KR102114258B1

KR102114258B1 - 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR102114258B1
Application number: KR1020180033671A
Authority: KR
Inventors: 이종조; 이우진; 김종수; 이금강
Original assignee: 주식회사 금강이엔지
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-05-22
Also published as: KR20190111492A

Abstract

본 발명은 태양광 모듈과 태양광 모듈 사이에 형성된 소정의 채광부 내부에 태양광 확산 광학계가 설치되어 입사된 태양광이 지면으로 확산투과되도록 하여 상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역을 해소함으로써 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치를 개시한다.

Description

태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치{SOLAR GENERATING APPARATUS SOLVING PROBLEM OF SHADOW}

본 발명은 태양광부지에 횡방향 및 종방향을 따라 소정간격을 두고 배열설치되는 복수의 수직프레임과; 상기 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임의 상단을 연결하도록 종방향을 따라 결합되는 복수의 종방향 프레임과; 상기 복수의 종방향 프레임의 상단에서 횡방향을 따라 연결하도록 결합되며, 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 전후로 소정간격으로 배열되는 복수의 지지프레임과; 상기 지지프레임의 상단에 길이방향을 따라 순차적으로 결합되되 소정간격을 두고 이격되어 배치되어 그 사이에 소정의 채광부가 형성되는 복수의 태양광 모듈과; 상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역으로 상기 채광부로 입사된 태양광을 확산투과시켜 음영지역을 해소함으로써 상기 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있도록 하는 태양광 확산 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전의 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력 발전을 들 수 있을 것이다. 그러나 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해 유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다. 그리고 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 시설투자에 막대한 비용이 요구되고, 혐오시설로 인식되어 건설준비단계에서부터 지역주민들에 의한 강력한 저항을 받을 수밖에 없으며, 폐기물 처리가 쉽지 않을 뿐만 아니라 경미한 사고일지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항시 존재하는 문제점이 있다.

근래 들어 화력이나 원자력에서 벗어나 공해 문제로부터 자유로울 수 있는 청정에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되어 다양한 형태로 보급되고 있다.

이 가운데, 태양광 발전은 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 솔라셀을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 거의 무한정으로 공급되는 태양광을 이용하여 공해 발생 없이 전력을 생산할 수 있고, 풍력이나 조력 발전 등에 비해 설치 장소와 여건의 제약이 적은 점 등 많은 장점이 있어 기존의 화석연료를 대체할 청정 에너지원으로 각광받고 있다.

이와 같이 태양광 발전설비가 대규모화함에 따라 태양광 발전설비를 설치할 대규모의 부지나 공간이 필요하게 되었으며, 태양광 발전의 경제성을 높이기 위해 저렴한 부지의 확보가 시급한 과제로 등장하였다. 아울러 태양광 발전설비의 대규모화에 따라 태양광 발전설비를 설치하고 지지하는 지지프레임의 수량도 함께 증대되어 태양광 발전설비의 제작코스트가 증대되고 있는 실정이다.

그런데, 이와 같이 대규모의 태양광 발전설비를 설치하기 위한 부지나 공간을 확보하는데 큰 어려움이 있었다. 더욱이, 태양광 발전은 솔라셀의 수광 면적에 발전량이 비례하여 경제성 있는 대규모의 발전을 위해서는 매우 넓은 시설 면적을 필요로 하는 바, 국토가 좁아 용지비용이 높은 국내 현실에서, 태양광 발전은 발전용 부지의 구입과 개발에 소요되는 막대한 비용 부담으로 인해 경제성 면에서 경쟁력을 확보하기 어려운 문제가 있었다.

