KR102239490B1 - 수상용 태양전지 모듈 장치 - Google Patents

수상용 태양전지 모듈 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 일부가 물에 잠긴 상태로 수면에 떠 있도록 부력을 제공하는 중공형의 몸체를 구비하는 부력 제공 구조물; 및 상기 몸체의 내부 공간에 설치되는 태양전지 모듈을 포함하며, 상기 부력 제공 구조물은 상부에 비해 하부가 상대적으로 무겁게 형성되는 수상용 태양전지 모듈 장치가 제공된다.

Description

수상용 태양전지 모듈 장치 {PHOTOVOLTAIC MODULE APPARATUS FOR WATER SURFACE}
본 발명은 태양광 발전에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수상 태양광 발전에 사용되는 수상용 태양전지 모듈 장치에 관한 것이다.
오늘날 전기를 생산하는데 주로 사용되는 화석연료는 지구 상에 한정된 매장량을 가진 자원의 일종으로서 산업 발전으로 인해 급속히 늘어난 전기에너지 수용에 따라 무분별하게 사용되어 심각한 환경오염을 일으키게 됨은 물론, 머지않아 그 자원마저 고갈될 것이 예상됨에 따라 화석연료를 대체할 수 있는 소위 클린 에너지의 개발이 전 세계적으로 활발히 추진되고 있으며 그 대표적인 예가 태양광 발전이다.
태양광 발전은 풍력발전과 더불어 대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한하게 사용할 수 있기 때문에 큰 관심이 쏠리고 있다. 특히 태양광 발전은 발전 부위가 반도체 소자이고 제어부분은 수명이 매우 긴 전자부품 등으로 구성되며, 기계적인 진동이나 소음 등의 발생이 없고, 수십년에 이르는 동작수명을 보증받고 있다.
태양광 발전모듈을 설치하는 지상의 기하학적 구조에 의하여 설치 시 다양한 응용이 가능하고 해당 발전 시스템의 제어 및 운용을 반자동화 또는 자동화 프로그램을 통해 원격 혹은 무인으로 제어할 수 있다. 따라서 태양광 발전 시스템의 적극적인 활용은 에너지 자원이 절대적으로 부족한 우리나와 같은 환경에서는 적극적으로 개발하여야할 대체 발전시스템이다.
태양전지 패널은 대형사이즈에서 소형 사이즈까지 다양하게 설계되어 있으며, 대량의 전기를 생산하기 위해서는 대형사이즈의 수십, 수백개의 태양전지 패널을 구비해야 하므로 넓은 면적의 공간을 확보할 필요가 있다.
그런데 우리나라의 경우에는 국토의 대부분이 산지지역으로 구성되어 있으며, 상대적으로 적은 평야지역에서는 사람이 거주, 농업 및 산업영역으로 활용하기에도 넉넉지 못한 상황이어서 평야지역에 대량의 전기 생산을 위한 대면적의 지상공간을 확보하기가 쉽지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 바다, 강, 호수와 같은 수면에 태양광 발전 장치를 설치하는 시도가 이루어지고 있다. 이와 같이 수면에 설치되는 태양광 발전장치는 태양전지 패널이 부력체에 의해 수면 위에 떠 있도록 구성되는데, 부력체가 바람이나 파도에 의해 흔들려서 태양광 발전의 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1757206호 "수상태양광 발전장치 부유 구조물 및 구조물간의 연결방법" (2017.07.13.)
본 발명의 목적은 수면에서 안정적 자세를 유지하도록 하여 태양광 발전 효율을 향상시키는 수상용 태양전지 모듈 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 일부가 물에 잠긴 상태로 수면에 떠 있도록 부력을 제공하는 중공형의 몸체를 구비하는 부력 제공 구조물; 및 상기 몸체의 내부 공간에 설치되는 태양전지 모듈을 포함하며, 상기 부력 제공 구조물은 상부에 비해 하부가 상대적으로 무겁게 형성되는 수상용 태양전지 모듈 장치가 제공된다.
상기 몸체의 내부 공간은 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획되며, 상기 몸체에는 상기 제2 공간으로 물이 유입되도록 복수개의 통로 구멍들이 형성될 수 있다.
