KR102502519B1 - 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직형 양면 태양광 모듈 및 수평형 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 시스템이 제공되고, 태양광 발전 시스템은, 수평형 태양광 모듈을 장착하기 위한 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물을 포함하고, 상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물 각각은, 좌우 양측에 한쌍 구조로 배치되는 가로바 지지대; 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대와 결합되어 지주로서 기능하도록 구성된 서포트부재; 및 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대의 상면에 가로방향으로 고정 결합 및 한쌍 구조로 상하 위치하여 간격 배치되고, 태양광모듈을 고정하기 위한 가로바;를 포함하고, 상기 서포트부재들 사이에는 수직형 양면 태양광 모듈을 적어도 하나 설치하되, 상기 수직형 양면 태양광 모듈은 서포트부재들 사이에 연결 설치되는 수직형 태양광 발전 구조물 상에 장착되는 것을 특징으로 한다.

Description

수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템{PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM INCLUDING A STRUCTURE SUPPORTING VERTICAL AND HORIZONTAL TYPE PHOTOVOLTAIC MODULES}

본 발명은 태양광 발전 구조물을 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농작물을 경작하는 경작지 상에 농작물을 경작하면서 태양에너지를 이용한 태양광 발전을 병행하여 실시할 수 있도록 하되 태양광 발전 구조물의 수평형 배치와 수직형 배치를 동시에 갖게 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 지주가 설치되고, 상기 지주 상에 다양한 구조의 프레임을 조립 구성한 다음에 상기 프레임 상에 태양광 모듈을 설치하도록 구비되며, 상기 태양광 모듈은 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하고, 프레임은 태양광 모듈에 대해 전기 생산량을 최대화하기 위해 태양이 조사되는 방향을 향하도록 경사지게 설치되고 있다.

이러한 태양광 발전 시스템은 최근에 농지에도 설치되어 이용되고 있으며, 농사를 지으면서 태양에너지를 이용한 태양광 발전을 병행하여 실시함으로써 전기 생산을 통한 판매를 통해 수익을 올리도록 하고 있고, 이와 같은 영농형 태양광 발전이 확대되고 있는 추세에 있다.

하지만, 종래 설치되는 영농형 태양광 발전 시스템은 기존 육상에 설치되는 태양광 발전 시스템을 그대로 도입하여 단순 설치하는 방식만을 적용하고 있으며, 이로 인해 하기와 같은 다양한 문제점이 도출되고 있다.

즉, 종래에는 영농형 태양광 발전 시스템의 구축을 위한 구성부품이 많고 다수의 조립에 의한 설치가 수행되어야 하는 것으로서, 설치조립에 따른 시공시간이 많이 소요되고 설치비용이 비싼 문제점이 있었다.

또한 종래에는 태양광 모듈을 프레임 상에 연이어 연속 설치하는 구성을 갖게 하는 것으로서, 농지에 그늘이 지고 그림자에 의한 영구 음영지역이 형성되므로 농작물 성장을 저해하고 농업 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 종래 태양광 발전 구조물은 태양광 모듈의 설치 방향에 따라 태양광 모듈이 대략 지면에 수평한 방향에서 경사지도록 태양광 모듈 지지대에 설치되는 배면배치형(또는 수평형) 태양광 발전 시스템과, 태양광 모듈을 지면에 수직한 방향으로 설치하는 수직형 태양광 발전 시스템으로 구별되어 설치된다.

수평형 태양광 발전 시스템의 경우 태양광 모듈이 정남향을 향하도록 배치한 후 태양광 모듈이 지면에 대해 5° ~ 35°의 범위 내에서 경사지도록 설치하는데, 이와 같은 수평형 태양광 발전 시스템의 경우에는 대략 정오를 기준으로 최고치의 전기가 발전되고 정오의 전후로 점차적으로 낮아지는 발전 경향을 갖는다.

한편, 수직형 태양광 발전 시스템의 경우 하나의 피크 발전량을 갖는 수평형 태양광 발전 시스템과는 상이하게 오전과 오후 각각의 어느 시점에서 최대의 전기가 발전되지만 정오의 경우 오히려 발전량이 떨어지는 발전 경향을 갖는다.

