KR102257555B1 - 해상 태양광 발전장치의 부력체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 태양광 발전장치의 부력체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하방을 향해 개구된 오목한 형태의 에어챔버를 구성하여 슬래밍 현상에 따른 부력체의 부상(浮上) 후 자유낙하시 에어챔버에 수용된 공기에 의한 완충작용을 통해 부력체 손상이 방지될 수 있도록 한 해상 태양광 발전장치의 부력체에 관한 것이다.
이를 위해, 태양광발전모듈을 해상에 띄워 계류시키는 해상 태양광 발전장치의 부력체에 있어서, 부력체는 하방을 향해 개구된 요홈 형태의 에어챔버를 형성하여 공기를 수용할 수 있도록 구성되며, 상기 부력체는, 부력체의 상부를 구성하는 상부몸체; 및 부력체의 하부를 구성하며, 상기 상부몸체로부터 하방을 향해 연장되어 중간에 상기 에어챔버를 형성하는 하부몸체:를 포함하며, 상기 하부몸체의 단부는 하부몸체의 하방을 향해 라운드지게 형성되되, 하부몸체의 단부 양측이 라운드지게 형성된 유선형(流線型)으로 이루어지며, 상기 하부몸체의 단부 중, 상기 에어챔버에 대향하는 측에 형성되되 에어챔버의 상부를 향해 절곡된 돌부와 홈부로 이루어진 와류 형성부가 형성되어 에어챔버로 유입된 파랑의 에너지를 감쇠시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전장치의 부력체를 제공한다.

Description

해상 태양광 발전장치의 부력체{A floater of offshore photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 해상 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상의 파랑(波浪)에 의해 부력체 부상(浮上) 후 자유낙하시 수면과의 충돌로 인해 발생하는 슬래밍(slamming)에 의한 충격을 완화시켜 부력체 및 태양광 발전모듈 손상이 방지될 수 있도록 한 해상 태양광 발전장치의 부력체에 관한 것이다.

에너지 문제와 결부되어 신재생 에너지의 개발 및 이용이 활발히 이루어지고 있다. 이 중 태양광 발전은 다른 에너지를 이용하는 발전 방법에 비해 설치 및 운용이 용이하고, 비교적 안정적인 발전전력의 확보가 가능하여 가장 많은 관심을 받고 있다. 이러한 태양광 발전은 태양광을 받아 광전효과에 의해 전력을 생산하는 태양전지와 태양전지에서 생산된 발전전력을 교류전력으로 변환하거나, 변승된 직류전력으로 변환하는 변환기를 기본으로 하여 구성된다. 이 태양광 발전은 타 발전방법에 비해 상대적으로 설치 및 운용이 용이하고 빠른 설치가 가능한 장점은 있으나, 발전량이 설치 면적에 비례하기 때문에 원하는 발전량을 확보하기 위해서는 설치 및 운용을 위한 부지의 확보가 필연적이다. 하지만, 입지조건에 부합하는 부지의 확보가 용이하지 않은 실정이다. 이와 같은 문제를 해소하기 위하여 강, 호수, 저수지와 같은 수상 및 해상에 설치하여 운용되고 있는 실정이다. 특히 해상 태양광 발전장치는 유휴 수면을 활용하기 때문에, 부지 구입비용이 절감될 뿐만 아니라, 지상의 태양광 시설에 비하여 냉각효과가 우수한 이점이 있다.

