KR101945887B1 - 저수지용 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상기 부력체(500)의 상하 이동을 상기 위치센서(600)로 감지하여 상기 이동축(200)을 상하 이동시키도록 제어하 상기 제어장치(700)가 구비됨으로써, 수위가 변경되더라도 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 자동으로 조절하여 침수를 방지할 수 있고, 부력체(500)의 부피를 줄여 설치 비용을 감소시키고, 유지 관리가 용이한 저수지용 태양광 발전장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 저수지용 태양광 발전장치는, 수면 바닥에 고정 설치되는 고정축(100); 상기 고정축(100)의 상단에 상하 이동 가능하게 장착되는 이동축(200); 상기 이동축(200)의 상단에 설치되는 태양전지판넬(300); 상기 이동축(200)을 상하 이동시키는 구동수단(400); 상기 고정축(100)을 따라 상하 이동 가능하게 장착되며, 부력에 의해 수면위에 떠서 수위 변경에 따라 상하 이동하는 부력체(500); 상기 부력체(500)와 상기 태양전지판넬(300) 사이의 간격을 측정하는 위치센서(600); 상기 위치센서(600)에 의해 상기 부력체(500)의 이동을 감지하고 상기 구동수단(400)을 작동시켜 상기 부력체(500)가 이동한 거리만큼 상기 이동축(200)이 상승하도록 제어하는 제어장치(700); 를 포함한다.

Description

저수지용 태양광 발전장치{Solar energy generating system installed above water}

본 발명은 저수지용 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 폐저수지 등 활용 가치가 떨어지는 수면 위에 설치되며, 수위 변경에 따라 높이 조절되어 침수되지 않고 유지 및 관리비용을 절약할 수 있는 저수지용 태양광 발전장치에 관한 것이다.

산업사회의 고도화와 인구의 증가 및 전기를 필요로 하는 많은 전기전자 및 기계 장치들의 사용으로 점점 더 많은 에너지를 필요로 하고 있다. 가장 많이 사용 하고 있는 에너지원은 석탄이나 석유 천연가스와 같은 화석 에너지원 및 발전단가가 싼 원자력 발전이나, 이들 화석 에너지원은 화석연료의 매장이 한정되어 있어 점차적으로 고갈되어 가고 있으며, 발전과정에서 이산화탄소 등을 포함한 각종 공해를 배출함으로 인하여 지구 온난화에도 큰 영향을 미치고 있어 대체 에너지원의 개발이 시급한 실정이며, 이들 화석 연료의 대안으로 여겨져 온 원자력발전 역시 최근 원전 사고로 인한 방사능의 누출로 그 위험성이 부각되면서 다른 대체에너지원을 찾고 있는 실정이다.

이에 반하여 태양열은 석탄이나 석유 천연가스와 같은 화석 에너지원과는 달리 공해발생이 없는 청정에너지원인 동시에 거의 무 제한적으로 공급되고 있어 오래전부터 이러한 태양열 에너지를 산업용이나 난방용 또는 자동차 등의 에너지원으로 활용하기 위한 꾸준한 연구와 더불어 제품화가 이루어지고 있다.

현재 대체에너지원으로서 태양에너지를 이용하는 장치는 태양열 집열기와 태양광 모듈이 활용되고 있다.

평판형 태양열 집열기 및 시스템은 태양열에너지를 이용하여 직접 열매체에 열교환하도록 함으로써 온수 및 난방에너지를 획득하는 신재생에너지 시스템으로 효율이 높고 초기투자비용이 높지 않아 널리 활용되고 있는 신재생에너지 시스템이다.

한편, 태양광발전(Photovoltaic) 모듈 및 시스템은 별도의 유지관리가 필요 없이 한 번의 설치만으로 환경오염 없이 태양광이 가지고 있는 광 에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하여 전기에너지를 생산하는 장치이다.

이처럼 태양광 디바이스는 빛 에너지, 특히 솔라 에너지를 전기 에너지로 변환하게 된다. 광 발전으로 생성된 전기 에너지는 배터리에 의해 생성된 전기 또는 설립된 전력 그리드(grid)에 의해 획득된 전기와 완전히 동일한 목적으로 이용될 수 있지만 재생 가능한 전기 에너지 형태이다. 태양광 디바이스의 하나의 유형은 태양광발전 모듈로 알려지거나 솔라 모듈로서 칭해진다.