따라서 한정된 부지에서 태양광 발전을 병행하는 영농형 태양광 발전 시스템에서는 수직형 또는 수평형 어느 태양광 발전 시스템을 이용하더라도 안정적인 평활발전을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1842066호 대한민국 등록특허공보 제10-1859414호

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로, 농작물을 경작하는 경작지 상에 농작물을 경작하면서 태양에너지를 이용한 태양광 발전을 병행하여 실시할 수 있는 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 농작물을 경작하는 경작지 상에 태양광 발전 구조물의 수평형 배치와 수직형 배치를 동시에 갖게 하며 효율적인 배치설계로 융합 설치함으로써 태양광 발전효율을 높일 수 있도록 하면서 태양광 발전전력의 안정성을 확보할 수 있도록 한 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 태양광 발전이 이루어지는 주간시간 동안 안정적인 평활발전을 얻을 수 있는 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 태양광모듈의 설치에 의한 영구 음영지역이 발생되는 구조를 개선하여 햇빛에 의한 농작물의 성장을 지원 가능하게 할 수 있도록 독립 지주방식을 채택하되, 하나의 지주에 최소한 2개의 태양광모듈을 설치할 수 있도록 하는 한편, 그 구성을 단순화하여 제작 및 시공시간을 단축함과 더불어 설치비용을 절감할 수 있도록 한 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 양태에 따르면, 수평형 태양광 모듈을 장착하기 위한 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물을 포함하고,

상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물 각각은, 좌우 양측에 한쌍 구조로 배치되는 가로바 지지대; 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대와 결합되어 지주로서 기능하도록 구성된 서포트부재; 및 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대의 상면에 가로방향으로 고정 결합 및 한쌍 구조로 상하 위치하여 간격 배치되고, 태양광모듈을 고정하기 위한 가로바; 를 포함하고,

상기 서포트부재들 사이에는 수직형 양면 태양광 모듈을 적어도 하나 설치하되, 상기 수직형 양면 태양광 모듈은 서포트부재들 사이에 연결 설치되는 수직형 태양광 발전 구조물 상에 장착된다.

또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 상기 수직형 태양광 발전 구조물은, 상기 서포트부재들 사이에 연결 설치되는 수평 연결대; 상기 수평 연결대에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 상부와 체결 조립되는 모듈 상부 지지부; 상기 서포트부재들 중 어느 하나의 서포트부재에 고정 결합되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 하부와 체결 조립되는 모듈 하부 받침부;를 포함한다.

또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 상기 모듈 상부 지지부는, 상기 수평 연결대에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되는 관체형 고정걸이구; 상기 관체형 고정걸이구에 고정 결합된 채로 하측 방향으로 연장 돌출되고, 태양광 모듈의 상부프레임에 체결 조립되는 모듈상부 조립판; 을 포함하고, 상기 모듈 하부 받침부는, 상기 서포트부재들 중 어느 하나의 서포트부재에 체결 고정되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 하부를 떠받쳐 지지하도록 구비되는 모듈하부 받침대; 상기 모듈하부 받침대의 일측 상면에서 상측 방향으로 연장 돌출되고, 태양광 모듈의 하부프레임에 체결 조립되는 모듈하부 조립판; 을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 전술한 양태에서, 수평형 태양광 모듈은 남쪽 방향을 향해 설치되고, 상기 수직형 양면 태양광 모듈은 동쪽 방향 및 서쪽 방향을 향해 설치되는 것이 바람직하다.

또한 전술한 양태에서, 상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물은 남쪽 방향과 북쪽 방향에 위치시켜 간격 배치되고, 상기 수직형 양면 태양광 모듈은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치되는 것이 바람직하다.

또한 전술한 양태에서, 상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물을 전후로 간격 배치 및 연속 배열하여 설치하는 경우, 상기 수평형 태양광 발전 구조물의 연속 배열 상에 설치되는 수직형 양면 태양광 모듈은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치하되, 전후로 서로 다른 방향에 위치되게 번갈아 설치되는 것이 바람직하다.

또한 전술한 양태에서, 수평형 태양광 모듈로부터 생성된 DC를 AC로 변환하기 위한 제1 인버터; 및 수직형 양면 태양광 모듈로부터 생성된 DC를 AC로 변환하기 위한 제2 인버터를 더 포함한다.

