와 소정의 간격을 두고 평행하게 설치되는 제2 바닥 고정부재(19)와 제2 바닥 고정부재(19)와 제1 바닥 고정부재(20)의 상부에 걸쳐 설치되는 바닥판(17)이 추가로 구성되도록 할 수 있다.
바닥 부재(11)에 설치되는 바닥판(17)은 태양광 발전 모듈(S)의 유지 또는 보수를 위한 통로를 형성한다. 바닥판(17)은 유지 또는 보수의 편의성을 고려하여 임의의 위치에 설치될 수 있지만 바람직하게 태양광 발전 모듈(S)의 전면에 바닥 부재(11)의 길이방향에 수직이 되는 방향으로 연장되도록 설치될 수 있다. 바닥판(17)의 폭은 사람의 보행이 가능한 임의의 크기를 가질 수 있고 예를 들어 철망, 플라스틱과 같은 일정한 강도를 가지면서 무게가 가벼운 소재로 만들어질 수 있다. 바닥판(17)은 예를 들어 제2 바닥 고정부재(19) 및 제1 바닥 고정부재(20)의 상부에 설치될 수 있다. 이때, 제2 바닥 고정부재(19)는 제1 바닥 고정부재(20)와 일정한 간격을 유지하도록 구성하여, 제2 바닥 고정부재(19)와 제1 바닥 고정부재(20)의 상부에 걸쳐 바닥판(17)을 고정 구성할 수 있다. 이와 같이 제1 바닥 고정부재(20)를 활용하고 하나의 제2 바닥 고정부재(19) 만을 추가하여 구성함으로써, 설치되는 부재의 양을 최소로 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 모듈의 결합상태를 도시한 일부 확대도이다.
브라켓(18)은 도 5에 도시된 바와 같이, U자 단면을 갖는 결합채널(18a)과 결합채널(18a) 상단부에서 외측 양방향으로 절곡된 형상의 가압편(18b)을 형성하도록 하여, 이웃한 태양광 발전 모듈(S)의 사이에 끼워넣고 가압편(18b)이 양측의 태양광 발전 모듈(S)의 양측단부를 가압하도록 하면서 결합채널(18a)을 수평 받침 부재(16)에 결합하도록 할 수 있다.
태양광 발전 모듈(S)을 수평 받침 부재(16)에 결합하고서도, 별도로 제1 바닥 고정부재(20)에 태양광 발전 모듈(S)을 지지하도록 하는 것은 태양광 발전 모듈(S) 중앙하부에 위치하는 수평 받침 부재(16)가 태양광 발전 모듈(S)을 고정하고, 태양광 발전 모듈(S)의 하단부를 고정부재(20)에 지지함으로써, 상기 수평 받침 부재(16)를 중심으로 회전하려고 하는 회전변위를 구속하고 보다 안정적으로 태양광 발전 모듈(S)을 결합고정 하기 위해서이다.
태양광 발전 모듈(S) 설치를 위하여 수평 받침 부재(16)를 하나만 사용하기 때문에 지지 부재(12)의 치수를 감소시켜 자중을 감소시킬 수 있다.
위에서 설명한 것과 같은 구조를 가진 구조물은 부력체(30)에 의하여 수면 위에 부유된 상태를 유지할 수 있다.
부력체(30)는 전체적으로 다양한 형상을 가질 수 있고 바닥 부재(11)의 아래쪽에 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 부력체의 분해사시도이고, 도 7은 상기 도 6의 부력체의 단면도이다.
도 6 및 도 7에서와 같이 본 발명에 따른 부력체(30)는 내부가 비어있고 양단부가 폐합된 일정 길이의 원형관 형상의 외부관(31)과, 외부관(31) 내부에 충전되는 충전재(32)로 구성된다.
외부관(31) 및 충전재(32)는 공지의 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 외부관(31)과 충전재(32)를 별도로 구성하여 부력을 발생하는 충전재(32)의 수밀성을 높여주도록 한다.
