KR102188442B1 - 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 농작물 재배와 태양광 발전이 동시에 가능하도록 하되, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도(피치각도)를 적절하게 조절하여 태양광 발전 효율성을 극대화하고, 태양 전지판 위에서 흘러내리는 빗물(우수)을 모아서 농업용수, 공업용수, 식수 등으로 활용할 수 있는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 및 그 영농형 태양광 발전 시스템의 운전방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도를 적절하게 조절함으로써, 발전효율을 배가시킬 수 있음은 물론 농작물의 종류에 따라 채광 양을 적절히 조절할 수 있다. 또한, 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 동절기 및 여름 가뭄 등을 대비하여, 우기 및 비가 내렸을 때, 우수 저장수단을 구비하여 영농에 필요한 용수를 확보하고 관계시설에 공급하게 함으로써, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 불필요하고, 기압차나 램 펌프 등의 공급펌프를 이용하여 호스나 관로를 통하여 농작물 생육을 할 수 있다. 또한, 낮에 광포화점이 부족한 발육이 늦은 생물의 경우, 광증폭 램프로서 Led(적청 led 조합)를 사용하여서 저녁 및 밤에 생육성장을 도와주는 역할을 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도를 적절하게 조절함으로써, 발전효율을 배가시킬 수 있음은 물론 농작물의 종류에 따라 채광 양을 적절히 조절할 수 있다. 또한, 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 동절기 및 여름 가뭄 등을 대비하여, 우기 및 비가 내렸을 때, 우수 저장수단을 구비하여 영농에 필요한 용수를 확보하고 관계시설에 공급하게 함으로써, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 불필요하고, 기압차나 램 펌프 등의 공급펌프를 이용하여 호스나 관로를 통하여 농작물 생육을 할 수 있다. 또한, 낮에 광포화점이 부족한 발육이 늦은 생물의 경우, 광증폭 램프로서 Led(적청 led 조합)를 사용하여서 저녁 및 밤에 생육성장을 도와주는 역할을 할 수 있다.
Description
본 발명은 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 농작물 재배와 태양광 발전을 동시에 가능하도록 하되, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도(피치각도)를 적절하게 조절하여 태양광 발전 효율성을 극대화하고, 태양 전지판 위에서 흘러내리는 빗물(우수)을 모아서 농업용수, 공업용수, 식수 등으로 활용할 수 있는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
지구 온난화에 따른 이산화탄소의 배출 규제, 에너지 다소비 건물의 에너지 사용량 제한에 대한 해결 방안으로 신재생 에너지의 중요도가 날로 높아지고 있다. 특히, 국가 저탄소 녹색성장 정책의 하나로 정부 및 지방자치단체의 신재생 에너지의 의무 사용은 이미 법제화되었으며, 이를 바탕으로 정부청사 등에서는 신재생 에너지를 적용하여 설치·운용 중이다.
신재생 에너지의 하나인 태양광 패널(태양 전지판)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치를 말한다.
태양광 패널의 원리를 간단히 살펴보면, P-N 접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 에너지보다 큰 에너지의 빛이 조사되면 전자와 정공이 발생하여 기전력을 발생시킨다.
최근에 농작물을 재배할 수 있는 지역에서는 농작물 재배와 태양광 발전을 동시에 수행할 수 있는 영농형 태양광 발전시스템을 설치하는 추세에 있다.
영농형 태양광 발전시스템은 기존 농지에 태양광 패널을 설치하여 농지보존과 농작물의 수확량 유지를 전제로 함과 동시에 전기 생산도 병행하는 시스템이다.
이러한 영농형 태양광 발전을 통해서 농가의 소득 증대와 신재생 에너지 보급 확대에 기여한다.
태양광 패널의 설치 높이에 있어서, 농기계 등의 운영이 가능한 높이로 태양광 패널을 설치하고, 태양광 패널의 간격을 적절하게 배치함으로써, 농작물에 충분한 일조량을 확보하여 농작물의 수확량을 설치 전(前)과 동일하게 유지한다.
영농형 태양광 발전은 친환경적인 기술로써 농작물 수확과 동시에 전기를 판매하여 농가 소득을 향상시키고, 우리나라의 좁은 국토를 효율적으로 활용하여 신재생 에너지 사업의 새로운 방향을 제시하고 있다.
태양광 발전 설비가 설치된 경작지에서 농작물을 재배하는 경우, 농기계 등의 진입시, 장애와 간섭을 방지하기 위하여 농기계(예를 들어, 트랙터)에 비하여 태양광 패널이 더 높게 배치되어야 하며, 추가로 농작물의 일조량을 확보하기 위하여 태양광 패널 사이 간격을 충분히 확보해야 한다. 따라서 영농형 태양광 발전시스템은 이러한 조건들 때문에 기존의 태양광 발전시스템과는 달리 설치 현장에서 많은 고소 작업이 수반되어야 한다.
종래 영농형 태양광 발전시설(특허등록 제10-1870374호)은 경작지에 세워져 고정되는 지지대를 포함하는 제1 유닛; 상기 지지대의 상단부로부터 관통 삽입되어 상기 지지대의 일정 높이에 고정되는 상하 양단 관통의 각관과, 상기 각관에 회동 가능하게 연결되어 펼쳐지거나 접혀지는 복수의 가새(brace) 바를 포함하는 제2 유닛; 및 복수의 상기 가새 바 각각의 상단부에 의하여 받침 지지되는 상부 골조 프레임과, 상기 상부 골조 프레임에 복수의 행과 열을 이루어 배치된 태양광 패널과 연결되어 상기 태양광 패널을 회동시키는 회동봉을 포함하는 제3 유닛;을 구비한다.
그러나 종래 영농형 태양광 발전시설은, 경작지의 지형적 위치에 따라 채광이 부족한 경우가 있거나 태양광의 입사각도가 시간에 따라 변하게 됨에도 태양광 패널의 설치각도가 고정되어 있으므로, 농작물을 위한 충분한 채광을 확보하지 못함은 물론 농작물의 종류에 따라 채광량을 조절할 수 없는 문제가 있다.
