KR101947422B1 - 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 태양광 발전장치가 설치된 지면에 일정량의 태양광을 반사시시켜주는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치는, 지면으로부터 일정 높이에 설치되는 중공 프레임(10)에 설치되어 태양광을 집광하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)을 구비하는 태양광 패널부(30)와, 상기 중공 프레임의 하부에 설치되는 유압실린더(70)의 승강작동으로 회전하는 상기 중공 프레임의 회전방향과 직교되는 방향으로 태양광 패널들을 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 패널 회전모듈(40)과, 상기 태양광 패널들의 각 상단부 및 하단부에 각각 회동가능하게 설치되어 각 태양광 패널들의 회전에 의해 개방되는 태양광 패널들 사이의 공간을 통해 태양광을 지면으로 반사하는 제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치{Solar photovoltaic device with a solar ground surface reflection module}

본 발명은 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전장치가 설치된 지면에 일정량의 태양광을 반사시킬 수 있는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양광발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어주는 발전방식으로서, 이러한 태양광발전은 pn접합구조를 가진 태양전지(solar cell)에 외부로부터 광자(photon)가 내부에 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)이 생성되며, 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한　전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동하여 각각의 표면에 있는 전극에서 수집되고, 각각의 전극에서 수집된 전하(charge)는 외부 회로에 부하가 연결되는 경우 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 된다.

이러한 태양광발전은, 고정식 태양광 발전장치가 개발된 이후 그 발전효율을 증가시키기 위해 가변식 태양광 발전장치로 발전하다가 최근에는 추적식 태양광 발전장치로 발전을 거듭하고 있다.

추적식 태양광 발전장치는 기존의 고정식 태양광발전장치를 개선하여 태양전지의 모듈을 실시간으로 태양을 추적하는 추적장치에 탑재하여 보다 많은 양의 전력을 생산하는 고효율(약 30~50%)의 발전장치이며, 이와 같은 추적식 발전장치는 유효 태양광의 유무를 판단하여 발전가능한 태양빛이 존재시 정확성이 뛰어난 태양쎈서가 태양위치를 추적하고 우천시에도 프로그램 방식에 의해 태양을 정밀하게 자동 추적할 수 있다.

종래의 이러한 추적식 태양광 발전장치로는, 태양광을 집광하는 집광 혹은 집열부, 집광 혹은 집열부에 대한 방향을 제어하는 하측 중앙부에 고도각 구동부와 방위각 구동부, 그리고 태양의 방향을 추적하여 방향제어 명령을 내리는 제어부로 구성된 태양광 집열 및 발전 시스템에 있어서, 상기한 고도각 구동부와 방위각 구동부가 DGPS. 조도측정구, 풍속측정구로부터 전달된 신호값을 받아 마이크로프로세서가 특정 식에 의하여 연산하는 것을 특징으로 하는 태양광 집열 및 발전 시스템용 태양광 추적 장치(등록특허 제10-0799094호)가 있다.

또한, 간단한 구조로 태양광 추적장치의 내구성 향상 및 태양의 이동 경로뿐만 아니라 흐린 날에도 태양광 발전장치의 집광판에 태양광이 최대로 조사되도록 원형의 콘크리트 기둥과; 상기 콘크리트 기둥의 상부면에 고정되는 트러스트 베어링과; 상기 집광판의 방향회전 및 경사회전을 구동하는 제1,2의 구동장치와; 상부에는 상기 구동장치를 수납하는 구동장치 하우징이 마련되고, 중간부에서는 상기 트러스트 베어링의 상부에 고정되며, 하부에는 상기 콘크리트 기둥과의 사이에 가이드 베어링으로 회동 가능하게 고정되어 방향회전하는 방향회전축 및 상기 구동장치 하우징을 관통하여 경사회전하고, 상기 집광판이 고정되는 경사회전축을 포함하는 태양광 추적장치 및 그 추적방법(등록특허 제 10-0967266 호)가 있다.

또한, 기울기센서 및 방위각센서를 이용하여 자동으로 태양광 전지판의 자세제어를 도모할 수 있도록 태양광 발전에 필요한 태양광 추적장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전의 효율을 위하여 태양광 전지판을 태양과 수직으로 일치되도록 조정해주는 태양광 추적장치(등록특허 제 10-0967808호)가 있다.

