KR102399057B1 - 수상 태양광 발전용 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수상 태양광 발전용 구조체에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 태양광패널을 지지하기 위한 프레임유닛의 하부에 부력체가 결합되어 형성되는 단위구조체를 연결수단으로 상호 결합하여 형성되는 수상 태양광 발전용 구조체에 있어서, 상기 부력체는, 상방에서 하방을 향할수록 수평단면의 형태가 유선형으로 변형되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상단부와 대응되는 형상을 가지면서, 몸체부의 상단부와 결합되어 밀폐된 공간부를 형성하는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 단위구조체간에 전달되는 충격을 효과적으로 소신할 수 있으면서도, 연결부위 변형 및 파손을 억제하여 내구성이 증대된 수상 태양광 발전용 구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이를 위하여 본 발명은 태양광패널을 지지하기 위한 프레임유닛의 하부에 부력체가 결합되어 형성되는 단위구조체를 연결수단으로 상호 결합하여 형성되는 수상 태양광 발전용 구조체에 있어서, 상기 부력체는, 상방에서 하방을 향할수록 수평단면의 형태가 유선형으로 변형되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상단부와 대응되는 형상을 가지면서, 몸체부의 상단부와 결합되어 밀폐된 공간부를 형성하는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 단위구조체간에 전달되는 충격을 효과적으로 소신할 수 있으면서도, 연결부위 변형 및 파손을 억제하여 내구성이 증대된 수상 태양광 발전용 구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수상 태양광 발전용 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 단위구조체간의 견고한 결합을 형성할 수 있으면서, 파랑에 의해 결합부위에 종횡방향으로 발생하는 충격을 완화하고, 응력을 분산시킬 수 있는 결합구조를 제공하며, 수중에서 부력체의 유체저항을 최소화시킬 수 있는 수상 태양광 발전용 구조체에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈 및 환경오염 등에 대한 우려가 사회적인 문제로 대두되면서, 기존의 에너지를 대체하여 친환경적인 청정 에너지에 대한 요구가 높아지고 있다. 이에 청정에너지의 하나로, 태양광을 이용한 태양광 발전이 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 상기 태양광 발전 방식은 효율 및 설치 비용 등을 고려하여 보다 저렴한 설치비용으로 높은 효율의 태양광 발전을 위하여 다양한 기술적 개발을 시도하고 있다. 이러한 점을 감안하여 근래에는 수면에 부상되는 태양광 발전 장치가 상용화되고 있다.
이러한 수상 태양광 발전용 구조체와 관련하여, 대한민국 공개특허 제 10-2020-0081981 호 (2020.07.08 공개, 이하 '선행기술문헌 1')가 제안된 바 있다. 선행기술문헌 1은 단위유닛을 연결하는 단위유닛간 연결용 탄성 브래킷을 제공하며, 도 1을 참조하면, 상기 선행기술문헌1의 연결용 탄성 브래킷(1)은 서로 이격을 두고 구비되는 한 쌍의 결합부재(2)와, 가이드핀 (5), 코일스프링(3) 및 한 쌍의 저마찰부재(4)를 포함하는 구조를 가짐에 따라, 단위유닛간에 전달되는 충격을 완화, 흡수, 차단할 수 있도록 한다.
그러나 상기 연결용 탄성 브래킷(1)은, 해수와 자외선에 노출됨에 따라 코일스프링이 부식되어 내구성이 저하되는 문제점이 발생하였다. 또한, 코일스프링(3)의 일단부와 타단부의 표면마찰을 줄이기 위해 한 쌍의 저마찰부재(4)가 구비되었으나, 오히려 구조적 취약부로 작용하여 잦은 파손과 변형의 원인이 되었으며, 공정 및 부속의 수가 증가되어 제조 시간 및 제조단가가 높아지는 한계가 있었다.
