KR101864582B1 - 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치 - Google Patents

수상 태양광 수배전반 플로팅 장치 Download PDF

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이종배
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(주)신호엔지니어링
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Abstract

본 발명은 파도를 제거하는 보호유닛과 플로팅부의 수위를 조절하는 수위조절수단을 통해 수배전반을 수상에 안정적으로 설치할 수 있는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치에 관한 것으로서, 수배전반이 고정 설치되는 플랫폼, 상기 플랫폼의 배면에 고정 설치되는 부력체, 일단이 힌지 부재를 매개로 상기 플랫폼에 연결되는 복수의 연결봉으로 이루어지는 플로팅부; 상기 플랫폼의 주변에 배치되어 파도가 플랫폼으로 진입하는 것을 차단하는 복수의 보호유닛과, 일단은 보호유닛에 힌지 고정되고 타단은 플랫폼에 힌지 고정되는 복수의 탄성연결구를 포함하는 제파수단; 및 상부는 수면 위에 위치하고 하부는 수중에 잠기도록 위치하며 상기 플랫폼 및 부력체를 관통하되 상기 플랫폼 및 부력체에 고정되는 복수의 에어관, 각 에어관의 상부에 설치되는 공기압축기, 각 에어관의 하단에 구비되는 저수탱크 및 각 저수탱크의 바닥면에 구비되는 출입구로 이루어지되, 수면에 대한 플랫폼의 높낮이를 조절하는 수위조절수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수상 태양광 수배전반 플로팅 장치{Floating Device of Electrical Panel for Floating Photovoltaic Module}
본 발명은 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파도를 제거하는 보호유닛과 플로팅부에 대한 수위를 조절하는 수위조절수단을 통해 수배전반을 수상에 안정적으로 설치할 수 있는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치에 관한 것이다.
현재 우리나라 발전설비 중 많은 비중을 차지하고 있는 화력발전은 대기 오염 문제로, 수력발전은 입지의 포화로, 원자력 발전은 안전성 논란으로 그 비중을 늘리는데 한계에 직면하고 있다.
이에, 위와 같은 문제가 없는 태양광이나 풍력 등을 이용한 친환경 발전이 주목 받고 있으며, 이중에서도 태양광 발전은 제반 기술의 발전으로 상용화가 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 태양광의 발전설비는 태양광을 직접 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈, 모듈 받침대에 해당하는 지지대 및 모듈이 생산한 전기를 처리하기 위한 수배전반(인버터 등을 포함)을 기본 구성으로 하며, 설치 장소 기준으로 지상 및 수상 태양광 발전설비로 구분된다.
또한, 지상 태양광 발전설비는 다시 산지 경사면 등의 지반에 시공하거나 건물 등의 구조물에 시공하는 경우로 구분할 수 있는데, 지반에 시공하는 경우에는 설치 장소를 평탄화하기 위한 토목 공사 및 지지대 고정용 콘크리트 기초 양생 작업이 수반되며, 여기에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있다.
반면, 설치 장소가 구조물일 경우에는 상기와 같은 공사가 요구되지는 않으나, 구조물이 저층일 경우 이웃 구조물의 일조 방해가 문제될 수 있고, 고층일 경우에는 강풍에 대비한 견고한 설계가 요구된다.
한편, 수상 태양광 발전설비는 파도의 영향이 적은 내수면에 구축되며, 모듈 등의 설비를 수상에 띠우기 위한 부유체가 추가로 요구된다.
부유체로는 주로 큰 부력을 갖는 합성수지재가 사용되는 특성상 기계적 강도가 약하고 열화로 인한 내구성이 짧아, 설비 구축 후 유지관리가 번거로운 문제가 있다.
