KR102458511B1 - 능동형 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전시스템 - Google Patents

능동형 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상의 기상환경에 따라서 태양광 발전소의 부유 구조물의 흔들림과 요동을 능동형으로 저감할 수 있는 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전소에 관한 것으로, 해상에 부유하도록 마련되는 부유 구조물(110)과; 상기 부유 구조물에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널(120)과; 상기 부유 구조물의 하부에 연직으로 부설되는 고정 샤프트(130)과; 상기 고정 샤프트(130)에 지지되어 상기 고정 샤프트(130)의 축방향에 대해 방사 방향으로 전개 가능하게 마련되는 요동 방지부(140)와; 상기 요동 방지부(140)를 전개 구동하기 위한 구동부(150)와; 상기 구동부(150)의 구동을 제어하기 위한 제어부(170)를 포함한다.

Description

능동형 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전시스템{Floating offshore photovoltaic system having an active shaking preventing member}
본 발명은 해상에 설치되는 부유식의 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 해상의 기상환경에 따라서 태양광 발전소의 부유 구조물의 흔들림과 요동을 능동형으로 저감할 수 있는 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전소에 관한 것이다.
최근 많은 국가들이 기후변화를 대처하기 위하여 화석연료를 대체하기 위한 신재생 에너지 개발에 많은 투자와 정책적인 지원을 하고 있다. 특히 신재생 에너지 중에서 태양광 발전은 무공해 청정에너지원으로 인식되어 미래 대체에너지로써 각광받고 있으며, 또한 그 성장세 역시도 폭발적으로 이루어지고 있다.
태양광발전 기술의 초기에는 주로 태양광 셀(solar cell)의 효율을 높이는 연구에 집중되어 왔으며, 그 결과 태양광발전에 드는 비용이 화석연료로 발전한 비용과 같아지는 그리드 패리티(grid parity) 달성을 머지않아 기대할 수 있을 정도의 성과를 내고 있다. 근래에는 태양광의 설치방법이나 운영효율 개선에 대한 연구로 확장되고 있으며, 그 중에서 최근에 수상 태양광(Floating Photovoltaic) 기술로 태양광발전의 하나의 응용기술이라 할 수 있다. 수상 태양광발전은 기존의 육상태양광 발전기술과 수상 플로팅(floating) 기술을 융합한 새로운 개념의 태양광발전 기술이다.
일반적으로 수상(해상) 태양광 발전은 부력에 의해 수상에서 부유하도록 마련된 부유 구조물과, 이 부유 구조물의 상부에 설치되는 태양광 패널을 포함하며, 수상(해상)에서 부유 구조물의 움직임을 고정하기 위한 계류장치를 포함한다.
특히 해상 태양광 발전시스템은 일조량이 풍부하고 유휴 수면을 활용할 수 있는 장점이 있으나, 한편으로 기상 악조건 상황에서 파고로 인하여 부유 구조물이 전복되는 것을 방지하고 이를 안정되게 유지하는 것이 중요하다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 등록특허공보 제10-1531942호는 부유체의 흔들림이나 요동을 방지하기 위한 요동 방지체를 이용한 수상 태양광발전소를 제안하고 있으며, 요동 방지체는 부유체 하부에 상하 요동 과정에서 유체 저항을 크게 할 수 있는 구조물을 구비하여 부유체의 상하 요동을 저감하도록 하고 있다. 그러나 이러한 고정된 구조물의 요동 방지체는 항시 상하 방향의 유동 저항을 발생시킨다.
등록특허공보 제10-1531942호(공고일자: 2015.07.15.)