또한, 대한민국 등록특허 제 10-1492838 호(2015.02.06 등록, 이하 '선행기술문헌 2')에서는 한 개의 지지프레임(8)이 복수개의 태양광발전모듈(6)을 지지하는 수상 태양광발전시스템을 제공하며, 도 2를 참조하면 상기 선행기술문헌 2는 부력을 갖는 재질로 형성되는 지지프레임(8)과, 지지프레임(8)의 외부에 구비되어 연결와이어(7)를 지지하는 측면완충재(9)를 포함하되, 연결와이어(7)의 외부에는 충격방지와 간격유지를 위한 펜더(7a)가 단수 또는 복수개로 결합되어 이웃하는 지지프레임을 연결하는 연결부위의 휨변형이나 비틀림을 방지하도록 제안되었다.
그러나 상기 연결와이어(7)에 구비된 측면완충재(9)는 지지프레임(8)에 밀착 구비되지 않은 상태로 가요성 소재의 연결와이어(7)에 의하여 복수개가 연결되도록 제작됨에 따라 서로 엉키거나 끊어지는 문제점이 있었으며, 가동범위가 지나치게 넓게 확보됨에 따라 파랑에 의한 충격을 효과적으로 소산하지 못하는 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 부력체의 긴밀한 밀폐상태를 유지하면서도, 부력체의 유체저항을 최소화하여 파랑에 의한 충격 및 유동을 최소화 할 수 있도록 구조가 개선된 수상 태양광 발전용 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또다른 목적은 파랑에 의해 연결수단에 가해지는 응력에 의한 변형 및 파손을 방지할 수 있는 수상 태양광 발전용 구조체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 자외선에 의한 내구성 및 해수에 대한 내부식성이 개선된 연결수단을 이용하여, 복수의 단위구조체 사이에 발생되는 충격을 효과적으로 소산하여 안정적인 결합력이 확보될 수 있는 수상 태양광 발전용 구조체를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체는, 태양광패널(100)을 지지하기 위한 프레임유닛(200)의 하부에 부력체(300)가 결합되어 형성되는 단위구조체(A)를 연결수단(400)으로 상호 결합하여 형성되는 수상 태양광 발전용 구조체에 있어서, 상기 부력체(300)는 상방에서 하방을 향할수록 수평단면의 형태가 유선형(流線型)으로 변형되어 상단부의 수평단면은 4변을 지니는 정방형 단면을 지니고, 하방을 향할수록 점진적으로 변의 길이가 감소하여 하단부의 수평단면은 원형 단면을 지니는 몸체부(310)가 형성되고, 상기 몸체부(310)의 상단부와 대응되는 형상을 가지도록 형성되어 밀폐된 공간부(S)를 형성하도록 덮개부(320)가 결합되며, 상기 연결수단(400)은 각 단위구조체(A)의 프레임유닛(200)과 결합되어 단위구조체(A)간의 결합을 형성하는 한 쌍의 브라켓(410)과, 상기 한 쌍 브라켓(410) 사이에 구비되는 내부식성이 우수한 EPDM 소재의 탄성체(420)와, 상기 한 쌍 브라켓(410)과 탄성체(420)를 관통하여 탄성체(420)의 양단을 가압 고정하는 체결부재(430)를 포함하되, 상기 브라켓(410)은 "ㄷ"자 형상을 지니도록 지지면(411)의 양단부가 수직 절곡된 절곡면(412)이 형성되어 개방측에 프레임유닛(200)의 지지대 단부가 구비되며, 상기 지지면(411)에 탄성체(420)의 양단에 형성된 플랫면(421)이 맞닿도록 결합되고, 상기 탄성체(420)는 중앙에서 양측단부를 향할수록 직경이 점차 감소하는 볼록형상의 원통형 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공간부(S)는 몸체부(310) 내부에 마련되는 제1공간부(S1)와, 상기 덮개부(320)의 내부에서 상기 제1공간부(S1)와 연통되도록 마련되는 제2 공간부(S2)로 이루어지고, 상기 제1공간부(S1)와 제2공간부(S2)는 각각 제1격벽부재(311)와 제2 격벽부재(321)에 의해 격자형으로 분할되어 복수의 부력실이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 격벽부재(311)는 제1공간부(S1)를 세로방향으로 분할하는 제1세로격벽(311a)과, 상기 제1공간부(S1)를 가로방향으로 분할하는 제1 가로격벽(311b)를 포함하여 상기 제1공간부(S1)에는 분할된 복수의 메인 부력실(312)이 형성되고, 상기 제2격벽부재(321)는 상기 제2공간부(S2)를 상하방향으로 분할하는 제2세로격벽(321a)과, 상기 제2공간부(S2)를 가로방향으로 분할하는 제2가로격벽(321b)을 포함하여 상기 제2공간부(S2)에는 분할된 복수의 완충 부력실(322)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1격벽부재(311)와 제2격벽부재(321)는 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 하나 이상의 메인 부력실(312)에는 물보다 비중이 낮은 보조부력체(10)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 실시예에 따르면, 부력체 상단부의 수평단면이 정방형 단면을 지니되, 하방을 향할수록 점진적으로 변의 길이가 감소하여 하단부의 수평단면은 원형 단면을 가지도록 형성됨에 따라, 수중에서 부력체에 가해지는 유체의 유저항을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 부력체의 긴밀한 밀폐상태를 유지할 수 있다.