또한, 전술한 어느 하나의 양태에서, 상기 수평 연결대는 원형 파이프 또는 다각형 파이프로 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 농작물 재배를 위한 농사를 지으면서 태양에너지를 이용한 태양광 발전을 병행하여 실시할수 있고, 설치의 용이성 및 영농의 수익성을 높일 수 있으며, 효용성을 높일 수 있는 영농형 태양광 발전 구조물 및 이를 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 농작물을 경작하는 경작지 상에 태양광 발전 구조물의 수평형 배치와 수직형 배치를 동시에 갖게 하며 효율적인 배치설계로 융합 설치함으로써 태양광 발전효율을 높일 수 있도록 하면서 태양광 발전전력의 안정성을 확보할 수 있고, 수평 배치형 태양광 모듈 및 수직 배치형 태양광 모듈을 융합하여 발전을 수행함으로써 주간 시간 동안 안정정인 평활발전을 얻을 수 있는 영농형 태양광 발전 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 농지의 형태에 무관하게 설치하여 사용할 수 있는 등 모든 농지에 설치가 가능하고, 간단한 구성으로 시공시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 설치비용을 절감할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 구조를 개선하여 종래 태양광모듈의 설치에 의한 영구 음영지역이 발생되는 문제점을 개선할 수 있어 햇빛의 조사에 의한 농작물의 성장을 지원하는 형태로 설치할 수 있고, 농업 생산성을 최대화할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나의 지주에 여러개의 태양광모듈을 설치할 수 있게 되어 설치 효율이 향상되고, 또한 독립지주를 가로바를 통해 서로 연결함으로써 농경지 형상에 대응함은 물론 이를 통해 태양광모듈의 무게로 인한 흔들림을 방지하게 되어 설치의 견고성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수평형 태양광 모듈 및 수직형 태양광 모듈을 설치할 수 있는 태양광 발전 구조물을 포함하는 태양광 발전 시스템을 나타내는 도면;
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 분리형 구조를 갖는 수평형 태양광 발전 구조물을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 확장된 수평형 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템의 일례를 나타내는 도면;
도 4는 하나의 수직형 양면 태양광 모듈이 슬라이딩 이동가능하도록 설치된 하나의 설치예를 나타내는 도면;
도 5은 복수의 수직형 양면 태양광 모듈이 동시에 슬라이딩 이동가능하도록 리니어 모터를 이용한 설치예를 나타내는 도면;
도 6은 도 5에 이용되는 리니어 모터의 일례를 나타낸 도면;
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평형 태양광 모듈 및 수직형 태양광 모듈을 설치할 수 있는 태양광 발전 구조물을 포함하는 태양광 발전 시스템의 설치 예시를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평형 태양광 모듈 및 수직형 태양광 모듈을 설치할 수 있는 태양광 발전 구조물을 포함하는 태양광 발전 시스템의 기본 설치구조를 나타내는 도면;
도 10은 수직형 양면 태양광 모듈의 설치 구조를 나타내는 도면;
도 11은 수평형 태양광 모듈 및 수직형 태양광 모듈로부터 집전되는 DC를 AC로 변환하기 위한 인버터의 설치예를 나타내는 도면;
도 12에서 (A)는 수평형 태양광 모듈이 단독으로 사용된 경우 발전 효율을 나타내는 그래프이고, (B)는 수직형 양면 태양광 모듈이 단독으로 사용된 경우 발전 효율을 나타내는 그패프이고, (C)는 수평형 태양광 모듈과 수직형 태양광 모듈이 혼합되어 사용된 경우 발전 효율을 나타내는 그래프이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.

첨부도면 도 1 내지 도 12는 본 발명에 따른 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템은 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈(200,230)을 지지하는 태양광 발전 구조물(100: 100a,100b)과 태양광 모듈(200,230)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서 참조번호 200으로 나타낸 태양광 모듈은 단면의 수평형 태양광 모듈(200)을 나타내고 참조번호 230으로 나타낸 태양광 모듈은 양면의 수직형 태양광 모듈(230)을 나타낸다.

태양광 발전 구조물(100)은 도시된 바와 같이 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)이 하나의 쌍을 이루어 형성되고, 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)의 각각의 서포트부재(120)들 사이에 2개의 수평 지지대(210)가 서포트 부재(120)의 상부측 및 하부측에 서로 평행하게 설치되고, 두개의 평행하는 수평 지지대(210) 사이에 수직형 태양광 모듈(200)이 설치되고, 수평형 태양광 모듈은 가로바(130)에 설치되어 유지된다.

이때, 상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)은 남쪽 방향과 북쪽 방향에 위치시켜 간격 배치함이 바람직하다.

