KR20050056906A - 저 밸러스트 장착 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 일반적으로 솔라 패널 모듈을 포함하는 조립체가 개시되어 있는데, 이 조립체는 바람에 노출되는 표면에 장착되고 상기 표면에 각도지게 장착되는 패널 및 상기 패널의 상부 에지에서 상기 패널이 장착되는 표면으로 연장되는 오목표면을 규정하는 수단을 포함하며, 상기 오모표면에의 바람의 충돌로 조립체에 가해지는 바람에 의한 양력이 감소된다. 이 배열로 조립체가 바람에 의해 날아가는 것을 방지하는데 필요한 밸러스트의 양이 감소된다.

Description

저 밸러스트 장착 시스템{LOW BALLAST MOUNTING SYSTEM}

본 발명은 평판 또는 이와 유사한 것을 특별한 고정없이 지지표면에 대해 각도지게 장착하는 경우에 사용되는 저 밸러스트 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 솔라 패널을 지지표면에 각도지게 장착하는데 적용하기 위한 것이다.

예를 들어, 광전지 셀과 같은 솔라패널은 전기공급원으로서 중요성이 점점 증가되고 있다. 특히 전기의 생성을 위해 건물의 지붕에 설치되는 솔라 패널의 사용이 더욱 확산되고 있다.

본 기술분야에서 여러 종류의 솔라 패널 장착 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어, 솔라 패널은 현재의 지붕에 장착될 수도 있으며, 또는 새로운 지붕의 원 설계에 병합될 수도 있다. 현재의 지붕에 패널이 장착되는 경우에는 지붕표면을 관통하는 볼트와 같은 고정장치를 사용하여 현재의 지붕에 부가하는 것이 통상적이다. 지붕을 덮는 부재가 관통 고정장치에 의해 파손되는 것은 일반적으로 바람직하지 못한 것이며 지붕의 관통에 의해 잠재적인 누설문제를 초래할 수도 있다.

이에 대한 대안으로서, 지붕에 고정되지 않고 그 대신 밸러스트를 이용하여 지붕표면에서 조립체를 간단하게 유지하는 솔라 패널 장착 시스템이 사용된다. 아주 강한 바람에도 솔라 패널 모듈이 지붕에서 제 위치를 견고하게 유지하기 위해 충분한 밸러스트가 사용된다.

일반적으로 솔라 패널은 그의 표면에서 최적량의 태양복사를 수용하기 위해 각도지게 장착된다. 솔라 패널이 장착되는 지붕표면이 이와 유사하게 기울어지지 않는다면, 패널은 지붕표면에 대해서 각도지게 고정된다. 패널의 하부는 지붕표면에 대해 예각을 이루며, 적절한 방향으로부터 불어오는 바람에 대해 명백히 현저한 저항을 제공하며, 이러한 경우 바람에 의한 양력과 항력이 주요한 문제가 된다. 밸러스트에 전적으로 의존하는 장착 시스템은 이를 극복하기 위해 대량의 밸러스트가 요구된다.

그러나, 대량의 밸러스트라는 요구조건은 많은 지붕의 경우, 특히 무게를 견딜수 있는 충분한 강도를 가지지 않는 편평한 지붕의 경우에 솔라 패널의 배열이 적합하지 않게 된다. 따라서 바람에 의한 양력에 충분히 저항하면서 더 가벼운 장착 시스템이 요구된다.

예를 들어, 미국특허공보 제 5746839 호에는 각도진 솔라 패널의 후방에서 편향판을 사용하여 패널주변의 바람을 편향시키고 바람에 의한 양력을 감소시키는 구성이 개시되어 있다. 그러나, 패널의 하부에 도달하는 바람에 대한 장벽으로서 작용하는 편평한 편향판만이 개시되어 있다.

도 1 은 각각이 패널과 오목표면을 구비하고 있는 한 쌍의 인접한 모듈을 보여준다.

도 2 는 평행한 열로 배열된 도 1 의 모듈을 보여준다.

도 3 은 도 2 에 나타낸 것을 다른 측에서 바라본 것이다.

도 4 는 NACA 프로파일을 갖는 오목표면을 보여준다.

도 5 는 대칭적 NACA 프로파일을 갖는 오목표면을 보여준다.

바람을 편향시키기 위해 오목표면을 사용하는 장착 시스템을 사용하여 바람에 의한 양력을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있음이 발견되었다. 이는 바람에 의한 양력이 문제되는 경우에 표면에 각도지게 장착되는 패널을 구비하는 어떠한 조립체에도 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 바람에 노출된 표면에 장착되며, 이 표면에 각도지게 장착된 패널을 가지는 조립체와, 및 상기 패널의 상부 에지로부터 이 패널이 장착되는 표면으로 연장되는 오목표면을 규정하는 수단을 제공한다.

본 발명에 있어서, "오목표면" 은 대부분의 단면에 있어서 오목 단면 프로파일을 가지는 표면을 의미한다. 오목표면은 에지에 인접하여 상이한 프로파일을 가지는 표면을 배제하지 않는다. 예를 들어, 상기 표면은 그가 연결되는 패널의 에지에 인접한 볼록 프로파일을 가질 수 있어서 패널과의 연결부를 가로질러 매끈한 표면을 제공할 수 있다.