근래에는 사용중인 농지나 유휴농지를 부지로서 사용하였는데, 이 경우 지면 위에 수직으로 지지대를 매설한 다음 지지대 상에 소정각도로 경사지게 복수의 태양광 모듈을 설치하였는데, 이와 같이 태양광 모듈이 지면과 인접하게 설치되면 태양광이 지면으로 전혀 조사되지 못하게 되므로 지면을 전혀 활용할 수 없으므로 토지이용의 효율성이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1741215호(가변구조를 갖는 태양광 발전모듈 고정 구조물)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 태양광 발전장치용 부지의 용지 구입과 개발에 소요되었던 막대한 비용과 시간을 현저히 절감하면서 저렴한 비용으로 청정에너지를 공급할 수 있으며, 대규모 농지 및 유휴 부지를 발전용지로도 사용함으로써 토지를 적극 활용할 수 있는 태양광 발전정치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 태양광부지에 횡방향 및 종방향을 따라 소정간격을 두고 배열설치되는 복수의 수직프레임과; 상기 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임의 상단을 연결하도록 종방향을 따라 결합되는 복수의 종방향 프레임과; 상기 복수의 종방향 프레임의 상단에서 횡방향을 따라 연결하도록 결합되며, 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 전후로 소정간격으로 배열되는 복수의 지지프레임과; 상기 지지프레임의 상단에 길이방향을 따라 순차적으로 결합되되 소정간격을 두고 이격되어 배치되어 그 사이에 소정의 채광부가 형성되는 복수의 태양광 모듈과; 상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역으로 상기 채광부로 입사된 태양광을 확산투과시켜 음영지역을 해소함으로써 상기 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있도록 하는 태양광 확산 광학계;를 포함하되, 상기 태양광 확산 광학계는 판 형의 투과판과, 상기 투과판의 저면에 형성되어 투과된 빛을 확산시키는 확산렌즈 및 상기 투과판의 측면으로부터 외측으로 돌출되는 끼움부로 구성되며, 입사된 태양광이 손실되지 않도록 투과성이 우수한 재질로 이루어지는 확산부재와; 상기 태양광 모듈의 측면에 밀착되도록 채광부 내부에 종방향을 따라 삽입되며, 상기 끼움부가 삽입되도록 단면이 "ㄷ"자 형태로 형성되며 소정길이로 형성되고, 상기 끼움부와 볼트체결을 통해 고정되는 한 쌍의 고정프레임과; 상기 지지프레임의 상단에 볼트결합되는 판 형의 고정편과, 상기 고정편의 양측 모서리로부터 상향 대각방향으로 연장형성되는 한 쌍의 연장편과, 각 연장편의 단부로부터 외측으로 절곡형성되어 상기 고정프레임 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입편이 일체로 형성되는 고정브라켓; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명에서 상기 확산렌즈는 태양광의 확산범위를 향상시킬 수 있고 조도량을 확보할 수 있도록 볼록렌즈를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 확산렌즈는 복수개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 확산렌즈는 표면이 반사방지 코팅(ANTI REFLECTION COATING)처리되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따르면, 상기 태양광 모듈과 태양광 모듈 사이에 형성된 소정의 채광부 내부에 태양광 확산 광학계가 구비되어 입사된 태양광이 지면으로 확산투과되도록 하여 상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역을 해소함으로써 상기 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 한 쌍의 고정프레임과 고정브라켓을 통해 채광부 내부에 확산부재를 신속용이하게 시공할 수 있으며, 지지프레임에 고정브라켓을 볼트체결하여 고정할 수 있으므로 작업성이 현저히 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 확산렌즈로서 볼록렌즈를 사용하여 태양광의 확산범위와 조도량을 확보함으로써 태양광 모듈의 배면에 위치하는 지면에 형성된 음영지역을 해소할 수 있으며, 상기 볼록렌즈를 복수개로 구비하여 태양광의 확산범위와 조도량을 현저히 향상시켜 음영지역을 해소함으로써 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 태양광 발전장치를 촬영한 사진.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치를 도시한 예시도.
도 3 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 확산 광학계를 도시한 예시도.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 실시예에 따른 확산부재의 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정프레임의 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고정브라켓의 예시도.
도 8 내지 17은 본 발명의 실시예에 따라 채광부를 통과한 태양광의 확산범위와 조도값을 측정한 결과.
도 18a 내지 18b는 본 발명의 실시예에 따라 확산렌즈의 표면을 반사방지 코팅하는 이유를 설명하기 위한 예시도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양광 발전장치를 시공하기 위한 용지의 구입 및 개발비용을 현저히 절감할 수 있으며, 농촌 사회의 고령화와 인구 감소 등의 요인으로 인한 대규모의 유휴 농지를 발전용지로 사용하면서 지면을 작물 재배를 통한 수익창출이 가능한 농지로서 활용할 수 있도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양광부지에 횡방향 및 종방향을 따라 소정간격을 두고 배열설치되는 복수의 수직프레임(10)과; 상기 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임의 상단을 연결하도록 종방향을 따라 결합되는 복수의 종방향 프레임(20)과; 상기 복수의 종방향 프레임의 상단에서 횡방향을 따라 연결하도록 결합되며, 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 전후로 소정간격으로 배열되는 복수의 지지프레임(30)과; 상기 지지프레임의 상단에 길이방향을 따라 순차적으로 결합되되 소정간격을 두고 이격되어 배치되어 그 사이에 소정의 채광부가 형성되는 복수의 태양광 모듈(40)과; 상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역으로 상기 채광부로 입사된 태양광을 확산투과시켜 음영지역을 해소함으로써 상기 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있도록 하는 태양광 확산 광학계(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수직프레임(10)은 태양광 모듈이 지면으로부터 소정 높이에 위치할 수 있도록 소정길이로 형성되며, 부식이나 파손을 방지할 수 있도록 강도가 우수한 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 각관(角管)으로 형성될 수 있다.

