KR102097139B1 - 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈을 연결하는 탄소섬유 연결재를 제조하는 제조방법에 관한 것으로서, (a) 제1 홈이 형성된 하부금형에 고무재를 투입하는 단계; (b) 투입된 고무재 위에 탄소섬유를 투입하는 단계; (c) (a) 내지 (b) 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층하는 단계; (d) 최상단에 고무재를 투입하는 단계; (e) 제1 홈의 크기에 대응되는 제2 홈이 형성된 상부금형을 하부금형에 결합시켜 적층된 소재를 진공 및 열경화시켜 제품을 성형하는 단계; 및 (f) 완성된 제품을 취출하여 검사하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 고무재 및 탄소섬유를 복수회 적층시켜 형성됨으로써 롤링이나 요잉이 심한 해양에서도 연결부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 고무재 및 탄소섬유 사이에 센서를 배치시켜 연결재의 강도변화를 실시간으로 모니터링 함으로써 연결재가 떨어져나가기 전에 미리 교체되도록 함으로써 태양광 발전 단위모듈의 유실을 사전에 방지할 수 있다.

Description

수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재{Connection device of solar panel and method for manufacturing the same}
본 발명은 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고무재 및 탄소섬유를 복수회 적층시켜 내구성 및 강도를 증대시킬 수 있는 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재에 관한 것이다.
종래의 발전설비에 의한 환경오염의 심화로 인해 친환경 에너지를 이용한 친환경발전시설에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 친환경발전시설로는 태양광발전, 풍력발전, 지열발전 등이 있으며 이와 같은 친환경 발전시설들은 종래 발전시설들이 생산하던 전기를 대체할 만큼의 전기를 생산할 수 있는 방향으로 연구가 이루어지고 있다.
이중에서, 태양광발전시설은 많은 양의 전기를 생산하기 위해서 넓은 대지에 대량의 태양전지판을 설치하지만, 입지가 좋은 대지의 경우에는 지가가 높아 매입이 어려운 단점이 있다.
이에, 최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 수상에 태양광 발전장치를 설치하는 기술이 제안되고 있다. 이와 같은 수상 태양광 발전장치는 수상에 부유되는 부력체가 결합되어 있는 프레임과, 프레임의 상부에 설치되는 태양전지패널를 포함하는 태양광 발전모듈로 구성되며, 각각의 태양광 발전모듈이 서로 연결되어 하나의 수상 태양광 발전장치를 형성하게 된다.
하지만, 종래의 수상 태양광 발전장치는 각각의 태양광 발전모듈을 연결하는 부재가 도 1에 도시된 바와 같이 핀(링크) 구조를 형성함에 따라 강한 롤링이나 요잉에는 취약한 측면이 있다. 또한, 금속으로 형성된 핀 구조는 수상에서 장시간 사용하게 되면 부식이 발생하게 되어 태풍 같은 강풍이 발생할 때에 태양광발전 모듈이 유실될 가능성이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고무블록을 활용하여 연결부를 적용하는 방법이 제안되었다, 하지만, 고무블록은 장시간 사용 시 고무의 열화(degradation) 현상으로 고무의 성능이 저하되어 연결부 파손이 발생하여 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
(한국등록특허 제10-1171683호, 2012년 8월 7일)
본 발명의 목적은 고무재 및 탄소섬유를 복수회 적층시켜 내구성 및 강도를 증대시킬 수 있는 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈을 연결하는 연결재를 제조하는 제조방법은 (a) 제1 홈이 형성된 하부금형에 고무재를 투입하는 단계; (b) 투입된 고무재 위에 탄소섬유를 투입하는 단계; (c) (a) 내지 (b) 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층하는 단계; (d) 최상단에 고무재를 투입하는 단계; (e) 제1 홈의 크기에 대응되는 제2 홈이 형성된 상부금형을 하부금형에 결합시켜 적층된 소재를 진공 및 열경화시켜 제품을 성형하는 단계; 및 (f) 완성된 제품을 취출하여 검사하는 단계;를 포함한다.
여기서, (a) 내지 (b) 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층할 때에, 고무재와 탄소섬유 사이에 센서를 배치하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 탄소섬유재는 탄소섬유의 표면을 커플링 에이전트로 표면 처리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈을 연결하는 연결재를 제조하는 제조방법을 통해 제조된 연결재를 포함한다.