본 발명은 이러한 종래기술을 개선하기 위한 것으로, 해상의 기상환경에 따라서 태양광 발전소의 부유 구조물의 흔들림과 요동을 능동형으로 저감할 수 있는 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해상 태양광 발전시스템은, 해상에 부유하도록 마련되는 부유 구조물과; 상기 부유 구조물에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널과; 상기 부유 구조물의 하부에 연직으로 부설되는 고정 샤프트와; 상기 고정 샤프트에 지지되어 상기 고정 샤프트의 축방향에 대해 방사 방향으로 전개 가능하게 마련되는 요동 방지부와; 상기 요동 방지부를 전개 구동하기 위한 구동부와; 상기 구동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 요동 방지부는, 상기 고정 샤프트의 선단에 고정되는 고정 플레이트와; 상기 고정 플레이트에 회동 가능하게 구비되는 복수의 회동 플레이트와; 상기 회동 플레이트 각각에 힌지 조립되어 상기 구동부의 구동력을 상기 회동 플레이트 각각의 회전 조작력으로 전달하게 되는 복수의 구동 로드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 고정 플레이트는 다각형의 평면 구조를 가지며, 상기 회동 플레이트는 상기 고정 플레이트의 테두리를 따라서 방사형으로 배치되어 회동이 이루어진다.
바람직하게는, 상기 부유 구조물의 거동을 검출하여 상기 제어부로 전달하는 센서부를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 전달된 부유 구조물의 상하 유동을 판정하여 상기 구동부를 제어한다.
본 발명의 해상 태양광 발전시스템은, 태양광 패널이 설치되는 부유 구조물의 하부에 연직으로 부설되는 고정 샤프트와, 고정 샤프트에 지지되어 고정 샤프트의 축방향에 대해 방사 방향으로 전개 가능하게 마련되는 요동 방지부와, 요동 방지부를 전개 구동하기 위한 구동부와, 구동부의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하여, 해상의 기상환경에 따라서 태양광 발전소의 부유 구조물의 (상하) 흔들림과 요동을 능동형으로 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상 태양광 발전시스템의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요동 방지부의 평면 구성도,
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 요동 방지부의 작동예를 보여주는 도면.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적인 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상 태양광 발전시스템의 사시 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요동 방지부의 평면 구성도로서, 회동 플레이트가 방사형으로 전개된 상태를 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예의 해상 태양광 발전시스템은, 부유 구조물(110)과, 부유 구조물(10) 상부에 배치되는 복수의 태양광 패널(120)과, 부유 구조물(110)의 하부에 연직으로 부설되는 고정 샤프트(130)와, 고정 샤프트(130)에 지지되어 전개 가능하게 마련되는 요동 방지부(140)와, 요동 방지부(140)를 전개 조작하기 위한 구동부(150)와, 구동부(150)의 구동을 제어하게 되는 제어부(170)를 포함한다.
부유 구조물(110)은 해상에서 부력을 제공하여 복수의 태양광 패널(120)을 해상에서 안정되게 지지하게 위한 것으로, 베이스 프레임(111)과, 이 베이스 프레임(111)의 하부에 구비되는 복수의 부력체(112)를 포함할 수 있다. 도 1에서 베이스 프레임(111)은 하나의 플레이트를 예시하여 보여주고 있으나, 상부에 구비되는 태양광 패널의 하중을 지탱하고 외부의 충격에 의해 쉽게 파손되지 않는 범위 내에서 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 격자 형태의 빔 구조물일 수 있으며, 그 소재 역시 특별히 한정되지 않는다. 부력체(112)는 베이스 프레임(111)의 하부에 구비되어 부력을 제공하기 위한 것으로, 발포성 폴리스틸렌 소재의 스티로폼, 또는 플라스틱을 이용한 중공 성형 또는 사출 성형된 하우징에 의해 제공될 수 있으나, 부력을 발생시킬 수 있는 범위 내에서 그 형태나 소재는 특별히 한정되지 않는다. 한편, 본 실시예에서 부유 구조물(110)은 베이스 프레임(111)과, 부력체(112)가 별개의 구성으로 예시하여 보여주고 있으나, 베이스 프레임과 부력체가 일체형으로 구성되어 태양광 패널이 직접 부력체와 조립되어 고정될 수도 있음을 이해하여야 할 것이다.