상기 수직프레임(10)은 태양광부지에 수직으로 기립설치되되 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 횡방향 및 종방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배열설치되며, 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임은 태양광 모듈이 지면으로부터 소정 각도로 경사지게 설치되도록 전방으로부터 후방으로 갈수록 점차 길게 형성되는 것이 바람직하다.

도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 태양광 발전장치를 설명하기 위한 사진이다.

먼저, 도 1a를 참조하면 종래에는 집광 효율성을 확보하기 위해 태양광부지에 최대한 많은 수의 태양광 모듈을 설치하였다. 그런데, 이와 같이 태양광 모듈이 많아지면 태양광 모듈을 지지하는 수직프레임의 내구성이 저하될 수 있고, 강풍이나 폭설 또는 외력에 대한 안정성을 확보할 수 없으므로 짧은 길이의 수직프레임을 사용할 수 밖에 없었다. 이와 같이 수직프레임이 짧으면 태양광 모듈로 인해 형성된 음영지역을 해소할 수 있는 방법이 없으며, 태양광 모듈과의 간섭으로 인해 이동이 불가능하므로 농지로 전혀 활용할 수 없었다.

본 발명에서 상기 수직프레임(10)은 적어도 3m이상의 길이로 형성되어 태양광 모듈이 지면으로부터 충분히 이격되도록 하여 태양광부지 상에서 작업자 또는 농기계 등의 이동이 용이하도록 하며, 상기 종방향프레임(20)은 상기 복수의 수직프레임 가운데 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임의 상단을 연결하도록 종방향을 따라 결합되는 프레임으로서, 소정길이로 형성되며, 부식이나 파손을 방지할 수 있도록 강도가 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 지지프레임(30)은 상기 복수의 종방향 프레임의 상단에서 횡방향을 따라 결합되는 소정길이의 프레임으로서, 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 종방향을 따라 소정간격을 두고 복수개로 배열설치된다.

상기 지지프레임(30)은 부식이나 파손을 방지할 수 있도록 강도가 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다.

상기 수직프레임(10)과 종방향프레임(20)과 지지프레임(30) 간의 결합은 용접이나 볼트체결 등 통상의 방법을 통해 이루어질 수 있으며, 상기 종방향프레임(20)과 지지프레임(30)은 수직프레임(10)의 수량을 줄여 태양광부지의 활용성을 높일 수 있도록 강도가 우수한 케이블로 대체할 수 있다.

다음으로, 상기 지지프레임(30)의 상단에는 태양광을 집광하기 위한 복수의 태양광 모듈(40)이 설치된다.