또한, 고층빌딩 및 건물의 벽면에 부착되어 태양열 발전을 실시할 수 있음과 동시에, 벽면에 부착되어 수평 및 수직으로 회동가능하여 발전효율을 높일 수 있으며, 지열 및 복사열을 이용하여 난방 등의 대체 에너지원으로 재활용이 가능하고, 태양에너지 판넬로 유입되는 외풍에 의한 소음을 최소화시키기 위해 케이스 및 메쉬 부재를 마련하며, 고장 및 수리를 용이하게 위해 표시등을 점등시킬 수 있고, 태양에너지 판넬의 외주면에 발광장치를 구비하여 문자 및 이미지 등을 표시하도록 점등시킴으로써 조경 디자인이 미려해질 수 있는 벽면형 태양광 추적장치(등록특허 제10-0916766호)가 있다.

또한, 입사되는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키기 위한 태양광 변환유닛과, 상기 태양광 변환유닛이 최대의 출력을 낼 수 있도록 태양을 추적하는 추적장치 및 상기 추적장치를 지지하도록 지면에 고정되는 지지 포스트로 이루어지는 태양광 장치에 적용되는 추적장치(등록특허 제10-1032339호)가 있다.
그러나, 이러한 종래의 태양광 추적장치 및 이를 이용한 태양광 발전장치는 지면으로부터 일정 높이에 설치되는 경우에, 다수의 태양광 패널 사이의 간격을 일정 거리를 두고 설치한다고 하여도 태양광 발전장치가 설치된 지면에는 정상적으로 태양광이 조사되지 않아 지면의 생태계를 자연녹지나 농지와 같이 정상적으로 유지시킬 수 없는 문제점을 갖고 있다.

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대한민국 특허등록공보 제10-0799094호 대한민국 등록특허공보 제10-0967266호 대한민국 등록특허공보 제10-0967808호 대한민국 등록특허공보 제10-0916766호 대한민국 등록특허공보 제10-1032339호

본 발명은 이와 같은 종래 기술들의 문제점들을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 그 목적은 각각의 태양광 패널이 회전될 때 태양광발전장치가 설치된 지면에 일정량의 태양광을 반사시킬 수 있는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 태양광을 집광하는 태양광 패널의 회전각도에 상응하게 태양광 지면반사모듈의 각도를 자동으로 조절하여 태양광을 지면에 효율적으로 반사시킬 수 있는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해, 지면으로부터 일정 높이에 설치되는 중공 프레임과, 상기 중공 프레임에 설치되는 각각의 패널 브라켓의 상부에 장착되어 태양광을 집광하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널들로 이루어지는 태양광 패널부와, 상기 중공 프레임의 하부에 설치되는 유압실린더에 의한 중공 프레임의 회동방향과 직교되는 방향으로 각각의 태양광 패널을 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 패널 회전모듈과, 상기 각각의 태양광 패널 상단부 및 하단부에 각각 회동가능하게 고정 설치되어 태양광 패널들의 회전에 의해 개방되는 각 태양광 패널들 사이의 공간을 통해 태양광을 지면으로 반사하는 제1,2 태양광 지면반사모듈을 포함하여 구성되는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양광 지면반모듈을 구비한 태양광 발전장치는, 각각의 태양광 패널이 회전될 때 태양광 발전장치가 설치된 지면에 일정량의 태양광을 반사시키므로 태양광 발전장치가 설치된 지면의 생태계를 자연녹지나 농지와 같이 정상적으로 유지시킬 수 있게 되며, 이에 따라 필요시 자연녹지나 농지로 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 태양광을 집광하는 태양광 패널의 회전각도에 상응하게 태양광 지면반사모듈의 각도를 자동으로 조절하여 태양광을 지면에 효율적으로 반사시킬 수 있기 때문에 다수의 태양광 패널이 회전되면서 어떠한 각도를 유지하고 있어도 태양광 발전장치가 설치된 지면에 일정량의 태양광을 지속적으로 반사시킬 수 있도록 하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 분리하여 보인 사시도
도 3은 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 일부 절취하여 보인 정면도
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치의 동작상태를 보인 정면도

이하, 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 분리하여 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치를 일부 절취하여 보인 정면도이다.

