KR102164248B1 - 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템 - Google Patents

하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 탄성력을 가지는 고무재와 그 강도를 보강하기 위한 고무재의 상하면에 적층된 탄소직물재로 구성된 하이브리드 연결체를 사용하여 인접한 프레임을 연결한다. 고무재의 일측에는 제1볼트가 통과하는 제1원통공이 뚫리고, 고무재의 타측에는 제2볼트가 통과하는 제2원통공이 뚫리며, 탄소직물재의 일측에는 제1볼트가 통과하는 제1장공이 제1원통공의 동일 중심선 상에 뚫리고, 탄소직물재의 타측에는 제2볼트가 통과하는 제2장공이 제2원통공의 동일 중심선상에 뚫린다. 이러한 구성으로 인해, 수상에서 파도 발생시, 고무재 자체가 굽혀지고 뒤틀리고 압축되고 인장되면서 충격을 흡수한다. 또한, 심한 파도로 인해 고무재에 심한 굽힘과 뒤틀림이 발생하여, 제1볼트와 제2볼트가 제1원통공과 제2원통공을 터트릴 정도로 제1원통공과 제2원통공의 내벽에 심한 압박을 가하기 전에, 탄소직물재의 제1장공과 제2장공이 제1볼트와 제2볼트의 제1원통공과 제2원통공 내에서의 진행을 막아 제1원통공과 제2원통공의 내벽에 심한 압박을 가하지 못하게 만든다. 이로 인해, 심한 파도 발생시에도 제1원통공과 제2원통공이 터져 프레임들이 분리되는 사고를 막을 수 있다.

Description

하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템{A water photovoltaic system that includes hybrid connectors and determines its structural health}
본 발명은 수상 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
태양발전시스템으로 전기를 대량 생산하려면, 태양전지판을 대량으로 설치할 수 있는 넓은 장소가 필요하다. 그러나, 육상에서는 넓은 장소를 찾기 어렵고 매입 단가도 높다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 태양전지판을 값싸고 넓은 수상에 설치하고 있다.
일반적으로 수상 태양광 발전시스템은, 수상에 부유되는 부력체, 부력체와 결합된 프레임, 인접하는 프레임들을 서로 연결하는 연결체, 프레임 상에 설치된 태양전지판 등으로 구성된다. 수상에 설치되는 관계로, 파도로 인한 흔들림에도 연결체가 파손되지 않고 잘 버텨 주어야 한다. 그렇지 않으면 프레임끼리 분리되어 수면 위를 떠다니는 사고가 발생한다.
연결체의 예로, 본 출원인의 등록특허(10-1878156)에 개시된 탄성연결체가 있다. 탄성연결체는 탄소 섬유로 제작되며, 탄성연결체의 양단부에는 체결나사가 통과하는 체결홈이 형성되며, 내부에는 벌집 모양 패턴의 보강홀이 형성된다.
한편, 본 출원인의 탄성연결체는 다음과 같은 문제점이 가지고 있다.
첫째, 수상에서 파도 발생 시, 프레임이 탄성연결체의 체결홈을 통과하는 체결나사의 축을 중심으로 회전하여, 체결나사가 체결홈의 내면을 지속적으로 마모시킨다. 이로 인해, 체결홈의 주변에서 이미 끊어진 탄소섬유가 더 마모되어, 탄성연결체의 강도가 더 떨어졌다.
둘째, 탄성연결체의 내부에 벌집 모양 패턴의 보강홀을 뚫는과정에서, 탄소연결체를 구성하는 탄소섬유가 다량으로 손실되고 끊어져 버려, 탄소연결체의 강도가 급격하게 떨어졌다.
이러한 이유들로 인해, 결국에는 탄성연결체가 찢어져, 프레임들이 서로 분리되는 사고가 발생했다.