상기 태양광 모듈(40)은 상기 지지프레임의 상단에 길이방향을 따라 복수개로 결합되되 소정간격을 두고 이격되게 배치되며, 이와 같이 소정간격을 두고 복수의 태양광 모듈이 이격되면서 그 사이에 소정의 채광부(41)가 형성된다.

도 1b 및 1c는 도 1a의 문제점을 해결하기 위하여 개선된 다른 형태의 태양광 발전장치로서, 전체면적 대비 태양광 모듈의 설치면적이 현저히 적게 하여 태양광 모듈과 태양광 모듈 사이에 충분한 면적의 유휴공간을 형성하여 태양광이 지면으로 입사되는 효과를 기대할 수는 있으나, 태양광 모듈의 수가 현저히 적기 때문에 발전효율성이 낮은 문제점이 필연적으로 발생할 수밖에 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 상기 채광부(41)에는 입사된 태양광을 확산투과시키는 태양광 확산 광학계(50)가 구비된다.

상기 태양광 확산 광학계(50)는 입사된 태양광을 확산투과시키는 확산부재(510)와, 상기 확산부재를 고정하기 위한 고정프레임(520) 및 고정브라켓(530)을 포함한다.

도 5a를 참조하면, 상기 확산부재(510)는 투과판(511)과, 확산렌즈(512) 및 끼움부(513)로 구성된다.

상기 투과판(511)은 상기 채광부(41) 내부에 안착되는 판상체이며, 상기 확산렌즈(512)는 투관판을 투과한 빛을 지면으로 확산시켜주는 렌즈이다.

상기 투과판(511)과 확산렌즈(512)는 입사된 태양광이 손실되지 않도록 투과성이 우수한 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(CycloOlenfin Copolymer; COC), 유리 등의 재질로 형성될 수 있다. 상기 투과판(511)을 유리 재질로 선택할 경우 저철분강화유리를 사용하여 태양광의 투과율을 더욱 높여 열흡수효율을 향상시킴으로써 조도량을 확보하도록 할 수 있다.

상기 확산렌즈(512)는 태양광의 확산범위를 향상시킬 수 있도록 볼록렌즈 또는 오목렌즈를 사용할 수 있으며, 투과되는 태양광의 조도량을 확보하여 작물에게 보다 밝은 빛을 제공할 수 있도록 볼록렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 끼움부(513)는 상기 투과판의 측면으로부터 소정길이만큼 돌출형성되는 것으로, 일정간격을 두고 하나 또는 그 이상의 볼트체결공(514)이 형성되며, 소정두께로 형성된다. 상기 끼움부(513)는 고정프레임(520) 내부에 삽입되며 볼트체결을 통해 고정된다.

상기 끼움부(513)의 재질은 본 발명의 권리범위에 한정하지 않으나, 볼트체결시 파손이나 단락이 발생하지 않도록 강도가 우수한 재질로 형성되는 것이 좋다.

다음으로, 도 6을 참조하면 상기 고정프레임(520)은 태양광 모듈(40)과 대응되는 길이로 형성되며 단면이 "ㄷ"자 형태로 형성되는 프레임으로서, 길이방향을 따라 일정간격을 두고 복수의 볼트체결공(521)이 형성된다.

또한, 상기 고정프레임(520)은 상기 채광부(41) 내부에 종방향을 따라 삽입되되 태양광 모듈의 측면에 밀착되어 삽입되며, 상기 채광부(41)의 양측 단부에 한 쌍이 구비되어 그 사이로 상기 끼움부(513)가 슬라이딩 식으로 삽입되며, 볼트체결을 통해 확산부재(510)와 고정된다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 상기 고정브라켓(530)은 상기 지지프레임과 고정되는 고정편(531)과, 상기 고정편의 양측 모서리로부터 상향 대각방향으로 연장형성되는 한 쌍의 연장편(532), 그리고 각 연장편의 단부로부터 외측으로 절곡형성되어 상기 고정프레임 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입편(533)이 일체로 형성된다.