도 1 내지 도 3의 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치는, 프레임 지지대(20)에 의해 지면으로부터 일정 높이에 지지되어 회동하게 설치되는 중공 프레임(10)과, 상기 중공 프레임에 회전하게 설치되어 태양광을 집광하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들로 이루어지는 태양광 패널부(30)와, 상기 중공 프레임의 전측 하부에 일정간격으로 설치되며 각 실린더로드의 상단이 상기 중공 프레임의 하면에 축 결합되는 유압실린더(70)와, 상기 유압실린더의 승강작동에 의한 중공 프레임의 회동방향과 직교되는 방향으로 상기 태양광 패널들을 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 패널 회전모듈(40)과, 상기 태양광 패널들 각 상단부 및 하단부에 각각 회동하게 설치되어 태양광 패널들의 회전에 의해 태양광 패널들 사이에 개방되는 각각의 공간을 통해 태양광을 지면으로 반사하는 제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)과, 제어반(80)을 포함하여 구성된다.

태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들은 후술하는 바와 같이 각각의 패널 회전축(43)에 설치되어 회전하는 패널 브라켓(31,32,33,34)들에 각각 장착되는 것으로 그 숫자는 필요에 따라 가감될 수 있으며, 상기 패널 회전축들 간의 간격도 필요에 따라 조절될 수 있다.

패널 회전모듈(40)은, 패널 브라켓(31,32,33,34)들의 중간 상부를 종방향으로 가로지르게 설치되는 회전축 체인(41)과, 상기 회전축 체인과 교차되도록 중공 프레임에 횡방향으로 설치되어 회전축 체인에 각각 결합되는 톱니바퀴(42)를 구비하는 하나 이상의 패널 회전축(43)과, 상기 중공 프레임의 하부 우측에 설치되어 패널 회전축을 구동하는 회전축 구동 감속모터(45)와, 상기 회전축 구동 감속모터와 최 외측의 패널 회전축을 연결하는 구동모터 체인(47)으로 구성된다.

제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)은, 제1,2 변속모터(51,61)와, 상기 제1,2 변속모터의 각 제1,2 모터축(52,62)에 고정 연결되는 제1,2 웜기어(53,63)와, 상기 제1,2 웜기어와 각기 기어물림되어 제1,2 웜기어의 회전에 의해 종동 회전되는 제1,2 피니언기어(55,65)와, 상기 제1,2 피니언기어의 축 일측단에 각기 고정되어 회동하는 제1,2 브라켓(57,67)과, 상기 제1,2 브라켓에 각기 설치되어 입사되는 태양광을 반사하는 제1,2 반사체(59,69)들을 각각 구비하여 구성된다.

제1,2 반사체(59,69)는, 평반사거울·오목반사거울·볼록반사거울·오목반사렌즈 및 볼록반사렌즈들 중 어느 하나로 된다.

도 3 내지 도 5에서와 같이, 제1 태양광 지면반사모듈(50)의 제1 반사체(59)는 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들이 좌측 또는 우측 회전방향에 따라 하부 또는 상부방향으로 이동하고, 제2 태양광 지면반사모듈(60)의 제2 반사체(69)는 상기 태양광 패널들의 좌측 또는 우측 회전방향에 따라 상부 또는 하부방향으로 회전한다.

즉, 제어반(80)의 제어로 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들이 각 패널 회전축(43)에 의해 제1 회전각도(θ1)의 범위 내에서 회전하게 되면, 상기 제어반은 태양광 패널들의 각 제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)의 제1,2 반사체(59,69)들 중 하나를 상기 태양광 패널들 중 이웃한 다른 태양광 패널들의 제1,2 반사체에서 반사하는 태양광이 지면에 정반사되도록 좌측 또는 우측방향으로 제1 회전각도(θ2) 범위 내에서 회전시키고, 상기 제1,2 반사체들 중 다른 하나를 태양광 패널들 중 이웃한 다른 태양광 패널들의 제1,2 태양광 지면반사모듈의 제1,2 반사체에 정반사되도록 좌측 또는 우측방향으로 제2 회전각도 또는 제3 회전각도(θ3)의 범위 내에서 회전시키게 된다.