도 2는 태양광 발전 구조물의 한 쌍 중 어느 하나의 구조를 나타내는 사시도이고, 태양광 발전 구조물(100a,100b)에 대한 분리형 구조를 설명하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 가로바 지지대(110), 서포트부재(120), 가로바(130), 및 체결조립부재(140)를 포함할 수 있다.

상기 가로바 지지대(110)는 3변(邊) 이상의 다변에 의해 다각형 구조로 이루어지고, 좌우 양측에 한쌍 구조로 배치된다. 이때, 상기 가로바 지지대(110)는 일정 길이를 갖는 원형관 또는 각관의 파이프를 구비하되 상기 파이프를 밴딩하여 다각형 프레임 구조로 제작한다.

여기에서, 상기 가로바 지지대(110)는 가로바(130)의 고정 결합을 위한 부분인 다각형 프레임 구조의 상면에 대해 하향 경사지는 형태의 경사를 형성하도록 구성함이 바람직하다.

여기에서, 상기 가로바 지지대(110)는 파이프의 밴딩을 통해 제작하는 다각형 구조에 있어 삼각형 형태의 구조만을 도시하였으나, 사다리꼴 등 사각형 형태로 구성할 수 있는 등 구조적인 수정 또는 변형이 이루어질 수 있다.

여기에서, 상기 가로바 지지대(110)는 서포트부재(120)와의 결합을 위해 하단부를 연장하여 일자 형태로 짧게 구비함이 바람직하다.

상기 서포트부재(120)는 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대(110)와의 체결을 통해 결합되는 분리형 구성으로서, 지주로서 기능하도록 연결 구비되는 일자형 부재이다.

이때, 상기 서포트부재(120)는 원형관 또는 각관의 파이프로 구성할 수 있다.

수평형 태양광모듈(200)은 태양광 발전 구조물(100a,100b)의 가로바(130) 상에 고정 설치하는 구성으로서, 영구 음영지역의 발생을 방지하도록 하기 위해 좌우에 위치하여 간격 배치되는 한쌍 구성으로 설치된다.

이때, 상기 수평형 태양광모듈(200)은 동일 규격으로 구비되는 하나의 태양광모듈이 갖는 가로폭의 길이보다 작거나 동일한 거리로 간격 배치함으로써 태양에너지가 농지에 도달할 수 있게 한다. 바람직하게는 가로폭의 길이보다 0.5 ~ 1.5배 이내의 거리로 간격 배치함으로서, 농지에 영구 음영지역의 발생을 배제하도록 한다.

또한, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 태양광 발전 구조물(100a,100b)과 이에 고정 설치되는 한쌍의 수평형 태양광모듈(200)을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템은 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 유닛(unit) 단위로 가로 혹은 세로 방향으로 2개 이상을 연결 구성하여 설치할 수 있다.

부연하여, 설치하고자 하는 농지의 형태 및 면적에 따라 유닛 단위의 설치개수를 달리할 수 있으며, 예를 들어 2개 1조, 4개 1조, 8개 1조 등을 1유닛(unit)으로 구성할 수 있다.

여기에서, 영농형 태양광 발전 시스템을 유닛(unit) 단위로 2개 이상을 연결 구성하여 설치할 시, 상기 영농형태양광 발전 구조물(100)이 갖는 가로방향의 연결은 가로바(130)를 길게 연장하여 설치함으로써 수형평 태양광모듈(200)을 설치하여 사용토록 하여 상호간을 연결 고정함으로써 상호 지지력을 갖게 할 수 있고, 이를 통해 바람에 의한 흔들림을 방지하도록 구성할 수 있다.

여기에서, 영농형 태양광 발전 시스템을 유닛(unit) 단위로 2개 이상을 연결 구성하여 설치할 시, 상기 영농형 태양광 발전 구조물(100a,100b)이 갖는 가로바(130) 간에는 길이방향으로 서로 연결하여 길게 연장 설치함으로써 태양광모듈(200)을 설치하는 경우 공유하여 사용토록 하며, 설치되는 태양광모듈(200)의 무게로 인한 흔들림을 방지하도록 구성할 수 있다.