종래의 해상 태양광 발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 부력체(10)와, 태양광발전모듈(20)과, 프레임(30)으로 구성된다. 이때, 부력체(10)는 해상 환경 및 태양광발전모듈(20) 규모 등을 고려하여 복수로 구성될 수도 있다. 한편, 종래의 해상 태양광 발전장치는 파랑(波浪)의 영향에 항상 노출되어 있고, 파랑으로 인해 해상 태양광 발전장치는 6자유도 운동(6-DOF motion)을 한다. 해상 태양광 발전장치가 파도에 의해 연직운동(heave motion)을 하는 과정에서 순간적으로 물위로 부상(浮上)하여 도 2에 도시된 바와 같이 부력을 받지 못하는 상태에 놓일 수 있다.이때, 해상 태양광 발전장치는 부력을 받지 못한 상태에서 자유낙하 되어 수면에 부딪히고, 순간적으로 매우 강한 충격 하중을 받는 슬래밍(slamming) 현상이 발생하여 부력체를 파손시킬 수 있는 문제가 있다. 나아가 부력체 충격이 태양광발전모듈로 전달되어 태양광발전모듈 손상에 따른 보수 및 교체로 인한 경제적 부담이 야기되는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1246487호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부력체에 공기를 수용할 수 있는 에어챔버를 형성하여, 부력체가 부상하였다가 자유낙하시 에어챔버로 하여금 완충작용을 하도록 함으로써 슬래밍(slamming) 현상에 따른 부력체 파손이 방지될 수 있도록 한 해상 태양광 발전장치의 부력체를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 태양광발전모듈을 해상에 띄워 계류시키는 해상 태양광 발전장치의 부력체에 있어서, 부력체는 하방을 향해 개구된 요홈 형태의 에어챔버를 형성하여 공기를 수용할 수 있도록 구성되며, 상기 부력체는, 부력체의 상부를 구성하는 상부몸체; 및 부력체의 하부를 구성하며, 상기 상부몸체로부터 하방을 향해 연장되어 중간에 상기 에어챔버를 형성하는 하부몸체:를 포함하며, 상기 하부몸체의 단부는 하부몸체의 하방을 향해 라운드지게 형성되되, 하부몸체의 단부 양측이 라운드지게 형성된 유선형(流線型)으로 이루어지며, 상기 하부몸체의 단부 중, 상기 에어챔버에 대향하는 측에 형성되되 에어챔버의 상부를 향해 절곡된 돌부와 홈부로 이루어진 와류 형성부가 형성되어 에어챔버로 유입된 파랑의 에너지를 감쇠시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전장치의 부력체를 제공한다.

삭제

삭제

또한, 상기 상부몸체에는 부력체의 외부와 에어챔버를 통하게 하는 벤트공이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체는 하향 개구된 개구부가 형성된 요홈 형태의 에어챔버를 형성하고, 상기 에어챔버는 부력체가 부상하였다가 자유낙하시 수면에 부딪히는 충격을 완화시키는 완충작용을 수행할 수 있으므로 해상 태양광 발전장치의 부력체는 슬래밍 현상에 따른 부력체 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 해상 태양광 발전장치의 부력체는 하단부가 유선형(流線型)으로 형성됨으로써, 부상하였다가 자유낙하시 부력체에 작용하는 수면과의 충격압력을 감쇠시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 해상 태양광 발전장치 부력체의 하단부는 부력체의 자유낙하시 에어챔버의 내부에서 해수의 와류(vortex)가 발생할 수 있도록 와류형성부를 형성함으로써 부력체에 전달되는 충격량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 해상 태양광 발전장치의 부력체에는 에어챔버의 압축공기가 방출될 수 있는 벤트공이 형성됨으로써, 부력체의 과도한 부력 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라, 해상 태양광 발전장치의 부력체는 파도에 의한 과도한 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 해상 태양광 발전장치가 해상에 부유된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 해상 태양광 발전장치가 슬래밍 현상에 의해 수면으로부터 부상된 후 자유낙하되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체를 나타낸 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체를 나타낸 저면 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체가 부상되었다가 자유낙하되었을 때 에어챔버를 통해 완충작용을 하는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체가 복수로 제공되되 부력체간에 공간이 확보된 상태의 해상 태양광 발전장치를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체가 복수로 제공되되 부력체간에 공간이 확보되지 않은 상태의 해상 태양광 발전장치를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체에 대하여 설명하도록 한다.