또한, 복잡한 전원 연결 구조가 내장된 수배전반은 파도의 지속적인 영향으로 연결 구조가 결손되어 화재나 감전사고가 발생할 우려가 높아, 기존의 수상 태양광 발전설비에서는 태양광 모듈( 및 지지대) 만을 부유체에 설치하고, 수배전반은 인접한 지상에 설치하는 방식으로 시공이 이루어지고 있다.
이로 인해, 수배전반과 각 태양광 모듈의 수많은 연결 케이블을 수중에 설치하는 공사가 요구되어 비용이 증가하고 또한 수중 케이블의 유지 관리가 번잡해지는 문제를 안고 있다.
KR 10-1535511 B1 2015.07.03.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 태양광 모듈과 수배전반 간의 케이블 연결이 용이해지고 시공 비용이 절감될 수 있도록 태양광 모듈에 인접한 수상에 수배전반을 안정적으로 설치할 수 있는 플로팅 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치는, 수배전반이 고정 설치되는 플랫폼, 상기 플랫폼의 배면에 고정 설치되는 부력체, 일단이 힌지 부재를 매개로 상기 플랫폼에 연결되는 복수의 연결봉으로 이루어지는 플로팅부; 상기 플랫폼의 주변에 배치되어 파도가 플랫폼으로 진입하는 것을 차단하는 복수의 보호유닛과, 일단은 보호유닛에 힌지 고정되고 타단은 플랫폼에 힌지 고정되는 복수의 탄성연결구를 포함하는 제파수단; 및 상부는 수면 위에 위치하고 하부는 수중에 잠기도록 위치하며 상기 플랫폼 및 부력체를 관통하되 상기 플랫폼 및 부력체에 고정되는 복수의 에어관, 각 에어관의 상부에 설치되는 공기압축기, 각 에어관의 하단에 구비되는 저수탱크 및 각 저수탱크의 바닥면에 구비되는 출입구로 이루어지되, 수면에 대한 플랫폼의 높낮이를 조절하는 수위조절수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치는, 상기 보호유닛이 보호몸체, 보호몸체 내부에 길이방향 및 폭방향으로 수용되되 그 일부가 외부로 돌출되는 복수의 돌출구, 각 돌출구를 탄성 지지하는 탄성체, 및 보호몸체 내부에 수용되는 중량체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치는, 상기 보호몸체에 상기 돌출구 및 탄성체를 수용하기 위한 복수의 제1공간부 및 상기 중량체를 수용하기 위한 복수의 제2공간부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치는, 상기 수위조절수단에 파고센서와 제어유닛이 더 구비되어, 상기 파고센서를 통해 특정 파고 이상의 파도가 감지되면 상기 제어유닛이 공기압축기를 가동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치에 의하면, 보호유닛과 탄성연결구를 포함하는 제파수단과 플로팅부에 대한 수위를 조절하는 수위조절수단을 통해, 태양광 모듈에 인접하여 수배전반을 수상에 안정적으로 설치할 수 있으므로, 설비 시공 비용을 절감할 수 있고 사후 유지보수가 용이해져 수상 태양광 발전설비의 상용화를 촉진할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치를 도시한 개략적인 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치를 도시한 개략적인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치의 사용 상태를 도시한 개략적인 측면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치를 도시한 개략적인 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치를 도시한 개략적인 측면도이며 도 3은 본 발명에 따른 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치의 사용 상태를 도시한 개략적인 측면도로서, 도 2 및 도 3은 설명의 편의를 위해 일부 구성이 생략되어 도시되어 있고 하기의 제파수단은 단면도로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 수배전반(A)이 상치되는 플로팅부(10), 파도가 플로팅부(10)로 유입되는 것을 저지하는 제파(除波)수단(20) 및 제파수단(20)의 제파 작업 후 잔존하는 파도에 의해 플로팅부(10)가 진동하는 것을 억제하는 수위조절수단(30)으로 이루어지며, 이러한 제파수단(20)과 수위조절수단(30)에 의해 수배전반(A)을 수상에 안전하게 설치할 수 있고, 이를 통해 태양광 모듈과 수배전반 간의 케이블 연결 비용이 절감되고 유지보수가 용이 해지는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 플로팅부(10)는 앞서 언급한 바와 같이 상면에 수배전반(A)이 고정 설치된 상태에서 수상에 띄워지는 구성으로서, 수배전반(A)을 고정 설치하는 고정장치(미도시)가 구비되어 수배전반(A)이 고정 설치되는 판상의 플랫폼(11), 플랫폼(11)의 배면에 고정 설치되는 부력체(13), 플랫폼(11)에 힌지 결합되어 설치되는 복수의 연결봉(15)으로 이루어진다.