한국등록특허(10-1878156)
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템은,
수상에 부유되는 부력체와, 상기 부력체에 결합된 프레임과, 상기 프레임 위에 설치된 태양전지판, 인접한 프레임을 서로 연결하는 하이브리드 연결체를 포함하며,
상기 하이브리드 연결체의 일측은 인접한 2개의 프레임 중 어느 하나에 제1체결브라켓과 제1볼트와 제1너트로 연결되며, 상기 하이브리드의 연결체의 타측은 인접한 2개의 프레임 중 다른 하나에 제2체결브라켓과 제2볼트와 제2너트로 연결되며,
상기 하이브리드 연결체는 고무재와 상기 고무재의 상하면 각각에 적층된 탄소직물재로 구성되며,
상기 고무재의 일측에는 상기 제1볼트가 통과하는 제1원통공이 뚫리고, 상기 고무재의 타측에는 상기 제2볼트가 통과하는 제2원통공이 뚫리며,
상기 탄소직물재의 일측에는 상기 제1볼트가 통과하는 제1장공이 상기 제1원통공의 동일 중심선 상에 뚫리며, 상기 탄소직물재의 타측에는 상기 제2볼트가 통과하는 제2장공이 상기 제2원통공의 동일 중심선상에 뚫리며,
상기 하이브리드 연결체의 굽힘과 뒤틀림으로 인해 상기 제1볼트과 상기 제2볼트가 상기 제1원통공과 상기 제2원통공을 터트릴 정도로 상기 제1원통공의 내벽과 상기 제2원통공의 내벽에 압박을 가하기 전에, 상기 제1장공과 상기 제2장공이 상기 제1볼트와 상기 제2볼트의 상기 제1원통공과 상기 제2원통공 내에서의 진행을 저지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 탄성력을 가지는 고무재와 그 강도를 보강하기 위한 고무재의 상하면에 적층된 탄소직물재로 구성된 하이브리드 연결체를 사용하여 인접한 프레임을 연결한다. 고무재의 일측에는 제1볼트가 통과하는 제1원통공이 뚫리고, 고무재의 타측에는 제2볼트가 통과하는 제2원통공이 뚫리며, 탄소직물재의 일측에는 제1볼트가 통과하는 제1장공이 제1원통공의 동일 중심선 상에 뚫리고, 탄소직물재의 타측에는 제2볼트가 통과하는 제2장공이 제2원통공의 동일 중심선상에 뚫린다. 이러한 구성으로 인해, 수상에서 파도 발생시, 고무재 자체가 굽혀지고 뒤틀리고 압축되고 인장되면서 충격을 흡수한다. 또한, 심한 파도로 인해 고무재에 심한 굽힘과 뒤틀림이 발생하여, 제1볼트와 제2볼트가 제1원통공과 제2원통공을 터트릴 정도로 제1원통공의 내벽과 제2원통공의 내벽에 심한 압박을 가하기 전에, 탄소직물재의 제1장공과 제2장공이 제1볼트와 제2볼트의 제1원통공과 제2원통공 내에서의 진행을 저지하여 제1원통공의 내벽과 제2원통공의 내벽에 심한 압박을 가하지 못하게 만든다. 이로 인해, 심한 파도 발생시에도 제1원통공과 제2원통공이 터져 프레임들이 분리되는 사고를 막을 수 있다.
본 발명은, 수상에서 파도 발생시, 인접한 프레임을 체결하는 하이브리드 연결체 자체가 뒤틀리고 압축되고 인장되면서 충격을 흡수하므로, 본 출원인의 탄성연결체처럼 프레임이 탄성연결체의 체결홈을 통과하는 체결나사의 축을 중심으로 회전함으로 인해, 체결나사가 체결홈의 내면을 지속적으로 마모시키는 현상이 발생하지 않는다. 이로 인해, 하이브리드 연결체의 강도가 지속적으로 유지되어, 프레임들이 분리되는 사고를 막을 수 있다.
본 발명에서 하이브리드 연결체는 볼트가 통과하는 볼트공 외에 다른 구멍이 전혀 뚫리지 않는다. 따라서, 본 출원인의 탄성연결체처럼 벌집 모양 패턴의 보강홀을 뚫는과정에서, 탄성연결체를 구성하는 탄소섬유가 다량으로 손실되고 끊어져 버려 강도가 급격하게 떨어지는 현상이 발생하지 않는다. 이로 인해, 하이브리드 연결체의 강도가 지속적으로 유지되어, 프레임들이 분리되는 사고를 막을 수 있다.
