KR101781691B1 - 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광모듈 설치를 위한 부유식 단위구조물을 일체로 제작하여 구성요소를 최소화하고 부유식 단위구조물을 형성하기 위한 조립작업이 배제되며 1방향 슬래브로 설계되는 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물과 이를 이용한 수상 태양광발전 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물은 상부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷; 하부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되어 하부 버킷에 결합되어 폐합된 단면을 구성하며 태양광모듈이 일정한 각도로 결합되는 상부 덮개; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간에 충진되는 부력 블록; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간의 양단을 폐합하여 부력 블록을 밀폐하는 단부 마개;를 포함하여 구성되며, 하부 버킷, 상부 덮개, 단부 마개는 섬유강화복합재(FRP, Fiber Reinforced Polymeric Plastic)로 구성되고, 상부 덮개의 상면에는 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판을 포함하며 태양광모듈의 하부를 지지하는 하부 받침 부재와, 폭방향 타측에서 수직하게 상향 연장되는 수직판 및 수직판의 연장단에서 하부 받침판과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판을 포함하며 태양광모듈의 상부를 지지하는 상부 받침 부재;가 상부 덮개와 단일부재로 일체로 구성되도록 펄트루젼 방식에 따라 형성된 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 단부에 결합공이 천공된 돌출판으로 구성되는 연결부재가 길이방향으로 돌출되도록 설치되어 인접한 부유식 단위구조물의 결합공에 볼트가 관통되어 길이방향으로 핀결합되고, 길이방향으로 직렬 연결된 부유식 단위구조물이 복수로 구성되고 이격거리를 반영하여 병렬배치되며 양단부가 길이재인 결합부재에 결합되어 길이방향의 수직한 방향으로 연결되며, 연결부재는, 상부 덮개와 단부 마개로부터 각각 돌출되어 서로 평행하게 이격되는 한 쌍의 돌출판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물은 상부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷; 하부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되어 하부 버킷에 결합되어 폐합된 단면을 구성하며 태양광모듈이 일정한 각도로 결합되는 상부 덮개; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간에 충진되는 부력 블록; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간의 양단을 폐합하여 부력 블록을 밀폐하는 단부 마개;를 포함하여 구성되며, 하부 버킷, 상부 덮개, 단부 마개는 섬유강화복합재(FRP, Fiber Reinforced Polymeric Plastic)로 구성되고, 상부 덮개의 상면에는 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판을 포함하며 태양광모듈의 하부를 지지하는 하부 받침 부재와, 폭방향 타측에서 수직하게 상향 연장되는 수직판 및 수직판의 연장단에서 하부 받침판과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판을 포함하며 태양광모듈의 상부를 지지하는 상부 받침 부재;가 상부 덮개와 단일부재로 일체로 구성되도록 펄트루젼 방식에 따라 형성된 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 단부에 결합공이 천공된 돌출판으로 구성되는 연결부재가 길이방향으로 돌출되도록 설치되어 인접한 부유식 단위구조물의 결합공에 볼트가 관통되어 길이방향으로 핀결합되고, 길이방향으로 직렬 연결된 부유식 단위구조물이 복수로 구성되고 이격거리를 반영하여 병렬배치되며 양단부가 길이재인 결합부재에 결합되어 길이방향의 수직한 방향으로 연결되며, 연결부재는, 상부 덮개와 단부 마개로부터 각각 돌출되어 서로 평행하게 이격되는 한 쌍의 돌출판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양광모듈을 수상에 일정한 각도를 형성하며 부유하도록 태양광모듈 하부에 결합되는 부유식 단위구조물 및 이를 이용한 수상 태양광발전 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광모듈 설치를 위한 부유식 단위구조물을 일체로 제작하여 구성요소를 최소화하고 부유식 단위구조물을 형성하기 위한 조립작업이 배제되며 1방향 슬래브로 설계되는 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물과 이를 이용한 수상 태양광발전 구조물에 관한 것이다.
태양전지(태양광모듈)를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 태양광발전(Photovoltaic power generation, PV)은 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등을 초래하지 않는 무공해 에너지원으로 화석연료의 수입에 의존할 필요 없이 자체조달이 가능하여 에너지 안보 측면에서 유리하므로 인류가 직면한 환경문제, 즉 CO2 저감과 화석연료를 대체할 수 있는 지속 가능한 신재생 에너지란 측면에서 전세계적인 필요성과 당위성을 가지고 있다.