다시 도 1 및 도 3을 참조하면, 한쌍의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)의 각각의 서포트부재(120)들 사이에 2개의 수평 지지대(210)가 서포트 부재(120)의 상부측 및 하부측에 서로 평행하게 설치되고, 두개의 평행하는 수평 지지대(210) 사이에 수직형 태양광 모듈(230)이 설치된다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 수직형 태양광 모듈(230)은 남향으로 향해 있는 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)의 사이에 배치되기 때문에 태양이 동쪽으로부터 서쪽으로 이동하는 과정에서 수평형 태양광 모듈에 의해 그림자가 질 수 있다. 따라서 수직형 태양광 모듈(230)은 남쪽이나 북쪽 중의 어느 일측으로 치우쳐서 수평 지지대(210) 사이에 설치된다.

즉, 수직형 태양광 모듈(230)은 수평 지지대(210)의 중심부에서 어느 일측 방향으로 편심되게 설치함이 바람직하다.

또한 전술한 실시예에서 수직형 태양광 모듈이 설치되는 수평 지지대(210)의 길이는 최소 4m 이고, 수평 지지대(210)의 설치 높이는 최소 2m인 것(즉, 서포트부재(120)의 높이가 최소 2m 이상)인 것이 태양광 패널(100a))에 의해 그림자로 인한 태양광 발전 전기의 손실을 방지할 수 있다.

수직형 태양광 모듈(230)은 수평 지지대(210) 사이에서 볼트 및 너트 또는 나사와 같은 결합수단을 이용하여 고정될 수도 있지만 수평 지지대(210) 사이에서 슬라이딩 가능하도록 구성될 수도 있다.

예를 들면, 도 4는 수평 지지대(210) 사이에서 슬라이딩 가능하도록 구성된 수직형 태양광 모듈(230)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상측 및 하측 수평 지지대(210)에는 각각 홈부(211)가 제공되고 수직형 태양광 모듈(230)의 상측 및 하측 프레임에는 베어링부재(231)가 제공되어 수직형 태양광 모듈(230)이 홈부(211)에 끼워진 후 홈부(211) 내에서 남쪽 또는 북쪽 방향으로 자유롭게 슬라이딩 이동될 수도 있다.

베어링 부재(231)는 도 4에서 확대된 도면에 표시된 바와 같이 바퀴부재(2310)의 일부분이 베어링 부재(231)의 케이스의 하측으로 노출되어 있고 홈부(211) 내에서 수직형 태양광 모듈(230)이 슬라이딩 하도록 기능한다. 또한 수직형 태양광 모듈(230)이 홈부(211) 내에서 과도하게 이동되는 것을 방지하기 위해 부퀴부재의 상측에는 가압 스프링(2314)과 같은 탄성 수단이 제공되어 확대도 내에서 화살표로 나타낸 바와 같이 바퀴부재는 홈부 내에 밀착되어 슬라이딩 이동됨에 따라 이동하지 않은 상태에서는 홈부 내에서 안정적으로 유지될 수 있다.

도 5는 수평 지지대(210) 사이에서 이동가능하도록 구성된 수직형 태양광 모듈(200)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 4의 실시예에서는 수직형 태양광 모듈(230)이 개별적으로 이동하도록 구성된 반면 도 5의 실시예에서는 하나의 수직형 태양광 모듈(230)이 상하측 수평 지지대(210) 사이에서 이동하는 경우 나머지 수직형 태양광 모듈(230)도 연동하여 이동하도록 구성된 실시예를 나타낸다.

이를 위해 수직형 태양광 모듈(230)은 상하측 수평 지지대(210) 내에 리니어 모터(400)가 제공되고 리니어 모터의 슬라이더에 결합된 수직형 태양광 모듈(230)이 상하측 수평 지지대(210), 수평 지지대(210)에 설치된 리니어모터 스테이지를 따라 이동하게 구성된다. 구체적으로 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 리니어모터 스테이지(400)를 개략적으로 도시한 도면이다. 리니어모터 스테이지(400)는 베이스(410), 리니어모터(420), LM가이드(430), 슬라이더(440) 및 상부커버(450)를 포함하여 구성되어 있다. 베이스(410)는 일 방향으로 길게 마련되며, 내부공간을 형성하도록 사면에 격벽이 설치된다. 상기 리니어 모터(420)는 베이스(410)의 내부공간에 고정자(421)와 이동자(422)를 포함하여 설치되며, 내측 상부면에 결합된 영구자석인 고정자(421)와 슬라이더(440)의 하부면에 결합된 전자석인 이동자(422)에 의해 슬라이더(440)를 베이스(410)의 전후방향으로 이송시키도록 설치되어 있다.