또한, 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 영농에 필요한 용수를 확보하지 못하므로, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 필요하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 농작물 재배와 태양광 발전이 동시에 가능하도록 하되, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도를 조절하여 태양광 발전효율을 극대화하고, 빗물을 모아서 농업용수, 공업용수, 식수 등으로 활용할 수 있는, 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 돌풍, 태풍, 기타 풍압에 의하여 변경된 태양광 모듈 피치 각도에 대하여 태양 추적을 최적화 할 수 있도록 태양광 모듈 각도 조절수단(수동, 자동, 전동)을 구비하여 일조 시간을 늘려서 태양광 발전량 증가로 수익을 극대화 할 수 있는, 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 동절기 및 여름 가뭄 등을 대비하여, 우기 및 비가 내렸을 때, 우수 저장수단을 구비하여 영농에 필요한 용수를 확보하고 관계시설에 공급하게 함으로써, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 불필요하고, 기압차나 램 펌프 등의 공급펌프를 이용하여 호스나 관로를 통하여 농작물 생육을 할 수 있는, 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 배면 투과형의 태양광 모듈 구조를 채택함으로써, 태양광 일부를 태양광 모듈 후방으로 입사시켜서 농작물에 충분한 채광을 확보하여 제공할 수 있으며, 태양광 발전소의 설치면적을 줄여 초기 투자비용을 줄이고, 이에 따라 유지보수 비용도 줄이는 효과가 있고, 태양광 발전소 부지면적도 줄여 자연환경을 보호할 수 있는, 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 및 그 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법을 제공한다.
우선, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템은 경작지에 세워져 고정 설치되는 복수개의 지지대; 상기 지지대를 연결하고 지지하며, 테두리를 형성하는 상부 골조 프레임; 상기 상부 골조 프레임을 가로질러 회전 가능하게 설치되는 복수개의 샤프트; 상기 샤프트에 서로 일정간격을 두고 착탈 가능하게 설치되며, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과할 수 있는 복수개의 배면 투과형의 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈의 설치각도를 조절할 수 있도록 상기 태양광 모듈에 연결 설치되는 태양광 모듈 각도조절수단; 및 상기 태양광 모듈의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장하는 우수 저장수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템은 상기 샤프트에 상기 태양광 모듈을 착탈 가능하게 설치하기 위하여, 상기 태양광 모듈 배면에 설치되며, 양쪽에 걸림홈을 갖는 걸림편이 형성된 로킹 브래킷; 상기 샤프트에 고정되며, 상기 로킹 브래킷에 탄력적으로 결합하도록 신축 가능하게 구성되며, 상기 결합홈에 결합하기 위하여 양쪽에 결합돌기가 형성되는 로킹바; 및 상기 로킹바의 신축을 위해서 상기 로킹바의 내부에 설치되는 압축 스프링을 포함한다.
또한, 상기 태양광 모듈 각도조절수단은 상기 태양광 모듈의 배면에 고정 설치되는 슬라이드 레일; 상기 슬라이드 레일을 따라 이동하는 슬라이더; 상기 슬라이드 레일을 따라 상기 슬라이더를 이동시키기 위하여 일단이 상기 슬라이더에 힌지 결합되고, 중간 부분에는 회동을 위한 고정힌지가 형성되는 링크 바; 상기 링크 바의 타단이 힌지 결합되고, 내측에 암나사부가 형성되는 이송너트; 상기 이송너트가 이동 가능하게 삽입되며, 상부에는 절개홈이 형성되는 이송채널; 상기 이송채널 안에서 제자리 회전 가능하게 설치되며, 상기 암나사부에 정역방향으로 결합하거나 풀리면서 상기 이송채널 안에서 상기 이송너트를 이동시키는 결합볼트; 및 상기 결합볼트를 회전시키는 구동부를 포함한다. 여기서, 고정힌지(Fixed Hinge)란 링크 바의 회동을 위한 회동점 역할을 하지만 그 위치가 이동하지 않는 힌지를 말한다.
또한, 상기 태양광 모듈 각도조절수단은 상기 샤프트의 양단부에 설치되는 피동 스프라켓; 상기 피동 스프라켓과 일정 간격을 유지하는 구동 스프라켓; 상기 구동 스프라켓을 회전시키기 위한 구동모터; 및 상기 구동모터의 동력을 상기 피동 스프라켓에 전달하기 위하여 상기 피동 스프라켓과 상기 구동 스프라켓을 서로 연결하는 체인을 포함한다.
또한, 상기 우수 저장수단은 상기 태양광 모듈의 전면에서 흘러내린 빗물을 받을 수 있도록 상기 투과형 태양광 모듈 사이에 배치되는 빗물 받이대; 상기 빗물 받이대에서 받은 빗물을 집수하기 위하여 테두리에 설치되는 우수 관로; 상기 우수 관로에 모인 빗물을 저장하기 위한 우수 저장탱크; 및 상기 우수 저장탱크에 저장된 빗물을 수요처에 공급하기 위한 우수 공급펌프를 포함한다.
또한, 상기 태양광 모듈은 태양 전지판의 테두리에 설치되는 프레임; 태양광의 일부를 상기 태양 전지판의 후방 쪽으로 유도할 수 있도록 상기 프레임의 내측에 설치되는 채광 채널; 태양광의 광로를 전환하기 위하여 상기 채광 채널 내부에 설치되는 프리즘; 상기 프리즘에 의해 광로 전환된 태양광이 투광되기 위하여 상기 태양 전지판의 배면에서 양쪽에 위치하는 상기 채광 채널을 서로 연결하되 상기 채광 채널에 탈착 가능한 투광 튜브; 상기 투광 튜브 안으로 유도된 태양광을 농작물 쪽으로 반사시키기 위하여 상기 투광 튜브 안에 고정 설치되는 반사부재; 농작물 쪽으로 반사되는 광을 증폭하기 위하여 상기 투광 튜브 안에 고정 설치되는 광증폭 램프; 및 농작물 쪽으로 광을 반사하기 위하여 상기 투광 튜브를 둘러 감싸는 반사갓을 포함한다.
한편, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법은 태양광 모듈을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과하여 농작물에 필요한 채광을 확보하는 단계; 태양광 모듈 각도조절수단을 이용하여 샤프트를 회전시키서 상기 태양광 모듈의 설치각도를 조절하는 단계; 및 우천시, 우수 저장수단을 이용하여 상기 태양광 모듈의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장한 후 수요처에 빗물(우수)을 공급하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 농작물 수확과 동시에 태양광 발전을 이용한 전기를 판매하여 농가 소득을 향상시키고, 우리나라의 좁은 국토를 효율적으로 활용하여 신 재생에너지 사업의 새로운 방향을 제시한다.