해상 태양광 발전장치의 부력체는 해상의 슬래밍(slamming) 현상에 따른 수면으로부터 부상(浮上) 후 수면으로 자유낙하시 에어챔버를 통해 충격을 완화시킬 수 있도록 하였다. 이에 따라, 해상 태양광 발전장치의 부력체는 부력체에 작용하는 연직방향의 힘을 줄여 충격에 따른 손상을 방지할 수 있으며, 태양광 발전모듈로의 충격 에너지 전달을 최소화할 수 있다.

해상 태양광 발전장치의 부력체는 도 3a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 상부몸체(100)와 하부몸체(200)를 포함한다.

상부몸체(100)는 부력체의 상부를 구성하며, 상부몸체(100)의 상면은 태양광발전모듈이 설치될 수 있도록 제공된다. 상부몸체(100)는 사각 형태로 제공됨이 바람직하나 형태가 한정되는 것은 아니다. 상부몸체(100)에는 도 3a에 도시된 바와 같이 벤트공(110)이 형성된다. 벤트공(110)은 후술하는 에어챔버와 상부몸체(100)의 외부를 통하게 하는 구성으로써, 부력체의 자유낙하시 에어챔버의 압축공기가 배기되도록 한 구성이다. 벤트공(110)은 한 개 이상임이 바람직하며 상세한 설명은 후술하기로 한다.

하부몸체(200)는 부력체의 하부를 구성하며, 에어챔버(210)를 형성하는 부위이다. 하부몸체(200)에는 도 3b에 도시된 바와 같이 하부몸체(200)의 하방을 향해 개구된 에어챔버(210)가 형성되며, 에어챔버(210)는 공기를 수용할 수 있는 요홈 형태의 공간을 구성한다. 에어챔버(210)는 도 3b에 도시된 바와 같이 하부몸체(200)의 저면으로부터 상부몸체(100)를 향해 오목하게 형성되며, 반구(半球) 형태로 제공될 수 있다. 이와 같이 부력체의 하부에 에어챔버(210)가 형성됨으로써, 부력체 자유낙하시 상기 에어챔버(210)는 공기층을 갖는 완충쿠션의 역할을 할 수 있는 것이다. 에어챔버(210)는 부력체 자유낙하시 부력체에 가해지는 충격량을 줄일 수 있으므로, 부력체 손상을 방지할 수 있으며 부력체에 설치된 태양광발전모듈 손상을 방지할 수 있다.

하부몸체(200)의 단부는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 라운드지게 형성된 유선형(流線型)으로 제공됨이 바람직하다. 하부몸체(200)의 단부가 유선형으로 형성됨으로써 부력체 자유낙하시 부력체가 수면에 잠길 때 하부몸체(200)의 단부 체면적은 최소화된 상태인바 충격 압력을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라 하부몸체(200)의 단부는 부력체에 작용하는 연직방향으로의 힘을 줄여 충격량을 감소시킬 수 있으므로 부력체가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가 태양광발전모듈 파손을 방지할 수 있다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 해상 태양광 발전장치의 작용에 대하여 설명하도록 한다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 해상 파랑에 의해 해상 태양광 발전장치는 수면으로부터 부상하였다가 자유낙하를 하면서 충격이 발생하는 슬래밍(slamming) 현상이 발생한한다. 이때, 부력체는 하부몸체(200)의 단부가 라운드지게 형성됨으로써 수중에 잠길 때 충격을 감쇠시킬 수 있다. 또한, 에어챔버(210)의 내부에는 공기를 수용한 상태이기 때문에 부력체가 수중에 부딪힐 때 에어챔버내의 공기는 압축되면서 부력체의 자유낙하에 따른 수면과의 충격을 재차 감쇠시킨다. 이때, 에어챔버(210) 내에서 압축된 공기는 벤트공(110)을 통해 배출됨에 따라, 에어챔버(210)내에서의 과압이 해소되면서 부력체의 과도한 상승은 억제된다. 이와 같이 부력체의 상승후 자유낙하시 에어챔버(210)의 완충작용으로 인해 부력체는 충격량을 감소시킬 수 있으며, 수면과의 충격에 따른 손상을 방지할 수 있다.