상기 몸체의 내부 공간은 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획되며, 상기 제1 공간은 중량물로 채워질 수 있다.
상기 부력 제공 구조물은, 상기 몸체의 내부 공간을 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획하는 구획판을 더 구비하며, 상기 태양전지 모듈은 상기 제2 공간에 위치하도록 설치될 수 있다.
상기 몸체의 내부 공간은 상기 태양전지 모듈에 의해 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획될 수 있다.
상기 몸체의 내부 공간은 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획되며, 상기 몸체는 내부에 상기 제1 공간을 형성하는 제1 부재와, 내부에 상기 제2 공간을 형성하는 투명한 재질의 제2 부재를 구비하며, 상기 제2 부재는 플라스틱 재질이며, 자외선 차단 코팅 처리된 것일 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 하부가 물에 잠긴 상태로 떠 있도록 부력을 제공하며, 상부의 일부 또는 전체는 외부로부터 태양광이 투과되는 몸체를 구비하고, 상기 몸체에는 상기 물과 구획되는 내부 공간이 형성되어 있고, 상기 내부 공간으로는 상기 투과되는 태양광이 입사되는 부력 제공 구조물; 및 상기 내부 공간에 설치되어, 상기 입사되는 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양전지 모듈을 포함하는 수상용 태양전지 모듈 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 태양전지 모듈이 수용되는 구체의 부력 제공 구조물의 하부가 상부에 비해 상대적으로 무겁게 형성됨으로써, 바람이나 파도에 의해 흔들려서 자세가 교란되더라도 자세가 바로 복원되므로, 태양광 발전 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치를 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수상용 태양전지 모듈 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 수상용 태양전지 모듈 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 태양전지 모듈의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 태양전지 모듈의 셀 조립체를 도시한 단면도이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치가 측면도로서 수상에 설치된 상태로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 수상용 태양전지 모듈 장치가 사시도로서 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치(100)는 부력을 제공하는 부력 제공 구조물(110)과, 부력 제공 구조물(110)에 설치되는 태양전지 모듈(130)과, 외부와의 통신을 위해 설치되는 통신 수단(140)을 구비한다. 본 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치(100)는 바다, 호수, 강 등에 설치되어서 사용되며, 하부가 물에 잠긴 상태에서 하부가 상부에 비해 상대적으로 무겁게 형성되는 부력 제공 구조물(110)에 의해 자세가 안정적으로 유지됨으로써, 발전 효율을 향상시키게 된다.
부력 제공 구조물(110)은 태양전지 모듈 장치(100)가 일부 물에 잠긴 상태에서 상부가 수면(S) 위에 노출되도록 적절한 부력을 제공하면서, 태양전지 모듈 장치(100)의 자세를 안정화시키는 기능을 수행한다.
부력 제공 구조물(110)은 내부에 태양전지 모듈(130)이 설치되는 내부 공간(111a)을 제공하는 중공형의 몸체(110a)와, 몸체(110a)의 내부 공간(111a)을 구획하는 구획판(120)을 구비한다.
몸체(110a)는 중공형의 구(球)체로서, 상호 결합되어서 몸체를 형성하는 제1 부재(111)와 제2 부재(115)를 구비한다. 본 실시예에서는 제1 부재(111)와 제2 부재(115)가 모두 반구형인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 부재(111)는 반구형으로서, 사용시 제2 부재(115)에 비해 아래에 위치하여 물에 잠긴다. 제1 부재(111)에는 복수 개의 통로 구멍들(112)이 형성되어서, 물이 자유롭게 유입되고 배출될 수 있다. 그에 따라, 제1 부재(111)의 내부 공간에는 물이 채워지게 된다. 복수 개의 통로 구멍들(112) 각각에는 이물질의 유입을 막기 위한 걸림 망(114)이 설치된다. 제1 부재(111)는 제2 부재(115)와 결합되어서 중공형의 구체인 몸체(110a)를 형성하는데, 제1 부재(111)의 상부 개구부는 구획판(120)에 의해 폐쇄되어서 밀봉된다. 그에 따라, 제1 부재(111)의 내부 공간에 채워진 물이 제2 부재(115) 쪽으로 유입되는 것이 방지된다. 제1 부재(111)의 내부 공간에 채워진 물에 의해 태양전지 모듈 장치(100)의 하부가 상부에 비해 상대적으로 무거워져서 자세를 안정적으로 유지하게 된다. 또한, 물이 복수 개의 통로 구멍들(112)을 통해 자유롭게 유출입함으로써, 태양전지 모듈 장치(100)가 물의 흐름에 의해 쉽게 이동하는 것이 방지된다.
