KR102168139B1 - 수상 태양광발전 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수상에 태양광패널 설치시, 태양광패널 지지 구조를 최소화하여 경제적이면서도 밀어내기 시공이 용이하고, 횡방향 뒤틀림이 없어 횡방향으로 이웃하는 복수의 태양광패널 간 연결부의 파손을 방지할 수 있는 수상 태양광발전 구조물에 대한 것이다.
본 발명은 각각 횡방향으로 길이가 길게 배치되어 종방향으로 서로 이격되게 복수의 열로 구비되는 부유체; 상기 부유체의 상면에 종방향으로 고정되는 복수 열의 고정프레임; 종방향으로 이웃하는 부유체의 고정프레임을 상호 연결하기 위해 상기 고정프레임과 일정 길이 중첩되게 결합되는 것으로, 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성되어 하부에 끼워지는 고정프레임의 측벽 외측면이 지지프레임의 측벽 내측면에 밀착되어 힌지핀에 의해 결합되고, 상하부가 각각 고정프레임 상면 및 부유체 상면과 서로 이격됨으로써 단부가 상기 고정프레임에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합되는 지지프레임; 및 상기 부유체 사이 공간의 지지프레임의 상부에 횡방향으로 거치되는 태양광패널; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

수상 태양광발전 구조물{Structure for floating photovoltaics system}
본 발명은 수상에 태양광패널 설치시, 태양광패널 지지 구조를 최소화하여 경제적이면서도 밀어내기 시공이 용이하고, 횡방향 뒤틀림이 없어 횡방향으로 이웃하는 복수의 태양광패널 간 연결부의 파손을 방지할 수 있는 수상 태양광발전 구조물에 대한 것이다.
최근 신재생에너지 자원을 활용한 에너지 사업에 대한 관심이 증가하면서 친환경 에너지 자원인 태양광발전에 대한 관심이 꾸준히 증가하고 있다.
태양광발전은 태양전지를 이용하여 태양빛을 전기에너지로 직접 변환시키는 발전 방식으로, 자원 고갈에 대한 염려가 없고 환경오염 물질을 배출하지 않아 공해가 없는 장점이 있다.
이러한 태양광발전을 위해서는 대량의 태양광패널을 설치할 수 있도록 면적이 넓고 일조량이 일정한 대지를 확보할 수 있어야 한다. 그러나 현실적으로 한정된 국토 자원에서 이를 실현하기는 어렵기 때문에, 저수지나 호수 등에 설치 가능한 수상 태양광발전에 대한 기술이 많이 개발되고 있다.
이에 관한 종래기술로 도 1에 도시된 바와 같이, 강성 구조물인 프레임의 하부에 부유체를 결합하고, 프레임 상부에 태양광패널을 결합한 프레임 지지 구조에 대한 기술이 개발되었다(특허 제10-1843354호).
상기 프레임 지지 구조에서는 태양광발전 구조물 전체가 하나의 강성 구조를 이루고 있으므로 파랑 하중에 대하여 불리하다.
그리고 프레임 구조가 파랑 하중에 저항하여야 하기 때문에 프레임의 강성을 크게 하여야 한다. 이에 따라 프레임 구조 상세가 복잡해지고 자재량이 많이 소요되어 비경제적이다.
뿐만 아니라 프레임 상부에 유지 관리용 발판을 별도로 설치하여야 하므로, 전체 구조물의 중량이 증가하고 비용이 증가할 수밖에 없다.
또한, 수변에서 제작하여 밀어내기 작업시 프레임에 과도한 휨 하중이 작용하여 제작 유닛의 크기에 제한이 있고, 이에 따라 설치선을 빈번하게 운행해야 하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 부유체에 태양광패널을 일체화한 개별 힌지 구조에 대한 기술이 개발되었다(공개특허 제10-2018-0040403호).
상기 기술은 플라스틱 부유체의 사용이 필수적인데, 시간 경과에 따라 자외선, 온도 변화, 외부 충격 등에 의해 부유체가 변성 또는 파손되어 미세플라스틱 발생으로 수중 환경오염을 야기한다.
또한, 각 부유체가 전 방향에 대해 힌지 결합되므로 평면상 뒤틀림이 커서 연결부 파손이 쉽고 계류 설계가 어렵다.