상기 플랫폼(11)은 통상 직육면체로 제작되며, 그 상부의 네 꼭지점 부분에서 힌지 부재를 매개로 상기 연결봉(15)과 연결되고, 그 상부에 수배전반(A) 등의 설치 공간 외에 사람이 작업할 수 있는 충분한 여유 공간을 제공하며, 그 둘레에 작업자의 안전 등을 위한 안전바(미도시)가 설치될 수 있고 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치의 유지 보수를 위한 작업대(미도시)가 연장 형성될 수 있다.
상기 부력체(13)는 스티로폼 등의 부구(浮具)가 사용될 수 있으나, 이러한 부구는 쉽게 열화되어 수변 환경을 오염시키는 문제가 있으므로 오염 문제가 없고 사후 관리가 용이한 발포알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 연결봉(15)은 플로팅부(10)가 수류에 의해 표류하지 않도록 하기 위한 것으로서 일단은 플랫폼(11)의 네 꼭지점 부분에 힌지 결합되고 타단은 주변의 태양전지 프레임들과 힌지 연결된다.
또한, 상기 연결봉(15)에는 판상의 파도막이(17)가 더 구비될 수 있는데, 이는 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치는 고정된 위치에 있으나 파도의 방향은 변화하는 점에서 하기의 보호유닛(21)으로 진입하지 않는 파도를 보호유닛(21) 측으로 유도하기 위한 것이다.
또한, 상기 연결봉(15)은 분리되어 구성될 수 있고 분리된 연결봉 사이에 유압실린더가 더 구비될 수 있는데, 이는 연결봉(15)이 주변의 태양전지 프레임들과 플랫폼(11)을 연결하는 것임을 고려하여 유압실린더의 완충작용으로 주변의 태양전지 프레임들로부터 플랫폼(11)으로 진동이 전달되는 것을 방지하고자 함이다.
제파수단(20)은 플랫폼(11)의 주변을 에워싸는 복수의 보호유닛(21) 및 일단은 보호유닛(21)에 고정되고 타단은 플랫폼(11)에 고정되는 복수의 탄성연결구(29)로 이루어진다.
상기 보호유닛(21)은 보호몸체(22), 보호몸체(22) 내부에 길이방향(ℓ) 및 폭방향(ｗ)으로 수용되되 그 일부가 외부로 돌출되는 복수의 돌출구(23), 각 돌출구(23)를 탄성 지지하는 탄성체(24), 및 보호몸체(22) 내부에 수용되는 중량체(25)를 포함한다.
여기서, 상기 보호유닛(21)은 플로팅부(10)의 형상에 따라 플로팅부(10)의 형상에 대응되게 형상 변경될 수 있다.
상기 보호몸체(22)에는 돌출구(23) 및 탄성체(24)를 수용하기 위한 복수의 제1공간부(22a) 및 중량체(25)를 수용하기 위한 복수의 제2공간부(22b)가 형성된다.
상기 탄성체(24)는 제1공간부(22a)에 위치하여 돌출구(23)를 탄성 지지한다.