특히, 신재생 에너지 중에서도 입지조건이 까다로운 풍력, 조수력 발전과는 달리 지역 및 규모에 관계없이 설치가 가능하며 유지관리비용도 매우 저렴하여 신재생 에너지 분야 중 가장 큰 성장을 나타내고 있다.
다만, 태양광발전은 태양광을 수집하기 위해서 일정 면적을 필요로 한다. 지상에서 태양광발전을 실행하는 경우에는 건축물 등에 부가적으로 태양광모듈을 설치해야하는데 경사 및 방위각, 온도, 음영 등에 제약이 있어 다른 신재생 에너지에 비해 면적당 발전효율이 작아 요구되는 발전량을 얻기 위해서는 넓은 면적을 필요로 한다.
따라서 좁은 국토 내에서 면적집약적인 태양광발전산업의 문제점을 해결하기 위해서 태양광 모듈을 수면에 설치할 수 있도록 수상 부유식 태양광발전 구조물 공법이 개발, 발전되고 있다. 수상 부유식 태양광발전은 호수, 댐, 저수지, 바다 등의 유휴수면을 자원으로 활용하여 태양광모듈을 수면에 설치하는 것이다.
태양광모듈을 수면에 설치하기 위해서는 부유식 구조물이 필요하다. 일반적으로 수상 부유식 태양광발전을 위한 부유식 구조물은 일정 면적을 형성하도록 구성되는 평면프레임과, 부유를 위하여 평면프레임 아래 설치되는 부력체, 태양광모듈의 경사각 유지를 위하여 평면프레임 상부에 경사지게 결합되는 경사부재, 태양광모듈을 평면프레임과 경사부재에 연결하는 연결부재 등으로 구성된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1120799호 "단일형 지지부재를 이용한 태양광 발전 구조물"(특허문헌 1)이 있다. 이 특허는 "일정한 면적을 형성하도록 정렬된 다수 개의 바닥 부재; 한쪽 끝이 바닥 부재와 연결되어 일정한 경사를 형성하도록 설치되는 경사 받침 부재; 바닥 부재와 경사 부재의 다른 끝 부분을 연결하는 수직 부재; 서로 다른 경사 받침 부재를 연결하는 다수 개의 수평 받침 부재; 각각의 수평 받침 부재에 설치되는 다수 개의 경사 지지 부재; 적어도 2개의 경사 지지 부재에 설치되는 태양광 발전 모듈; 및 바닥 부재의 아래쪽에 설치되는 부력체를 포함하고, 부력체와 바닥 부재 사이에는 요동 방지 돌기가 설치되며, 부력체는 조임 고리를 가지는 조임 끈에 의하여 바닥 부재에 고정되고, 조임 끈은 결합 판에 의하여 이동이 방지되며 결합 판은 상하 2개의 판으로 이루어지고 2개의 판 사이에 일정 간격으로 이동 방지 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 단일형 지지부재를 이용한 태양광 발전 구조물"을 제안한다.
이 특허가 제안하는 태양광 발전 구조물은 태양광 발전 모듈을 고정시키기 위하여 다수 개의 수평 받침 부재 및 다수 개의 경사 지지 부재를 이용하여 고정하기 때문에, 태양광 발전 모듈을 고정시키기 위하여 설치되는 부재의 개수가 많고, 바닥 부재의 전 길이에 걸쳐 원통형의 부력체를 사용하여 부력체의 설치가 용이하지 않으며, 부력체의 부분 파손시에도 전체의 부력체를 교체해야 하고, 부력체를 설치하기 위한 별도의 부재가 필요하여 부재량의 증가를 가져오는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광모듈을 수상에 부유하게 하는 단위구조물을 구성하는 자재를 단순화하고 단위구조물의 조립작업을 배제하여 조립 시공성을 개선하여 현장 볼트 접합부를 최소화할 수 있는 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물 및 이를 이용한 수상 태양광발전 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 부유식 단위구조물이 1방향 슬래브로 구성되어 방향성이 없는 수면의 움직임에 의해 효과적으로 저항하므로 태양광모듈의 안정성을 확보할 수 있는 수상 태양광발전 구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 상부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷; 하부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되어 하부 버킷에 결합되어 폐합된 단면을 구성하는 상부 덮개; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간에 충진되는 부력 블록; 하부 버킷과 상부 덮개로 둘러싸인 공간의 양단을 폐합하여 부력 블록을 밀폐하는 단부 마개;를 포함하여 구성되며, 상부 덮개의 상면에는, 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판을 포함하는 하부 받침 부재;와 폭방향 타측에서 수직하게 상향 연장되는 수직판 및 수직판의 연장단에서 하부 받침판과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판을 포함하는 상부 받침 부재;가 단일부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 하부 받침 부재는, 하부 받침판의 연장단에 하부 받침판과 직각을 이루도록 상향 돌출하는 걸침돌기가 더 형성될 수 있다.