상기 고정편(531)은 지지프레임과의 접촉면적을 확보할 수 있도록 소정면적을 갖는 판상체로서, 지지프레임과 볼트 체결이 가능하도록 하나 또는 그 이상의 볼트체결공(534)이 형성되며, 볼트체결시 파손이나 휨 또는 단락이 발생하지 않도록 소정두께로 형성된다.

상기 연장편(532)은 고정편과 삽입편을 이격시켜 고정편과 지지프레임을 볼트체결할 때 볼트를 조여주는 공구를 삽입할 수 있는 공간을 마련해주는 것으로, 고정편(531)과 지지프레임(30)의 볼트체결이 용이하도록 소정길이로 형성되는 것이 좋으며, 휨이나 단락이 발생하지 않도록 소정두께를 갖는 것이 좋다.

상기 삽입편(533)은 고정프레임(520)과의 볼트체결을 위한 볼트체결공(535)이 형성되는 판상체로서, 볼트체결시 흔들림을 방지할 수 있도록 고정프레임의 폭과 대응되는 두께로 형성되는 것이 좋다.

상기 고정브라켓(530)은 고정프레임(520)의 내부에 양측 삽입편(533)을 삽입한 다음 지지프레임(30)과 대응되는 위치까지 슬라이딩시킨 후 고정편(531)을 매개로 지지프레임과 볼트체결하여 고정된다.

본 발명에 따른 태양광 확산 광학계(50)는 도 3 내지 4와 같이 채광부 내부에 배치되는 한 쌍의 고정프레임(520) 사이에 복수의 확산부재(510)를 순차적으로 삽입하여 배치하되, 확산부재와 확산부재 사이에는 지지프레임의 상부에서 볼트체결되도록 고정브라켓(530)을 더 삽입하여 강풍이나 폭우 또는 외력 등의 외부 요인으로 인해 태양광 확산 광학계의 이탈이나 흔들림을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 8 내지 13은 태양의 고도가 가장 높은 정오에 채광부로 입사된 태양광이 지면으로 투과된 범위를 측정하기 위한 실시예의 결과로서, 상기 채광부(41)의 상부에서 수직으로 입사된 빛이 채광부를 통과하여 지면에 투과된 범위와 조도값을 측정하였다. 상기의 실시예에서는 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성된 3개의 채광부가 형성되고, 채광부 내부에 태양광 확산 광학계가 구비되지 않은 경우와, 확산부재로서 볼록렌즈를 사용하는 태양광 확산 광학계가 구비되는 경우 그리고 확산부재로서 오목렌즈를 사용하는 태양광 확산 광학계가 구비된 경우로 구분하여 측정하였다.

먼저, 도 8 내지 9와 같이 상기 태양광 확산 광학계가 구비되지 않은 경우 채광부를 통과한 빛은 확산이나 굴절 또는 손실없이 지면으로 그대로 투과되어 중앙을 중앙을 기준으로 양측으로 1,400mm의 범위에 입사되었고 최대 조도값은 2.56lux로 측정되었다. (2, 6)

다음으로, 도 10 내지 11과 같이 상기 채광부 내부에 볼록렌즈를 포함하는 확산부재가 구비되는 경우, 중앙을 기준으로 양측으로 4,000mm까지 빛이 확산투과되었으며, 최대 조도값은 0.813lux로서 태양광 확산 광학계가 구비되지 않은 경우에 비해 조도값이 낮게 측정되었다.(3,7)

또한, 도 12 내지 13과 같이 상기 채광부 내부에 오목렌즈를 포함하는 확산부재가 구비되는 경우, 중앙을 기준으로 양측으로 5,000mm까지 빛이 확산투과되어 상기 볼록렌즈를 포함하는 확산부재가 구비될 때보다 넓게 퍼졌으나, 최대 조도값은 0.229lux로서 볼록렌즈의 경우에 비해 조도값이 낮게 측정되었다. (4,8)

위 측정결과를 토대로 살펴볼 때, 상기 채광부 내부에 태양광 확산 광학계가 구비되는 경우 현저히 넓은 범위로 태양광을 확산시켜 투과시킬 수 있고, 오목렌즈 또는 볼록렌즈를 사용하여 소정의 조도량을 확보할 수 있으므로 유휴농지를 태양광 발전장치의 시공부지로 사용하되 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역을 용이하게 해소하여 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있다.