태양광 패널(120)은 태양광을 전기 에너지로 변환하며, 부유 구조물(110)의 상부에 일정 각도의 경사를 갖고 설치된다.
베이스 프레임(111)은 하부에 연직으로 고정 샤프트(130)가 고정되며, 이 고정 샤프트(130)는 요동 방지부(140)가 구비된다.
요동 방지부(140)는 고정 샤프트(130)의 대략 하단에 구비되어 고정 샤프트(130)의 축방향에 대해 방사 방향으로 전개 가능한 것으로, 전개 유무에 따라서 요동 방지부(140)는 횡방향의 표면적이 가변되어 부유 구조물(110)의 상하 유동을 가변적으로 조절할 수 있다.
구체적으로 요동 방지부(140)는, 고정 샤프트(130)의 선단에 고정되는 고정 플레이트(141)와, 고정 플레이트(141)에 회동 가능하게 구비되는 복수의 회동 플레이트(142)와, 상기 회동 플레이트(142) 각각에 힌지 조립되어 구동부(150)의 구동력을 회동 플레이트(142) 각각의 회전 조작력으로 전달하게 되는 복수의 구동 로드(143)를 포함한다.
본 실시예에서 고정 플레이트(141)는 평면 형상이 다각형 구조를 가지며, 각 테두리에 각각 회동 플레이트(142)가 힌지축(142a)에 의해 회동 가능하게 조립된다. 따라서 복수의 회동 플레이트(142)는 고정 플레이트(141)에 대해 방하 방향으로 전개가 가능하다.
각 회동 플레이트(142)는 구동 로드(143)를 매개로 하여 구동부(150)와 연결되며, 각 구동 로드(143)의 양단 각각은 힌지축(143a)(143b)에 의해 회동 플레이트(142) 및 구동부(150)와 연결된다.
구동부(150)는 요동 방지부(140)를 전개 조작하기 위한 것으로, 본 실시예에서 구동부(150)는 고정 샤프트(130)를 따라서 상하 이동이 이루어지는 구동 실린더를 예시하여 보여주고 있다. 이러한 구동 실린더는 유압 또는 공압에 의해 구동이 이루어지는 액추에이터로써, 외부의 전기적인 신호에 의해 고정 샤프트(130)를 따라서 상하 높이 조절이 이루어질 수 있다.
제어부(170)는 구동부(150)의 구동을 제어하게 되며, 외부의 조작에 의해 구동부(150)를 구동하기 위한 제어 신호를 발생시킨다.
바람직하게는, 부유 구조물의 거동을 검출하기 위한 센서부(160)를 더 포함하며, 센서부는(160)의 검출 신호를 제어부(170)로 전달한다.
예를 들어, 센서부(160)는 가속도 센서(자이로 센서)가 사용될 수 있다. 이러한 센서부(160)는 고정 샤프트(130)에 고정되거나, 부유 구조물(110)에 설치되어 부유 구조물(110)의 거동, 특히 상하 거동을 검출하고 검출된 신호는 제어부(170)로 전달된다. 이러한 센서부(160)는 하나의 센서일 수 있으며, 또는 태양광 발전시스템의 복수 위치에 설치되는 복수 개의 센서로 구성될 수 있다.
제어부(170)는 센서부(160)로부터 부유 구조물(110)의 구동, 특히 상하 거동을 판단하여 부유 구조물(110)의 상하 유동이 일정 수준 이상인 경우에 제어 신호를 구동부(150)에 전달하여 요동 방지부(140)가 전개 형성된다.
한편 앞서 설명한 것과 같이, 제어부(170)는 센서부(160)의 검출 신호를 판정하여 구동부(150)의 제어가 자동으로 이루어질 수 있으나, 작업자가 직접 제어부(170)를 조작하여 수동으로 구동부(150)의 조작도 가능하다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 요동 방지부의 작동예를 보여주는 도면이다.