한편, 하부 받침 부재와 상부 받침 부재는 상부 덮개의 양단부 일정 구간을 제외한 전길이에 걸쳐 형성될 수 있다.
또한, 하부 버킷, 상부 덮개, 단부 마개는 섬유강화복합재(FRP, Fiber Reinforced Polymeric Plastic)로 구성될 수 있다.
여기서, 하부 버킷과 상부 덮개는 펄트루젼 방식에 따라 형성될 수 있다.
이때, 단부 마개는 SMC 방식에 따라 형성될 수 있다.
또한, 부력 블록은 발포 스티로폼(EPS, expandable polystyrene)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 적절한 다른 실시형태에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 하부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되고 상면 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판을 포함하는 하부 받침 부재와, 상면 폭방향 타측에서 수직하게 상향 연장되는 수직판 및 수직판의 연장단에서 하부 받침판과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판을 포함하는 상부 받침 부재;가 단일부재로 구성되는 상부 덮개; 상부 덮개 단면내로 상부가 삽입되는 부력 블록; 부력 블록의 길이방향으로 일정 간격을 두고 설치되어 부력 블럭을 상부 덮개에 고정시키는 U형 볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물은 부유식 단위구조물의 단부에 결합공이 천공된 돌출판으로 구성되는 연결부재가 길이방향으로 돌출되도록 설치되어 인접한 부유식 단위구조물의 결합공에 볼트가 관통되어 길이방향으로 핀결합되고, 길이방향으로 연결된 부유식 단위구조물이 복수로 구성되고 이격거리를 반영하여 병렬배치되며 양단부가 길이재인 결합부재에 결합되어 길이방향의 수직한 방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 연결부재는, 상부 덮개와 단부 마개로부터 각각 돌출되어 서로 평행하게 이격되는 한 쌍의 돌출판으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 태양광모듈을 수상에 부유토록하는 부유식 구조물을 단위구조물로 제작함으로써 자재가 단순화되고 단위구조물 자체의 조립작업을 배제하여 조립 시공성을 개선되고 현장 볼트 접합부를 최소화할 수 있어 시공성이 증대되는 효과가 있다.
특히, 부유식 단위구조물이 1방향 슬래브로 구성되어 방향성이 없는 수면의 움직임에 의해 효과적으로 저항하므로 태양광모듈의 안정성을 확보하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물은 부유식 단위구조물의 설치 개소에 따라 발전 설비용량을 제어할 수 있기 때문에 필요전력에 민감하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 현장조건 및 지형에 가변적으로 설치가 가능하여 적용성이 뛰어나다.
