KR101814708B1 - 부유체 계류장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 부유식 구조물이 일정한 위치를 유지할 수 있는 부유체 계류장치에 관한 것이다.
개선된 부유체 계류장치는 수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 본체, 지반에 고정되는 고정부재, 본체에 설치되는 복원력 발생부 그리고 고정부재와 복원력 발생부를 연결하는 연결부재를 포함할 수 있다.
또한, 본체에 설치되는 구동부를 더 포함하여 본체가 태양의 이동에 따라서 회전할 수 있다.

Description

부유체 계류장치{APPARATUS FOR MOORING FLOATING BODY}
개시된 내용은 수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 부유식 구조물이 바람이나 파도 등에 의해서 외력을 받거나 수위가 변화는 상황에서도 일정한 위치를 유지할 수 있는 부유체 계류장치에 관한 것이다.
태양광발전은 세계적으로 빠르게 성장하고 있으며, 태양광 패널은 건물 지붕 위, 산업단지, 자동차 차고 등에 설치된다.
지상의 태양광 발전소는 경사, 음영 등에 제약이 있고 면적당 발전효율이 작으며, 산림을 훼손하면서까지 태양광발전소를 건설하는 것은 탄소배출이 없는 친환경 녹색에너지라는 태양광발전의 본래 취지와는 거리가 멀기 때문이다. 뿐만 아니라 야생동물의 서식지 파괴 등 동식물에 대한 피해가 발생할 수밖에 없어 필연적으로 생태계의 훼손을 가져오게 되는 문제가 있었다.
이러한 대규모 지상태양광발전의 환경파괴 문제점을 해결하고 동시에 유휴수면을 자원으로 활용하기 위해 도출된 기술이 바로 수상 부유식 태양광발전이다.
수상 부유식 태양광발전은 수면의 낮은 온도와 반사파에 의해서 지상 태양광발전보다 발전량이 약 10% 향상돼 국토가 좁은 우리나라에서 대체 에너지를 생산하는데 매우 유용한 기술이다.
태양광모듈 설치시 지상에서는 재하되는 하중에 저항하기 위해 구조물을 지반에 고정할 수 있지만 수면에 설치할 경우 하부구조물의 경계조건이 불안정하여 이를 고려한 설계가 필수적이다.
따라서 수상 부유식 태양광발전은 태양광발전 기술과 더불어 부유식 구조물 기술을 융합한 새로운 개념의 발전소 건립방식이라 할 수 있다.
1. 한국등록특허 제10-1636543호
수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 부유식 구조물이 일정한 위치를 유지할 수 있는 부유체 계류장치를 제공하고자 한다.
개시된 내용은 수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 본체, 지반에 고정되는 고정부재, 본체에 설치되는 복원력 발생부 그리고 고정부재와 복원력 발생부를 연결하는 연결부재를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 본체에 설치되는 구동부를 더 포함하여 본체가 태양의 이동에 따라서 회전하는 것이 바람직하다.
개시된 내용은 수상 부유식 태양광 발전설비 등이 설치된 본체가 수위 변화 등에 영향을 받지 않고 복원력 발생부에 의해서 일정한 위치를 유지할 수 있고, 구동부에 의해서 태양의 이동에 따라 본체가 회전하게 되므로 최적의 발전효율을 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 부유체 계류장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 부유체 계류장치의 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 부유체 계류장치의 작동상태를 나타내는 측면도 및 부분확대도이다.
도 4는 복원력 발생부의 제1변형 실시예에 따른 부유체 계류장치의 측면도이다.
도 5는 복원력 발생부의 다른 실시예에 따른 부유체 계류장치의 측면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 부유체 계류장치의 평면도이다.
도 7은 복원력 발생부의 제2변형 실시예에 따른 부유체 계류장치의 평면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 부유체 계류장치의 복원력 발생부에 작용하는 힘과 변위와의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 2를 참조하면, 개선된 부유체 계류장치는 수면 위에 떠 있는 본체(100); 지반에 고정되는 고정부재(200); 상기 본체(100)의 상부에 설치되는 복원력 발생부(300); 및 일단은 상기 고정부재(200)와 결합되고 타단은 상기 복원력 발생부(300)와 결합되는 연결부재(400)를 포함한다.