LM가이드(430)는 LM블럭(431)과 LM레일(432)로 구성되어 베이스(410)의 내측에 일체로 고정되도록 결합되고, LM블럭(431)은 슬라이더(440)의 하부면에 일체로 고정되도록 결합되어 있다. 상기 슬라이더(440)는 베이스(410)의 길이방향을 따라 슬라이딩 운동을 하게 되며, 양측 단부에는 수직으로 연장되어 베이스(410)의 상부로 돌출되는 결합부(441)가 형성되어 있고, 상기 결합부(441)는 상부커버(450)가 결합된 상태에서도 상태를 유지하도록 구성되어 있다. 수직형 태양광 모듈은 전술한 슬라이더 홈부에 결합되고, 노출된 결합부(441)을 통해 연결부재(290)가 연결된다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 수직형 태양광 모듈(200)은 연결부재(290)에 의해 서로 연결되어 있기 때문에 리니어 모터가 제공된 수직형 태양광 모듈(230)이 이동함에 따라 그와 연동하여 이동하게 된다.

이와 같이 리니어 모터를 이용하여 복수의 수직형 태양광 모듈(200)을 이동시키는 경우 타이머 장치를 모터에 연결하여 미리정해진 시간에 모터를 미리 정해진 회전량만큼 구동시킴으로써 수평형 태양광 모듈(200)의 그림자로 인한 태양광 발전량 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100)을 유닛 단위로 하여 전후로 간격 배치 및 연속 배열하여 설치하는 경우, 수평형 태양광 발전 구조물(100)의 연속 배열 상에 설치되는 수직형 양면 태양광 모듈(230)은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치하되, 전후로 서로 다른 방향에 위치되게 번갈아 설치함이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템은 도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈(200,230)을 지지하는 태양광 발전 구조물(100: 100a,100b)과 태양광 모듈(200,230)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 참조번호 200으로 나타낸 태양광 모듈은 단면의 수평형 태양광 모듈(200)을 나타내고 참조번호 230으로 나타낸 태양광 모듈은 양면의 수직형 태양광 모듈(230)을 나타낸다.

상기 태양광 발전 구조물(100)은 앞서 설명한 바와 같이, 수평형 태양광 모듈(200)을 장착하기 위한 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)을 포함한다.

즉, 상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b) 각각은 좌우 양측에 한쌍 구조로 배치되는 가로바 지지대(110)와, 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대와 결합되어 지주로서 기능하도록 구성된 서포트부재(120), 및 상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대(110)의 상면에 가로방향으로 고정 결합 및 한쌍 구조로 상하 위치하여 간격 배치되고 수평형 태양광 모듈(200)을 고정하기 위한 가로바(130)를 포함한다.

여기에서, 상기 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)은 도 1 내지 3을 참조하여 설명한 일 실시예에서의 기술 구성과 동일하므로 이를 준용하기로 한다.

또한, 유닛(unit) 단위로 설치 가능한 구성도 동일한 설치 유형을 갖는다 할 것으로서, 이를 준용하기로 한다.

다시 도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 한쌍의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)의 각각의 서포트부재(120)들 사이에는 수직형 양면 태양광 모듈(230)을 적어도 하나가 설치된다.

상기 수직형 양면 태양광 모듈(230)은 서포트부재(120)들 사이에 연결 설치되는 수직형 태양광 발전 구조물(300) 상에 장착된다.

상기 수직형 태양광 발전 구조물(300)은 수평 연결대(310), 모듈 상부 지지부(320), 모듈 하부 받침부(330)를 포함하는 구성일 수 있다.

상기 수평 연결대(310)는 상술한 수평형 태양광 발전 구조물(100)이 갖는 서포트부재(120)들 사이에 위치하여 상부에서 횡(橫) 방향으로 연결 설치된다.

수평 연결대(310)는 원형 파이프가 바람직하며, 사각이나 육각 등 다각형 파이프로 구성할 수도 있다.

상기 모듈 상부 지지부(320)는 수평 연결대(310)에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되고, 수직형 양면 태양광 모듈(230)의 상부와 체결 조립된다.

여기에서, 모듈 상부 지지부(320)는 수평 연결대(310)에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되는 관체형 고정걸이구(321)와, 관체형 고정걸이구(321)에 고정 결합된 채로 하측 방향으로 연장 돌출되고 태양광 모듈(230)의 상부프레임에 체결 조립되는 모듈상부 조립판(322)을 포함한다.