또한, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도를 적절하게 조절함으로써, 발전효율을 배가(倍加)시킬 수 있음은 물론 농작물의 종류에 따라 채광 양을 적절히 조절할 수 있다.
또한, 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 동절기 및 여름 가뭄 등을 대비하여, 우기 및 비가 내렸을 때, 우수 저장수단을 구비하여 영농에 필요한 용수를 확보하고 관계시설에 공급하게 함으로써, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 불필요하고, 기압차나 램 펌프 등의 공급펌프를 이용하여 호스나 관로를 통하여 농작물 생육을 할 수도 있다.
또한, 낮에 광포화점이 부족한 발육이 늦은 생물의 경우, 광증폭 램프로서 Led(적청 led 조합)를 사용하여서 저녁 및 밤에 생육성장을 도와주는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 산간오지, 섬, 물부죽 국가의 경우, 우수 저장탱크와 정수처리 시스템 연동하여 식수장치로도 활용할 수 있다.
또한, 본 발명은 야간에 병해충, 곤충류, 나방류, 양서류 등이 태양광 모듈 내부에 보금자리를 형성할 수 있으므로, 해충류 등이 기피하는 파장대를 가진 820~890㎚ 적색, 황색, 원적외선 led 등을 추가로 설치하고 작동시켜서 태양 전지판 상부 표면에 근접하지 못하도록 함으로써, 해충류 등이 태양광 모듈 내부에 보금자리를 형성하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 기후변화 심각성으로 가뭄이 아닌 지역에서 가뭄현상이 많이 일어나고 있으며 작물 생육에 필수적인 농업용수 확보를 위하여 지하수 관정 개발, 포크레인을 통한 저수조 개발, 전주 설치로 지하수를 펌핑하여 전력비 등 부가 비용 지출이 되고 있는 문제를 쉽게 해결할 수 있는 방법으로서 강수량이 많은 우리나라 실정에서 빗물 이용한 우수 저장관리 시스템을 두어 최소한의 농업용수를 확보하여 영농인의 수익 장출을 도모할 수도 있다.
또한, 배면 투과형의 태양광 모듈 구조를 채택함으로써, 태양광 일부를 태양광 모듈 후방으로 입사시켜서 농작물에 충분한 채광을 확보하여 제공할 수 있다.
또한, 태양광 발전소의 설치면적을 줄여 초기 투자비용을 줄이고, 이에 따라 유지보수 비용도 줄이는 효과가 있고, 태양광 발전소 부지면적도 줄여 자연환경을 보호하는 효과가 있다.
도 1은 식물의 광합성량 및 광포화점을 도시한 그래프
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 개략적으로 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 샤프트 및 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 고정 브래킷을 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 태양광 모듈의 배면에 샤프트를 결합하기 위한 구조물을 도시한 배면도
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 측면도
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도
도 9는 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 정면도
도 10은 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 배면도
도 11은 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 저면 사시도
도 12는 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 단면도
도 13은 본 발명의 제1실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 14는 본 발명의 제2실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 16은 본 발명의 다른 예에 따른 투광 튜브의 착탈 결합구조를 도시한 단면도
도 17은 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법을 설명하는 블록도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 개략적으로 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 도시한 측면도
도 4는 본 발명의 샤프트 및 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 고정 브래킷을 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 태양광 모듈의 배면에 샤프트를 결합하기 위한 구조물을 도시한 배면도
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 측면도
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도
도 9는 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 정면도
도 10은 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 배면도
도 11은 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 저면 사시도
도 12는 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 단면도
도 13은 본 발명의 제1실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 14는 본 발명의 제2실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도
도 16은 본 발명의 다른 예에 따른 투광 튜브의 착탈 결합구조를 도시한 단면도
도 17은 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법을 설명하는 블록도
주지하는 바와 같이, 빛은 다음 세 가지 요인에 의해 식물의 생육에 영향을 미친다. 광도(光度), 즉 빛의 세기 (Light intensity)와; 광질(光質) 즉, 빛의 파장에 따른 성질(Light quality)과; 일장(日長)즉, 낮 또는 밤의 길이(Day length)이다.
광도는 일반적으로 광도가 높아지면 광합성량이 광포화점까지 늘어나며, 식물의 종류에 따라 다소 다르긴 한데, 일례로 음지 식물은 빛이 너무 세면 잘 자라지 않으며, 광도가 변하면 잎의 색깔, 구조, 형태 등이 변한다.
광질은 식물의 형태 형성, 광합성 및 일장 반응에 영향을 미치며, 근 적외선에서는 식물이 도장하며, 610∼700㎚(나노미터) 정도의 적색계열의 빛은 광합성에 가장 유효하고 일장 반응에도 유효하고, 510∼610㎚ 정도의 녹색계열의 빛은 광합성에 거의 효과가 없으며, 400∼510㎚ 정도의 청색 계열의 빛은 광합성, 일장 반응에 유효하나 적색보다는 떨어지고, 315∼400㎚ 정도의 자외선에서는 초장이 짧아지며, 엽육이 두꺼워지고, 착색을 촉진하며, 315㎚ 이하의 빛은 식물에 유해하다.
일장은 식물의 개화에 영향을 미치며, 장일성 식물은 자신의 한계 일장보다 일장이 길어야 꽃이 피며, 단일성 식물은 자신의 한계 일장보다 일장이 짧아야 꽃이 피며, 중성 식물은 일장에 관계없이 어느 정도 자라면 꽃이 핀다.
모든 생물의 영양의 기초는 광합성으로서, 생물체는 태양광선에서 에너지를 얻는다. 하지만, 오직 녹색 식물만이 태양광선을 직접 써서, 이산화탄소, 물, 암모니아와 같은 단순 화합물에서 세포 성분들을 합성해 내는데, 이 과정을 광합성이라 한다. 즉, 빛의 작용에 의하여 유기 화합물이 합성되는 화학적 현상을 말하며, 식물의 색소(엽록소)가 빛의 에너지를 사용하며, 탄산가스와 물로 당분과 녹말을 만들어 내면서 산소를 내보내는 과정을 말한다.
도 1은 식물의 광합성량 및 광포화점을 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 광도가 높아지면 식물의 광합성량이 늘어나지만, 광합성량은 광포화점까지 늘어난다. 즉, 광포화점을 넘어가면 더 이상 증가하지 않는다.