종래에는 수상 부유식 태양광발전 구조물에 재하되는 하중을 수중으로 전달하는 부력체는 필라멘트와인딩으로 제작된 원형관에 경량 스티로폼 입자를 충진하고 핸드레이업으로 제작한 경판으로 양단부를 마감하여 제작하기도 하였으나, 이와 같은 부력체는 제작공정이 복잡하고 원형관 단부 마감시 본딩 접합으로 수밀성을 확보하기 어렵다.
따라서, 부력체(30)의 외부관(31)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 형성된 원형관의 양단부를 융착하여 마감하여 형성되고, 충전재(32)는 우레탄폼으로 형성하도록 할 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌은 습윤, 염해 뿐만 아니라 각종 유해환경에서 내구성이 우수하다.
부력체(30)의 성형을 일 실시 예를 들어 설명하면 상수관 및 압력관 등으로 사용되고 있는 관체에 사출성형으로 제작한 마감재를 EF융착으로 부착한 후 이음면을 다시 폴리에틸렌 재질로 하여 외부관(31)을 완성한다. 외부관(31)이 완성되면 약 30mm를 천공하여 우레탄을 삽입하고 충분히 발포시킨 후 천공된 구멍을 다시 융착하여 부력체(30)를 완성하게 된다. 이와 같이 형성된 부력체(30)는 연성재질로 충격 및 피로하중에 대한 저항성이 우수할 뿐만 아니라 내부를 빈틈없이 충전함으로써 부력에 대한 안전성을 확보하고 있어 반영구적 부유식 구조물의 부력체로 사용할 수 있는 것이다.
부력체(30)는 바닥 부재(11)의 하부에 하나 이상의 연결부재(40)로 고정된다. 연결부재(40)는 강선, 철사 등 다양한 부재를 이용하여 바닥 부재(11)에 부력체(30)를 결합하도록 할 수 있디.
특히, 바닥 부재(11)의 하부에 부력체(30)의 외주연과 동일한 곡률을 갖는 고정부재(41)를 결합하고, 부력체(30)를 U형 볼트(42)로 고정부재(41)에 결합하도록 하여 부력체(30)의 조립 설치가 용이하고 견고하게 시공할 수 있도록 할 수 있다.
고정부재(41)는 부력체(30)와 동일한 곡률을 갖는 호형으로 형성되는 라운드판(411)과 라운드판의 양단수에서 수직 상방으로 연장되는 수직판(412)과 수직판(412)의 상단부에서 수평 외측으로 연장되는 수평판(413)으로 이루어지며, 수평판(413)을 통하여 바닥 부재(11)와 볼트 결합된다.
라운드판(411)은 부력체(30)와 동일한 곡률을 갖는 호형으로 형성되도록 하여, 부력체(30)의 상부면에 밀착되어 안정적으로 결합이 용이하도록 한다.
상기와 같이 고정부재(41)의 하부에 부력체(30)를 밀착시키고, U형 볼트(42)를 이용하여 부력체(30)를 고정한다.
U형 볼트(42)는 U자형의 강봉 또는 강선으로 구성되며, 양단부가 고정부재(41) 수평판(413)을 관통하여 바닥 부재(11)에 볼트 결합된다. 수평판(413)에는 볼트 결합을 위하여 별도의 체결공이 형성될 수 있다.
또한, 바닥 부재(11)의 단부에는 별도의 결합부재(50)를 결합하도록 하여 본 발명의 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물(1) 끼리 연결시에 각 단부에 결합된 결합부재(50)를 전단 볼트(B)를 이용하여 용이하게 힌지 결합되도록 할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물에 결합부재(50)가 적용된 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 8b는 결합부재가 결합된 상태의 측면도이다.
결합부재(50)는 바닥 부재(11)의 단부에 결합되는 결합부(51)와, 결합부(51)에 결합되는 연결부(52)로 형성된다.
결합부(51)는 I형 단면을 갖는 바닥 부재(11)와의 결합을 용이하도록 하기 위하여, I형 단면을 갖는 바닥 부재(11)의 단부에 결합부(51)가 끼워져 결합되도록 ㄷ 형 단면을 갖도록 한다. 결합부(51)는 수직으로 형성된 판형상의 지지판(511)과 지지판(511)의 상,하단부에서 각각 일측의 수평방향으로 절곡되어 연장되며 결합공(512a)이 통공된 결합판(512)으로 형성하여, 바닥 부재(11)의 단부에 끼워져 결합되도록 한다.