이에 따라, 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들이 각 패널 회전축(43)을 중심으로 좌측 또는 우측방향으로 회전되면, 각 제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)의 제1,2 반사체(59,69) 중 하나는 이웃한 다른 태양광 패널에서 반사하는 태양광을 바로 지면으로 반사하는 동시에 다른 하나는 집광된 태양광을 이웃한 다른 태양광 패널의 제1,2 반사체로 반사하게 된다.

한편, 본 발명은 태양광 패널(30)을 세척하는 세척장치를 더 포함하여 구성되는 것으로서, 이러한 세척장치는 도 1에서와 같이 수조통(91)과, 상기 수조통의 상부에 설치되는 컴프레셔(92)와, 상기 컴프레셔의 상부에 연결되는 호스(93)와, 프레임(10)의 측면에 설치되는 하나 이상의 노즐(94)과, 상기 프레임의 일측 끝단에 설치되는 원통형 브러쉬(95) 및 브러쉬 커버(96)와, 상기 원통형 브러쉬를 회전시키는 브러쉬 구동모터와, 상기 원통형 브러쉬를 좌우로 이동시키는 브러쉬 이동모터와, 상기 브러쉬와 브러쉬 이동모터를 연결하는 브러쉬 이동벨트로 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 태양광 추적센서(100)는 태양의 위도·경도·고도 정보 등을 수집하고, 수집된 정보를 제어반(80)에 전달한다.

이에 따라, 제어반(80)은 유압실린더(70) 및 회전축 구동 감속모터(45)를 작동시켜 일반적인 태양광 발전장치와 동일 또는 유사하게 태양광을 추적하게 된다.

예를 들어, 도 4 및 도 5에서와 같이 태양광이 오른쪽 또는 왼쪽 상공에 위치하는 경우, 제어반(80)은 회전축 구동 감속모터(45)를 정회전 또는 역회전방향으로 구동시켜 정방향 또는 역방향 구동력이 구동모터 체인(47)을 통해 최 외측 패널 회전축(43)에 전달되고, 다시 회전축 체인(41)을 통해 나머지 패널 회전축(43)들에 전달되는 방식으로 다수의 태양광 패널(30a~34d)을 동시에 동일한 기울기를 갖도록 회전시키게 된다.

이때, 태양광 패널(30a~34d)들이 좌측방향 또는 우측방향으로 회전하게 되는 회전각도(θ1)는, 각 패널 회전축(43)을 중심으로 0~180°범위 내로 된다.

예를 들어, 도 3 및 도 4에서와 같이 태양광 패널(30a~34d)들이 제어반(80)의 제어로 각 패널 회전축(43)을 중심으로 하여 우측방향으로 제1 회전각도(θ1)인 60°회전하게 되면, 상기 제어반이 태양광 패널들의 각 좌측단에 설치된 제1 태양광 지면반사모듈(50)들의 제1 변속모터(51)를 제어하여 제1 웜기어(53)와 제1 피니언기어(55)를 통해 제1 반사체(59)를 30°의 제2 회전각도(θ2)로 회전시켜 줌과 동시에 상기 태양광 패널들의 각 우측단에 설치된 제2 태양광 지면반사모듈(60)들의 제2 변속모터(61)를 제어하여 제2 웜기어(63)와 제2 피니언기어(65)를 통해 제2 반사체(69)를 150°의 제3 회전각도(θ3)로 회전시켜 준다.

이렇게 되면, 태양광 패널(30a~34d)들의 각 제2 반사체(69)로 입사되는 태양광은 상기 태양광 패널들의 각 제1 반사체(59)로 반사되므로, 결국 상기 각 제2 반사체에서 반사되어 입사되는 태양광은 각 제1 반사체들에 의해 지면의 각 일정 영역(A100,A200,A300)으로 반사된다.

이와 반대로, 도 5에서와 같이 태양광 패널(30a~34d)들이 제어반(80)의 제어로 각 패널 회전축(43)을 중심으로 하여 좌측방향으로 제1 회전각도(θ1)인 60°회전하게 되면, 상기 제어반이 태양광 패널들의 각 좌측단에 설치된 제1 태양광 지면반사모듈(50)들의 제1 변속모터(51)를 제어하여 제1 웜기어(53)와 제1 피니언기어(55)를 통해 제1 반사체(59)를 150°의 제3 회전각도(θ3)로 회전시켜 줌과 동시에 상기 태양광 패널들의 각 우측단에 설치된 제2 태양광 지면반사모듈(60)들의 제2 변속모터(61)를 제어하여 제2 웜기어(63)와 제2 피니언기어(65)를 통해 제2 반사체(69)를 30°의 제2 회전각도(θ2)로 회전시켜 준다.