본 발명에 의한 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 탄소섬유 연결재는 고무재 및 탄소섬유를 복수회 적층시켜 형성됨으로써 롤링이나 요잉이 심한 해양에서도 연결부의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 고무재 및 탄소섬유 사이에 센서를 배치시켜 연결재의 강도변화를 실시간으로 모니터링 함으로써 연결재가 떨어져나가기 전에 미리 교체되도록 함으로써 태양광 발전 단위모듈의 유실을 사전에 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 2는 종래의 수상 태양광 발전장치에서 각각의 태양광 발전모듈을 연결한 상태를 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법을 나타내는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법을 나타내는 개념도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시에에 따른 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈을 연결하는 연결재를 제조하는 제조방법은 제1 홈(111)이 형성된 하부금형(110)에 고무재(Nitrile Butadiene Rubber, 이하 'R'로 표시함)를 투입하는 단계(S100), 투입된 고무재(R) 위에 탄소섬유(CF)를 투입하는 단계(S200), S100 내지 S200을 반복하여 기설정된 높이로 적층하는 단계(S300), 최상단에 고무재(R)를 투입하는 단계(S400), 제1 홈(111)의 외주너비에 대응되는 제2 홈(121)이 형성된 상부금형(120)을 하부금형(110)에 결합시켜 적층된 소재를 진공 및 열경화시켜 제품을 성형하는 단계(S500) 및 완성된 제품을 취출하여 검사하는 단계(S600)를 포함하는 것으로서, 이하에서 각 단계에 대해서 더욱 구제적으로 설명한다.
먼저, 제1 홈(111)이 형성된 하부금형(110)에 고무재(R)를 투입한다(S100). 하부금형(110)은 연결재(200)에 홀을 형성할 수 있도록 상측으로 돌출형성되는 복수의 제1 핀(112)을 구비할 수 있다. 제1 핀(112)은 행렬 형상으로 배열될 수 있는 것으로서, 본 발명에서 4개 형성된 것으로 예시하였으나, 그 개수가 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 핀(112)을 통해 형성된 홀(H)은 제품이 성형된 후에 서로 이웃하는 각 태양광 단위모듈을 견고하게 연결시킬 수 있는 용도로 활용된다. 만약, 홀(H)을 제품 성형후에 펀칭 또는 드릴을 통하여 성형하면, 탄소섬유가 절단되면서 강도저하가 발생할 수 있다.
이때, 복수의 핀(112)은 단면형상이 다각형으로 형성될 수 있으며, 삼각형으로 형성되는 것이 바람직하다. 삼각형으로 형성된 제1 핀(112)은 연결재(200)에 삼각형으로 홀(H)이 형성된다. 따라서 삼각형상의 체결부재와 결합되면, 체결부재가 홀(H)에서 헛도는 것을 방지하여 체결강도를 증대시켜 롤링이나 요잉이 발생하여도 연결강도의 견고함을 지속적으로 유지시킬 수 있다.
그 다음으로 투입된 고무재(R) 위에 탄소섬유(CF)를 투입한다(S200). 탄소섬유(CF)는 길이가 4 내지 10mm으로 형성되는 것이 바람직하다. 탄소섬유가 10mm를 초과하여 형성되면 서로 뭉치는 현상이 발생하고, 탄소섬유가 4mm 미만으로 형성되면, 고무재와 결합시 충분한 강도 발현이 어렵게 된다. 이때, 제1 핀(112) 주변에 탄소섬유(CF)를 투입할 때는 제1 핀(112)을 중심으로 대략적으로 마름모 형상이 되도록 탄소섬유(CF)를 투입시킴으로써 연결재(200)의 홀(H)이 형성되는 위치에 대해서 강도저하를 방지할 수 있다.
탄소섬유(CF)는 커플링 에이전트로 표면 처리될 수 있다. 표면처리된 탄소섬유는 고무재와 혼화성 및 계면결합력을 극대화시켜 연결재(200)의 강도를 크게 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 상기의 S100 ~ S200의 단계를 반복하면서 기설정된 높이로 적층되도록 한다(S300). 이때, 탄소섬유의 적층두께는 고무재의 적층두께보다 상대적으로 얇게 형성되며, 고무재 두께 대비하여 5 ~ 10 % 이내의 두께로 형성될 수 있다. 탄소섬유의 적층두께가 상기 설정된 기준을 초과하여 형성되면, 고무재와 탄소섬유 간의 결합강도를 약화시킬 수 있으며, 탄소섬유의 적층두께가 얇으면 고무재의 강도를 충분히 증가시킬 수 없게 된다.
S100 내지 S200의 단계를 반복(S300)하여 기설정된 높이로 적층할 때에, 고무재(R)와 탄소섬유(CF) 사이에 센서(130)를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 센서는 변형율게이지로 형성된다.