고정부재(200)는 수면 위에 떠 있는 본체(100)의 아래쪽 지반에 고정되는 부분으로서, 연결부재(400)를 통해 본체(100)를 구속하게 된다. 고정부재(200)는 소정의 무게를 갖도록 콘크리트 구조물인 것이 바람직하다. 그리고 고정부재(200)는 자체의 무게로 인해 수중 지반에 고정되거나, 수중 지반에 매설될 수도 있다. 또한, 고정부재(200)는 수중 지반에 말뚝 형태로 박혀 고정되는 것도 가능하다.
본체(100)는 태양광 발전설비(10), 복원력 발생부(300) 등이 설치되는 부분으로서, 고정부재(200)에 의해서 수면 위 일정한 위치에 떠 있게 된다. 본체(100)는 이를 구성하는 소재 자체의 비중이 물보다 작거나, 물보다 비중이 작은 공기주머니 등을 이용해 수면 위에 떠 있을 수 있다.
태양광 발전설비(10)는 태양광 패널을 통해 태양빛을 받아 전기에너지를 생산하는 부분으로서, 그 구조와 전기에너지를 생산하는 방법은 일반적인 태양광 발전설비와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 복원력 발생부(300)는 수위 변화, 바람 등에 의해 본체(100)가 처음 설치된 소정의 위치에서 벗어나는 것을 방지하는 부분으로서, 본체(100)의 상부에 설치된다. 구체적으로 복원력 발생부(300)는 본체(100)의 상부에 결합되는 고정대(390)에 결합되는 케이스(320); 상기 케이스(320)에 결합되는 회전축(340); 및 일단은 상기 케이스(320)에 결합되고 타단은 상기 회전축(340)에 결합되는 스파이럴 스프링(360, spiral spring)을 포함하고, 연결부재(400)의 타단은 상기 회전축(340)에 결합될 수 있다.
연결부재(400)는 회전축(340)에 직접 결합되는 것보다, 회전축(340)에 결합되어 회전하는 회전부재(350)에 결합되는 것이 바람직하다.
스파이럴 스프링(360)은 단면이 일정한 가늘고 긴 띠모양의 강을 한 평면상에 코일 형상으로 감은 스프링으로서, 스파이럴 스프링(360)의 양단은 케이스(320)와 회전축(340)에 각각 결합되고, 회전축(340)이 어느 한 방향으로 회전하면 회전축(340)이 반대 방향으로 회전하도록 탄성력이 작용하게 된다. 스파이럴 스프링(360)은 회전축(340)에 탄성력을 부여하기 위한 수단 중 하나로서, 회전축(340)에 탄성력을 부여할 수 있는 코일 스프링 등 다른 수단으로 변경이 가능하다.
그리고 복원력 발생부(300)는 2 이상의 복수 개가 본체(100)에 설치되고, 예를 들어 평면 형상이 사각형인 본체(100)의 경우 4개의 모서리 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 복원력 발생부(300)는 항상 일정한 힘을 발생하게 되므로, 수위가 변화하는 경우에도 연결부재(400)에 작용하는 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 복원력 발생부(300)의 제1변형 실시예가 나타나 있다. 제1변형 실시예는 케이스(320), 회전축(340) 및 스파이럴 스프링(360)으로 구성된 복원력 발생부(300)를 직렬로 2 이상 연결한 것이다. 즉, 본체(100)에 결합된 복원력 발생부(300)와 연결부재(400) 사이에 추가로 복원력 발생부(300)가 연결되는 것으로서, 본체(100)에 연결된 복원력 발생부(300)의 회전축(340)과 추가로 연결되는 복원력 발생부(300)의 케이스(320)가 새로운 연결부재(400)를 통해서 연결되는 것이다. 이 경우 고정부재(200)와 연결된 연결부재(400)는 추가로 결합된 복원력 발생부(300)의 회전축(340)에 연결된다. 이처럼 복원력 발생부(300)를 직렬로 2 이상 연결하면 더욱 강한 복원력을 얻을 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 복원력 발생부(300)의 다른 실시예가 나타나 있다. 복원력 발생부(300)는 본체(100)에 결합되는 도르래(370); 및 연결부재(400)의 타단에 결합되는 무게추(380)를 포함하고, 수위가 변하면 상기 도르래(370)에 걸린 연결부재(400)를 통해 무게추(380)가 승강한다. 즉, 연결부재(400)의 일단은 고정부재(200)와 결합되고, 타단은 무게추(380)와 결합됨으로써, 연결부재(400)는 무게추(380)의 하중에 의해 일정한 장력을 유지하게 된다. 수위가 상승하면 본체(100)와 무게추(380)가 상승하는 동시에 본체(100)와 무게추(380) 사이의 거리가 가까워지고, 수위가 하강하면 본체(100)와 무게추(380)도 하강하는 동시에 본체(100)와 무게추(380) 사이의 거리가 멀어지게 된다.
