KR102458516B1 - 해상 태양광 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류 또는 파도의 영향이 크게 발생되는 해상 환경에서 조류 또는 파도에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 부유 구조물을 갖는 해상 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 프레임(110)과, 상기 프레임(110)의 하부에 고정되어 부력을 제공하게 되는 부력체(120)를 포함하여 해상에서 부유하도록 마련되는 부유 구조물(100)과; 상기 부유 구조물(100)의 상부에 설치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널(10)을 포함하며, 상기 부력체(120)는, 유선형의 횡단면을 갖는 몸체부(121)와; 상기 몸체부(121)의 상부에 마련되는 원통 형상으로, 상기 프레임(110)에 마련된 제1조립공(111)과 대응되는 제2조립공(122a)이 형성된 플랜지(122)와; 상기 제1조립공(111)과 상기 제2조립공(122a)에 끼움 조립되어 상기 프레임(110)과 상기 플랜지(120)를 고정하게 되는 체결부재(123)를 포함한다.

Description

해상 태양광 발전시스템{Floating offshore solar power plant}

본 발명은 해상 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 해류 또는 조류의 영향이 크게 발생되는 해상 환경에서 조류 또는 파도에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 부유 구조물을 갖는 해상 태양광 발전시스템에 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 수상태양광(Floating Photovoltaic) 기술로 태양광발전의 하나의 응용기술이라 할 수 있다. 수상 태양광발전은 기존의 육상태양광 발전기술과 수상 플로팅(floating) 기술을 융합한 새로운 개념의 태양광발전 기술이다.

일반적으로 수상형 태양광 발전시스템은 수면에 떠 있는 부유 구조물과, 부유 구조물의 상부에 마련되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널과, 바람이나 조류에 의한 부유 구조물의 움직임을 규제하기 위한 계류장치를 포함한다.

태양광 발전시스템은 발전 효율을 높이기 위한 중요한 요소들 중의 하나로는 태양광의 입사 각도이며, 태양광 패널은 태양광과 직각이 되도록 설치가 되는 것이 바람직하다. 따라서 태양광 패널은 남향을 지향하도록 설치되며, 수상형 태양광 발전시스템 역시도 태양광 패널이 남쪽을 향하도록 설치가 요구된다. 그러나 조류 또는 파도와 같은 환경적인 영향이 많이 작용하는 해상 태양광 발전시스템에서는 태양광 패널이 남쪽을 지향하는 설치 조건을 만족하는 경우에 조류 또는 파도의 유속 저항이 크게 작용할 수 있으며, 따라서 해상 태양광 발전시스템은 초기 단계에서 태양광 패널의 설치 방향과 설치 해역의 조류 방향을 같이 고려할 필요가 있다.

공개특허공보 제10-2016-0083442호(공개일자: 2016.07.12.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 조류 또는 파도의 영향이 크게 발생되는 해상 환경에서 태양광 패널의 설치 방향과 상관없이 설치 현장의 해류 또는 조류에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 부유 구조물을 갖는 해상 태양광 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해상 태양광 발전시스템은, 프레임과, 상기 프레임의 하부에 고정되어 부력을 제공하게 되는 부력체를 포함하여 해상에서 부유하도록 마련되는 부유 구조물과; 상기 부유 구조물의 상부에 설치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널을 포함하며, 상기 부력체는, 유선형의 횡단면을 갖는 몸체부(121)와; 상기 몸체부의 상부에 마련되는 원통 형상으로, 상기 프레임에 마련된 제1조립공과 대응되는 제2조립공이 형성된 플랜지와; 상기 제1조립공과 상기 제2조립공에 끼움 조립되어 상기 프레임과 상기 플랜지를 고정하게 되는 체결부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1조립공과 상기 제2조립공은 각각 회전 대칭되게 복수 개로 구성되며, 보다 바람직하게는, 상기 체결부재는 상기 제1조립공과 제2조립공에 끼움 되어 조립이 이루어지는 볼트와 너트이다.

바람직하게는, 상기 제1조립공과 상기 제2조립공 중의 어느 하나는 지름 방향으로 형성되며, 나머지는 지름 방향으로 복수 개가 회전 대칭되게 형성되며, 보다 바람직하게는, 상기 프레임은 하부에 상기 제1조립공이 형성되어 상기 플랜지가 끼움 조립이 이루어지는 브라켓을 더 포함하며, 더욱 바람직하게는, 상기 체결부재는 상기 제1조립공과 제2조립공에 끼움 되어 조립이 이루어지는 고정핀이다.