상기 중량체(25)는 보호몸체(22)를 수면에 경사지게 하기 위한 구성으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 제2공간부(22b)는 보호몸체(22)의 폭방향(ｗ)에서 파도가 진입하는 쪽에 형성되므로 제2공간부(22b)에 중량체(25)가 삽입됨으로써 보호몸체(22)는 파도가 진입하는 쪽으로 기울게 되고 기울어진 보호몸체(22)의 상면을 따라 파도가 진입하게 된다.
한편, 상기 중량체(25)는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치의 크기에 따라 복수의 제2공간부(22b)에 선택적으로 삽입될 수 있다. 즉, 장치의 크기가 작으면 보호유닛(21)도 작아지므로 도 3에 도시된 제2공간부(22b) 중 전방 측(도면상 좌측보호유닛의 좌측)에만 중량체(25)를 삽입하면 충분하고, 장치의 크기가 크면 보호유닛(21)도 커지므로 그 부력을 고려하여 도 3에 도시된 제2공간부(22b) 모두에 중량체(25)를 삽입하면 되는 것이다.
상기 보호유닛(21)의 작동 과정을 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 플로팅부(10)로 진입하는 파도가 수면에 인접하여 경사지게 위치하고 있는 보호몸체(22) 상의 돌출구(23)들에 충돌할 경우, 돌출구(23)들은 파도에 의한 충격력으로 탄성체(24)의 탄성력을 극복하면서 보호몸체(22) 내부로 밀려 들어가며, 이러한 작동 과정은 파도의 진행 방향으로 순차적으로 이루어지는바, 결국 파도가 분산되어 플로팅부(10)로의 파도의 진입이 차단되게 된다.
다만, 상기 보호유닛(21)이 플로팅부(10)로의 파도의 진입을 차단하더라도 보호유닛(21) 자체에 가해진 파도의 충격력 중 일부는 파도의 진행방향으로 전달될 수 있으므로, 그 전달을 차단하기 위해 탄성연결구(23)가 구성된다.
상기 탄성연결구(23)는 보호유닛(21)이 플로팅부(10)의 외곽 일정 위치에 고정될 수 있도록 고정부재로서 기능하는 동시에, 파도로 인한 보호유닛(21)의 진동이 플로팅부(10)로 전달되는 것을 차단하는 완충부재로서 역할을 한다.
또한, 상기 탄성연결구(23)의 양단은 보호유닛(21) 및 플랫폼(11)에 각각 힌지 결합되어 고정되는데, 이는 파도의 세기에 따라 보호유닛(21) 자체의 상하 운동이 자유롭게 이루어지도록 하기 위함이다.
일반적으로 부유 물체는 전체 부피 대비 잠김 부위의 부피 비율이 높을수록 파도에 의한 진동 영향이 작아지는바, 수위조절수단(30)은 플로팅부(10)가 수중에 잠기는 부분의 부피 비율을 높여, 즉 플로팅부(10)에 대한 수위를 높여 제파수단(20)의 제파 작업에도 잔존하는 파도로 인해 플로팅부(10)가 진동하는 것을 억제하게 된다.
이를 위한 수위조절수단(30)의 하부 구성은, 상부는 수면 위에 위치하고 하부는 수중에 잠기도록 위치하며 플랫폼(11) 및 부력체(13)를 관통하되 플랫폼(11) 및 부력체(13)에 고정되는 복수의 에어관(31), 각 에어관(31)의 상부에 설치되는 공기압축기(33), 에어관(31)의 하단에 구비되는 저수탱크(35) 및 저수탱크(35)의 바닥면에 구비되는 출입구(37)로 이루어진다.
상기 에어관(31)은 플랫폼(11) 및 부력체(13)를 관통하여 플랫폼(11) 및 부력체(13)에 고정되므로 플랫폼(11) 및 부력체(13)가 서로 수평방향으로 이탈 분리되는 것을 방지하는 기능도 함께 수행한다.
바람직하게는, 상기 에어관(31)과 플랫폼(11) 및 부력체(13) 사이로 물이 유입되는 것을 막기 위하여 에어관(31)의 외주면에 실링재가 추가될 수 있다.