태양광 발전은 단위면적당 받게 되는 태양에너지의 양이 적기 때문에 많은 에너지를 생산하기 위해서는 대단위설치 면적이 필요하여, 태양광 디바이스의 제작 비용도 매우 비쌀 뿐 아니라 특히 땅값이 비싼 경우 경제성에 문제가 있어 가정집 등에서 소규모 전기를 보충하는 정도로 그 이용이 제한되고 있는 실정이다.

이 같이 큰 전력을 얻기 위해서는 대단위 설치 장소의 요구 때문에 비싼 땅값 문제에 부닥치자 최근 호수나 바다의 공유 수면 위에 태양광 발전장치를 설치하는 방안이 고려되고 있다.

최근 호수의 수면에 복수개의 부구(부표)에 의해 떠 있는 바지선 형태의 베이스를 설치하고, 그 베이스 위에 태양광 집열판을 설치하여 전기를 생산하는 방식으로, 부구를 이용하여 수면 위에 태양광 발전장치를 설치하는 방안은 경제성이 높다고 인식되면서 최근 그의 설치가 활발히 진행되고 있다.

상기한 호수 수면을 이용한 태양광 발전장치의 설치방식은 통상 정부나 지방자치단체가 소유하고 있는 공유수면을 이용하여 발전하게 됨으로써, 값비싼 땅을 필요로 하지 않게 되는바, 태양광 집열판이 설치되면, 그 하부에는 태양광이 도달하는 것을 차단하게 되어 농작물의 재배 등에 활용하지 못하게 되어 토지 이용의 제한에 초래함으로, 경작할 땅이 부족한 경우 태양광 발전장치는 그리 환영받기가 어려웠었으나, 호수나 바다 등의 공유 수면을 이용한 설치 방식은 경작지를 줄이거나 비싼 땅값을 요구하지 않아 태양열에 의한 전력 생산 비용을 크게 줄일 수 있어 최근 관심이 크게 증대되고 있다.

그러나 부구를 이용하여 수면에 설치하기 위해서는 물에 뜨는 부구 위에 태양광 발전을 위한 모듈 구조물을 고정 설치하는 작업이 필요하다.

대한민국 등록특허 10-0887723호에서는 태양광 수집 판넬의 수상용 고정 구조물을 제안하고 있는바, 이 선행 특허발명은 태양광 수집 판넬을 수상에서 고정하기 위한 굴곡 플레이트를 형성시키되, 상기 굴곡 플레이트의 하측은 부구 고정하기 위한 고정밴드의 고정볼트와 조립되는 고정홈을 갖는 보강 플레이트로 형성됨과 아울러, 상기 굴곡 플레이트 상부는 타측의 굴곡 플레이트와 서로 연결되는 연결바와, 태양광 수집 판넬을 고정하기 위한 지지바를 받쳐줄 수 있는 고정바를 일체로 형성하여 저수지 및 호수의 물 위에 뜰 수 있도록 구성하고 있다.

그러나 상기한 선행 특허발명은 속이 빈 강도가 약한 부구를 프레임을 형성하는 구조물에 고정시켜 주기 위하여 복잡한 체결구조를 취하고 있어 조립 생산성이 낮고 부품이 많이 소요될 뿐 아니라 부구가 지지해야 할 하중을 크게 증가시켜 더 많은 또는 더 큰 부력을 가진 부구를 사용해야 함으로써 제작 비용의 증대를 가져와 경제성을 저하시킴으로써 발전단가를 높이는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상기 부력체(500)의 상하 이동을 상기 위치센서(600)로 감지하여 상기 이동축(200)을 상하 이동시키도록 제어하 상기 제어장치(700)가 구비됨으로써, 수위가 변경되더라도 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 자동으로 조절하여 침수를 방지할 수 있고, 부력체(500)의 부피를 줄여 설치 비용을 감소시키고, 유지 관리가 용이한 저수지용 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 저수지용 태양광 발전장치는, 수면 바닥에 고정 설치되는 고정축(100); 상기 고정축(100)의 상단에 상하 이동 가능하게 장착되는 이동축(200); 상기 이동축(200)의 상단에 설치되는 태양전지판넬(300); 상기 이동축(200)을 상하 이동시키는 구동수단(400); 상기 고정축(100)을 따라 상하 이동 가능하게 장착되며, 부력에 의해 수면위에 떠서 수위 변경에 따라 상하 이동하는 부력체(500); 상기 부력체(500)와 상기 태양전지판넬(300) 사이의 간격을 측정하는 위치센서(600); 상기 위치센서(600)에 의해 상기 부력체(500)의 이동을 감지하고 상기 구동수단(400)을 작동시켜 상기 부력체(500)가 이동한 거리만큼 상기 이동축(200)이 상승하도록 제어하는 제어장치(700); 를 포함한다.