본 발명은 농작물의 광포화점을 초과하는 빛을 태양광 발전에 사용하여, 농작물 재배와 태양광 발전을 겸용하도록 구성하며, 농작물 재배에 적합한 일조량이 공급되도록 태양광 모듈의 배치 및 설치각도를 적절하게 조절한다.
한편, 우리나라의 경우, 년간 평균 강수량은 1300mm/년으로 충분하나, 하천, 강, 바다 등으로 흘러 들어가 정작 필요시 식용수 까지 부족하게 되는 물부족 국가에 속한다.
여름 온도상승 및 용수의 흐름이 정체되어 저수지나 강의 유속이 느린 하천에서 식물성 플랑크톤이 녹조로 인하여 햇빛 부족으로 산소결핍이 되어 물고기 등이 다소 많이 죽어 가능 현상의 사례가 있으며, 이를 해소하고자 불필요한 강의 준설을 하게 되고, 식용수는 물론 농업용수로도 사용하지 못하는 결과가 발생할 수 있어 용수확보가 가장 중요한 계절이 바로 영농활동을 하는 시점이다.
또한, 우리나라도 2018년 최근, 지구 온난화에 의한 기후 변화에 따른 불확실한 기후, 날씨 변화로 뜻하지 않은 가뭄, 홍수, 슈퍼 태풍, 미세먼지 등이 한반도에 영향을 크게 미치고 있으며, 농사를 지을 수 있는 인적자원과 면적이 점점 줄어들어 식량자원까지도 위협을 주는 단계에 이르렀다. 통일 이후 한반도는 에너지와 식량자원이 부족할 것으로 예상되고 있으며, 영농활동을 할 수 있는 산악, 오지, 논, 밭, 섬 지역의 에너지 자립, 영농활동을 통한 식량자원 확보와 동시에 부가적인 태양광 발전 수익창출이 가능한 영농형 태양광 발전을 장려해야 하는 시점이다.
본 발명은 농작물 재배와 태양광 발전은 물론 우천시, 태양 전지판 위에서 흘러내리는 빗물(우수)을 모아서 농업용수나 공업용수나 식수 등으로 활용할 수 있도록 구성된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 및 그 영농형 태양광 발전 시스템의 운전방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 개략적으로 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템을 도시한 측면도, 도 4는 본 발명의 샤프트 및 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 고정 브래킷을 도시한 단면도, 도 5는 본 발명의 태양광 모듈의 배면에 샤프트를 결합하기 위한 구조물을 도시한 배면도, 도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도, 도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 측면도, 및 도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템은, 경작지에 세워져 고정 설치되는 복수개의 지지대(10); 지지대(10)를 연결하고 지지하며, 테두리를 형성하는 상부 골조 프레임(20); 상부 골조 프레임(20)을 가로질러 회전 가능하게 설치되는 복수개의 샤프트(30); 샤프트(30)에 서로 일정간격을 두고 착탈 가능하게 설치되며, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과할 수 있는 복수개의 배면 투과형의 태양광 모듈(100); 태양광 모듈(100)의 설치각도를 조절할 수 있도록 태양광 모듈(100)에 연결 설치되는 태양광 모듈 각도조절수단(200)(300); 및 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장하는 우수 저장수단(500)을 포함한다.
본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템의 구성을 좀 더 상세하게 설명하면. 복수개의 지지대(10)가, 예를 들어 경작지의 모서리 및 외곽부분에 수직으로 고정 설치될 수 있으며, 상부 골조 프레임(20)이 지지대(10)를 연결하고 지지하며, 시스템의 테두리를 형성한다. 지지대(10)의 높이는 경작기 및 장비 등에 장애가 되지 않는 높이, 예를 들어 3 내지 4미터 정도로 구성될 수 있다.
지지대(10)의 설치위치 및 갯수는 실시 예에 국한되지 않으며, 설계조건에 따라 변경될 수 있다.
상부 골조 프레임(20)은 사각 테두리를 형성하는 외곽 프레임과 외곽 프레임을 가로지르는 중간 프레임을 포함한다. 더 나아가, 보강 바(21)가 연결되어 지지대(10)를 더욱 견고하게 고정한다.
또한, 복수개의 샤프트(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 골조 프레임(20)을 가로질러 고정 브래킷(31)에 회전 가능하게 설치될 수 있는 데, 샤프트(30)는 서로 일정간격을 두고 배치된다.
샤프트(30)는 태양광 모듈(100)은 태양광의 입사각도에 상응하여 태양광 모듈(100)의 설치각도(피치각도)를 조절하도록 하기 위한 회전축의 역할을 한다.
또한, 본 발명에서, 태양광 모듈들을 어레이(array) 별로(또는 소그룹 별로) 나뉘고, 그 어레이별 간의 간격 및 폭을 조절할 수 있도록 구성하여서, 작물 종류에 따라 태양광 모듈들의 간격 및 폭을 적절하게 조절함으로써, 작물의 성장에 필요한 채광을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 태양광 모듈(100)의 배면에는 샤프트(30)를 결합하기 위하여 아래와 같은 구조물이 설치된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템은 샤프트(30)에 태양광 모듈(100)을 착탈 가능하게 설치하기 위하여 태양광 모듈(100) 배면에 설치되며, 양쪽에 걸림홈(42)을 갖는 걸림편(43)이 형성된 로킹 브래킷(41); 샤프트(30)에 고정되며, 로킹 브래킷(41)에 탄력적으로 결합하도록 신축 가능하게 구성되며, 결림홈(42)에 결합하기 위하여 양쪽에 결합돌기(46)가 형성되는 로킹바(45); 및 로킹바(45)의 신축을 위해서 로킹바(45)의 내부에 설치되는 압축 스프링(47)을 포함한다.
로킹바(45)는 제1 로킹바(45a)와 제2 로킹바(45b)로 구성되는 데, 제1 로킹바(45a) 안으로 제2 로킹바(45b)가 삽입되는 구성으로, 압축 스프링(47)에 의해서 탄력적으로 신축(伸縮)되도록 구성된다.
또한, 도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 측면도이다.
또한, 도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단을 도시한 사시도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템은 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈(100)의 설치각도를 적절하게 조절하여 태양광 발전 효율성을 극대화하고자 태양광 모듈 각도조절수단(200)(300)을 구비한다.