특히, 부유식 단위구조물을 핀접합하여 다양한 평면으로 구성할 수 있으며,핀접합에 의하여 수상에서 수면의 움직임에 의해 발생하는 휨모멘트가 전달되지 않기 때문에 구조물에 발생하는 응력이 최소화되는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 2는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 사시도이고, 도 4는 이의 길이방향 연결을 나타내기 위한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이고, 도 5b는 평면도이며, 도 5c는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 9는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 2는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 사시도이고, 도 4는 이의 길이방향 연결을 나타내기 위한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이고, 도 5b는 평면도이며, 도 5c는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 9는 단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 태양광모듈이 수상에 일정한 각도를 가지고 부유하도록 태양광모듈 하부에 결합되는 것으로, 내부에 부력을 갖는 부력체를 포함하고 상부로 태양광모듈을 경사지게 결합하는 구조를 갖도록 일체로 형성된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 2는 단면도이다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 상부가 개방된 U자형 단면을 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷(10); 하부가 개방된 역U자형 단면을 갖는 길이재로 구성되어 하부 버킷에 결합되어 폐합된 단면을 구성하는 상부 덮개(20); 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간에 충진되는 부력 블록(30); 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간의 양단을 폐합하여 부력 블록(30)을 밀폐하는 단부 마개(40);를 포함하여 구성되며, 상부 덮개(20)의 상면에는 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판(51)을 포함하는 하부 받침 부재(50)가 구성되고, 폭방향 타측에서 상부 덮개(20) 면에 수직하게 상향 연장되는 수직판(61) 및 수직판(61)의 연장단에서 하부 받침판(51)과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판(62)을 포함하는 상부 받침 부재(60)가 단일부재로 구성된다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 구성하는 하부 버킷(10), 상부 덮개(20), 단부 마개(40)는 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, 평면 내 층간전단 저항 등의 역할을 하며 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀 등이 사용될 수 있다. 보강섬유는 하중에 저항하는 주요 요소이고 보강섬유의 종류 및 배치에 따라 성질이 크게 달라진다. 보강섬유로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 구성하는 하부 버킷(10), 상부 덮개(20), 단부 마개(40)를 FRP로 구성하는 것은 수면의 움직임에 따른 피로하중에 대한 내구성이 우수한 구조재로 구성하기 위함이고 또한 염해 및 유해환경 등과 같은 부식환경에 매우 우수하여 수질오염을 최소화하고 반영구적으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한 FRP는 경량자재로 단위구조물을 경량화하여 부력체 용량 및 설치수를 감소할 수 있어 경제성이 확보되는 효과가 있으며 구조재 최대 중량 적정설계, 장비 사용 최소화 및 인력에 의한 단위구조물 조립시공을 가능하게 하여 경제성이 확보되는 효과가 있다.
섬유강화복합재의 생산방법에는 펄트루젼, 필라멘트와인딩, 핸드레이업, SMC 등이 있는데, 본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물을 구성하는 하부 버킷(10), 상부 덮개(20)는 펄트루젼 방식에 따라 생산되는 것이 바람직하고, 단부 마개(40)는 SMC 방식에 따라 생산되는 것이 바람직하다.
펄트루젼 방식은 인발성형으로 단면형태를 결정하는 금형을 통해 생산되며 길이방향에 제한이 없이 무한 생산이 가능하고 보강섬유가 주로 길이방향으로 배치된다. 따라서, 일정 길이를 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷(10), 상부 덮개(20)는 펄트루젼 방식에 따라 생산되는 것이 바람직하다.
상부 덮개(20)는 하부 받침 부재(50)와 상부 받침 부재(60)를 포함하여 일체로 형성된다. 하부 받침 부재(50)와 상부 받침 부재(60)는 태양광모듈을 안정적으로 거치하여 결합할 수 있도록 하는 수단이다. 태양광모듈은 태양광의 입사각도를 고려하여 수면으로부터 일정한 각도를 갖도록 설치되어야 하는데, 하부 받침판(51)과 상부 받침판(62)은 태양광모듈 설치각도에 상응하도록 구성된다.
하부 받침 부재(50)와 상부 받침 부재(60)는 상부 덮개(20)의 양단부 일정 구간을 제외한 전길이에 걸쳐 형성된다. 하부 받침 부재(50)와 상부 받침 부재(60)가 생략되는 상부 덮개(20)의 양단부는 후술되는 연결부재(70)와 결합부재(80)의 설치를 위한 것으로 연결부재(70)와 결합부재(80)의 설치는 이후에 다시 설명하기로 한다.
하부 받침 부재(50)의 하부 받침판(51)의 돌출단에는 하부 받침판(51)과 직각을 이루도록 상향 돌출하는 걸침돌기(52)가 더 형성될 수 있다. 걸침돌기(52)가 형성되면 태양광모듈을 간편하게 임시 거치할 수 있어서 조립과정이 용이해지는 시공성 향상의 효과가 있다.
하부 버킷(10)의 상단과 상부 덮개(20)의 하단에는 결합의 용이를 위하여 단면 외측으로 수평하게 연장되는 접합 플랜지(11,21)가 각각 더 형성될 수 있다. 이는 하부 버킷(10)의 접합 플랜지(11)와 상부 덮개(20)의 접합 플랜지(21)를 서로 본딩 또는 볼트 결합하는 방식으로 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)를 간편하게 결합하도록 고안된 것이다.