아울러 이러한 개별 힌지 구조는 풍압에 취약하기 때문에, 태양광패널의 경사각을 크게 할 수 없어 발전 효율에 한계가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 수상에서 태양광패널을 지지하기 위한 지지 구조를 최소화하여 경제적이면서도 밀어내기 시공이 용이한 수상 태양광발전 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명은 횡방향 뒤틀림이 없어 이웃하는 태양광패널 간 연결부의 파손을 방지할 수 있고, 풍압에 대한 안정적인 거동 및 태양광패널의 경사각 조절이 용이한 태양광발전 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명은 종래 플라스틱 부유체의 사용으로 인한 수중 환경오염의 문제를 해결할 수 있는 수상 태양광발전 구조물을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 각각 횡방향으로 길이가 길게 배치되어 종방향으로 서로 이격되게 복수의 열로 구비되는 부유체; 상기 부유체의 상면에 종방향으로 고정되는 복수 열의 고정프레임; 종방향으로 이웃하는 부유체의 고정프레임을 상호 연결하기 위해 상기 고정프레임과 일정 길이 중첩되게 결합되는 것으로, 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성되어 하부에 끼워지는 고정프레임의 측벽 외측면이 지지프레임의 측벽 내측면에 밀착되어 힌지핀에 의해 결합되고, 상하부가 각각 고정프레임 상면 및 부유체 상면과 서로 이격됨으로써 단부가 상기 고정프레임에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합되는 지지프레임; 및 상기 부유체 사이 공간의 지지프레임의 상부에 횡방향으로 거치되는 태양광패널; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물을 제공한다.
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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 부유체의 횡방향 모서리에는 보강 앵글이 구비되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 부유체들은 부유체들을 종방향으로 가르지로도록 배치되는 연결밴드에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수상에 태양광패널 설치시, 횡방향으로 배치되는 부유체의 상부에 고정되는 고정프레임을 종방향으로 상호 연결하는 지지프레임이 고정프레임에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합된다. 따라서 횡방향으로 휨 변형에 저항 가능하므로, 평면상 횡방향으로 고정프레임과 지지프레임이 일체화되어 부유체와 함께 강성 구조를 형성함으로써 태양광패널의 변형을 방지할 수 있다.
둘째, 지지프레임이 고정프레임에 상하 방향으로 회전 변위가 허용되도록 결합된다. 따라서 수변에서 밀어내기 시공시 구조물에 휨 하중 부담을 최소화하고 태양광패널 면에 작용하는 풍하중에 대해 하중 부담을 경감시킬 수 있다. 이에 따라 태양광패널 지지 구조의 구조적 효율을 극대화하여, 소요 자재량을 최소화하고 구조물을 경량화할 수 있어 시공성 및 경제성이 향상된다.
셋째, 태양광패널이 지지프레임의 상부에 거치되므로, 고정프레임과 지지프레임 간 회전 변위가 발생하더라도 태양광패널이 손상되지 않는다. 또한, 태양광패널의 후단을 지지바에 의해 지지시키면, 태양광패널의 경사각을 자유롭게 조절하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
넷째, 태양광패널을 이웃하는 부유체 사이 공간의 상부에 위치시키면, 부유체를 태양광패널의 유지 및 관리를 위한 작업발판으로 활용할 수 있다.
다섯째, 강판을 절곡하여 형성한 박스 내부에 발포우레탄을 충전하여 부유체를 구성하면, 발포우레탄이 외부로 노출되지 않아 수중 환경오염의 우려가 없다.
도 1은 종래 프레임에 의해 지지되는 태양광패널을 도시하는 사시도.
도 2는 종래 힌지 결합된 부유체에 의해 지지되는 태양광패널을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명 수상 태양광발전 구조물을 도시하는 사시도.
도 4는 도 3에서 태양광패널 설치 전 상태를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명 수상 태양광발전 구조물을 도시하는 측면도.
도 6은 고정프레임과 지지프레임의 결합 관계를 도시하는 사시도.
도 7은 고정프레임과 지지프레임의 결합 관계를 도시하는 단면도.
도 8은 고정프레임과 지지프레임의 중첩 결합 상태를 도시하는 사시도.