여기에서, 모듈상부 조립판(322)은 수직형 양면 태양광 모듈(230)의 상부프레임에 볼트 체결로 상호 조립하는 구성일 수 있다.

상기 모듈 하부 받침부(330)는 상술한 수평형 태양광 발전 구조물(100)이 갖는 서포트부재(120)들 중 어느 하나의 서포트부재에 고정 결합되고 수직형 양면 태양광 모듈(230)의 하부와 체결 조립된다.

여기에서, 모듈 하부 받침부(330)는 서포트부재(120)들 중 어느 하나의 서포트부재에 체결 고정되고 수직형 양면 태양광 모듈(230)의 하부를 떠받쳐 지지하도록 구비되는 모듈하부 받침대(331)와, 모듈하부 받침대(331)의 일측 상면에서 상측 방향으로 연장 돌출되고 태양광 모듈(230)의 하부프레임에 체결 조립되는 모듈하부 조립판(322)을 포함한다.

여기에서, 모듈 하부 받침부(330)는 서포트부재(120)들 중 어느 하나의 서포트부재에 볼트 체결로 고정되고, 모듈하부 조립판(322)은 수직형 양면 태양광 모듈(230)의 하부프레임에 볼트 체결로 상호 조립하는 구성일 수 있다.

여기에서도, 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100)을 유닛 단위로 하여 전후로 간격 배치 및 연속 배열하여 설치하는 경우, 수평형 태양광 발전 구조물(100)의 연속 배열 상에 설치되는 수직형 양면 태양광 모듈(230)은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치하되, 전후로 서로 다른 방향에 위치되게 번갈아 설치함이 바람직하다. 이를 통해 그림자에 의한 발전손실을 최소화할 수 있으며, 태양광 발전효율을 높일 수 있다.

도 11은 본 발명의 태양광 발전 시스템의 발전 계통을 나타내는 도면이다. 도 11의 (A) 및 (B) 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 수평형 및 수직형 태양광 모듈(200)을 조합하여 이용하고 있기 때문에 태양광 모듈, 즉 수평형 태양광 모듈과 수직형 태양광 모듈에서 각각 생성되는 DC는 각각의 인버터(인버터1,인버터2)로 들어가고 각각의 인버터에서 AC로 변환하고 상용계통으로 전달되게 된다. 그렇지 않고 하나의 인버터 회로를 이용하여 DC를 AC로 변환하는 경우 수평형 태양광 모듈과 수직형 태양광 모듈에서 각각 생성된 DC 중 낮은 전압의 DC가 높은 전압의 갖는 DC에 흡수되어 버리기 때문에 무효전력이 발생하게 된다.

도 11에서 (B)의 경우 하나의 통합 인버터로 도시되고 있지만 통합 인버터의경우 도 11의 (A)와 동일하게 내부에 독립적인 인버터 회로들(인버터 회로 1, 인버터 회로 2)이 내장되어 있으며 이들 인버터 회로 각각은 수평형 모듈과 수직형 모듈에 각각 연결되어 있기 때문에 도 11의 (A)와 동일한 구조를 갖는 것으로 이해될 수 있다.

도 12의 (A)는 수평형 태양광 모듈을 단독으로 사용했을 때의 시간에 따른 평균 전력량, 도 12의 (B)는 수직형 태양광 모듈을 단독으로 사용했을 때의 시간에 따른 평균 전력량, 도 12의 (C)는 수평형 태양광 모듈과 수직형 태양광 모듈을 함께 사용했을 때의 시간에 따른 평균 전력량의 그래프를 나타낸다.

도 12에서 보여지듯이 수평형 태양광 모듈은 정오를 기준으로 가장 높은 평균 전력을 생산하고, 수직형 태양광 모듈의 경우 오전 8시 및 오후 3~4시에서 가장 높은 평균 전력을 생한함을 알 수 있다. 즉 도 12의 (C)에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 수평형 태양광 모듈과 수직형 태양광 모듈을 함께 사용함으로써 태양광 발전이 이루어지는 전시간대에 걸쳐 비교적 높은 평활 발전이 이루어지는 것을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)을 하나의 쌍으로 설치하고 각각의 수평형 태양광 발전 구조물(100a,100b)을 지지하는 각각의 서포트부재(120)들 사이에 비교적 간단한 구조로 수직형 태양광 모듈(230)을 설치함으로써 수평형 태양광 모듈(200)과 수직형 태양광 모듈(230)이 조합된 태양광 발전 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광 발전 구조물(100)을 포함하는 태양광 발전 시스템은 간단한 구성으로 제작하므로 시공시간을 단축함과 더불어 설치비용을 절감할 수 있고, 농지의 형태에 무관하게 설치하여 사용할 수 있는 등 모든 농지에 설치 가능하며, 종래 태양광모듈의 설치에 의한 영구 음영지역이 발생되는 구조를 개선할 수 있어 햇빛에 의한 농작물의 성장을 지원 가능한 구조로 설치할수 있으므로 농업 생산성을 최대화할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