또한, 결합을 더욱 견고히 하기 위하여, 지지판(511)의 중앙부에서 결합판(512)과 직각 방향으로 돌출되어 형성되는 보조 결합편(513)을 형성하여 바닥 부재(11)의 복부판과 보조 결합편(513)을 덧대어 결합하도록 한다.
결합부(51)의 배면에는 ㄷ 형 단면을 갖는 연결부(52)가 결합되는데, 연결부(52)는 결합부(51) 지지판(511)의 배면에 결합되는 판형상의 고정판(521)과 고정판(521)의 양측단부에서 직각방향으로 절곡되어 연장되며 중앙부에 결합공(523)이 통공된 연결판(522)으로 이루어진 연결부(52)가 결합된다.
이와 같이 형성된 결합부재(50)는 태양광 발전 구조물(1) 끼리 연결시에 각 단부에 결합된 결합부재(50)의 연결부(52)를 결합공(523)이 일치되도록 상호 겹쳐지게 하고 결합공(523)에 전단 볼트를 이용하여 힌지 결합되도록 한다.
볼트(B)에 의하여 힌지 결합되기 때문에, 연결판(522)의 외측단부 모서리는 라운드지도록 형성할 수 있다.
본 발명은 수상에서 태양광 발전 구조물(1)의 자중 및 태양광 발전 모듈(S)에 재하되는 하중을 수중으로 전달하기 위해 하중전달경로에 최소의 구조재를 배치하는 프레임형식을 도입하였으며 태양광 발전 구조물(1)을 하나의 단위구조물로 형성하고 단위구조물인 태양광 발전 구조물(1)을 연결부재(40)를 이용하여 힌지로 연결하여, 다양한 설치면적에 대응하여 태양광 발전 구조물(1)을 연결하여 사용할 수 있으며 수상에서 수면의 움직임에 의해 구조물에 발생하는 응력을 최소화하도록 할 수 있는 것이다.
즉, 단위구조물인 태양광 발전 구조물(1)은 연결부재(40)를 이용하여 힌지 결합되어 수면의 움직임에 의해 발생하는 휨모멘트가 전달되지 않기 때문에 발생하는 응력을 최소화 할 수 있으며 단위구조물로 제작함으로써 시공성이 증대되고 단위구조물의 설치 개소에 따라 발전 설비용량을 제어할 수 있기 때문에 필요전력에 민감하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 현장조건 및 지형에 가변적으로 설치가 가능하여 적용성이 뛰어나게 되는 것이다.
상기와 같이 형성된 본 발명은 주요 구조재로 FRP를 사용하여 펄트루전 또는 SMC(Sheet molded compound) 방식으로 다양한 단면을 갖는 구조재를 용이하게 제작할 수 있으며, 습윤 및 염해환경에서 내구성이 우수하고 단위중량당 강도가 높을 뿐만 아니라 경량재로서 수상환경에서 취급이 용이하며, 태양광 발전 모듈 설치를 위하여 하나의 수평 받침 부재만을 이용하여 고정하고 하나의 지점으로 인하여 발생할 수 있는 회전변위를 구속하기 위하여 태양광 발전 모듈의 하단부를 고정부재에 고정함으로써 부재의 사용을 최소화하여 물량절감이 가능한 효과가 있으며, 수평 받침 부재를 하나만 사용하기 때문에 경사부와 지지부의 치수를 감소시켜 자중을 감소시킬 수 있고, 구조물의 경량화에 따라 부력체 수량 및 부피를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
1 : FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물
11 : 바닥 부재
12 : 지지 부재
13 : 경사부
14 : 지지부
15 : 결합부
16 : 수평 받침 부재
17 : 바닥판
18 : 브라켓
19 : 제2 바닥 고정부재
20 : 제1 바닥 고정부재
20a : 고정부
20b : 지지부
30 : 부력체
31 : 외부관
32 : 충전재
40 : 연결부재
41 : 고정부재
42 : U형 볼트
50 : 결합부재
51 : 결합부
52 : 연결부
S : 태양광 발전 모듈

Claims (8)

  1. I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재(11);
    I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 하부로 경사지도록 형성된 지지부(14)와 지지부(14)의 하단부에서 내측 수평방향으로 절곡된 형상의 결합부(15)가 일체로 성형되어 결합부(15)가 바닥 부재(11)와 결합되는 지지 부재(12);