이렇게 되면, 태양광 패널(30a~34d)들의 각 제1 반사체(59)로 입사되는 태양광은 태양광 상기 태양광 패널들의 각 제2 반사체(69)로 반사되므로, 결국 상기 각 제1 반사체에서 반사되어 입사되는 태양광은 각 제2 반사체들에 의해 지면의 각 일정 영역(A100,A200,A300)으로 반사된다.

한편, 날씨가 좋지 않거나 태양광이 기준치 미만이거나 태양이 태양광 패널부(30)의 중앙상부에 위치할 때에는, 제어반(80)은 도 6에서와 같이 제1,2 태양광 지면반사모듈(50,60)을 기준위치에 수평으로 놓이도록 제어한다.

이러한 동작으로 인하여, 본 발명에 따른 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치가 설치된 지면에는 생태계를 유지하는데 필요한 태양광이 지속적으로 공급되기 때문에 필요에 따라 자연녹지나 농지로 활용할 수 있도록 한다.

이와 같은 발명의 설명과 도면에 개시된 기술내용은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않는 것으로 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니며, 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 중공 프레임 20 : 프레임 지지대
30 : 태양광 패널부 40 : 패널 회전모듈
41 : 회전축 체인 42 : 톱니바퀴
43 : 패널 회전축 45 : 회전축 구동 감속모터
47 : 구동모터 체인 50,60 : 제1,2 태양광 지면반사모듈
51,61 : 제1,2 변속모터 53,63 : 제1,2 웜기어
55,65 : 제1,2 피니언기어 57,67 : 제1,2 브라켓
59,69 : 제1,2 반사체 70 : 유압실린더

Claims (4)

1. 프레임 지지대(20)에 의해 지면으로부터 일정 높이에 지지되게 설치되는 중공 프레임(10)과, 상기 중공 프레임(10)에 설치되어 태양광을 집광하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들로 이루어지는 태양광 패널부(30)와, 상기 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들을 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 패널 회전모듈(40)을 포함하여 구성되는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치에 있어서,
   상기 중공 프레임(10)은, 상기 프레임 지지대(20)에 회동하게 설치되며;
   상기 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들의 각 상단부에 고정설치되는 제1 변속모터(51)와, 상기 제1 변속모터(51)의 제1 모터축(52)에 고정 연결되는 제1 웜기어(53)와, 상기 제1 웜기어(53)의 회전에 의해 종동 회전되는 제1 피니언기어(55)와, 상기 제1 피니언기어(55) 축의 일측단에 고정되어 회동하는 제1 브라켓(57)과, 상기 제1 브라켓(57)에 설치되어 입사되는 태양광을 반사하는 제1 반사체(59)를 구비하여 구성되는 제1 태양광 지면반사모듈(50)과;
   상기 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들의 각 하단부에 고정설치되는 제2 변속모터(61)와, 상기 제2 변속모터(61)의 제2 모터축(62)에 고정 연결되는 제2 웜기어(63)와, 상기 제2 웜기어(63)의 회전에 의해 종동 회전되는 제2 피니언기어(65)와, 상기 제2 피니언기어(65) 축의 일측단에 고정되어 회동하는 제2 브라켓(67)과, 상기 제2 브라켓에 설치되어 입사되는 태양광을 반사하는 제2 반사체(69)를 구비하여 구성되는 제2 태양광 지면반사모듈(60): 및
   상기 중공 프레임(10)의 전측 하부에 일정간격으로 설치되며, 각 실린더로드의 상단이 상기 중공 프레임(10)의 하면에 축 결합되어 상기 패널 회전모듈(40)에 의해 회전되는 태양광 패널(30a,30b,30c,30d)들의 회전방향과 직교되는 방향으로 중공 프레임(10)을 회동시키는 유압실린더(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 지면반사모듈을 구비한 태양광 발전장치.
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