특히, 수평 배치형 태양광 모듈 및 수직 배치형 태양광 모듈을 융합하여 발전을 수행함으로써 주간 시간 동안 안정정인 평활발전을 얻을 수 있기 때문에 태양광 발전전력의 안정성을 확보할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다 할 것이다.

100: 태양광 발전 구조물 100a, 100b: 수평형 태양광 발전 구조물
110: 가로바 지지대 120: 서포트부재
130: 가로바 140: 체결조립부재
160: 수평 지지대 200: 수평형 태양광모듈
230: 수직형 태양광모듈 300: 수직형 태양광 발전 구조물
310: 수평 연결대 320: 모듈 상부 지지부
330: 모듈 하부 받침부

Claims (8)

1. 수평형 태양광 모듈을 장착하기 위한 적어도 2개의 수평형 태양광 발전 구조물을 포함하고,
   상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물 각각은,
   좌우 양측에 한쌍 구조로 배치되는 가로바 지지대;
   상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대와 결합되어 지주로서 기능하도록 구성된 서포트부재; 및
   상기 한쌍 구조로 좌우에 배치되는 가로바 지지대의 상면에 가로방향으로 고정 결합 및 한쌍 구조로 상하 위치하여 간격 배치되고, 태양광모듈을 고정하기 위한 가로바; 를 포함하고,
   상기 서포트부재들 사이에는 수직형 양면 태양광 모듈을 적어도 하나 이상 설치하되,
   상기 수직형 양면 태양광 모듈은 서포트부재들 사이에 연결 설치되는 수직형 태양광 발전 구조물 상에 장착되되,
   상기 수직형 태양광 발전 구조물은,
   상기 서포트부재들 사이에 연결 설치되는 수평 연결대;
   상기 수평 연결대에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 상부와 체결 조립되는 모듈 상부 지지부;
   상기 서포트부재들 중 어느 하나의 서포트부재에 고정 결합되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 하부와 체결 조립되는 모듈 하부 받침부; 를 포함하고,
   상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물은 남쪽 방향 또는 북쪽 방향에 위치시켜 간격 배치되고,
   상기 수직형 양면 태양광 모듈은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치되는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 모듈 상부 지지부는,
   상기 수평 연결대에 적어도 하나가 삽입 끼움되어 지지 결합되는 관체형 고정걸이구;
   상기 관체형 고정걸이구에 고정 결합된 채로 하측 방향으로 연장 돌출되고, 태양광 모듈의 상부프레임에 체결 조립되는 모듈상부 조립판; 을 포함하고,
   상기 모듈 하부 받침부는,
   상기 서포트부재들 중 어느 하나의 서포트부재에 체결 고정되고, 수직형 양면 태양광 모듈의 하부를 떠받쳐 지지하도록 구비되는 모듈하부 받침대;
   상기 모듈하부 받침대의 일측 상면에서 상측 방향으로 연장 돌출되고, 태양광 모듈의 하부프레임에 체결 조립되는 모듈하부 조립판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 2개의 수평형 태양광 발전 구조물을 전후로 간격 배치 및 연속 배열하여 설치하는 경우,
   상기 수평형 태양광 발전 구조물의 연속 배열 상에 설치되는 수직형 양면 태양광 모듈은 남쪽 또는 북쪽에 위치된 어느 하나의 수평형 태양광 발전 구조물에 근접하도록 편심되게 설치하되, 전후로 서로 다른 방향에 위치되게 번갈아 설치되는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   수평형 태양광 모듈로부터 생성된 DC를 AC로 변환하기 위한 제1 인버터; 및
   수직형 양면 태양광 모듈로부터 생성된 DC를 AC로 변환하기 위한 제2 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템.
   
8. 제2항에 있어서,
   상기 수평 연결대는 원형 파이프 또는 다각형 파이프인 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 태양광 발전 구조물을 포함하는 영농형 태양광 발전 시스템.

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