한편, 본 발명은 하이브리드 연결체마다 변위감지센서가 삽입되어 있으며, 측정하고자 하는 하이브리브 연결체의 구조건전성을, 측정하고자 하는 하이브리드 연결체에 삽입된 변위감지센서의 변위측정값은 물론, 측정하고자 하는 하이브리드 연결체의 주변 하이브리드 연결체의 변위측정값에 상관관계지수를 부여하여 최종 판단한다. 이러한 방식으로, 하이브리드 연결체의 구조건전성을 보다 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 인접한 프레임이 하이브리드 연결체로 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 하이브리드 연결체를 나타낸 도면이다.
도 4는 하이브리드 연결체가 휘어지기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 하이브리드 연결체가 휘어진 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 하이브리드 연결체를 구성하는 탄소직물재와 고무재 사이에 변위감지센서가 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 하이브리드 연결체의 구조건전성 파악을 위한 상관관계지수를 부여하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템은, 수상에 부유되는 부력체(1), 부력체(1)와 결합된 프레임(2), 프레임 상에 설치된 태양전지판(3), 하이브리드 연결체(100)로 구성된다.
이하, “하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템”을 “수상 태양광 발전시스템”으로 약칭한다.
하이브리드 연결체(100)는 인접한 프레임(2)들을 서로 연결한다.
이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 연결체(100)의 일측은 인접한 2개의 프레임(2) 중 어느 하나에 제1체결브라켓(31)과 제1볼트(41)와 제1너트(51)로 연결되며, 하이브리드 연결체(100)의 타측은 인접한 2개의 프레임(2) 중 다른 하나에 제2체결브라켓(32)과 제2볼트(42)와 제2너트(52)로 연결된다. 도 2에서 프레임(2)의 양단은 도시의 편의상 짧게 절단되었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하이브리드 연결체(100)는 고무재(110)와 탄소직물재(120)로 구성된다.
고무재(110)는 고무로 만들어져 하이브리드 연결체(24)에 탄성력을 부여한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 고무재(110)의 일측에는 제1볼트(41)가 통과하는 제1원통공(111)이 뚫리고, 고무재(110)의 타측에는 제2볼트(42)가 통과하는 제2원통공(112)이 뚫린다.
탄소직물재(120)는 탄소섬유가 가로 및 세로로 직조되어 만들어져, 고무재(110) 보다 훨씬 강한 굽힘, 비틀림, 인장력에도 견딜 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 탄소직물재(120)의 일측에는 제1볼트(41)가 통과하는 제1장공(121)이 제1원통공(111)의 동일 중심선 상에 뚫리고, 탄소직물재(120)의 타측에는 제2볼트(42)가 통과하는 제2장공(122)이 제2원통공(112)의 동일 중심선상에 뚫린다.
도 5에 도시된 바와 같이, 심한 파도로 인해 하이브리드 연결체(100)의 굽힘과 뒤틀림이 심해져, 제1볼트(41)와 제2볼트(42)가 제1원통공(111)과 제2원통공(112)의 내벽에 심한 압박을 가하기 전에, 제1장공(121)과 제2장공(122)이 제1볼트(41)와 제2볼트(42)의 제1원통공(111)과 제2원통공(112) 내에서의 진행을 막아, 제1원통공(111)과 제2원통공(112)의 내벽에 심한 압박을 가하지 못하게 만든다. 이로 인해, 심한 파도 발생시에 제1원통공(111)과 제2원통공(112)이 터져 프레임(2)들이 분리되는 사고를 막을 수 있다.
탄소직물재(120)는 고무재(110)의 상하면 각각에 적층된다.
고무재(110)와 탄소직물재(120)는 접착된 상태일 수도 있고, 분리된 상태일 수도 있다.
고무재(110)와 탄소직물재(120)를 접착시키려면, 하이브리드 연결체(100)를 만들 때, 고무재(110)의 상하면에 탄소직물재(120)를 놓고 가압 및 가열하여 고무재(110)의 상하면을 녹여 탄소직물재(120)를 고무재(110)의 상하면에 접착시킨다.