태양광 모듈 각도조절수단(200)(300)은 태양광 모듈(100)의 설치각도를 조절할 수 있도록 태양광 모듈(100)에 연결 설치되는 데, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈(100)의 설치각도를 사용자가 적절하게 조절하도록 한다.
우선, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단(200)은 태양광 모듈(100)의 배면에 고정 설치되는 슬라이드 레일(210); 슬라이드 레일(210)을 따라 이동하는 슬라이더(220); 슬라이드 레일(210)을 따라 슬라이더(220)를 이동시키기 위하여 일단이 슬라이더(220)에 힌지(H1) 결합되고, 중간 부분에는 회동을 위한 고정힌지(H2)가 형성되는 링크 바(230); 링크 바(230)의 타단이 힌지(H3) 결합되고, 내측에 암나사부(241)가 형성되는 이송너트(240); 이송너트(240)가 이동 가능하게 삽입되며, 상부에는 절개홈(251)이 형성되는 이송채널(250); 이송채널(250) 안에서 제자리 회전 가능하게 설치되며, 암나사부(241)에 정역방향으로 결합하거나 풀리면서 이송채널(250) 안에서 이송너트(240)를 이동시키는 결합볼트(260); 및 결합볼트(260)를 회전시키는 구동부(270)를 포함한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단(200)에서는, 구동부(270)에 의해서 결합볼트(260)를 정방향 또는 역방향으로 제자리 회전시키면, 결합볼트(260)가 이송너트(240)의 암나사부(241) 안에 결합하거나 풀리게 되는 데, 이때 이송너트(240)가 이송채널(250) 안에서 이송채널(250) 길이방향을 따라 좌측방향 또는 우측방향으로 이동한다. 이송너트(240)의 좌우 이동에 의해서, 링크 바(230)는 고정힌지(H2)를 기준으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회동한다. 이때, 슬라이더(220)가 슬라이드 레일(210)을 따라 이동하면서 태양광 모듈(100)의 설치각도를 적절히 조절하도록 구성된다.
구동부(270)는 수동식과 자동식으로 구성될 수 있는데, 수동식의 경우에는 손잡이(271)를 갖는 휠(270)이 결합볼트(260)에 연결되도록 하는 구성이 가능하다.
또한, 자동식의 경우에는 커플러(280)를 결합볼트(260)에 선택적으로 연결되도록 하고, 구동모터(281)의 구동력을 이용하는 구성일 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단(300)은 샤프트(30)의 양단부에 설치되는 피동 스프라켓(310); 피동 스프라켓(310)과 일정 간격을 유지하는 구동 스프라켓(315); 구동 스프라켓(315)을 회전시키기 위한 구동모터(320); 및 구동모터(320)의 동력을 피동 스프라켓(310)에 전달하기 위하여 피동 스프라켓(310)과 구동 스프라켓(315)을 연결하는 체인(330)을 포함한다.
좀 더 구체적으로, 본 발명의 제2실시 예에 따른 샤시 각도조절수단(300)에서, 구동모터(320)의 구동력은 체인(330)을 통해서 구동 스프라켓(315)에서 피동 스프라켓(310)으로 전달되며, 이때 샤프트(30)를 회전시켜서 태양광 모듈(100)의 설치각도를 조절하도록 구성된다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 우수 저장수단에 대하여 설명한다.
본 발명의 우수 저장수단(500)은 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장하는 데, 저장한 빗물(우수)을 농업용수나 공업용수나 식수 등으로 이용할 수 있다.
우수 저장수단(500)은 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받을 수 있도록 투과형 태양광 모듈(100) 사이에 배치되는 빗물 받이대(510); 빗물 받이대(510)에서 받은 빗물을 집수하기 위하여 테두리에 설치되는 우수 관로(520); 우수 관로(520)에 모인 빗물을 저장하기 위한 우수 저장탱크(530); 및 우수 저장탱크(530)에 저장된 빗물을 수요처에 공급하기 위한 우수 공급펌프(540)를 포함한다.
즉, 빗물 받이대(510)는 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받을 수 있도록 투과형 태양광 모듈(100) 사이에 배치되는 데, 태양광 모듈(100)의 하측에 설치되는 오목한 형태로 구성될 수도 있고, 자바라 형태의 주름형으로 구성될 수도 있다.
자바라 형태의 주름형으로 구성된 경우, 주름형 빗물 받이대(510)는 펼쳐지거나 좁혀질 수 있는데, 태양광 모듈(100)의 설치각도가 조절되면서 가변되는 경우에도, 태양광 모듈(100)의 설치각도 조절시 간섭을 주지 않으면서도 태양광 모듈(100) 간의 사이를 통해서 흘러내리는 빗물을 안전하게 받을 수 있도록 구성된다.
우수 관로(520)는 빗물 받이대(510)에서 받은 빗물을 집수(集水)하기 위하여 사각의 테두리에 설치되는 데, 우수 저장탱크(530) 쪽으로 하향 경사지게 설치되어 빗물이 고이지 않도록 구성된다.
우수 저장탱크(530)는 우수 관로(520)에 모인 빗물을 저장하기 위하여 다수개로 구성될 수 있으며, 우수 저장탱크(530) 내에는 수위계가 설치되어 수위를 육안으로 확인하도록 디스플레이 하거나 전자동으로 사용자에게 무선 통신을 이용하여 알려 주도록 구성할 수도 있다.
우수 공급펌프(540)는 우수배관(541) 중간에 설치되어, 우수 저장탱크(530)에 저장된 빗물을 수요처에 공급하여 농업용이나 공업용이나 식수 등으로 활용하도록 할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 정면도, 도 10은 본 발명의 태양광 모듈을 도시한 배면도, 도 11은 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 저면 사시도, 도 12는 본 발명의 채광 채널과 투광 튜브를 도시한 단면도, 도 13은 본 발명의 제1실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도, 도 14는 본 발명의 제2실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도, 도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도, 도 16은 본 발명의 다른 예에 따른 투광 튜브의 착탈 결합구조를 도시한 단면도이다.
위 도면을 참조하면, 태양광 모듈(100)은 샤프트(30)에 서로 일정간격을 두고 착탈 가능하게 설치되며, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과할 수 있도록 구성됨으로써, 농작물에 충분한 채광을 확보하여 제공할 수 있다.