제2 부재(115)는 반구형으로서, 제1 부재(111)와 결합되어서 중공형의 구체인 몸체(110a)를 형성하게 된다. 제2 부재(115)는 사용시 제1 부재(111) 부재에 비해 위에 위치하여 수면(S) 위로 볼록하게 노출된다. 제2 부재(115)는 태양광이 투과하도록 투명한 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어진다. 제2 부재(115)가 플라스틱 재질인 경우, 변색 방지를 위하여 제2 부재(115)의 외면은 자외선 차단(anti-UV) 코팅 처리될 수 있다. 제1 부재(111)는 제2 부재(115)와 동일한 재질로 이루어질 수 있는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 부재(115)의 내부 공간에 태양전지 모듈(130)이 설치되며, 제2 부재(115)의 내부 공간으로 물이 유입되지 않도록 제1 부재(111)와 결합되는 부분을 방수 처리된다. 제2 부재(115)는 태양전지 모듈(130)을 보호하는 기능도 하게 된다.
구획판(120)은 몸체(110a)의 내부 공간(111a)을 서로 밀봉된 제1 공간(112a)와 제2 공간(112b)으로 구획한다. 본 실시예에서 구획판(120)은 제1 부재(111)의 상부 원형 개구부를 폐쇄하도록 제1 부재(111)에 결합됨으로써, 제1 공간(112a)은 제1 부재(111)의 내부 공간이 되며, 제2 공간(112b)은 제2 부재(115)의 내부 공간이 된다. 본 실시예에서 제1 공간(112a)은 복수 개의 통로 구멍들(112)을 통해 물이 유입되어 물이 채워지는 공간이다. 본 실시예에서는 구획판(120)이 제1 부재(111)의 상부 원형 개구부에 결합되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 제2 부재(115)의 하부 원형 개구부에 결합될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
태양전지 모듈(130)은 복수 개의 태양전지 셀(131)들을 구비하는 통상적인 구성으로서, 수면(S) 위로 노출되는 몸체(110a)의 제2 공간(112b)에 태양전지 셀(131)이 상방을 향하도록 설치된다. 본 실시예에서는 태양전지 모듈(130)이 구획판(120) 상에 설치되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 태양전지 모듈(130)과 구획판(120)이 별도로 구분되어서 구비되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 태양전지 모듈(130)과 구획판(120)은 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 태양전지 모듈(130)이 구획판(120)의 기능을 수행하도록 구성될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
통신 수단(140)은 외부와의 통신을 위해 부력 제공 구조물(110)에 설치된다. 본 실시예에서는 몸체(110)의 제2 부재(115)의 상단에 설치되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 통신 수단(140)은 GPS 수신기를 구비함으로써, 수상용 태양전지 모듈 장치(100)의 정확한 위치가 파악될 수 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 수상용 태양전지 모듈 장치(100)의 특징적 동작을 설명하는 도면이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 수상용 태양전지 모듈 장치(100)가 수면에서 외력에 의해 기울어져 있다. 본 발명에서 수상용 태양전지 모듈 장치(100)가 구획판(120)과 수직이고 수상용 태양전지 모듈 장치(100)의 회전중심(O)을 통과하는 기준축선(B)이 연직축선(A)에 대해 일정 각도로 기울어진 상태를 의미한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 물이 몸체(110a)의 하부 공간인 제1 공간(112a)에 채워짐에 따라 수상용 태양전지 모듈 장치(100)의 무게 중심(G)은 회전중심(O)보다 아래에 위치한 상태에서 연직축선(A)으로부터 벗어나게 된다. 이 상태에서는 연직축선(A)으로부터 벗어난 무게 중심(G)에 의해 화살표로 도시된 바와 같이 수상용 태양전지 모듈 장치(100)의 자세를 복원시키는 회전력이 발생하여, 수상용 태양전지 모듈 장치(100)는 요구되는 자세를 별도의 구동장치가 없이도 안정적으로 유지하게 된다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치(200)가 단면도로서 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 수상용 태양전지 모듈 장치(200)는 반구형의 제1 부재(211)와 제2 부재(215)가 결합되어서 중공형의 구체를 형성하고, 구획판(120)에 의해 상부 공간과 하부 공간으로 구획되는 내부 공간을 제공하며, 상부 공간에 태양전지 모듈(130)이 배치되고, 상단에 통신 수단(140)이 설치되는 몸체(210a)를 구비한다. 몸체(210a)의 하부 공간에는 몸체(210a)의 무게 중심이 하부에 위치하도록 중량물(212)이 채워진다. 중량물(212)의 밀도는 물보다 크거나 동일한 것이 바람직하다.