앞서 언급한 바와 같이 단부 마개(40)는 SMC 방식에 따라 생산되는 것이 바람직하다. SMC(Sheet molding compound) 방식은 1~5mm 정도의 시트(Sheet) 상으로 가공한 열경화성 중간 성형 재료를 금형에 넣고 가열, 가압하여 경화시킴으로써 제품을 성형하는 방식이다. 단부 마개(40)는 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)의 양단을 폐합하여 부력 블록(30)을 밀폐하는 수단으로 평판으로 구성되어 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)의 양단을 폐합할 수도 있으나 바람직하게는 도시된 바와 같이 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)의 양단 내측으로 삽입되는 공간부(41)를 포함하도록 구성되어 후술되는 연결부재의 설치를 용이하게 할 수 있으며 이러한 형상의 제작을 위해서 SMC 방식이 채택된다.
부력 블록(30)은 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간에 충진되어 단부 마개(40)에 의해 밀폐된다. 부력 블록(30)은 부력을 갖는 소재로 구성되어 태양광모듈을 수상에 부유하도록 하는 수단이다. 본 발명에 따른 부력 블록(30)은 발포 스티로폼의 일종인 EPS로 구성되는 것이 바람직하다. EPS(Expandable PolyStrene)는 스틸렌 중합체에 발포제를 첨가시킨 고분자 물질로서, 스팀으로 팽창시켜 블럭 형태로 만들어 경량성, 내압축성, 자립성, 내구성, 시공성 및 경제성 등의 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 상면에 하부 받침 부재(50)와 상부 받침 부재(60)가 일체로 구성된 상부 덮개(20)를 하부 버킷(10) 상부에 결합하고 상부 덮개(20)와 하부 버킷(10)으로 둘러싸인 공간에 부력 블록(30)으로 속채움하고 양단을 단부 마개(40)로 마감하여 일체로 구성된다.
이상과 같이 구성되는 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 구조적으로 1방향 슬래브로 구성되는 것으로 태양광모듈의 안정성을 확보하는 효과가 있다. 태양광모듈을 수면에 설치하기 위한 기존의 부유식 구조물은 일정 면적을 형성하도록 가로 세로로 구성되는 평면프레임에 의해 2방향 슬래브 거동을 보인다. 수면에 설치되는 부유식 구조물은 수면의 움직임에 의해 응력이 발생하는데 이를 1방향 슬래브로 구성하면 방향성이 없는 수면의 움직임에 의해 효과적으로 저항할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 사시도이고, 도 4는 이의 길이방향 연결을 나타내기 위한 사시도이다.
본 실시예에서 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물(1)의 단부에는 길이방향으로 돌출되도록 연결부재(70)가 더 설치된다.
연결부재(70)는 본 발명의 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물(1)을 길이방향으로 직렬 연결하기 위한 수단으로 인접한 부유식 단위구조물(1)의 연결부재(70)가 핀접합되도록 구성된다. 연결부재(70)는 다양한 형상으로 구성될 수 있으나 도시된 바와 같이 결합공(72)이 천공된 돌출판(71)이 인접한 부유식 단위구조물(1) 측으로 수직하게 돌출되도록 단부에 결합되며 서로 인접한 부유식 단위구조물(1,1)의 돌출판(71)의 결합공(72)에 볼트(B)가 관통하여 핀접합된다. 결합의 안정성을 확보하기 위해서 도시된 바와 같이 한 쌍의 돌출판(71,71)은 서로 평행하게 이격되도록 상부 덮개(20)와 단부 마개(40)로부터 각각 돌출되도록 구성되어 결합공(72)이 일치되도록 상호 겹쳐지게 하고 결합공(72)에 전단 볼트를 이용하여 핀결합되도록 한다. 볼트(B)에 의하여 핀결합되기 때문에 돌출판(71)의 외측 단부 모서기를 라운드지도록 형성할 수 있다.