도 3 및 6을 참조하면, 개선된 부유체 계류장치는 본체(100)에 결합되는 제1모터와 상기 제1모터에 의해 구동되는 프로펠러를 포함하는 구동부(500)를 더 포함할 수 있다.
구동부(500)는 태양의 이동경로에 따라서 상기 본체(100)를 회전시키기 위한 것으로서, 제1모터에 의해 프로펠러가 수중에서 회전하면 추진력을 얻어 본체(100)를 회전시킬 수 있다. 그리고 구동부(500)는 본체(100)의 중심을 기준으로 본체(100)가 회전할 수 있도록 하나 이상 구비될 수 있고, 프로펠러의 추진 방향을 변경할 수 있도록 본체(100)의 하부에 회전 가능하게 결합될 수도 있다.
일반적으로 태양광 발전설비의 발전효율을 고려할 때 태양광 발전설비(10)를 구성하는 태양광 패널의 설치방향은 남향, 지면과 이루는 설치각도는 그 지역의 위도일 때가 가장 좋다. 그리고 태양은 동에서 떠서 남중한 후에 서쪽으로 지는 이동경로 가지고 있으므로, 태양광이 태양광 패널에 수직으로 입사할 수 있도록 하는 것이 좋다.
따라서 구동부(500)는 최적의 발전효율을 얻기 위해서 태양의 이동경로에 따른 방위각에 맞추어 태양광 발전설비(10)가 설치된 본체(100)를 회전시키게 된다. 그리고 구동부(500)의 작동이 멈추면 복원력 발생부(300)에 의해서 본체(100)는 처음 설치된 위치로 복귀하게 된다.
그리고 본체(100)에 설치된 태양광 패널에 태양광이 항상 수직으로 입사할 수 있도록 태양광 패널 자체를 수직축을 기준으로 회전시키는 동시에 지면과 이루는 설치각도를 변화시키는 것도 가능하다.
도 7을 참조하면, 복원력 발생부(300)의 제2변형 실시예가 나타나 있다. 제2변형 실시예는 본체(100)에 결합된 복원력 발생부(300)가 본체(100)에 회전 가능하게 결합되는 것이다.
구체적으로 고정대(390)가 본체(100)에 회전 가능하게 결합되고, 구동부(500)가 동작하는 경우 본체(100)가 회전하면 고정대(390)가 본체(100)와 반대 방향으로 회전함으로써 복원력 발생부(300)와 연결부재(400)가 이루는 선분이 항상 직선이 되도록 할 수 있다. 따라서 복원력 발생부(300)와 연결부재(400)가 이루는 선분이 직선이 아님으로써 발생하는 에너지 손실을 방지할 수 있다.