상기 구동수단(400)은, 상기 이동축(200)의 내부에 장착되는 너트부재(410); 상기 고정축(100)의 내부에 모터(430)에 의해 회전되게 설치되고, 상기 너트부재(410)에 체결되는 볼트축(420); 을 포함한다.

상기 구동수단(400)은, 상기 고정축(100)의 내부에 고정 설치되며, 상기 볼트축(420)의 하단에 체결되어 상기 볼트축(420)을 지지하는 지지너트(440); 을 더 포함한다.

상기 부력체(500)는; 상기 고정축(100)을 감싸는 가이드링(510); 상기 가이드링(510)의 외주면에 일정 각도 간격으로 이격 배치되는 다수개의 부력부재(520); 를 포함한다.

상기 부력체(500)는, 상기 가이드링(510)의 내주면에 삽입 배치되며, 탄성부재(540)에 의해 상기 고정축(100) 방향으로 탄성 지지된 상태로 상기 고정축(100)의 외주면과 접하는 볼부재(530); 를 더 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 저수지용 태양광 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

상기 부력체(500)의 상하 이동을 상기 위치센서(600)로 감지하여 상기 이동축(200)을 상하 이동시키도록 제어하는 상기 제어장치(700)가 구비됨으로써, 수위가 변경되더라도 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 자동으로 조절하여 침수를 방지할 수 있고, 부력체(500)의 부피를 줄여 설치 비용을 감소시키고, 유지 관리가 용이한 효과가 있다.

또한, 상기 부력체(500)의 부피를 최소화 하고 내구성이 높지 않더라도 상기 고정축(100)에 의해 상기 태양전지판넬(300)이 지지되고 있어 저비용으로 안전하게 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 단면 구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 작동 과정을 나타낸 단면 구조도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 볼부재(530)를 확대 도시한 단면 구조도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 볼부재(530)의 작동 과정을 나타낸 단면 구조도이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 단면 구조도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 작동 과정을 나타낸 단면 구조도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 볼부재(530)를 확대 도시한 단면 구조도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치의 볼부재(530)의 작동 과정을 나타낸 단면 구조도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치는, 고정축(100), 이동축(200), 태양전지판넬(300), 구동수단(400), 부력체(500), 위치센서(600) 및 제어장치(700)로 이루어진다.

상기 고정축(100)은 저수지 등의 수면 바닥에 고정 설치되는 것으로, 상하로 긴 막대 형상으로 형성되며, 내부에는 후술할 상기 구동수단(400)이 설치되도록 중공이 형성된다.

상기 이동축(200)은 외경이 상기 고정축(100)의 내경과 같은 긴 막대 형상이며, 상기 고정축(100)의 상단에 상하 이동 가능하게 장착된다.

또한, 상기 이동축(200)도 내부에 중공이 형성되며, 내부에는 후술할 상기 구동수단(400)의 일부가 설치된다.

상기 이동축(200)의 상단에는 상기 태양전지판넬(300)이 장착된다.

상기 태양전지판넬(300)은 태양의 빛을 전기 에너지로 전환시키는 것으로, 태양의 빛을 최대한 많이 받을 수 있도록 상기 이동축(200)의 상단에 각도 조절 가능하게 장착되는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 태양전지판넬(300)은 태양광이 조사되는 방향과 직교되게 배치된다.

한편, 상기 구동수단(400)은 상기 이동축(200)을 상하 이동시키기 위한 장치로서, 구체적으로 너트부재(410), 볼트축(420) 및 모터(430)로 이루어진다.

상기 너트부재(410)는 내주면에 암나사산이 형성된 것으로, 상기 이동축(200)의 중공 내부에 고정 설치된다.

상기 볼트축(420)은 외주면에 수나사산이 형성된 것으로, 상기 너트부재(410)의 암나사산과 결합되며, 상기 고정축(100)의 내부에 설치된 상기 모터(430)에 의해 회전 가능하게 설치된다.

상기 볼트축(420)이 회전되면 수나사산과 상기 너트부재(410)의 암나사산의 상호 작용에 의해 상기 이동축(200)은 상하이동이 가능하게 되며, 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 조절할 수 있게 된다.