또한, 복수의 단위구조체를 연결하는 연결수단의 탄성체를 이용해 파랑에 의해 가로세로 사방에서 가해지는 응력의 분산 및 단위구조체간에 전달되는 충격을 소신할 수 있으며, 파랑의 충격으로 인한 연결부위에 균열 발생을 억제하여 내구성이 증대된 수상 태양광 발전용 구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 복수의 단위구조체를 연결하는 연결수단이 자외선 및 해수에 대한 내부식성이 개선되어 수상 태양광 발전용 구조체의 수명을 크게 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 선행기술문헌 1에 따른 수상 태양광 발전시스템에서 연결용 탄성 브래킷의 사시도이다.
도 2는 선행기술문헌 2에 따른 수상 태양광발전시스템의 구성을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 부력체를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 부력체의 몸체부와 덮개부를 각각 도시한 저면도와 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부와 덮개부의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 부력체 내부에 보조부력체가 구비된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 부력체의 형상에 따른 유체 저항 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 연결수단을 도시한 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 연결수단을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결수단의 체결부재와 탄성체의 결합상태를 도시한 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 연결수단의 체결부재와 탄성체의 A-A단면의 형상을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임유닛의 형상을 도시한 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위구조체 간의 결합 상태를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임유닛의 결합상태를 상세히 도시한 사시도와, 응력분석 시뮬레이션 이미지이다.
도 16 내지 도 18은 다양한 비교예로서 탄성체의 형상별 응력분석 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성체의 응력분석 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
도 2는 선행기술문헌 2에 따른 수상 태양광발전시스템의 구성을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 부력체를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 부력체의 몸체부와 덮개부를 각각 도시한 저면도와 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부와 덮개부의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 부력체 내부에 보조부력체가 구비된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 부력체의 형상에 따른 유체 저항 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 연결수단을 도시한 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 연결수단을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결수단의 체결부재와 탄성체의 결합상태를 도시한 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 연결수단의 체결부재와 탄성체의 A-A단면의 형상을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임유닛의 형상을 도시한 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위구조체 간의 결합 상태를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임유닛의 결합상태를 상세히 도시한 사시도와, 응력분석 시뮬레이션 이미지이다.
도 16 내지 도 18은 다양한 비교예로서 탄성체의 형상별 응력분석 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성체의 응력분석 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다.
이하에서는 도면에 도시된 사항을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저 이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체는, 태양광 패널(100)을 지지하기 위한 프레임유닛(200)의 하부에 부력체(300)가 결합되어 하나의 단위 구조체(A)를 형성하며, 복수의 단위구조체(A)가 연결수단(400)에 의해 상호결합되어 수상 태양광 발전용 구조체를 형성한다.