한편, 상기한 부력체는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수로 제공될 수 있다. 도 5는 복수의 부력체 간에 공간이 확보된 상태로 설치된 것을 나타낸 도면으로써, 전술한 부력체가 태양광발전모듈 상에 나란하게 설치된다.

도 6은 태양광발전모듈의 크기가 비교적 작은 경우에 복수의 부력체가 설치된 것으로써, 복수의 부력체 간에 공간이 확보되기 어려운 경우이다. 이때 부력체의 이웃하는 하부몸체(200) 단부는 서로 반대 방향을 향해서만 라운드지게 형성됨이 바람직하다. 이는 이웃하는 하부몸체(200)가 서로 밀착되더라도 하부몸체(200)의 단부가 유선형(流線型)을 효과적으로 형성할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 부력체는 에어챔버(210)를 통해 완충작용을 수행함과 더불어, 와류(vortex)를 발생시켜 충격량을 더욱 감소시킬 수 있다. 이를 본 발명의 다른 실시예로 제시하며 첨부된 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.

부력체의 하부몸체(200) 단부는 도 7에 도시된 바와 같이, 에어챔버(210)를 향해 상향 절곡된 와류형성부(220)를 포함한다. 와류형성부(220)는 에어챔버(210)로 유입된 파랑이 상승하였다가 낙하될 때 재차 상승되도록 하여 와류를 형성시킴으로써 파랑의 에너지를 감쇠시킬 수 있도록 한 것이다. 와류형성부(220)는 도 7에 도시된 바와 같이, 하부몸체(200)의 단부 중 에어챔버(210)에 대향하는 측에 형성되되 에어챔버(210)의 상부를 향해 절곡된 돌부와 홈부로 구성됨이 바람직하다.

이에 따라, 부력체는 슬래밍 현상시, 에어챔버(210)의 완충작용을 통해 충격을 감쇠시킬 수 있으며, 와류형성부(220)를 통해 에어챔버 내에서 와류를 형성시킴으로써 파랑의 에너지를 재차 감쇠시킬 수 있으므로 부력체의 자유낙하에 따른 완충 작용은 극대화될 수 있다. 한편, 다른 실시예에 따른 부력체도 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수로 제공되어 해상 태양광발전장치를 구성할 수 있음은 당연하다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 해상 태양광 발전장치의 부력체는 해상에서의 슬래밍 현상시 에어챔버를 통해 완충 작용이 이루어질 수 있도록 함으로써 부력체가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 하였다. 나아가 부력체에 설치된 태양광 발전모듈이 손상되는 것을 방지하여 유지 보수 비용 절감을 통한 경제성을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 상부몸체 110 : 벤트공
200 : 하부몸체 210 : 에어챔버
220 : 와류형성부

Claims (4)

1. 태양광발전모듈을 해상에 띄워 계류시키는 해상 태양광 발전장치의 부력체에 있어서,
   부력체는 하방을 향해 개구된 요홈 형태의 에어챔버를 형성하여 공기를 수용할 수 있도록 구성되며,
   상기 부력체는,
   부력체의 상부를 구성하는 상부몸체; 및
   부력체의 하부를 구성하며, 상기 상부몸체로부터 하방을 향해 연장되어 중간에 상기 에어챔버를 형성하는 하부몸체:를 포함하며,
   상기 하부몸체의 단부는 하부몸체의 하방을 향해 라운드지게 형성되되, 하부몸체의 단부 양측이 라운드지게 형성된 유선형(流線型)으로 이루어지며,
   상기 하부몸체의 단부 중, 상기 에어챔버에 대향하는 측에 형성되되 에어챔버의 상부를 향해 절곡된 돌부와 홈부로 이루어진 와류 형성부가 형성되어 에어챔버로 유입된 파랑의 에너지를 감쇠시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전장치의 부력체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부몸체에는 부력체의 외부와 에어챔버를 통하게 하는 벤트공이 형성된 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전장치의 부력체.

Images