도 3은 요동 방지부(140)가 방사형으로 전개된 상태를 보여주고 있으며, 이때 구동부(150)는 고정 샤프트(130)의 하향 위치하게 되고 고정 샤프트(130)와 연결된 구동 로드(143)에 의해 회동 플레이트(142)는 방사형으로 전개된 상태를 유지한다.
따라서 요동 방지부(140)는 전개된 회동 플레이트(142) 만큼 횡방향 표면적이 증가하게 되어 부유 구조물(110)의 상하방향의 유동 시에 회동 플레이트(142)는 큰 저항으로 작용하여 부유 구조물(110)의 상하 거동을 제한한다.
바람직하게는, 고정 샤프트(130)의 하단에 고정되는 고정 플레이트(141)는 아래로 볼록하거나 역원추 형상을 가질 수 있으며, 또는 반대로 위로 볼록하거나 원추 형상을 가질 수 있다.
도 4는 요동 방지부(140)가 접힌 상태를 보여주고 있으며, 이때 구동부(150)는 고정 샤프트(130)의 상향 위치에 위치하게 되며, 고정 샤프트(130)와 연결된 구동 로드(143)에 의해 회동 플레이트(142)는 위로 접힌 상태가 된다. 따라서 요동 방지부(140)는 회동 플레이트(142)가 상하 방향의 저항으로 작용하지 않는다.
이러한 본 발명의 해상 태양광 발전시스템은 일반적 기상 조건에서 요동 방지부(140)의 회동 플레이트(142)는 접힌 상태를 유지하게 되며, 한편 태풍 또는 심한 파도가 예상되는 악조건의 기상 환경에서는 요동 방지부(140)를 작동하여 회동 플레이트(142)를 전개함으로써 파도에 의해 부유 구조물의 상하 유동에 의해 회동 플레이트(142)가 유동 저항으로 작용하도록 하여 부유 구조물의 안정성을 높일 수 있다.
한편 통상적인 기상 조건에서도 작업자 또는 제어부에 의해 요동 방지부(140)의 회동 플레이트(142)를 전개하거나 접는 동작을 수행함으로써 요동 방지부(140)에 해조류 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한 초기 해상 태양광 발전시스템의 설치 과정이나 해상에서 이동이 요구되는 경우에도 요동 방지부는 접힌 상태에서 작업이 가능하여 고정된 구조의 요동 방지체와 대비하여 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 부유 구조물 120 ; 태양광 패널
130 : 고정 샤프트 140 : 요동 방지부
141 : 고정 플레이트 142 : 회동 플레이트
143 : 구동 로드 150 : 구동부
160 : 센서부 170 : 제어부

Claims (5)

  1. 해상에 부유하도록 마련되는 부유 구조물과;
    상기 부유 구조물에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널과;
    상기 부유 구조물의 하부에 연직으로 부설되는 고정 샤프트와;
    상기 고정 샤프트에 지지되어 상기 고정 샤프트의 축방향에 대해 방사 방향으로 전개 가능하게 마련되는 요동 방지부와;
    상기 요동 방지부를 전개 구동하기 위한 구동부와;
    상기 부유 구조물의 거동을 검출하여 검출 신호를 출력하는 센서부와;
    상기 센서부로부터 전달된 검출 신호룰 수신하여 상기 부유 구조물의 상하 유동을 판정하여 상기 구동부를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 요동 방지부는,
    상기 고정 샤프트의 선단에 고정되는 고정 플레이트와;
    상기 고정 플레이트에 회동 가능하게 구비되는 복수의 회동 플레이트와;
    상기 회동 플레이트 각각에 힌지 조립되어 상기 구동부의 구동력을 상기 회동 플레이트 각각의 회전 조작력으로 전달하게 되는 복수의 구동 로드를 포함하는 해상 태양광 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정 플레이트는 다각형의 평면 구조를 가지며, 상기 회동 플레이트는 상기 고정 플레이트의 테두리를 따라서 방사형으로 배치되어 회동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020200000299A 2020-01-02 2020-01-02 능동형 요동 방지체를 구비한 해상 태양광 발전시스템 KR102458511B1 (ko)

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