본 발명의 해상 태양광 발전시스템은, 프레임과, 프레임에 구비되어 부력을 제공하게 되는 부력체를 포함하는 부유 구조물과, 부유 구조물의 상부에 설치되는 태양광 패널을 포함하며, 상기 부력체는 유선형의 횡단면을 갖는 몸체부와, 이 몸체부와 일체로 구성되어 프레임에 대해 복수의 방향으로 회전 대칭되게 체결부재를 매개로 하여 고정이 이루어지는 플랜지를 포함하여 조류 또는 파도의 영향이 크게 발생되는 해상 환경에서 태양광 패널의 설치 방향과 상관없이 설치 해역의 조류 또는 파도의 방향에 대해 저항을 줄일 수 있는 부력체가 구비되어 해상에서 조류 또는 파도에 대한 부유 구조물의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상 태양광 발전시스템의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부력체의 프레임과의 조립부의 단면 구성도,
도 3의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 부력체의 평면 구성도와, 도 2의 A-A 선의 단면 구성도,
도 4의 (a)(b)는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 부력체의 사시 구성도 및 단면 구성도.

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 부력체의 프레임과의 조립부의 단면 구성도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 해상 태양광 발전시스템은, 프레임(110)과 부력체(120)를 포함하여 해상에서 부유하도록 마련되는 부유 구조물(100)과, 부유 구조물(100)의 상부에 설치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널(10)을 포함한다.

태양광 패널(10)은 다수의 태양전지 셀(cell)을 포함하고 일정 넓이의 플레이트 형태로 제공되며, 복수의 단위 패널로 이루어질 수 있다. 태양광 패널(10)은 프레임(110)에 일정 각도의 경사를 갖도록 지지되며, 태양 고도에 따라서 태양광의 집광 효율을 높이기 위해 태양광 패널(10)의 경사각을 자동 또는 수동으로 조정할 수 있는 각도 조정장치가 부가될 수 있다.

부유 구조물(100)은 해상에서 부력을 제공하여 복수의 태양광 패널(10)을 해상에서 안정되게 지지하게 위한 것으로, 프레임(110)과, 이 프레임(110)의 하부에 구비되는 복수의 부력체(120)를 포함한다. 본 실시예에서 프레임(110)은 하나의 판상 구조로 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.

프레임(110)은 부력체(120)의 조립을 위한 제1조립공(111)이 형성되며, 이 제1조립공(111)을 통해 체결부재에 의해 부력체(120)의 상단이 고정된다. 본 실시예에서 체결부재는 나사 조립이 이루어지는 볼트(123a)와 너트(123b)를 예시하고 있다.

부력체(120)는 프레임(110)의 하부에 구비되어 부력을 제공하기 위한 것으로, 특히 본 발명에서 부력체(120)는 유선형의 횡단면을 갖는 몸체부(121)와, 몸체부(121)의 상부에 일체로 마련되는 원통형상의 플랜지(122)를 포함한다. 이러한 부력체(120)는 발포성 폴리스틸렌 소재의 스티로폼, 또는 플라스틱을 이용한 중공 성형 또는 사출 성형된 하우징에 의해 제공될 수 있으나, 부력을 발생시킬 수 있는 범위 내에서 그 소재는 특별히 한정되지 않는다.

몸체부(121)는 유속의 방향으로 저항을 줄일 수 있는 유선형상의 외형을 가지며, 예를 들어, 타원형의 횡단면을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 유속 저항을 저감할 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다. 본 실시예에서 몸체부(121)는 하부가 폐색되고 상부가 개방된 것으로 예시하고 있다. 도 2를 참고하면, 프레임(110)과 플랜지(122) 사이에는 기밀을 위한 패킹(112)이 부가될 수 있으며, 프레임(110)과 조립된 부력체(120)는 몸체부(121)의 내부가 밀폐된 구조를 갖고 수상(해상)에서 부력을 제공한다. 한편, 몸체부(121)는 상부가 밀폐된 구조인 경우에 별도의 패킹은 배제될 수 있다.

플랜지(122)는 몸체부(121)와 일체로 형성되어 프레임(110)과 직접 조립이 이루어지며, 프레임(110)과의 조립면에 수직으로 제2조립공(122a)이 관통 형성된다. 이 제2조립공(122a)은 프레임(110)에 형성된 제1조립공(111)과 대응되어 제1조립공(111)과 제2조립공(122a)에 체결부재가 끼움 조립되어 프레임(110)과 플랜지(120)를 고정한다.

도 3의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 부력체의 평면 구성도와, 도 2의 A-A 선의 단면 구성도이다.

도 3의 (a)를 참고하면, 플랜지(122)를 따라서 동일 반경 상에 복수 개의 제2조립공(122a)이 형성되며, 이때 제2조립공(122a)은 회전 대칭(360°/n; n은 제2조립공의 숫자)되게 배치된다. 한편, 프레임(110)(도 1 참고)은 부력체(120)가 조립되는 위치에 제2조립공(122a)과 대응되어 동일하게 복수 개의 제1조립공(111)이 형성된다.