각각의 단위구조체(A)는 태양광패널(100)을 수상에 부유시키는 부력체(300)와, 태양광패널(100)과 부력체(300)를 연결하는 프레임유닛(200)으로 구성되는 수상 태양광 발전용 구조체에 관한 것으로서, 상기 부력체(300)는 상방에서 하방을 향할수록 수평단면의 형태가 유선형(流線型)으로 변형되는 몸체부(310)와, 상기 몸체부(310)의 상단부와 대응되는 형상을 가지면서, 몸체부(310)의 상단부와 결합되어 밀폐된 공간부(S)을 형성하는 덮개부(320)를 포함한다.
상기 공간부(S)는 몸체부(310) 내부에 마련되는 제1공간부(S1)와, 상기 덮개부(320)의 내부에서 상기 제1공간부(S1)와 연통되도록 마련되는 제2 공간부(S2)로 이루어진다. 상기 제1공간부(S1)와 제2공간부(S2)는 각각 제1,2격벽부재(311)(321)에 의해 격자형으로 분할되어 복수의 부력실이 형성된다.
또한, 상기 연결수단(400)은 양단이 각 단위구조체(A)의 프레임유닛(200)과 결합되어 종횡방향으로 단위구조체(A)간의 결합을 형성하는 한 쌍의 브라켓(410)과, 상기 한 쌍의 브라켓(410) 사이에 구비되는 탄성체(420)와, 상기 한 쌍의 브라켓(410)과 탄성체(420)를 관통하여 탄성체(420)의 위치를 고정하는 체결부재(430)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 몸체부(310)는 상단부의 수평단면이 4변을 지니는 정방형 단면을 지니되, 하방을 향할수록 하단부의 수평단면은 원형 단면을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 몸체부(310)의 상단부와 덮개부(320)를 결합함에 있어서 상단부의 정방향 단면을 이용하여 충분한 표면적으로 기밀한 결합을 형성할 수 있다. 반면 하단부는 원형 단면을 바탕으로 수중에서 부력체에 가해지는 유체의 유저항을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 몸체부(310)와 덮개부(320)는, 상기 몸체부(310)의 상단부 가장자리와 덮개부(320)의 하단부 가장자리가 열 융착되어 결합되는 것이 바람직하다. 이에, 본 발명의 부력체는 융착 지점이 상부에 위치하여 자중이 증가하더라도 흘수선으로부터 융착 지점이 이격되어 내구성을 확보할 수 있으며, 파고가 높은 수상환경에도 우수한 부력 성능을 가질 수 있다. 또한, 부력체의 재질은 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 5의 (a)는 덮개부(320)의 내측을 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 몸체부의 내측을 도시한 것으로, 도 5의 (a) 및 (b)와 도 6, 도 7을 참조하여 상기 제1격벽부재(311)와 제2격벽부재(321)에 대해 구체적으로 설명하면, 상기 제1격벽부재(311)는 상기 제1공간부(S1)를 세로방향으로 분할하는 제1세로격벽(311a)과, 상기 제1공간부(S1)를 가로방향으로 분할하는 제1가로격벽(311b)를 포함하고, 상기 제2격벽부재(321)는 상기 제2공간부(S2)를 세로방향으로 분할하는 제2세로격벽(321a)과, 상기 제2공간부(S2)를 가로방향으로 분할하는 제2가로격벽(321b)을 포함한다.
이로써, 상기 제1공간부(S1)는 제1격벽부재(311)에 의해 가로세로 방향으로 분할되어 복수의 메인부력실(312)이 격자형으로 형성되고, 상기 제2공간부(S2)는 제2격벽부재(321)에 의해 가로세로 방향으로 분할되어 복수의 완충부력실(322)이 격자형으로 형성된다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 메인 부력실(312)에는 도 7에 도시된 바와 같이 물보다 비중이 낮은 보조부력체(10)가 구비되어, 필요에 따라 보조부력체(10)를 통해 추가 부력을 확보할 수 있다. 상기 보조부력체(10)는 발포 폴리프로필렌수지, 발포 폴리에틸렌 수지 등으로 제작될 수 있다.