본 발명의 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 일체로 형성되며 연결부재(70)를 이용하여 길이방향으로 핀접합하여, 다양한 길이에 대하여 단위구조물을 연결하여 사용할 수 있으며 핀접합에 의하여 수상에서 수면의 움직임에 의해 구조물에 발생하는 응력을 최소화하도록 할 수 있는 것이다. 단위구조물은 연결부재(70)를 이용하여 핀결합되어 수면의 움직임에 의해 발생하는 휨모멘트가 전달되지 않기 때문에 발생하는 응력을 최소화할 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. 또한, 구조물 연결을 위한 별도의 부재 설치가 불필요하므로 자재 물량을 감소하는 효과가 있다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이고, 도 5b는 평면도이며, 도 5c는 단면도이다.
본 발명에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물은 길이방향으로 직렬 연결되는 부유식 단위구조물(1,1)을 복수로 구성하여 병렬배치하고 양단부를 단위구조물 길이방향의 직각방향으로 연결하여 평면을 구성한다.
길이방향으로 직렬 연결된 부유식 단위구조물(1,1)을 병렬배치할 때에는 이격거리를 반영하여 배치하도록 하고 H형 단면을 갖도록 FRP로 구성되는 길이재 등 이 분야에 공지된 임의의 결합부재(80)를 통하여 단부를 고정하여 부유식 단위구조물(1)을 폭방향 즉, 길이방향의 직각방향으로 연결한다.
도 5에서는 부유식 단위구조물(1)이 길이방향(도 5b기준으로 가로방향)으로 2개가 연결부재(70)를 통해 핀접합되고, 폭방향(도 5b기준으로 세로방향)으로는 3열 이격 배치되어 결합부재(80)에 의하여 결합되는 2x3 베이 평면으로 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 가로, 세로방향으로 각각 다양하게 부유식 단위구조물(1)을 배열하여 수상 태양광발전 구조물을 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물의 사시도이다.
앞선 실시예에서 살펴본 부유식 단위구조물(1)을 2x3 베이 평면으로 구성한 소규모 수상 태양광발전 단지를 모듈로 구성하여 이 모듈을 가로방향 및 세로방향으로 연결하여 도 6에 도시된 바와 같이 4x6 베이를 구성하는 방식으로 평면을 넓게 구성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 단면도이다.
본 발명에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물은 다양한 형상으로 구성될 수 있는 것으로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 상부 덮개(20) 폭방향 중앙부의 하면으로부터 T형으로 하향 돌출되는 T형 돌기(22)가 더 구성될 수 있다. 상부 덮개(20)가 T형 돌기(22)를 포함하여 구성되면 상부 덮개(20)를 보강하여 강성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또는 도 7b에 도시된 바와 같이, 상부 덮개(20) 상면에 하부 받침 부재(50)를 구성할 때 상부 덮개(20) 상면으로부터 상향 수직하게 돌출되어 높이를 형성하는 높이판(53)을 더 포함하고 하부 받침판(51)을 높이판(53)의 돌출단에서 일정 각도로 하향 연장되도록 구성할 수 있다. 높이판(53)을 포함하여 상부 덮개(20)를 구성하는 경우에는 높이판(53)에 의하여 태양광모듈(S)이 수면으로부터 높이를 갖게 되어 음영의 우려가 없는 효과가 있다.
도 1 내지 도 7b에서는 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)의 결합에 의한 중공이 사각형의 단면을 갖는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 도 7c에 도시된 바와 같이 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)가 각각 원호형의 단면을 갖도록 구성되어 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)의 결합에 의한 중공이 원형을 이루도록 구성될 수 있다. 이 경우에는 부력 블록(30)은 원통형으로 구성되어야 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물의 분해 사시도이고, 도 9는 단면도이다.
앞선 실시예들에서는 부력 블록(30)이 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간에 충진되고 양단이 단부 마개(40)로 밀폐되었으나 본 실시예에서는 하부 버킷(10)과 단부 마개(40)가 생략되고, 부력 블록(30)이 상부 덮개(20)에 직접 고정된다. 고정은 여러가지 방법으로 실시될 수 있으나 바람직하게는 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 부력 블록(30)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 U형 볼트(B)로 상부 덮개(20)의 접합 플랜지(21)에 결합하도록 하여 부력 블록(30)의 조립 설치가 용이하고 견고하게 시공할 수 있도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 태양광모듈을 수상에 부유토록하는 부유식 구조물을 단위구조물로 제작함으로써 자재가 단순화되고 단위구조물 자체의 조립작업을 배제하여 조립 시공성을 개선되고 현장 볼트 접합부를 최소화할 수 있어 시공성이 증대된다.