상기 수위조절수단(30)의 작동 과정을 보면, 상기 공기압축기(33)를 통해 저수탱크(35)의 압축공기 주입량을 조절하여 이와 연계된 출입구(37)의 물 유입/유출로 저수탱크(35)의 물 저장량을 조절함으로써, 수면에 대한 플랫폼(11)의 높낮이가 조절되게 된다.
한편, 위의 실시예에서는 상기 수위조절수단(30)이 2개 구비되어 있으나, 본 발명의 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치의 크기가 커짐에 따라 추가로 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 복수의 수위조절수단(30)은 플랫폼(11)의 높낮이 조절시 플랫폼(11)이 수면에 대하여 수평을 유지할 수 있도록 서로 대칭되도록 구비되는 것이 바람직하고, 플랫폼(11)이 균형을 이루면서 높낮이가 조절될 수 있도록 복수의 수위조절수단(30)은 선택적으로 작동될 수 있다.
이 밖에도 수위조절수단(30)에는 높은 파도에 대하여 능동적으로 대처하기 위해 파고센서(39)와 제어유닛(미도시)이 더 구비될 수 있다. 즉, 파고센서(39)를 통해 특정 파고 이상의 파도가 감지되면 제어유닛이 공기압축기(33)를 가동시킴으로써 수위 조절 작업이 수행되도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 플로팅부
11: 플랫폼
13: 부력체
15: 연결봉
17: 파도막이
20: 제파수단
21: 보호유닛
22: 보호몸체
23: 돌출구
24: 탄성체
25: 중량체
29: 탄성연결구
30: 수위조절수단
31: 에어관
33: 공기압축기
35: 저수탱크
37: 출입구
39: 파고센서

Claims (4)

  1. 수배전반(A)이 고정 설치되는 플랫폼(11), 상기 플랫폼(11)의 배면에 고정 설치되는 부력체(13), 일단이 힌지 부재를 매개로 상기 플랫폼(11)에 연결되는 복수의 연결봉(15)으로 이루어지는 플로팅부(10);
    상기 플랫폼(11)의 주변에 배치되어 파도가 플랫폼(11)으로 진입하는 것을 차단하는 복수의 보호유닛(21)과, 일단은 보호유닛(21)에 힌지 고정되고 타단은 플랫폼(11)에 힌지 고정되는 복수의 탄성연결구(29)를 포함하는 제파수단(20); 및
    상부는 수면 위에 위치하고 하부는 수중에 잠기도록 위치하며 상기 플랫폼(11) 및 부력체(13)를 관통하되 상기 플랫폼(11) 및 부력체(13)에 고정되는 복수의 에어관(31), 각 에어관(31)의 상부에 설치되는 공기압축기(33), 각 에어관(31)의 하단에 구비되는 저수탱크(35) 및 각 저수탱크(35)의 바닥면에 구비되는 출입구(37)로 이루어지되, 수면에 대한 플랫폼(11)의 높낮이를 조절하는 수위조절수단(30);
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호유닛(21)은 보호몸체(22), 보호몸체(22) 내부에 길이방향(ℓ) 및 폭방향(ｗ)으로 수용되되 그 일부가 외부로 돌출되는 복수의 돌출구(23), 각 돌출구(23)를 탄성 지지하는 탄성체(24), 및 보호몸체(22) 내부에 수용되는 중량체(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보호몸체(22)에는 상기 돌출구(23) 및 탄성체(24)를 수용하기 위한 복수의 제1공간부(22a) 및 상기 중량체(25)를 수용하기 위한 복수의 제2공간부(22b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수위조절수단(30)에는 파고센서(39)와 제어유닛이 더 구비되어, 상기 파고센서(39)를 통해 특정 파고 이상의 파도가 감지되면 상기 제어유닛이 공기압축기(33)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 수배전반 플로팅 장치.
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