특히, 상기 제1격벽부재(311)와 제2격벽부재(321)는 서로 엇갈려 배치되는 것이 바람직하다. 이로써, 강한 파랑에 의해 상기 부력체(300)에 외부 충격이 가해지거나, 지속적인 진동 또는 흔들림이 발생하더라도 제1공간부(S1)에 구비된 보조부력체(10)가 유동하는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 제1격벽부재(311)보다 제2격벽부재(321)의 개수가 더 많게 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 제1,2 격벽부재(311)(321)가 서로 엇갈려 배치됨으로써 격벽부재 간의 추가적인 결합을 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 부력체의 형상에 따른 유체 저항 시험 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 도 8의 (a)는 유선형 형태를 갖는 부력체의 유체저항을 시험한 것이고, 도 8의 (b)는 본 정방형 형태를 지니는 부력체의 유체저항을 시험한 것으로, 도 8의 (a)에서는 유선형 구조로 인해 유체의 저항이 크게 발생하지 않는 반면, 도 8의 (b)에서는 정방형 형태를 지님에 따라 유체의 저항이 상대적으로 크게 발생되는 것을 알 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전용 구조체의 연결수단(400)에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 브라켓(410)은 "ㄷ"자 형상을 지니도록 형성되어 개방측에 구비되는 프레임유닛(200)의 단부를 감싸도록 체결되며, 지지면(411)과, 상기 지지면(411)의 양단부에서 수직으로 절곡형성된 절곡면(412)으로 이루어진다. 또한, 상기 탄성체(420)는 탄성체(420)의 양단에 형성된 플랫면(421)과, 관통홀(422)을 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 브라켓(410)의 지지면(411)에 탄성체(420)의 양단에 형성된 플랫면(421)이 맞닿도록 결합됨에 따라, 파랑에 의해 연결수단(400)에 집중되는 응력이 탄성체 플랫면(421)을 통해 지지면(411)으로 고르게 분산되어 보다 안정적인 결합력을 확보하면서도 충분한 소산 효과를 기대할 수 있다.
또한, 탄성체(420)는 볼록형상의 원통형 구조이며, 상기 탄성체(420)는 중앙의 직경이 W1이고, 양측단의 직경이 W2일때, W1>W2가 되도록 형성된다. 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(420)는 도 9에 도시된 바와 같이 두개가 하나의 쌍을 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 이때 각각의 탄성체는 일정 간격 상호 이격된 상태에서 나란히 구비되는 것이 바람직하다. 상기 탄성체(420)는 중앙부위에서 양측단부를 향할수록 직경이 점진적으로 감소하게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 일 실시예에 따르면, 상기 탄성체(420)는, 자외선 및 해수에 대한 내부식성이 우수한 EPDM-TPV 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
도 13과 도 14을 참조하여 프레임유닛과 연결수단의 결합상태를 상세히 설명하면, 프레임유닛(200)은 가로방향으로 연장된 복수의 지지대로 구성되는 베이스 가로프레임(210)과, 상기 베이스 가로프레임(210)과 결합되며 세로방향으로 연장된 복수의 지지대로 구성되는 베이스 세로프레임(220)을 포함한다.
본 발명의 연결수단(400)은 베이스 가로프레임(210)의 지지대 중에서 하나 이상의 지지대 단부에 결합되어 또 다른 단위구조체(A)와 가로방향으로 결합되도록 할 수 있으며, 베이스 세로프레임(220)의 지지대 중에서 하나 이상의 지지대 단부에 결합되어 인접한 또 다른 단위구조체(A)와 세로방향으로 결합될 수 있다.