    I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며, 서로 다른 지지 부재(12)를 연결하도록 지지 부재(12)의 상단부에 결합되는 수평 받침 부재(16);
    I형 단면을 갖는 FRP로 이루어지며 바닥 부재(11)를 연결하도록 수평 받침 부재(16)와 평행하게 구성되는 고정부(20a)와, 고정부(20a)의 일측 상단부에 단면이 기울어진 ㄴ자 형상의 지지부(20b)가 일체로 구성된 제1 바닥 고정부재(20);
    하단부가 제1 바닥 고정부재(20)의 지지부(20b)에 지지되고 수평 받침 부재(16)에 결합되어 설치되는 태양광 발전 모듈(S); 및
    내부가 비어 있는 관체의 양단부에 사출성형으로 제작한 마감재를 융착하여 단부를 마감하여 형성되는 고밀도 폴리에틸렌 재질의 외부관(31)과, 외부관(31)에 일정 크기의 천공공을 형성하여 우레탄을 충전하고 발포시켜 우레탄폼으로 이루어지는 충전재(32)를 형성한후 천공공을 융착하여 마감하여 형성되어 바닥 부재(11)의 하부에 하나 이상의 연결부재(40)로 고정되는 부력체(30);를 포함하여 형성되며,
    연결부재(40)는 부력체(30)와 동일한 곡률을 갖는 호형으로 형성되는 라운드판(411)과 라운드판의 양단수에서 수직 상방으로 연장되는 수직판(412)과 수직판(412)의 상단부에서 수평 외측으로 연장되며 수평판(413)으로 이루어지는 고정부재(41)와, 양단부가 고정부재(41) 수평판(413)을 관통하여 바닥 부재(11)에 볼트 결합되는 U형 볼트(42)로 이루어져, 부력체(30)가 고정부재(41)와 U형 볼트(42) 사이에 위치하도록 하여 부력체(30)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    지지 부재(12)의 지지부(14) 상단부의 하부에는 걸림턱(14a)이 구성되도록 하여, 수평 받침 부재(16)의 하단부가 걸림턱(14a)에 걸리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1 바닥 고정부재(20)의 지지부(20b)의 내측 모서리에는 원형 단면을 갖는 홈(21)이 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    수직으로 형성된 판형상의 지지판(511)과 지지판(511)의 상,하단부에서 각각 일측의 수평방향으로 절곡되어 연장되며 결합공(512a)이 통공된 결합판(512)과, 지지판(511)의 중앙부에서 결합판(512)과 직각 방향으로 돌출되어 형성되는 보조 결합편(513)으로 이루어진 결합부(51)와,
    결합부(51) 지지판(511)의 배면에 결합되는 판형상의 고정판(521)과 고정판(521)의 양측단부에서 직각방향으로 절곡되어 연장되며 중앙부에 결합공(523)이 통공된 연결판(522)으로 이루어진 연결부(52)가 결합된 결합부재(50)가,
    결합부(51)가 바닥 부재(11)의 각 단부에 끼워져 볼트(B) 결합되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1 바닥 고정부재(20)와 소정의 간격을 두고 평행하게 제2 바닥 고정부재(19)를 구성하며, 제2 바닥 고정부재(19)와 제1 바닥 고정부재(20)의 상부에 걸쳐 설치되는 바닥판(17)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    U자 단면을 갖는 결합채널(18a)과 결합채널(18a) 상단부에서 외측 양방향으로 절곡된 형상의 가압편(18b)으로 구성된 브라켓(18)을, 이웃한 태양광 발전 모듈(S)의 사이에 끼워넣어 가압편(18b)이 양측의 태양광 발전 모듈(S)의 양측단부를 가압하도록 하면서 결합채널(18a)을 수평 받침 부재(16)에 결합하는 것을 특징으로 하는 FRP 단위 프레임 구조물을 이용한 수상 부유식 태양광 발전 구조물.
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