연결재(200)의 내부에 매립된 센서(130)는 태양광 단위모듈을 서로 연결한 연결재(200)의 응력상태를 확인하고, 응력상태를 바탕으로 연결재(200)의 사용상태가 적절한지 여부를 판하는 역할을 한다. 이때, 센서는 태양광 발전모듈에 연결되며, 유무선통신모듈 등을 이용하여 사용자에게 각 연결재(200)에 대한 사용상태에 문제가 발생하는 경우, 알람을 제공하여 교체하도록 함으로써 태양광 단위모듈이 유실되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
센서(130)는 연결재(200)에 발생하는 응력상태를 효과적으로 파악할 수 있도록 연결재(200)의 중립축을 중심으로 상측 또는 하측으로 치우쳐서 배치되는 것이 바람직하다. 따라서 S100 ~ S200 의 단계를 반복하는 단계(S300)에서, 초기나 말기 시점에 형성되어야 한다. 이는 대칭의 적층구조로 형성되는 연결재(200)의 중심에 중립축이 형성되어 연결재(200)의 휨이 발생할 경우, 연결재(200)의 중심에서는 응력이 0이 되고, 최외측에서 가장 큰 응력이 발생하기 때문이다.
S100 내지 S200의 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층배열한 후에 상하로 대칭구조를 형성하도록 최상단은 최상단은 고무재를 투입한다(S400).
제1 홈(111)의 크기에 대응되는 제2 홈(121)이 형성된 상부금형(120)을 하부금형(110)에 결합시켜 적층된 소재를 진공 및 열경화시켜 제품을 성형한다(S500). 이때, 제1 홈(111) 및 제2 홈(121) 사이를 진공상태를 유지시킴으로써, 적층시 존재하게 된 공기가 제거되고, 고온에서 열경화시킴으로써 보다 치밀하게 제품이 형성되어 제품강도 저하를 방지할 수 있게 된다.
이때, 제2 홈(121)이 제1 홈(111)의 깊이와 동일한 홈으로 형성되면, 상부금형(120) 쪽에 적층배열된 소재의 홀 형성이 어렵게 된다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는, 상부금형(120)의 제2 홈(121)은 하부금형(110)의 제1 홈(111)의 깊이 보다 상대적으로 작게 형성된다. 그리고, 상부금형(120)의 제2 홈(121)에는 제1 핀(112)에 대응되도록 제2 핀(122)이 형성될 수 있다. 제2 핀(122)의 깊이는 최상단에 투입되는 고무재의 높이보다 크게 형성되어 하부금형(110)에 상부금형(120)이 맞닿을 때에 연결재(200)에 관통홀이 형성되도록 할 수 있다.
완성된 제품을 취출하여 검사하는 단계(S600)를 포함한다. 이와 같은 방법을 통하여 고무재 및 탄소섬유가 다수로 적층배열된 연결재(200)를 성형할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법 및 그를 이용한 연결재는 고무재 및 탄소섬유를 복수회 적층시켜 형성됨으로써 롤링이나 요잉이 심한 해양에서도 연결부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 고무재 및 탄소섬유 사이에 센서를 배치시켜 연결재의 강도변화를 실시간으로 모니터링 함으로써 연결재가 떨어져나가기 전에 미리 교체되도록 함으로써 태양광 발전 단위모듈의 유실을 사전에 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 하부금형
111 : 제1 홈
112 : 제1 핀
120 : 상부금형
121 : 제2 홈
122 : 제2 핀
130 : 센서

Claims (4)

  1. 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈을 연결하는 연결재를 제조하는 제조방법에 있어서,
    (a) 제1 홈이 형성된 하부금형에 고무재를 투입하는 단계;
    (b) 상기 투입된 고무재 위에 탄소섬유를 투입하는 단계;
    (c) 상기 (a) 내지 (b) 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층하는 단계;
    (d) 최상단에 고무재를 투입하는 단계;
    (e) 제2 홈이 형성된 상부금형을 상기 하부금형과 결합시켜 적층된 소재를 진공 및 열경화시켜 제품을 성형하는 단계; 및
    (f) 완성된 제품을 취출하여 검사하는 단계;를 포함하는 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 내지 (b) 단계를 반복하여 기설정된 높이로 적층할 때에,
    상기 고무재와 상기 탄소섬유 사이에 센서를 배치하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유는
    상기 탄소섬유의 표면을 커플링 에이전트로 표면 처리된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 의해서 제조된 수상 태양광 발전의 태양광 단위모듈용 탄소섬유 연결재.
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