또한, 베이스 가로프레임(210)은 복수의 제1 가로지지대(211)와, 제1 가로지지대(211)와 엇갈려 배치되되 제1 가로지지대(211)보다 상방에 구비되는 제2 가로지지대(212)를 포함하고, 베이스 세로프레임(220)은 상기 제 1 가로지지대(211)와 결합되는 제1세로지지대(221)와, 상기 제2 가로지지대(212)를 지지하는 제2세로지지대(222)를 포함한다. 또한, 태양광패널(100)은 제2 가로지지대(212), 제2 세로지지대(222) 중 하나 이상에 의해 지지되며 연결수단(400)은 제1 가로지지대(211)의 단부 또는 제1 세로지지대(221) 중 하나 이상에 결합되어 복수의 단위구조체(A)간의 연결을 형성할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면 인접한 제2 가로지지대(212)사이에는, 가로방향을 따라 연장되며 세로방향 양측단부가 각각 제2 가로지지대(212)에 결합되는 연장패널(260)이 더 구비될수 있다. 상기 연장패널(260)은, 복수의 관통홀이 길이방향을 따라 복수개 관통형성된 패널로써, 작업자가 수상에서 상기 단위구조체(A)간의 연결, 정비 등을 용이하게 수행할수 있도록 하기 위한 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임유닛의 결합상태를 상세히 도시한 사시도와, 응력분석 시뮬레이션 이미지이다. 본 발명의 프레임유닛(200)은, 도 15에 도시된 바와 같이 가로방향으로 연장된 제1,2 가로지지대(211)(212)와, 세로방향으로 연장된 제1,2 세로지지대(221)(222)를 포함하되, 상호 교차하는 제1,2 가로지지대(211)(212)와, 제1,2 세로지지대(221)(222)는 평판형상의 연결 플레이트(250)에 의해 교차 결합 될 수 있다. 상기 연결플레이트(250)는, 제1,2 가로지지대(211)(212)와 제1,2 세로지지대(221)(222) 사이에 구비되며 상기 제1,2 가로지지대(211)(212)와, 제1,2 세로지지대(221)(222)의 교차하는 면적보다 넓은 면적을 지닌다. 나아가 견고한 결속을 위하여 상기 각 부재를 순차적으로 관통하는 결속수단이 더 구비될 수도 있다. 즉, 일 실시예에 따르면 상기 제1,2 가로지지대(211)(212)와, 제1,2 세로지지대(221)(222)가 교차하는 지점에서 그 사이에 연결플레이트(250)가 구비될 경우 거센 파랑에 의한 충격 및 뒤틀림을 방지 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일 실시예에 따르면 상기 연결 플레이트(250)는, 연결 플레이트(250)의 상측면 또는 하측면에 제1,2 가로지지대(211)(212)와, 제1,2 세로지지대(221)(222)의 결합 위치를 안내하는 하나 이상의 가이드수단이 프레싱으로 일체로 돌출되게 형성될 수 있다.
도 16 내지 도 18은 다양한 비교예에 따른 탄성체의 형상별 응력분석 시험결과를 나타낸 시뮬레이션 이미지이다. 제1 비교예의 탄성체는 도 16에 도시된 바와 같이 탄성체의 중앙부위에 복수의 오목홈이 형성된 사각블록 형상을 가지며, 이때 중앙부위의 직경이 양측단부의 직경보다 작게 형성된 것이다. 상기의 비교예에 따르면 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 종방향으로 하중이 부여되거나, (b)내지 (c)에 도시된 바와 같이 횡방향으로 하중이 부여될 경우, 상기 하중을 고르게 분산시키지 못하고, 탄성체의 양측단부에 응력이 과도하게 발생하여 변형 및 파손이 야기될 수 있다. 또한, 탄성체가 사각블록 형상으로 형성 될 경우 도 9 내지 도 12에 도시된 실시예와 비교하여 상대적으로 탄성체의 성형 재료가 과도하게 소모되어 제작비용이 증가하는 문제점이 있다.