특히, 부유식 단위구조물이 1방향 슬래브로 구성되어 방향성이 없는 수면의 움직임에 의해 효과적으로 저항하므로 태양광모듈의 안정성을 확보된다.
또한 본 발명에 따르면, 수상 태양광발전 구조물는 부유식 단위구조물의 설치 개소에 따라 발전 설비용량을 제어할 수 있기 때문에 필요전력에 민감하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 현장조건 및 지형에 가변적으로 설치가 가능하여 적용성이 뛰어나다.
특히, 부유식 단위구조물을 핀접합하여 다양한 평면으로 구성할 수 있으며,핀접합에 의하여 수상에서 수면의 움직임에 의해 발생하는 휨모멘트가 전달되지 않기 때문에 구조물에 발생하는 응력이 최소화되는 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 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.
10: 하부 버킷 11: 하부 버킷 접합 플랜지
20: 상부 덮개 21: 상부 덮개 접합 플랜지
22: 상부 덮개 T형 돌기 30: 부력 블록
40: 단부 마개 41: 공간부
50: 하부 받침 부재 51: 하부 받침판
52: 걸침돌기 53: 높이판
60: 상부 받침 부재 61: 수직판
62: 상부 받침판 70: 연결부재
71: 돌출판 72: 결합공
80: 결합부재 1: 부유식 단위구조물
20: 상부 덮개 21: 상부 덮개 접합 플랜지
22: 상부 덮개 T형 돌기 30: 부력 블록
40: 단부 마개 41: 공간부
50: 하부 받침 부재 51: 하부 받침판
52: 걸침돌기 53: 높이판
60: 상부 받침 부재 61: 수직판
62: 상부 받침판 70: 연결부재
71: 돌출판 72: 결합공
80: 결합부재 1: 부유식 단위구조물
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- 상부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되는 하부 버킷(10); 하부가 개방된 단면을 갖는 길이재로 구성되어 하부 버킷에 결합되어 폐합된 단면을 구성하며 태양광모듈이 일정한 각도로 결합되는 상부 덮개(20); 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간에 충진되는 부력 블록(30); 하부 버킷(10)과 상부 덮개(20)로 둘러싸인 공간의 양단을 폐합하여 부력 블록(30)을 밀폐하는 단부 마개(40);를 포함하여 구성되며, 하부 버킷(10), 상부 덮개(20), 단부 마개(40)는 섬유강화복합재(FRP, Fiber Reinforced Polymeric Plastic)로 구성되고, 상부 덮개(20)의 상면에는 폭방향 일측에서 일정 각도로 하향 연장되는 하부 받침판(51)을 포함하며 태양광모듈의 하부를 지지하는 하부 받침 부재(50)와, 폭방향 타측에서 수직하게 상향 연장되는 수직판(61) 및 수직판(61)의 연장단에서 하부 받침판(51)과 같은 각도를 갖도록 상향 연장되는 상부 받침판(62)을 포함하며 태양광모듈의 상부를 지지하는 상부 받침 부재(60);가 상부 덮개(20)와 단일부재로 일체로 구성되도록 펄트루젼 방식에 따라 형성된 태양광모듈 설치용 부유식 단위구조물(1)의 단부에 결합공(72)이 천공된 돌출판(71)으로 구성되는 연결부재(70)가 길이방향으로 돌출되도록 설치되어 인접한 부유식 단위구조물(1,1)의 결합공(72)에 볼트가 관통되어 길이방향으로 핀결합되고,
길이방향으로 직렬 연결된 부유식 단위구조물(1,1)이 복수로 구성되고 이격거리를 반영하여 병렬배치되며 양단부가 길이재인 결합부재(80)에 결합되어 길이방향의 수직한 방향으로 연결되며,
연결부재(70)는, 상부 덮개(20)와 단부 마개(40)로부터 각각 돌출되어 서로 평행하게 이격되는 한 쌍의 돌출판(71,71)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 부유식 단위구조물을 이용한 수상 태양광발전 구조물. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| KR101892972B1 (ko) * | 2017-12-20 | 2018-08-30 | 주식회사 코와스 | 수상 태양광 발전용 다기능 부력체 및 이를 이용한 수상 구조물 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170030984A (ko) | 2017-03-20 |
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