도 9는 이웃하는 태양광패널 간 결합 관계를 도시하는 사시도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명 수상 태양광발전 구조물을 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3에서 태양광패널 설치 전 상태를 도시하는 사시도이며, 도 5는 본 발명 수상 태양광발전 구조물을 도시하는 측면도이다. 그리고 도 6은 고정프레임과 지지프레임의 결합 관계를 도시하는 사시도이고, 도 7은 고정프레임과 지지프레임의 결합 관계를 도시하는 단면도이다. 아울러 도 8은 고정프레임과 지지프레임의 중첩 결합 상태를 도시하는 사시도이고, 도 9는 이웃하는 태양광패널 간 결합 관계를 도시하는 사시도이다.
도 3 내지 도 5 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 수상 태양광발전 구조물은 각각 횡방향으로 길이가 길게 배치되어 종방향으로 서로 이격되게 복수의 열로 구비되는 부유체(1); 상기 부유체(1)의 상면에 종방향으로 고정되는 복수 열의 고정프레임(2); 종방향으로 이웃하는 부유체(1)의 고정프레임(2)을 상호 연결하기 위해 상기 고정프레임(2)과 일정 길이 중첩되게 결합되는 것으로, 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성되어 하부에 끼워지는 고정프레임(2)의 측벽(21) 외측면이 지지프레임(3)의 측벽(31) 내측면에 밀착되어 힌지핀(5)에 의해 결합되고, 상하부가 각각 고정프레임(2) 상면 및 부유체(1) 상면과 서로 이격됨으로써 단부가 상기 고정프레임(2)에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합되는 지지프레임(3); 및 상기 부유체(1) 사이 공간의 지지프레임(3)의 상부에 횡방향으로 거치되는 태양광패널(4); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수상에 태양광패널 설치시, 태양광패널의 지지 구조를 최소화하여 경제적이면서도 밀어내기 시공이 용이하고, 횡방향으로 뒤틀림이 없어 이웃하는 태양광패널 간 연결부의 파손을 방지할 수 있는 수상 태양광발전 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명 수상 태양광발전 구조물은 부유체(1), 고정프레임(2), 지지프레임(3) 및 태양광패널(4)로 구성된다.
상기 부유체(1)는 상부에 복수 개의 태양광패널(4)을 지지할 수 있도록 횡방향으로 길이가 길게 배치된다.
상기 횡방향으로 배치된 부유체(1)는 종방향으로 서로 이격되게 복수 열로 구비된다.
여기에서 종방향은 태양광패널(4)의 면이 바라보는 전후 방향을 의미하고, 횡방향은 태양광패널(4)이 배치되는 좌우 방향을 의미한다.
상기 부유체(1)는 강판을 절곡하여 형성한 박스 내부에 발포우레탄을 충전하여 구성할 수 있다.
이 경우 발포우레탄이 외부로 노출되지 않으므로, 부유체(1) 사용으로 인한 수중 환경오염의 우려가 없다.
상기 부유체(1)로 사용되는 강판 절곡 박스는 아연, 마그네슘, 알루미늄 등이 도금되어 기존 용융아연도금강판보다 내식성이 뛰어난 포스맥(PosMac)을 사용할 수 있다.
상기 강판 절곡 박스가 부유체(1)의 외부를 감싸도록 구성되므로, 각 부유체(1)는 횡방향, 즉 부유체(1)의 길이 방향으로 강성을 갖는다.
상기 고정프레임(2)은 부유체(1)의 상면에 종방향으로 고정된다.
상기 고정프레임(2)은 부유체(1)의 상부에 종방향으로 서로 평행하게 복수 개가 고정 설치된다.
상기 고정프레임(2)은 각 부유체(1)마다 개별적으로 구비되는 것으로, 볼트, 나사 등 별도의 체결 부재에 의해 부유체(1)의 상부에 고정 가능하다.
상기 지지프레임(3)은 종방향으로 이웃하는 부유체(1)의 고정프레임(2)을 상호 연결한다.
상기 지지프레임(3)은 단부가 상기 고정프레임(2)에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합된다.
즉, 상기 지지프레임(3)의 전단과 후단은 각각 전방 및 후방에 위치하는 고정프레임(2)과 회전 가능하게 힌지 결합된다.