제2 비교예의 탄성체는 도 17에 도시된 바와 같이 원기둥 형상을 가지면서 양측단부에서 중앙부위를 향할수록 직경이 점진적으로 감소하도록 형성된 것이다. 상기 제2 비교예에 따르면, 도 16에 도시된 제1 비교예와 대비하여 탄성체의 제작비용을 절감할 수 있으나, 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 종방향으로 하중이 가해질 경우, 중앙부위 소정의 영역에 과도한 응력이 발생되어 변형 및 파손이 야기될 수 있다. 또한, 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 탄성체에 횡방향으로 하중이 가해질 경우, 오목한 중앙부위가 압축되며 중앙부위 소정의 영역에 과도한 응력이 발생되게 될 뿐만 아니라, 반복적인 압축으로 인해 탄성체의 내구력이 저하되는 문제점이 발생한다.
제3 비교예의 탄성체는 도 18에 도시된 바와 같이 탄성체의 중앙부위가 구형상을 가지도록 형성되며, 이때 양측단부는 상기 중앙부위보다 작은 직경을 갖는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제3 비교예에 따르면, 도 16에 도시된 제1비교예와 비교하여 탄성체의 제작비용을 절감할 수 있으나, 도 18의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 종방향과 횡방향에서 하중이 가해질 경우, 양측단부가 압축되며 양측단부에 과도한 응력이 발생하여 복수의 단위구조체를 연결하는 연결부위에 변형 및 파손이 발생될 수 있다.
상기 탄성체(420)는, 상기에서 기술한 바에 한정되지 않으며 그 밖의 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 도 9 내지 도 12를 참고하여 설명한 바와 같이 중앙부위의 직경이 양측단부를 향할수록 점진적으로 감소하는 원기둥 형상으로 형성되는 것이 가장 바람직한 것임이 도출되었다.
이하에서는, 도 19내지 도 21을 참고하여 도 9 내지 도 12에 도시된 실시예에 따른 탄성체의 응력분석 시험결과를 시뮬레이션 이미지를 바탕으로 설명한다.
도 19의 (a)와 (b), (c)는 본 발명의 탄성체(420)에 종방향으로 하중이 점진적으로 강하게 가해지는 상태에서 측정된 응력 분석 시험결과 시뮬레이션 이미지이다. 도 19를 참조하면, 도 9 내지 도 12에 도시된 실시예에 따른 탄성체는 종방향 하중을 고르게 분산할 수 있다. 또한, 도 20 내지 도 21은 본 발명의 탄성체(420)에 횡방향의 하중이 작용하는 상태에서 측정된 응력 분석 시험결과 시뮬레이션 이미지이다. 도 21의 (a)는 한 쌍의 브라켓 사이의 각도가 15°인 상태에서 횡방향으로 응력이 가해지는 상태에서 측정된 응력분석 시험 결과이고, 도 21의 (b)는 한 쌍의 브라켓 사이의 각도가 20°인 상태에서 횡방향으로 응력이 가해지는 상태에서 측정된 응력분석 시험 결과 이며, 도 21의 (c)는 한 쌍의 브라켓 사이의 각도가 25°인 상태에서 횡방향으로 응력이 가해지는 상태에서 측정된 응력분석 시험 결과이다.