즉, 태양광 모듈(100)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여 전면(前面)에 설치되는 태양 전지판(111); 태양 전지판(111)의 테두리에 설치되는 프레임(F); 태양광의 일부를 태양 전지판(111)의 후방 쪽으로 유도할 수 있도록 프레임(F)의 내측에 설치되는 채광 채널(120); 태양광의 광로를 전환하기 위하여 채광 채널(120) 내부에 설치되는 프리즘(130); 프리즘(130)에 의해 광로 전환된 태양광이 투광되기 위하여 태양 전지판(111)의 배면에서 양쪽에 위치하는 채광 채널(120)을 서로 연결하되 채광 채널(120)에 탈착 가능한 투광 튜브(135); 투광 튜브(135) 안으로 유도된 태양광을 농작물 쪽으로 반사시키기 위하여 투광 튜브(135) 안에 고정 설치되는 반사부재(140); 농작물 쪽으로 반사되는 광을 증폭하기 위하여 투광 튜브(135) 안에 고정 설치되는 광증폭 램프(145); 및 농작물 쪽으로 광을 반사하기 위하여 투광 튜브(135)를 둘러 감싸는 반사갓(147)을 포함한다.
본 실시 예에서 프리즘이라는 용어는, 채광 채널 안으로 입사된 태양광을 굴절하기 위한 장치로서 반사경이나 그 밖의 태양광을 반사부재(140) 쪽으로 굴절하기 위한 부재를 포괄하는 개념으로 정의한다.
또한, 본 실시 예의 프레임(F)은 알루미늄이나 합성수지, 엔지니어링 플라스틱 등으로 제작되어 부식을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 태양광 모듈의 실시 예에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명의 태양광 모듈(110)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위한 태양 전지판(111)을 구비함은 물론 태양 전지판(111)과 각각 전기적으로 연결되어 태양 전지판(111)에서 생산되는 전기를 인버터(inverter)나 배터리(battery)에 제공하는 역할을 하는 정션박스(junction box)를 더 구비한다.
정션박스는 태양전지판 구조에서 공지 기술에 해당하므로, 이에 대한 도면과 설명은 생략하기로 한다. 태양 전지판(111)의 외곽에는 프레임(F)이 설치된다. 프레임(F)은 태양 전지판(111)의 외곽을 둘러 감싸며 알루미늄, 스틸, 플라스틱 등으로 제조될 수 있다.
본 발명의 영농형 태양광 발전 시스템은 태양광의 일부를 태양 전지판(111)의 후방 쪽으로 유도할 수 있도록 프레임(F)의 내측에 채광 채널(120)을 구비한다.
태양 전지판(111)과 채광 채널(120)의 전면에는 강화 유리(미도시)가 설치될 수 있다.
채광 채널(120)은 덕트 구조로 구성되며, 태양 전지판(111)의 전면(前面)에서 비치는 빛을 태양 전지판(111)의 후방 쪽, 즉 농작물 쪽으로 유도할 수 있도록 태양광을 채광하는 역할을 한다.
또한, 프리즘(130)은 태양광의 광로(光路)를 전환하기 위하여 채광 채널(120) 내부에 고정 설치된다. 프리즘(130)의 굴절각도는 설계 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 투광 튜브(135)는 프리즘(130)에 의해 광로 전환된 태양광이 투광되기 위하여 태양 전지판(111)의 배면에서 양쪽에 위치하는 채광 채널(120)을 서로 연결하되 채광 채널(120)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
투광 튜브(135)는 중공(中空)의 플렉시블한 재질로서 투명한 재질, 예를 들어 합성수지 등으로 제조될 수 있으며, 탈착수단에 의해서, 양쪽에 위치하는 채광 채널(120) 사이에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
투광 튜브(135)의 양쪽에는 오목렌즈부(133)가 형성될 수 있다. 오목렌즈부(133)는 프리즘(130)에서 굴절된 태양광이 투광 튜브(135) 안으로 균일하고 넓게 퍼지도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 탈착수단으로는 본 발명의 제1실시 예로서, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 채광 채널(120)에 투광 튜브(135)를 탈착 가능하게 설치하기 위하여 투광 튜브(135)의 양끝단부에는 결합돌기(134)가 형성되고, 채광 터널(120)에는 결합홈(136)이 형성될 수 있다.
또한, 반사부재(140)는 투광 튜브(135) 안으로 유도된 태양광을 농작물 쪽으로 반사시키기 위하여 투광 튜브(135) 안에 고정 설치된다.
반사부재(140)는 채광 채널(120)을 통해서 유도된 태양광을 농작물 쪽으로 반사시키기 위하여 태양 전지판(111)의 배면에 일정 간격을 유지하고 고정 설치된다. 태양 전지판(111)의 배면에 일정 간격을 유지하기 위하여 이격패드(미도시) 등을 사용할 수 있다.
즉, 반사부재(140)는 채광 채널(120)을 통해서 유도된 태양광을 농작물 쪽으로 반사시키되, 이격패드에 의해서 태양 전지판(111)의 배면에서 일정 간격을 유지하여서 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
즉, 태양 전지판(111)의 배면에 일정 간격을 유지하여서 방열효과를 향상시킴으로써, 과열(過熱)로 인한 태양 전지판(111)의 성능 저하를 사전에 방지할 수 있다.
반사부재(140)는 아래에서 위로 보호층, UV 차단층, 형광층, 증폭층, 확산층, 반사층이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다.
보호층, UV 차단층, 형광층, 증폭층, 확산층, 반사층은 하나의 패키지로 구성될 수 있다. 하나의 패키지로 구성되어 조립성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
반사층은 빛을 반사하며, 증폭층, 확산층은 채광 채널을 통해서 유도된 빛이 미약할 경우, 예를 들어, 야간에 불빛이 약한 경우, 이러한 미약한 빛을 증폭하고 확산시키는 역할을 하며, 형광층은 야간에도 약한 불빛에도 발광을 하도록 하며, 보호층은 반사부재 전체를 외부로부터 보호하는 역할을 하며, UV 차단층은 자외선을 차단하여 자외선이 농작물 쪽으로 유입되지 않도록 하는 역할을 한다.
또한, 광증폭 램프(145)는 농작물 쪽으로 반사되는 광(光)을 증폭하기 위하여 투광 튜브(135) 안에 고정 설치된다. 광증폭 램프(145)는 일예로서 엘이디 램프를 사용할 수 있다.