이때, 상기 지지프레임(3)은 상하 방향으로만 회전 가능하고, 좌우 방향으로는 회전이 제한되도록 결합된다. 이에 따라 횡방향으로는 휨 변형에 저항 가능하고, 상하 방향으로는 회전 변위가 허용된다.
즉, 평면상 횡방향으로는 고정프레임(2)과 지지프레임(3)이 서로 일체화되어 강한 강성을 갖게 된다. 이에 따라 상기 고정프레임(2)과 지지프레임(3)은 횡방향으로 배치되는 부유체(1)와 함께 강성 구조를 형성하여 태양광패널(4)의 변형을 방지한다.
동시에 지지프레임(3)은 상하 방향으로는 자유롭게 회전 변위가 허용되므로, 수변에서 밀어내기 시공시 구조물에 휨 하중 부담을 최소화할 수 있다. 아울러 태양광패널(4) 면에 작용하는 풍하중에 대해 하중 부담을 경감시킬 수 있다.
이와 같이 수상에서 태양광패널(4)을 지지하기 위한 지지 구조의 구조적 효율을 극대화하면, 소요 자재량을 최소화하고 구조물을 경량화할 수 있어 시공성 및 경제성이 향상된다.
상기 태양광패널(4)은 지지프레임(3)의 상부에 횡방향으로 거치된다.
즉, 태양광패널(4)은 지지프레임(3)의 상부에만 거치되므로, 고정프레임(2)과 지지프레임(3) 간 회전 변위가 발생하더라도 태양광패널(4)의 손상 우려가 없다.
구체적으로 도 5, 도 9 등에 도시된 바와 같이, 상기 태양광패널(4)의 전단은 고정편(41)에 의해 지지프레임(3)에 직접 고정되고, 태양광패널(4)의 후단은 지지바(42)를 결합하되 지지바(42)가 지지프레임(3)과 태양광패널(4) 사이에 위치하도록 설치하여 태양광패널(4)이 전방을 향하도록 경사지게 설치할 수 있다.
또한, 도 9와 같이, 횡방향으로 이웃하는 태양광패널(4)의 프레임은 결합편(43)에 의해 상호 연결 가능하다.
이와 같이, 태양광패널(4)의 자체 프레임을 상호 연결하면, 태양광패널(4)을 지지하기 위한 별도의 프레임 물량을 절감할 수 있다.
도 5 등에 도시된 바와 같이, 상기 태양광패널(4)은 부유체(1) 사이 공간의 상부에 위치하도록 구성할 수 있다.
상기 태양광패널(4)을 이웃하는 부유체(1) 사이에 위치시키면, 부유체(1)를 태양광패널(4)의 유지 및 관리를 위한 작업발판으로 활용할 수 있다.
이에 따라 별도의 작업발판을 설치할 필요가 없어 편리하다.
뿐만 아니라 태양광패널(4) 하부의 물과 공기에 의해 태양광패널(4)의 열을 수냉 또는 공냉 방식으로 떨어뜨릴 수 있으므로, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8 등에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(3)은 고정프레임(2)과 일정 길이 중첩되게 고정프레임(2)에 결합할 수 있다.
이와 같이, 상기 지지프레임(3)과 고정프레임(2)을 일정 길이 중첩되게 결합하면, 평면상 횡방향에 변위에 대해 지지프레임(3)과 고정프레임(2)이 같이 저항할 수 있어 견고한 지지가 가능하다.
도 7 등에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(3)은 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성되어, 하부에 끼워지는 고정프레임(2)의 측벽(21) 외측면이 지지프레임(3)의 측벽(31) 내측면에 밀착되도록 결합할 수 있다.
상기 부유체(1)의 상부에 고정 결합되는 고정프레임(2)에 지지프레임(3)이 일정 길이 중첩되면서도 상하로 회전 가능하도록 지지프레임(3)은 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 지지프레임(3)과 고정프레임(2)은 측벽(21, 31)을 관통하도록 힌지핀(5)을 결합하여 지지프레임(3)이 회전 가능하도록 구성할 수 있다.
이를 위하여 상기 지지프레임(3)과 고정프레임(2)에는 상호 대응되는 위치에 힌지핀(5) 관통을 위한 관통공을 형성하여 둘 수 있다.
상기 지지프레임(3)은 상하 양방향 회전이 가능하도록 하면을 부유체(1)의 상부에서 일정 거리 이격되도록 위치시킴이 바람직하다.