또한, 복원력 발생부(300)는 본체(100)에 결합된 제2모터에 의해 회전될 수 있다. 즉, 제2모터가 본체(100)를 기준으로 복원력 발생부(300)를 회전시키면, 복원력 발생부(300)에 연결된 연결부재(400)의 장력에 의해 복원력 발생부(300)와 연결부재(400)는 일직선이 되려는 힘이 작용하게 되므로, 결국 복원력 발생부(300)와 연결부재(400)는 처음 위치를 유지하고 본체(100)가 회전하게 되는 것이다. 따라서 구동부(500) 없이도 태양의 이동경로에 따른 방위각에 맞추어 태양광 발전설비(10)가 설치된 본체(100)를 회전시킬 수 있게 된다.
그리고 복원력 발생부(300)는 고정대(390)를 기준으로 케이스(320)가 고정대(390)에 회전 가능하게 결합됨으로써, 복원력 발생부(300)가 본체(100)를 기준으로 회전하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
연결부재(400)는 금속 또는 섬유 소재로 이루어진 로프로서, 일단은 상기 고정부재(200)와 결합되고 타단은 상기 복원력 발생부(300)와 결합된다. 즉, 연결부재(400)는 양단이 고정부재(200)와 상기 회전축(340)에 각각 결합되어 본체(100)가 일정한 위치를 유지하도록 구속하게 된다.
개선된 부유체 계류장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 제1모터 또는 제2모터를 제어하기 위한 부분으로서, 미리 입력된 태양의 연중 방위각 데이터를 이용하거나 태양의 방위각을 측정할 수 있는 센서를 이용해 제1모터 또는 제2모터를 구동할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 개선된 부유체 계류장치를 실시하기 위한 일부 실시예에 불과한 것으로서, 개시된 내용은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗이남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 태양광 발전설비 100: 본체
200: 고정부재 300: 복원력 발생부
320: 케이스 340: 회전축
350: 회전부재 360: 스파이럴 스프링
370: 도르래 380: 무게추
390: 고정대 400: 연결부재
500: 구동부

Claims (6)

  1. 수면 위에 떠 있는 본체;
    지반에 고정되는 고정부재;
    상기 본체의 상부에 설치되는 복원력 발생부; 및
    일단은 상기 고정부재와 결합되고 타단은 상기 복원력 발생부와 결합되는 연결부재를 포함하되,
    상기 복원력 발생부는, 케이스; 상기 케이스에 결합되는 회전축; 및 일단은 상기 케이스에 결합되고 타단은 상기 회전축에 결합되는 스파이럴 스프링을 포함하고, 상기 연결부재의 타단은 상기 회전축에 결합되고,
    상기 본체에 결합되는 제1모터와 상기 제1모터에 의해 구동되는 프로펠러를 포함하는 구동부를 더 포함하고, 상기 구동부는 태양의 이동에 따라서 상기 본체를 회전시키고,
    상기 복원력 발생부는 상기 본체에 회전 가능하게 결합되고,
    상기 구동부의 작동이 멈추면 복원력 발생부에 의해서 본체는 처음 설치된 위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 부유체 계류장치.
  2. 삭제
  3. 수면 위에 떠 있는 본체;
    지반에 고정되는 고정부재;
    상기 본체의 상부에 설치되는 복원력 발생부; 및
    일단은 상기 고정부재와 결합되고 타단은 상기 복원력 발생부와 결합되는 연결부재를 포함하되,
    상기 복원력 발생부는, 본체에 결합되는 도르래; 및 상기 연결부재의 타단에 결합되는 무게추를 포함하고, 수위가 변하면 상기 도르래에 걸린 연결부재를 통해 무게추가 승강하고,
    상기 본체에 결합되는 제1모터와 상기 제1모터에 의해 구동되는 프로펠러를 포함하는 구동부를 더 포함하고, 상기 구동부는 태양의 이동에 따라서 상기 본체를 회전시키고,
    상기 복원력 발생부는 상기 본체에 회전 가능하게 결합되고,
    상기 구동부의 작동이 멈추면 복원력 발생부에 의해서 본체는 처음 설치된 위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 부유체 계류장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복원력 발생부는 본체에 결합된 제2모터에 의해 회전하고,
    상기 제2모터는 태양의 이동에 따라서 상기 본체의 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 부유체 계류장치.
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