또한, 반사갓(147)은 농작물 쪽으로 광을 반사하기 위하여 투광 튜브(135)를 둘러 감싸는 위치에 설치되는데, 그 형태는 본 실시 예 이외에 다른 모양으로 다양하게 변경될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 반사부재(140)와 광증폭 램프(145)는 판상형태로 형성되어 투광 튜브(135)의 중간에 배치될 수 있다.
또한, 도 14는 본 발명의 제2실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도로서, 반사부재(140)에는 지지부재(141)에 의해서 지지되고, 광증폭 램프(145)에는 방열핀(145a)이 형성될 수 있다.
또한, 도 15는 본 발명의 제3실시 예에 따른 투광 튜브 내부를 도시한 종단면도로서, 반사부재(140)와 광증폭 램프(145)는 반호형태로 형성되어 투광 튜브 내측면에 밀착하여 설치될 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 따른 투광 튜브의 착탈 결합구조에서는, 채광 채널(120)에 투광 튜브(135)를 탈착 가능하게 설치하기 위하여 투광 튜브(135)의 양끝단부에 결합홈(236)이 형성되고, 채광 채널(120)에 결합돌기(234)가 형성되며, 결합돌기(234)는 스프링(S)에 의해서 탄력적으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 스프링(S)에 의해서 결합돌기(234)는 결합홈(236) 안에 탄력적으로 결합되도록 구성된다.
한편, 도 17은 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법을 설명하는 블록도이다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템 운전방법은 배면 투과형의 태양광 모듈(100)을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과하여 농작물에 필요한 채광을 확보하는 단계(S10); 배면 투과형의 태양광 모듈 각도조절수단(200,300)을 이용하여 샤프트(30)를 회전시키서 태양광 모듈(100)의 설치각도를 조절하는 단계(S20); 및 우천시, 우수 저장수단(500)을 이용하여 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장한 후 수요처에 우수(빗물)를 공급하는 단계(S30)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템에서는, 우선 배면 투과형의 태양광 모듈(100)을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 수요처에 공급하고 여분의 전기를 저장함은 물론 태양광 일부를 배면 쪽으로 투과하여 농작물에 필요한 채광을 확보할 수 있다. 또한, 배면 투과형의 태양광 모듈 각도조절수단(200,300)을 이용하여 샤프트(30)를 회전시키서 태양광 모듈(100)의 설치각도(피치각도)를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 우천시, 우수 저장수단(500)을 이용하여 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장한 후 수요처에 우수(빗물)를 공급할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 농작물 수확과 동시에 태양광 발전을 이용한 전기를 판매하여 농가 소득을 향상시키고, 우리나라의 좁은 국토를 효율적으로 활용하여 신 재생에너지 사업의 새로운 방향을 제시한다.
또한, 태양광의 입사각도에 따라 태양광 모듈의 설치각도를 적절하게 조절함으로써, 발전효율을 배가시킬 수 있음은 물론 농작물의 종류에 따라 채광 양을 적절히 조절할 수 있다.
또한, 영농형 구조로서 관계수가 필요한바, 동절기 및 여름 가뭄 등을 대비하여, 우기 및 비가 내렸을 때, 우수 저장수단을 구비하여 영농에 필요한 용수를 확보하고 관계시설에 공급하게 함으로써, 별도로 지하수 관정 굴착, 펌핑, 전원 등이 불필요하고, 기압차나 램 펌프 등의 공급펌프를 이용하여 호스나 관로를 통하여 농작물 생육을 할 수 있다.
또한, 낮에 광포화점이 부족한 발육이 늦은 생물의 경우, 광증폭 램프로서 Led(적청 led 조합)를 사용하여서 저녁 및 밤에 생육성장을 도와주는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 산간오지, 섬, 물부죽 국가의 경우, 우수 저장탱크와 정수처리 시스템 연동하여 식수장치로도 활용할 수 있다.
또한, 본 발명은 야간에 병해충, 곤충류, 나방류, 양서류 등이 태양광 모듈 내부에 보금자리를 형성할 수 있으므로, 해충류 등이 기피하는 파장대를 가진 820~890㎚ 적색, 황색, 원적외선 led 등을 추가로 설치하고 작동시켜서 태양 전지판 상부 표면에 근접하지 못하도록 함으로써, 해충류 등이 태양광 모듈 내부에 보금자리를 형성하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 기후변화 심각성으로 가뭄이 아닌 지역에서 가뭄현상이 많이 일어나고 있으며 작물 생육에 필수적인 농업용수 확보를 위하여 지하수 관정 개발, 포크레인을 통한 저수조 개발, 전주 설치로 지하수를 펌핑하여 전력비 등 부가 비용 지출이 되고 있는 문제를 쉽게 해결할 수 있는 방법으로서 강수량이 많은 우리나라 실정에서 빗물 이용한 우수 저장관리 시스템을 두어 최소한의 농업용수 확보하여 영농인의 수익 장출을 도모할 수 있다.
또한, 배면 투과형의 태양광 모듈 구조를 채택함으로써, 태양광 일부를 태양광 모듈 후방으로 입사시켜서 농작물에 충분한 채광을 확보하여 제공할 수 있다.
또한, 태양광 발전소의 설치면적을 줄여 초기 투자비용을 줄이고, 이에 따라 유지보수 비용도 줄이는 효과가 있고, 태양광 발전소 부지면적도 줄여 자연환경을 보호하는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
예를 들어, 총 18개의 태양광 모듈이 개시되어 있으나, 태양광 모듈의 갯수는 설치 장소나 설계조건에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 태양광 모듈 각도조절수단(200,300)은 2가지 이외에도 다른 구성이 가능하다.
또한, 태양광 모듈(태양광 패널)의 피치각도를 조절하여 주는 각도조절 수단이 마련되어 최적 일조시간 확보로 태양광 발전량 증가효과를 기대할 수 있는바, 도면에 도시하지는 않았으나, 태양광 모듈들을 어레이(array) 별로(또는 소그룹별로) 나뉘고, 그 어레이별 간의 간격 및 폭을 조절할 수 있도록 구성하여서 작물 종류에 따라 태양광 모듈들의 간격 및 폭을 적절하게 조절함으로써, 작물의 성장에 필요한 채광을 충분히 확보할 수 있다. 어레이별 간의 간격 및 폭 조절은 롤러 방식이나 레일 상의 롤러 방식 등이 모두 가능하다.