또한, 상기 지지프레임(3)은 측벽(31) 하단을 외측으로 절곡하여 하부플랜지(32)를 형성할 수 있다. 상기 하부플랜지(32) 형성에 의하여 지지프레임(3)의 휨 성능이 향상된다.
상기 고정프레임(2)은 단면이 사각형인 4각 파이프로 구성할 수 있다.
또는, 상기 고정프레임(2)은 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성하고, 고정프레임(2)의 측벽(21) 하단을 외측으로 절곡하여 하부플랜지(22)가 구비되도록 형성할 수 있다.
상기 고정프레임(2)에 하부플랜지(22)가 구비되는 경우, 고정프레임(2)의 휨 성능이 향상될 뿐 아니라 하부플랜지(22)를 활용하여 체결 부재로 고정프레임(2)을 부유체(1)에 쉽게 고정할 수 있다.
이 경우 지지프레임(3)의 상하 양방향 회전이 가능하도록 지지프레임(3)의 하부플랜지(32)와 고정프레임(2)의 하부플랜지(22)는 상호 이격되도록 구성한다.
도 6 등에 도시된 바와 같이, 상기 부유체(1)의 횡방향 모서리에는 보강 앵글(11)이 구비될 수 있다.
상기 부유체(1)는 횡방향으로 태양광패널(4)의 변형을 방지할 수 있어야 한다.
따라서 하중을 지지할 수 있도록 부유체(1)의 길이 방향 강성을 보강하기 위하여, 횡방향, 즉 부유체(1)의 길이 방향 모서리에 각각 보강 앵글(11)을 결합 가능하다.
이때, 상기 고정프레임(2)은 보강 앵글(11)에 체결 부재 등으로 고정 가능하다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부유체(1)들은 부유체(1)들을 종방향으로 가르지로도록 배치되는 연결밴드(7)에 의해 상호 연결되도록 구성할 수 있다.
상기 태양광패널(4)에 풍하중이 작용하면, 각 태양광패널(4)마다 누적되는 하중을 지지프레임(3)과 고정프레임(2)을 힌지 연결하는 힌지 연결부에서 인장으로 지지하여야 한다.
그러나 이 경우 힌지 연결부에 하중이 지나치게 부담되어 손상될 가능성이 있다.
그러므로 휨 변형이 자유로우면서도 인장재의 역할을 할 수 있는 연결밴드(7)에 의해 부유체(1)들을 상호 연결함으로써, 태양광패널(4)에 작용하는 하중들을 연결밴드(7)의 인장력에 의해 지지하도록 구성할 수 있다.
1: 부유체
11: 보강 앵글
2: 고정프레임
21: 측벽
22: 하부플랜지
3: 지지프레임
31: 측벽
32: 하부플랜지
4: 태양광패널
41: 고정편
42: 지지바
43: 결합편
5: 힌지핀
7: 연결밴드

Claims (6)

  1. 각각 횡방향으로 길이가 길게 배치되어 종방향으로 서로 이격되게 복수의 열로 구비되는 부유체(1);
    상기 부유체(1)의 상면에 종방향으로 고정되는 복수 열의 고정프레임(2);
    종방향으로 이웃하는 부유체(1)의 고정프레임(2)을 상호 연결하기 위해 상기 고정프레임(2)과 일정 길이 중첩되게 결합되는 것으로, 하부가 개방된 ㄷ자형 단면으로 형성되어 하부에 끼워지는 고정프레임(2)의 측벽(21) 외측면이 지지프레임(3)의 측벽(31) 내측면에 밀착되어 힌지핀(5)에 의해 결합되고, 상하부가 각각 고정프레임(2) 상면 및 부유체(1) 상면과 서로 이격됨으로써 단부가 상기 고정프레임(2)에 상하 방향으로만 회전 가능하게 결합되는 지지프레임(3); 및
    상기 부유체(1) 사이 공간의 지지프레임(3)의 상부에 횡방향으로 거치되는 태양광패널(4); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 부유체(1)의 횡방향 모서리에는 보강 앵글(11)이 구비되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물.
  6. 제1항에서,
    상기 부유체(1)들은 부유체(1)들을 종방향으로 가르지로도록 배치되는 연결밴드(7)에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광발전 구조물.
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