상기 실시예들에서는 수상용 태양전지 모듈 장치의 무게 중심이 하부에 위치하도록 몸체(110a, 210a)의 하부 공간이 물이나 별도의 중량물로 채워지는 것으로 설명하지만, 이와는 달리, 아래에 위치하는 제2 부재(111, 211)가 위에 위치하는 제1 부재(115, 215)보다 무거운 재질인 것을 사용함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수상용 태양전지 모듈 장치(300)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 수상용 태양전지 모듈 장치(300)는 도 1에 도시된 실시예에서, 부력 제공 구조물(110)의 아래에 위치하는 저항체(350)와, 부력 제공 구조물(110)과 저항체(350)를 연결하는 연결대(360)를 구비한다. 저항체(350)에 의해 수상용 태양 모듈 장치(300)의 자세 유지 효과가 더 향상된다.
도 6에는 도 2에 도시된 태양전지 모듈(130)의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(430)이 평면도로서 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 태양전지 모듈(430)은 모듈 프레임(460)과, 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)과, 모듈 프레임(460)의 하부에 고정되어서 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)을 아래에서 받치는 받침 망(480)과, 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470) 각각을 개별적으로 받침 망(480)에 고정시키는 복수 개의 고정 수단들(490)을 구비한다.
모듈 프레임(460)은 중앙부에 개방된 개구부가 형성된 틀 부재로서, 본 실시예에서는 직사각형의 형태인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 모듈 프레임(460)의 개구부에 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)이 배치되며, 모듈 프레임(460)의 하부에 받침 망(480)이 고정되어서 복수 개의 셀 조립체들(470)을 받친다. 도시되지는 않았으나, 모듈 프레임(460)에는 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)과 전기적으로 연결되는 배선 구조가 형성된다.
복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)은 모듈 프레임(460)의 개구부 영역에 서로 이격되어서 배치된다. 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470)은 받침 망(480)에 의해 아래로 떨어지지 않고 지지된다. 복수 개의 태양전지 셀 조립체들(470) 각각은 고정 수단(490)에 의해 움직이지 않도록 고정된다. 도 7에는 태양전지 셀 조립체(470)가 단면도로서 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 태양전지 셀 조립체(470)는 태양전지 셀(471)과, 태양전지 셀(471)의 테두리를 감싸는 셀 프레임(475)을 구비한다.
태양전지 셀(471)은 통상적으로 사용되는 태양전지 셀로서, 상면에는 보호필름(472)이 위치하고, 하면에는 지지 구조물인 수지재의 받침판(473)이 위치한다.