도 3의 (b)에 도시된 것과 같이, 이러한 본 발명의 부력체는 프레임에 대해 회전 대칭되게 조립이 가능하며, 따라서 태양광 발전시스템의 설치 방향과 무관하게 해상에서 설치 해역의 조류 방향을 고려하여 유속의 저항을 최소화할 수 있도록 부력체의 조립 방향을 결정하여 부력체를 프레임에 조립함으로써 조류 또는 파도에 의한 영향을 최소화할 수 있다.

도 4의 (a)(b)는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 부력체의 사시 구성도 및 단면 구성도이다.

도 4를 참고하면, 태양광 패널이 상부에 설치되는 프레임(210)의 하부에는 원통 형상의 쉘(shell) 구조의 브라켓(211)이 고정되며, 이 브라켓(211)에 부력체(220)의 플랜지(122)가 끼움 조립된다.

브라켓(211)은 원통 형상의 쉘 구조를 갖고 프레임(210)의 하부에 고정되며, 브라켓(211)의 측면에 180°의 회전 대칭된 두 개의 제1조립공(211a)이 형성된다.

한편 본 실시예에서 부력체(220)의 구조는 유선형의 횡단면을 갖는 몸체부(221)와 원통 형상의 플랜지(222)로 구성되는 것은 앞서 실시예와 동일하며, 다만 플랜지(222)는 지름 방향으로 관통 형성되는 복수 개의 제2조립공(222a)이 회전 대칭되게 배치된다.

본 실시예에서 체결부재는 하나의 고정핀(223)에 의해 제공되며, 이 고정핀(223)은 제1조립공(211a)과 제2조립공(222a)을 관통하여 조립되어 브라켓(211)과 부력체(220)를 고정한다. 고정핀(223)이 이탈되는 것을 방지하기 위하여 고정핀(223)의 선단에 수직 방향으로 고정클립(224)이 추가될 수 있다.

이와 같이 구성된 부력체(220)는 유선 형상의 몸체부(221)의 설치 방향을 고려하여 복수 개의 제2조립공(222a) 중의 어느 하나와 제1조립공(221a)을 나란히 정렬한 상태에서 고정핀(223)을 해당 조립공에 끼워 고정함으로써 몸체부(221)가 특정 방향으로 프레임(210)에 간단히 설치가 이루어질 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 브라켓(211)에 지름 방향으로 두 개의 제1조립공이 형성되고, 플랜지(222)에 지름 방향으로 회전 대칭된 복수 개의 제2조립공(222a)이 형성되는 것을 예시하고 있으나, 반대로 브라켓에 지름 방향으로 회전 대칭된 복수 개의 제1조립공이 형성되고 플랜지에 지름 방향으로 하나의 제2조립공이 형성되더라도 부력체는 프레임에 대해 임의 수평 각도로 설치가 가능할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

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.

10 : 태양광 패널 110, 210 : 프레임
111, 211a : 제1조립공 120, 220 : 부력체
121, 221 : 몸체부 122, 222 : 플랜지
122a, 222a : 제2조립공 123a, 123b, 233 : 체결부재
211 : 브라켓

Claims (6)

1. 프레임과, 상기 프레임의 하부에 고정되어 부력을 제공하게 되는 부력체를 포함하여 해상에서 부유하도록 마련되는 부유 구조물과;
   상기 부유 구조물의 상부에 설치되어 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 패널을 포함하며,
   상기 부력체는,
   유선형의 횡단면을 갖는 몸체부와;
   상기 몸체부의 상부에 마련되는 원통 형상으로, 상기 프레임에 마련된 제1조립공과 대응되는 제2조립공이 형성된 플랜지와;
   상기 제1조립공과 상기 제2조립공에 끼움 조립되어 상기 프레임과 상기 플랜지를 고정하게 되는 체결부재를 포함하며,
   상기 제1조립공과 상기 제2조립공 중의 어느 하나는 지름 방향으로 형성되며, 나머지는 지름 방향으로 복수 개가 회전 대칭되게 형성되며, 상기 프레임은 하부에 상기 제1조립공이 형성되어 상기 플랜지가 끼움 조립이 이루어지는 브라켓을 포함하는 해상 태양광 발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1조립공과 상기 제2조립공은 각각 회전 대칭되게 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 체결부재는 상기 제1조립공과 제2조립공에 끼움 되어 조립이 이루어지는 볼트와 너트인 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 체결부재는 상기 제1조립공과 제2조립공에 끼움 되어 조립이 이루어지는 고정핀인 것을 특징으로 하는 해상 태양광 발전시스템.

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