여기에서 상기 고정축(100)의 내측에는 상기 볼트축(420)을 지지하기 위한 지지너트(440)가 설치된다.

상기 지지너트(440)는 2개로 이루어져 상기 볼트축(420)의 하단 부근과, 중간 위치에 각각 배치된다.

이러한 상기 지지너트(440)는 내주면에 상기 볼트축(420)의 수나사산과 맞물리는 암나사산이 형성되며, 상기 볼트축(420)의 하단을 지지하여 상기 볼트축(420)이 수직상태로 유지되도록 하고, 흔들림이나 휨변형을 방지하게 된다.

한편, 상기 부력체(500)는 상기 고정축(100)에 장착되며, 부력에 의해 수면위에 떠서 수위 변경에 따라 상하 이동하게 된다.

구체적으로 상기 부력체(500)는 가이드링(510), 부력부재(520), 볼부재(530) 및 탄성부재(540)로 이루어진다.

상기 가이드링(510)은 원형의 링 형상으로, 상기 고정축(100)을 감싸게 형성되되, 내경이 상기 고정축(100)의 외경보다 약간 크게 형성된다.

상기 부력부재(520)는 육면체 형상을 표구로서 물에 뜨는 재질로 이루어지며, 상기 가이드링(510)의 외측 방향으로 돌출되게 형성되고, 상기 가이드링(510)의 외주면을 따라 다수개 구비된다.

구체적으로 상기 부력부재(520)는 4개로 이루어지며, 90도 각도 간격으로 상기 가이드링(510)의 외주면에 고정 설치된다.

이러한 상기 부력부재(520)의 내주면에는 상기 볼부재(530)게 삽입 배치된다.

상기 볼부재(530)는 상기 가이드링(510)의 내주면에 지름 방향으로 이동 가능하게 삽입 배치되며, 상기 탄성부재(540)에 의해 상기 고정축(100) 방향으로 탄성 지지된 상태로 상기 고정축(100)의 외주면과 접하게 배치된다.

이러한 상기 볼부재(530)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 부력체(500)가 좌우로 기울어지더라도 상기 고정축(100)과 접하여 상기 고정축(100)을 따라 용이하게 상하 이동되도록 한다.

한편, 상기 위치센서(600)는 상기 부력체(500)와 상기 태양전지판넬(300) 사이의 간격을 측정하는 것으로, 상기 부력체(500)의 상단과 상기 태양전지판넬(300)의 하단에 각각 설치된다.

상기 위치센서(600)는 수신부와 발신부로 이루어지는데, 발신부에서 신호를 보내면 수신부가 이를 감지하여 거리를 측정하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 수신부가 상기 부력체(500)에 설치되고, 발신부가 상기 태양전지판넬(300)에 설치된다.

상기 제어장치(700)는 상기 위치센서(600)에 의해 측정된 거리가 짧아지면 상기 부력체(500)가 상승한 것으로 판단하고 상기 구동수단(400)을 작동시킨다.

구체적으로 상기 제어장치(700)는 상기 부력체(500)가 상승하면 상기 위치센서(600)에 의해 상기 태양전지판넬(300)과 상기 부력체(500) 사이의 간격이 짧아진 것으로 판단하고, 상기 이동축(200)이 상승하도록 상기 모터(430)를 일방향으로 회전시킨다.

반대로 상기 부력체(500)가 하강하면 상기 위치센서(600)에 의해 상기 태양전지판넬(300)과 상기 부력체(500) 사이의 간격이 멀어진 것으로 판단하고, 상기 이동축(200)이 하강하도록 상기 모터(430)를 타방향으로 회전시킨다.

이와 같이 상기 제어장치(700)에 의해 상기 부력체(500)의 상하 이동을 상기 위치센서(600)로 감지하여 상기 이동축(200)을 상하 이동시킴으로써, 수위가 변경되더라도 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 자동으로 조절하여 침수를 방지하는 효과가 발생 된다.

위 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수위가 높아질 경우 상기 부력부재(520)가 수면을 따라 상승하게 되고, 상기 제어장치(700)는 상기 위치센서(600)로 상기 부력부재(520)가 상승한 거리를 측정하여 상기 모터(540)을 일방향으로 일정 회전수만큼 회전시킨다.