또한, 그룹별 태양광 모듈의 경우, 지지봉(샤프트)을 회전시켜 각도, 소그룹 태양광 모듈 지지의 각도를 볼스크류 또는 다관절 링크를 기울여 각도조절이 가능하며, 개별 태양광 모듈의 경우, 짐벌형식의 기구를 활용하여 panning(yawing), pitching, rolling 3축 모션조절이 가능하여 태양광 트레킹 센서와 연동함으로써, 최적화 일조면적 및 시간을 확보하여서 발전량 증대 및 수익창출 효과를 기대할 수 있다.
10: 지지대
20: 상부 골조 프레임
30: 샤프트
31: 고정 브래킷
41: 로킹 브래킷
42: 걸림홈
45: 로킹바
45a: 제1 로킹바
45b: 제2 로킹바
46: 결합돌기
47: 압축 스프링
100: 배면 투과형의 태양광 모듈
200: 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단
210: 슬라이드 레일
220: 슬라이더
230: 링크 바
240: 이송너트
241: 암나사부
250: 이송채널
251: 절개홈
260: 결합볼트
270: 구동부
280: 커플러
281: 구동모터
300: 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단
310: 피동 스프라켓
320: 구동모터
330: 체인
600: 지지대 이동수단
610: 커플러
620: 구동부
630: 구동 수직축
641: 베벨 기어
640: 피동 수평축
650: 휠
H1,H3: 힌지
H3: 고정힌지
20: 상부 골조 프레임
30: 샤프트
31: 고정 브래킷
41: 로킹 브래킷
42: 걸림홈
45: 로킹바
45a: 제1 로킹바
45b: 제2 로킹바
46: 결합돌기
47: 압축 스프링
100: 배면 투과형의 태양광 모듈
200: 제1실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단
210: 슬라이드 레일
220: 슬라이더
230: 링크 바
240: 이송너트
241: 암나사부
250: 이송채널
251: 절개홈
260: 결합볼트
270: 구동부
280: 커플러
281: 구동모터
300: 제2실시 예에 따른 태양광 모듈 각도조절수단
310: 피동 스프라켓
320: 구동모터
330: 체인
600: 지지대 이동수단
610: 커플러
620: 구동부
630: 구동 수직축
641: 베벨 기어
640: 피동 수평축
650: 휠
H1,H3: 힌지
H3: 고정힌지
Claims (6)
- 경작지에 세워져 고정 설치되는 복수개의 지지대(10);
상기 지지대(10)를 연결하고 지지하며, 테두리를 형성하는 상부 골조 프레임(20);
상기 상부 골조 프레임(20)을 가로질러 회전 가능하게 설치되는 복수개의 샤프트(30);
상기 샤프트(30)에 서로 일정간격을 두고 착탈 가능하게 설치되며, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 태양광 일부를 배면쪽으로 투과할 수 있는 복수개의 배면 투과형의 태양광 모듈(100);
상기 태양광 모듈(100)의 설치각도를 조절할 수 있도록 상기 태양광 모듈(100)에 연결 설치되는 태양광 모듈 각도조절수단(200)(300); 및
상기 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받아서 저장하는 우수 저장수단(500);을 포함하며,
상기 태양광 모듈 각도조절수단(200)은
상기 태양광 모듈(100)의 배면에 고정 설치되는 슬라이드 레일(210);
상기 슬라이드 레일(210)을 따라 이동하는 슬라이더(220);
상기 슬라이드 레일(210)을 따라 상기 슬라이더(220)를 이동시키기 위하여 일단이 상기 슬라이더(220)에 힌지(H1) 결합되고, 중간부분에는 회동을 위한 고정힌지(H2)가 형성되는 링크 바(230);
상기 링크 바(230)의 타단이 힌지(H3) 결합되고, 내측에 암나사부(241)가 형성되는 이송너트(240);
상기 이송너트(240)가 이동 가능하게 삽입되며, 상부에는 절개홈(251)이 형성되는 이송채널(250);
상기 이송채널(250) 안에서 제자리 회전 가능하게 설치되며, 상기 암나사부(241)에 정역방향으로 결합하거나 풀리면서 상기 이송채널(250) 안에서 상기 이송너트(240)를 이동시키는 결합볼트(260); 및
상기 결합볼트(260)를 회전시키는 구동부(270);를 포함하는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 샤프트(30)에 상기 태양광 모듈(100)을 착탈 가능하게 설치하기 위하여 상기 태양광 모듈(100) 배면에 설치되며, 양쪽에 걸림홈(42)을 갖는 걸림편(43)이 형성된 로킹 브래킷(41);
상기 샤프트(30)에 고정되며, 상기 로킹 브래킷(41)에 탄력적으로 결합하도록 신축 가능하게 구성되며, 상기 걸림홈(42)에 결합하기 위하여 양쪽에 결합돌기(46)가 형성되는 로킹바(45); 및
상기 로킹바(45)의 신축을 위해서 상기 로킹바(45)의 내부에 설치되는 압축 스프링(47);을 포함하는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 태양광 모듈 각도조절수단(300)은
상기 샤프트(30)의 양단부에 설치되는 피동 스프라켓(310);
상기 피동 스프라켓(310)과 일정 간격을 유지하는 구동 스프라켓(315);
상기 구동 스프라켓(315)을 회전시키기 위한 구동모터(320); 및
상기 구동모터(320)의 동력을 상기 피동 스프라켓(310)에 전달하기 위하여 상기 피동 스프라켓(310)과 상기 구동 스프라켓(315)을 서로 연결하는 체인(330);을 포함하는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 우수 저장수단(500)은
상기 태양광 모듈(100)의 전면에서 흘러내린 빗물을 받을 수 있도록 상기 태양광 모듈(100) 사이에 배치되는 빗물 받이대(510);
상기 빗물 받이대(510)에서 받은 빗물을 집수하기 위하여 테두리에 설치되는 우수 관로(520);
상기 우수 관로(520)에 모인 빗물을 저장하기 위한 우수 저장탱크(530); 및
상기 우수 저장탱크(530)에 저장된 빗물을 수요처에 공급하기 위한 우수 공급펌프(540);를 포함하는 각도조절 가능한 영농형 태양광 발전시스템. - 삭제
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| KR102533968B1 (ko) | 2020-11-09 | 2023-05-18 | 주식회사 청룡의에너지 | 영농형 태양광 발전 구조물 |
| KR102318676B1 (ko) | 2020-12-10 | 2021-10-27 | 김종일 | 음영해소를 위한 태양전지모듈 구조 |
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