즉, 도 20 내지 도 21을 참조하면, 종방향 뿐만 아니라, 횡방향으로 가해지는 응력이 탄성체의 플랫면(421)이 맞닿은 지지면(411)에 고르게 분산 전달되어, 각 단위구조체간의 연결부위에서 발생하는 응력을 효과적으로 소산할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 수상 태양광 발전용 구조체는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 태양광패널 200 : 프레임
300 : 부력체 310 : 몸체부
311 : 제1격벽부재 311a : 제1상하격벽
311b: 제1좌우격벽 312 : 메인부력실
320 : 덮개부 321 : 제2격벽부재
321a : 제2상하격벽 321b : 제2좌우격벽
322 : 완충부력실 400 : 연결수단
410 : 브라켓 420 : 탄성체
430 : 체결부재
300 : 부력체 310 : 몸체부
311 : 제1격벽부재 311a : 제1상하격벽
311b: 제1좌우격벽 312 : 메인부력실
320 : 덮개부 321 : 제2격벽부재
321a : 제2상하격벽 321b : 제2좌우격벽
322 : 완충부력실 400 : 연결수단
410 : 브라켓 420 : 탄성체
430 : 체결부재
Claims (9)
- 태양광패널(100)을 지지하기 위한 프레임유닛(200)의 하부에 부력체(300)가 결합되어 형성되는 단위구조체(A)를 연결수단(400)으로 상호 결합하여 형성되는 수상 태양광 발전용 구조체에 있어서,
상기 부력체(300)는 상방에서 하방을 향할수록 수평단면의 형태가 유선형(流線型)으로 변형되어 상단부의 수평단면은 4변을 지니는 정방형 단면을 지니고, 하방을 향할수록 점진적으로 변의 길이가 감소하여 하단부의 수평단면은 원형 단면을 지니는 몸체부(310)가 형성되고, 상기 몸체부(310)의 상단부와 대응되는 형상을 가지도록 형성되어 밀폐된 공간부(S)를 형성하도록 덮개부(320)가 결합되며,
상기 연결수단(400)은 각 단위구조체(A)의 프레임유닛(200)과 결합되어 단위구조체(A)간의 결합을 형성하는 한 쌍의 브라켓(410)과, 상기 한 쌍 브라켓(410) 사이에 구비되는 내부식성이 우수한 EPDM 소재의 탄성체(420)와, 상기 한 쌍 브라켓(410)과 탄성체(420)를 관통하여 탄성체(420)의 양단을 가압 고정하는 체결부재(430)를 포함하되, 상기 브라켓(410)은 "ㄷ"자 형상을 지니도록 지지면(411)의 양단부가 수직 절곡된 절곡면(412)이 형성되어 개방측에 프레임유닛(200)의 지지대 단부가 구비되며, 상기 지지면(411)에 탄성체(420)의 양단에 형성된 플랫면(421)이 맞닿도록 결합되고, 상기 탄성체(420)는 중앙에서 양측단부를 향할수록 직경이 점차 감소하는 볼록형상의 원통형 구조인 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전용 구조체.
- 제 1항에 있어서,
상기 공간부(S)는 몸체부(310) 내부에 마련되는 제1공간부(S1)와, 상기 덮개부(320)의 내부에서 상기 제1공간부(S1)와 연통되도록 마련되는 제2 공간부(S2)로 이루어지고, 상기 제1공간부(S1)와 제2공간부(S2)는 각각 제1격벽부재(311)와 제2 격벽부재(321)에 의해 격자형으로 분할되어 복수의 부력실이 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전용 구조체.
- 제 2항에 있어서,
상기 제1 격벽부재(311)는 제1공간부(S1)를 세로방향으로 분할하는 제1세로격벽(311a)과, 상기 제1공간부(S1)를 가로방향으로 분할하는 제1 가로격벽(311b)를 포함하여 상기 제1공간부(S1)에는 분할된 복수의 메인 부력실(312)이 형성되고,
상기 제2격벽부재(321)는 상기 제2공간부(S2)를 상하방향으로 분할하는 제2세로격벽(321a)과, 상기 제2공간부(S2)를 가로방향으로 분할하는 제2가로격벽(321b)을 포함하여 상기 제2공간부(S2)에는 분할된 복수의 완충 부력실(322)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전용 구조체.
- 제 3항에 있어서,
상기 제1격벽부재(311)와 제2격벽부재(321)는 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전용 구조체.
- 제 3항에 있어서,
하나 이상의 메인 부력실(312)에는 물보다 비중이 낮은 보조부력체(10)가 구비되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전용 구조체.
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