한편, 고무재(110)와 탄소직물재(120)가 분리된 상태면, 제1볼트(41)와 제1너트(51)를 체결하고 제2볼트(42)와 제2너트(52)를 체결하여 고무재(110)의 상하면에 탄소직물재(120)를 고정시키면 된다. 이 경우, 고무재(110)와 탄소직물재(120)를 따로 만들어 놓고, 나중에 볼트(41,42)와 너트(51,52)로 하이브리드 연결체(100)를 만들 수 있다. 따라서, 하이브리드 연결체(100)를 고무재(110)와 탄소직물재(120)를 접착해서 만들 때 보다 쉽게 만들 수 있다.
한편, 하이브리드 연결체(100)의 구조건전성을 판단하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 고무재(110)와 탄소직물재(120) 사이에 변위감지센서(130)를 삽입할 수 있다. 변위감지센서(130)는 복수개가 삽입될 수 있다.
고무재(110)와 탄소직물재(120)가 접착된 상태면, 하이브리드 연결체(100)를 만들 때 변위감지센서(130)를 삽입해야 한다.
고무재(110)와 탄소직물재(120)를 분리된 상태면, 볼트(41,42)와 너트(51,52)로 고무재(110)와 탄소직물재(120)를 결합하기 전에 삽입하면 된다. 이렇게 고무재(110)와 탄소직물재(120)가 분리가능하면, 하이브리드 연결체(100)를 교체하지 않고 변위감지센서(130)만 교체할 수 있고, 변위감지센서(130)를 쉽게 추가할 수도 있다.
이하, 하이브리드 연결체(100)의 구조건전성을 판단하는 방법을 자세히 설명한다.
측정하고자 하는 하이브리브 연결체(100)의 구조건전성은, 측정하고자 하는 하이브리드 연결체(100)에 삽입된 변위감지센서(130)의 변위측정값과, 측정하고자 하는 하이브리드 연결체(100)의 주변 하이브리드 연결체(100)의 변위측정값에 상관관계지수를 부여하여 최종 판단한다. 이때, 측정하고자 하는 하이브리드 연결체(100)와 다른 하이브리드 연결체(100)의 거리가 멀어질수록, 다른 하이브리드 연결체(100)의 변위측정값에 부여되는 상관관계지수의 값은 작아진다.
실시예
도 7을 참조하여, 좌표(B,2)에 위치된 하이브리드 연결체(100)의 구조건전성을 판단해 보자.
좌표 (B,2), (A,2), (B,1), (B,3), (C,2), (A,1) (A,3), (C,1), (C,3)에서의 변위측정값만을 고려한다고 가정한다.
높은 상관관계지수값(HR)이 0.8이고, 낮은 상관관계지수값(LR)이 0.7이라 가정한다.
좌표(B,2)에서 변위측정값이 1, 좌표(B,2)에 인접한 좌표 (A,2), (B,1), (B,3), (C,2) 각각의 변위측정값이 0.9, 좌표(B,2)에서 조금 떨어진 좌표 (A,1) (A,3), (C,1), (C,3) 각각의 변위측정값이 0.8이라 가정하자.
보통 파도 세기에 따른 좌표(B,2)에서의 변위측정값의 기준범위는 6 내지 6.5라 가정하자.
측정된 파도 세기는 보통이라고 가정하자.
그러면, 좌표(B,2)에서의 최종변위측정값은 다음과 같이 계산된다.
가. 좌표(B,2)에서의 변위측정값 1
나. (A,2), (B,1), (B,3), (C,2)에서의 변위측정값 0.9 각각에 높은 상관관계지수값(HR) 0.8을 곱한 다음 더한다. (0.9×0.8)+(0.9×0.8)+(0.9×0.8)+(0.9×0.8)=2.88
다. (A,1) (A,3), (C,1), (C,3)에서의 변위측정값 0.8 각각에 낮은 상관관계지수값(LR) 0.7을 곱한 다음 더한다. (0.8×0.7)+(0.8×0.7)+(0.8×0.7)+(0.8×0.7)=2.24
라. 이렇게 구한 모든 변위측정값을 더하면. 최종변위측정값은 (1+2.88+2.24)=6.12가 된다.