또한, 도 5b와 같이 본 발명에서 상기 확산렌즈(512′)는 태양의 고도변화의 영향을 받지 않고 태양광의 확산범위와 조도량을 향상시킬 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따라 상기 채광부 내부에 하나의 확산렌즈가 구비되는 확산부재(510)를 갖는 태양광 확산 광학계의 측정결과이고, 도 15는 복수의 볼록렌즈가 구비되는 확산부재(510′)를 갖는 태양광 확산 광학계의 측정결과로서, 오전 10시경과 오후 2시경에 입사되는 태양광의 확산범위를 측정할 수 있도록 상기 채광부 내부로 30°의 경사로 빛이 입사되도록 하였다.

도 14 및 15를 참조하여 빛이 투과된 양을 살펴보면 하나의 확산렌즈를 사용하는 경우와 복수의 확산렌즈를 사용하는 경우 길이방향으로의 확산범위는 유사하지만, 복수개로 구비되는 경우 빛이 폭방향을 따라 더 넓게 확산된다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 16 및 17은 상기 채광부 내부로 60°의 경사로 입사된 빛의 확산범위를 측정한 결과로서, 이 경우에도 30°각도에서의 결과와 마찬가지로 복수의 확산렌즈를 사용하는 경우 더 넓은 범위로 빛이 확산투과되었다.

상기와 같이 태양광의 확산투과 및 조도량의 향상을 위해 확산렌즈로서 오목렌즈에 비해 볼록렌즈를 사용하는 것이 좋으며, 태양광의 확산범위를 더욱 증대시킬 수 있도록 채광부의 폭에 따라 볼록렌즈를 복수개로 구비할 수도 있다.

또한, 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 확산렌즈는 태양광이 입사되는 표면이 반사방지 코팅(ANTI REFLECTION COATING)처리될 수 있다.

일반적으로 태양광의 확산을 위해 사용되는 렌즈(L)는 유리나 플라스틱 재질로 형성되는데, 이러한 재질은 입사된 태양광 중 일부를 반사하는 성질을 가지고 있어서 반사된 만큼의 손실이 필연적으로 발생하게 된다. 예를 들어, 도 18a와 같이 반사방지 코팅처리가 이루어지지 않은 일반적인 플라스틱 재질의 렌즈는 입사된 100%의 빛 중에서 약 10%의 빛이 반사되고 약 90%의 빛만이 렌즈를 통과하여 투과된다. 따라서, 도 18a과 같이 반사방지 코팅처리가 이루어지지 않은 렌즈를 확산렌즈로 사용할 경우 입사된 100%의 태양광 중에서 약 10%의 태양광이 손실되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 확산렌즈는 표면이 반사방지 코팅(ANTI REFLECTION COATING)처리되어 반사방지 코팅층(511)이 형성될 수 있다.

상기 반사방지 코팅층은 상술한 렌즈의 문제점, 즉 가시광의 반사 방지 및 적외선 반사로 인해 투과율이 좋지 못한 문제점을 방지할 수 있도록 상기 확산렌즈의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 본 발명의 이해를 돕기 위한 도 18b에서는 태양광이 입사되는 투과판(511)의 표면에 반사방지 코팅층(515)가 형성된 것으로 도시하였다.