셀 프레임(475)는 태양전지 셀(471)의 테두리를 감싸는 틀 부재로서, 태양전지 셀(471)을 밑에서 받치는 플랜지부(476)와, 플랜지부(476)로부터 위로 연장되어서 태양전지 셀(471)의 테두리를 감싸는 측벽부(478)를 구비한다. 도시되지는 않았으나, 플랜지부(476)에 형성된 개구부(477)를 통해 태양전지 셀(171)의 하면에 위치하는 단자 및 단자로부터 연장되는 전선이 노출될 수 있다. 셀 프레임(475)과 태양전지 셀(471)이 결합된 상태에서, 측벽부(478)의 상단이 태양전지 셀(471)의 상면보다 위로 더 돌출되도록, 측벽부(478)의 높이는 태양전지 셀(471)의 두께보다 크게 설정된다. 그에 따라, 고정 수단(490)에 의해 태양전지 셀(471)의 보호필름(472)이 손상되는 것이 방지된다. 측벽부(478)의 상단에는 고정 수단(490)이 안착되는 복수 개의 안착 홈(479)들이 형성된다. 측벽부(478)에서 태양전지 셀(471)보다 위로 돌출되는 부분에는 복수 개의 배수구들(4781)이 형성된다. 배수구들(4781)을 통해 셀 프레임(475) 내에 물이 고이지 않고 빠르게 배수될 수 있게 된다.
받침 망(480)은 복수 개의 태양전지 셀 조립체(470)를 아래에서 지지하도록 모듈 프레임(460)의 하면에 결합되어서 고정된다. 받침 망(480)의 구멍이 눈의 크기는 태양정지 셀 조립체(470)보다 작다. 받침 망(480)은 복수 개의 태양전지 셀 조립체(470)를 받칠 수 있도록 충분한 강도를 갖는 것이 바람직하다.
복수 개의 고정 수단들(490)은 낚시줄과 같은 복수 개의 고정 줄들로서, 태양전지 셀 조립체(470)의 위를 지나가면서 양쪽 끝단이 받침 망(480)에 묶여 고정된다. 이때, 고정 줄들(490) 각각은 셀 프레임(475)에 형성된 안착 홈(479)에 안착되어서 셀 조립체(470)를 고정시킬 수 있다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 수상용 태양전지 모듈 장치 110 : 부력 제공 구조물
110a : 몸체 111 : 제1 부재
112 : 통로 구멍 114 : 걸림 망
115 : 제2 부재 120 : 구획판
130 : 태양전지 모듈 140 : 통신 수단

Claims (15)

  1. 일부가 물에 잠긴 상태로 수면에 떠 있도록 부력을 제공하는 중공형의 몸체, 및 상기 몸체의 내부 공간을 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획하는 구획판을 구비하는 부력 제공 구조물; 및
    상기 제2 공간에 설치되는 태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 몸체에는 상기 제1 공간으로 물이 자유롭게 유입되고 상기 제1 공간으로부터 물이 자유롭게 유출되는 복수 개의 통로 구멍들이 형성되며,
    상기 제1 공간에 물이 채워진 상태가 되면, 상기 부력 제공 구조물은 상부에 비해 하부가 상대적으로 무겁게 형성되어, 하부가 물에 잠기 상태로 수면에 떠 있게 되는 수상용 태양전지 모듈 장치.
  2. 일부가 물에 잠긴 상태로 수면에 떠 있도록 부력을 제공하는 중공형의 몸체를 구비하는 부력 제공 구조물; 및
    상기 몸체의 내부 공간을 상호 밀폐된 하부의 제1 공간과 상부의 제2 공간으로 구획함과 아울러, 태양광에 의하여 전기를 생산하는 태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 몸체에는 상기 제1 공간으로 물이 자유롭게 유입되고 상기 제1 공간으로부터 물이 자유롭게 유출되는 복수 개의 통로 구멍들이 형성되며,
    상기 제1 공간에 물이 채워진 상태가 되면, 상기 부력 제공 구조물은 상부에 비해 하부가 상대적으로 무겁게 형성되어, 하부가 물에 잠기 상태로 수면에 떠 있게 되는 수상용 태양전지 모듈 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 몸체에는 상기 복수개의 통로 구멍들 각각에 걸림 망이 설치되는 수상용 태양전지 모듈 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    외부와의 통신을 위한 통신 수단을 더 포함하는 수상용 태양전지 모듈 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 부력 제공 구조물의 아래에 위치하도록 상기 부력 제공 구조물에 결합되는 저항체를 더 포함하는 수상용 태양전지 모듈 장치.
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