마. 최종변위측정값 6.12가 보통 파도 세기에 따른 좌표(B,2)에서의 기준범위 6 내지 6.5 범위내에 있으므로, 좌표(B,2)에서 하이브리드 연결체(100)의 구조건전성은 좋음으로 판정된다. 만약, 최종변위측정값이 기준값에 미달하거나 초가하면 하이브리드 연결체(100)에 문제가 있는 것으로 판단하여 경고를 보낸다.
이러한 측정방식에 정확도를 높이기 위해, 변위감지센서(130) 전체를 여러 차례 리셋(reset)하여, 변위측정값을 반복적으로 구할 수 있다. 이 밖에도, 상관관계지수를 이용한 최종변위측정값을 구하는 방법은 다양할 수 있다.
1: 부력체 2: 프레임
3: 태양전지판 31: 제1브라켓
32: 제2브라켓 41: 제1볼트
42: 제2볼트 51: 제1너트
52: 제2너트 100: 하이브리드 연결체
110: 고무재 120: 탄소직물재
130: 변위감지센서

Claims (3)

  1. 수상에 부유되는 부력체와, 상기 부력체에 결합된 프레임과, 상기 프레임 위에 설치된 태양전지판, 인접한 프레임을 서로 연결하는 하이브리드 연결체를 포함하며,
    상기 하이브리드 연결체의 일측이 인접한 2개의 프레임 중 어느 하나에 제1체결브라켓과 제1볼트와 제1너트로 연결되고, 상기 하이브리드의 연결체의 타측이 인접한 2개의 프레임 중 다른 하나에 제2체결브라켓과 제2볼트와 제2너트로 연결되며,
    상기 하이브리드 연결체는 고무재와, 상기 고무재의 상면과 하면 각각에만 적층된 탄소직물재로 구성되며,
    상기 고무재의 일측에는 상기 제1볼트가 통과하는 제1원통공이 뚫리고, 상기 고무재의 타측에는 상기 제2볼트가 통과하는 제2원통공이 뚫리며,
    상기 탄소직물재의 일측에는 상기 제1볼트가 통과하는 제1장공이 상기 제1원통공의 동일 중심선 상에 뚫리며, 상기 탄소직물재의 타측에는 상기 제2볼트가 통과하는 제2장공이 상기 제2원통공의 동일 중심선상에 뚫려서,
    상기 하이브리드 연결체의 굽힘과 뒤틀림에 따라, 상기 고무재가 자유롭게 굽혀지고 뒤틀리다가, 상기 제1볼트과 상기 제2볼트가 상기 제1원통공과 상기 제2원통공을 터트릴 정도로 상기 제1원통공의 내벽과 상기 제2원통공의 내벽에 압박을 가할 정도로 굽혀지고 뒤트릴때만, 상기 제1장공의 내주면과 상기 제2장공의 내주면이 상기 제1볼트 및 상기 제2볼트에 접촉되어, 상기 제1볼트와 상기 제2볼트가 상기 제1원통공과 상기 제2원통공 내에서 더 진행하여 상기 고무재를 찢는 것을 막아주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무재와 상기 탄소직물재는 접착된 상태 또는 분리된 상태인 것을 특징으로 하는 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고무재와 상기 탄소직물재 사이에 변위감지센서가 삽입되며,
    측정하고자 하는 하이브리브 연결체의 구조건전성은, 상기 측정하고자 하는 하이브리드 연결체에 삽입된 변위감지센서의 변위측정값과, 상기 측정하고자 하는 하이브리드 연결체의 주변 하이브리드 연결체의 변위측정값에 상관관계지수를 부여하여 최종 판단하며,
    상기 측정하고자 하는 하이브리드 연결체와 다른 하이브리드 연결체의 거리가 멀어질수록, 상기 다른 하이브리드 연결체의 변위측정값에 부여되는 상관관계지수의 값은 작아지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연결체를 포함하며 이의 구조건전성을 판단하는 수상 태양광 발전시스템.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100792244B1 (ko) * 2006-08-04 2008-01-07 주식회사 에스코알티에스 섬유보강 탄성받침 및 그 제조방법, 그리고 이를 구비한교량
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