상기 반사방지 코팅층(515)은 유기규소 화합물이나 불소계 코팅용액으로 형성될 수 있으며, 그 외에도 반사방지 기능을 가지며 투명한 박막층으로 형성할 수 있는 복합 화합물로 형성될 수 있다. 또한 상기 반사방지 코팅층은 스프레이법, 디핑법, 스핀법 등의 코팅 처리를 통해 형성될 수 있으며, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 열증착법, 레이저 분자빔 증착법, 펄스 레이저 증착법 등과 같이 증착하여 형성될 수도 있다. 상기 반사방지 코팅처리를 통해 확산렌즈의 표면에 반사방지 코팅층이 형성되면 확산렌즈로 입사하는 태양광의 반사를 최소화하여 광투과율을 높여줌으로써 지면으로 보다 많은 양의 태양광이 투과되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 작용효과를 갖는 본 발명은 유휴농지를 태양광 발전장치의 설치부지로 사용함으로써 지반 다짐을 포함한 평탄화 작업을 위한 시간과 비용을 현저히 절감할 수 있으며, 태양광 발전을 통해 수익을 창출할 수 있고, 태양광 모듈에 의해 형성된 음영지역을 용이하게 해소하여 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있으므로 토지의 활용도를 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

10 : 수직프레임
20 : 종방향 프레임
30 : 지지프레임
40 : 태양광 모듈
41 : 채광부
50 : 태양광 확산 광학계
510,510′ : 확산부재
511 : 투과판
512,512′ : 확산렌즈
513 : 끼움부
514 : 볼트체결공
515 : 반사방지 코팅층
520 : 고정프레임
521 : 볼트체결공
530 : 고정브라켓
531 : 고정편
532 : 연장편
533 : 삽입편
534,535 : 볼트체결공
L : 렌즈

Claims

태양광부지에 횡방향 및 종방향을 따라 소정간격을 두고 배열설치되는 복수의 수직프레임(10)과;
상기 동일 열을 이루는 복수의 수직프레임의 상단을 연결하도록 종방향을 따라 결합되는 복수의 종방향 프레임(20)과;
상기 복수의 종방향 프레임의 상단에서 횡방향을 따라 연결하도록 결합되며, 태양광 모듈의 하중을 분산시켜 안정적으로 지지하도록 전후로 소정간격으로 배열되는 복수의 지지프레임(30)과;
상기 지지프레임의 상단에 길이방향을 따라 순차적으로 결합되되 소정간격을 두고 이격되어 배치되어 그 사이에 소정의 채광부가 형성되는 복수의 태양광 모듈(40)과;
상기 태양광 모듈에 의해 지면에 형성된 음영지역으로 상기 채광부로 입사된 태양광을 확산투과시켜 음영지역을 해소함으로써 상기 태양광부지를 작물의 재배가 가능한 농지로 활용할 수 있도록 하는 태양광 확산 광학계(50);를 포함하되,
상기 태양광 확산 광학계는,
판 형의 투과판과, 상기 투과판의 저면에 형성되어 투과된 빛을 확산시키는 확산렌즈 및 상기 투과판의 측면으로부터 외측으로 돌출되는 끼움부로 구성되며, 입사된 태양광이 손실되지 않도록 투과성이 우수한 재질로 이루어지는 확산부재와;
상기 태양광 모듈의 측면에 밀착되도록 채광부 내부에 종방향을 따라 삽입되며, 상기 끼움부가 삽입되도록 단면이 "ㄷ"자 형태로 형성되며 소정길이로 형성되고, 상기 끼움부와 볼트체결을 통해 고정되는 한 쌍의 고정프레임과;
상기 지지프레임의 상단에 볼트결합되는 판 형의 고정편과, 상기 고정편의 양측 모서리로부터 상향 대각방향으로 연장형성되는 한 쌍의 연장편과, 각 연장편의 단부로부터 외측으로 절곡형성되어 상기 고정프레임 내부에 삽입되는 한 쌍의 삽입편이 일체로 형성되는 고정브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 확산렌즈는 태양광의 확산범위를 향상시킬 수 있고 조도량을 확보할 수 있도록 볼록렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 확산렌즈는 복수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치.
제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산렌즈는 표면이 반사방지 코팅(ANTI REFLECTION COATING)처리된 것을 특징으로 하는 태양광의 확산투과를 통해 음영지역을 해소하여 태양광부지를 농지로 활용할 수 있는 태양광 발전장치.