상기 모터(540)가 회전됨에 따라 상기 볼트축(420)도 일방향으로 회전되고, 상기 이동축(200)은 상승하게 된다.

반대로 수위가 낮아질 경우 상기 부력부재(520)가 수면을 따라 하강하게 되고, 상기 제어장치(700)는 상기 위치센서(600)로 상기 부력부재(520)가 하강한 거리를 측정하여 상기 모터(540)을 타방향으로 일정 회전수만큼 회전시킨다.

상기 모터(540)가 회전됨에 따라 상기 볼트축(420)도 타방향으로 회전되고, 상기 이동축(200)은 하강하게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치는 수위가 변경되더라도 상기 태양전지판넬(300)의 높이를 자동으로 조절하여 침수를 방지하는 효과가 발생 된다.

또한, 상기 부력체(500)의 부피를 최소화 할 수 있어 설치 비용 및 관리가 용이해지는 장점이 있다.

즉, 종래에서 상기 부력체(500) 위에 태양전지판넬(300)을 설치하여 부력체(500)가 태양전지판넬(300)을 지지하기 위해 부피가 크고 내구성을 높여야 했기 때문에 비용이 증가하는 문제점이 있었지만, 본 발명의 실시예에 따른 저수지용 태양광 발전장치는 상기 부력체(500)의 부피를 최소화 하고 내구성이 높지 않더라도 상기 고정축(100)에 의해 상기 태양전지판넬(300)이 지지되고 있어 저비용으로 안전하게 설치할 수 있게 된다

본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구 범위의 사상 및 영역을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 형태로 변형 실시될 수 있으며, 따라서 이와 같은 변형은 본 발명의 영역 내에 있는 것으로 해석해야 할 것이다.

100 : 고정축, 200 : 이동축, 300 : 태양전지판넬, 400 : 구동수단, 410 : 너트부재, 420 : 볼트축, 430 : 모터, 440 : 지지너트, 500 : 부력체, 510 : 가이드링, 520 : 부력부재, 530 : 볼부재, 540 : 탄성부재, 600 : 위치센서, 700 : 제어장치

Claims (5)

1. 수면 바닥에 고정 설치되는 고정축;
   상기 고정축의 상단에 상하 이동 가능하게 장착되는 이동축;
   상기 이동축의 상단에 설치되는 태양전지판넬;
   상기 이동축을 상하 이동시키는 구동수단;
   상기 고정축을 따라 상하 이동 가능하게 장착되며, 부력에 의해 수면위에 떠서 수위 변경에 따라 상하 이동하는 부력체;
   상기 부력체에 장착되는 수신부와 상기 태양전지판넬에 장착되는 발신부로 이루어져 그 사이의 간격을 측정하는 위치센서;
   상기 위치센서에 의해 상기 부력체의 이동을 감지하고 상기 구동수단을 작동시켜 상기 부력체가 이동한 거리만큼 상기 이동축이 상승하도록 제어하는 제어장치; 를 포함하되,
   상기 구동수단은,
   상기 이동축의 내부에 장착되는 너트부재;
   상기 고정축의 내부에 모터에 의해 회전되게 설치되고, 상기 너트부재에 체결되는 볼트축;
   상기 고정축의 내부에 고정 설치되며, 2개로 이루어져 상기 볼트축의 하단 및 중간 위치에 각각 배치되어 상기 볼트축을 지지하는 지지너트; 을 포함하고,
   상기 부력체는,
   상기 고정축을 감싸는 가이드링;
   육면체 형상의 표구로 이루어지며, 4개로 구성되어 상기 가이드링의 외주면에 90도 각도 간격으로 이격 배치되는 부력부재;
   상기 가이드링의 내주면에 삽입 배치되며, 탄성부재에 의해 상기 고정축의 방향으로 탄성 지지된 상태로 상기 고정축의 외주면과 접하는 볼부재; 를 포함하되,
   수위가 높아져 상기 부력부재가 수면을 따라 상승할 경우, 상기 제어장치는 상기 위치센서로 상기 부력부재가 상승한 거리를 측정하여 상기 모터를 통해 상기 볼트축을 일방향으로 일정 회전수만큼 회전시키고,
   수위가 낮아져 상기 부력부재가 수면을 따라 하강할 경우, 상기 제어장치는 상기 위치센서로 상기 부력부재가 하강한 거리를 측정하여 상기 모터를 통해 상기 볼트축을 타방향으로 일정 회전수만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 저수지용 태양광 발전장치.
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