바람은 물론 임의의 방향에서 불어와서 조립체에 충돌하게 되나, 본 발명에서 제기된 양력의 문제는, 바람의 한 성분이 패널과 이 패널이 장착되는 표면에 의해 규정되는 예각으로 부는 경우에만 발생하게 된다. 따라서, 설명의 명료성을 위해 이 방향으로부터의 바람 즉, 오목표면에 직접적으로 충돌하는 바람은 공칭바람으로 하여 본 발명을 설명한다. 이와 관련하여, 조립체가 장착된 표면에 인접한 (그리고 장착된 패널과의 연결부로부터 먼) 오목표면의 에지를 선단에지라고 할 수 있으며, 장착된 패널은 바람이 불어가는 쪽에 위치하며 후단에지를 형성한다.

장착된 패널은 통상적으로 평판 또는 이와 유사한 시트재를 구비하며, 지지표면에 각도지게 장착되었을 때 바람의 양력 문제를 일으키기게 충분한 바람 저항성을 가질것으로 기대된다면 어떤 구성도 가능하다. 오목표면은 무게를 줄이기 위해 중실체보다는 시트를 구비하는 것이 일반적이다.

본 발명은 특히 시스템을 제 위치에 유지하기 위해 관통 체결부재를 사용할 필요없이 편평한 지붕상에 각도지게 장착되는 솔라 패널과 같은 패널을 장착하는데 적용된다. 본 발명은 또한 예를 들어 휴대용 램프나 점프의 경우와 같이 경사진 패널이나 플레이트가 공기역학적으로 완화된 바람에 의한 양력이라는 잇점을 가지는 경우에도 적합하다.

조립체의 선단에지 (바람이 관심 방향에 있을때) 는 바람이 충돌할때 바람에 의해 야기된 양력을 감소시키는 오목 프로파일을 가진다. 오목표면은 바람직하게는 본 기술분야에서 NACA (미국항공자문위원회, National Advisory Committee on Aeronautics) 프로파일로 알려진 에어호일(airfoil)형 프로파일을 가진다. NACA 프로파일은 항공산업분야에서는 잘 알려진 프로파일로서 공기역학적 프로파일이 요구되는 경우에 자주 사용된다. 수많은 종류의 NACA 프로파일을 공적으로 얻을 수 있지만, 이 프로파일들은 본 발명의 목적을 위해 최대 곡률 (%) 과 선단에지로부터 프로파일을 따른 위치로서 단순화하여 규정할 수 잇다. 오목표면의 최대곡률점의 위치는 패널에 인접한 에지보다 표면의 선단에지에 더 인접한 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 선단에지로부터 패널에 인접한 에지 사이의 익현을 따라 20% 내지 40%의 거리에 위치한다. 이 지점에서의 최대 곡률 ( 또는 캠버 ) 은 바람직하게는 5% 내지 15% 이며 더욱 바람직하게는 8% 내지 12% 이다.

어떤 특정한 경우에 사용되는 오목표면의 정확한 프로파일이라도 패널의 장착각도, 지지해야 하는 바람속도, 및 조립체의 전체 크기 및 무게에 의해 (밸러스트를 포함하여) 결정됨은 쉽게 알 수 있다. 예를 들어, 비교적 약한 지붕의 경우와 같이 최소한의 밸러스트가 가장 주된 요구조건인 경우에는 프로파일은 바람에 의해 야기되는 양력이 최소화하도록 구성될 것이다. 그러나, 밸러스트 요구조건이 그렇게 엄격하지 않고 더 많은 밸러스트가 사용될 수 있는 경우에는 선단에지는 양력을 최대로 감소시키는 형상을 가질 필요가 없으며 다른 인자들이 프로파일에 영향을 미치게 된다.

패널 에지와 오목표면의 연결부를 매끈한 단면 프로파일을 갖도록 형성하여, 연결부를 가로질러 층류를 조장하고 난류를 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 양력의 감소에 더욱 효과적이다. 따라서, 오목표면의 프로파일은 공기역학적 형상을 방해하지 않도록 패널과 접하는 에지 부근에서만 수정된다.

바람직한 실시형태에서, 솔라 패널의 양면 및/또는 오목표면에 슬롯이 제공될 수 있으며, 아래에 있는 슬롯은 실질적으로 수평 개구부를 규정하며, 위에 있는 슬롯은 실질적으로 수직한 내부벽과 연결되어 있는 실질적으로 수직 개구부를 규정한다. 지붕을 가로질러 부는 바람은, 수평 슬롯을 통과하여 패널과 오목표면에의해 형성된 공동부로 진입하고, 그런 다음 내부벽에 의해 윗쪽으로 편향되어 수직 슬롯을 통해 나가게 되며, 이에 의해 바람방향으로 향하는 패널 또는 오목표면 중 어느 하나에 하향 반력이 발생하게 된고, 이 반력은 바람의 양력을 완화시키는에 기여를 한다. 가장 바람직하게는 슬롯이 오목표면보다는 솔라 패널의 양면에 제공된다. 이러한 배열은 대류에 의한 패널의 냉각을 가능하게 하는 추가적인 장점을 가진다.

또 다른 바람직한 실시형태에서, 조립체는 베이스패널을 추가적으로 구비하며, 전방 패널, 후방 오목표면 및 베이스패널이 함께 삼각 조립체를 형성한다. 2개의 수직 패널에 의해 형성된 내부 공동으로 유입된 바람은, 이 패널에 대해서는 상향력을 발휘하고 이 패널들이 지지되는 면에 대하여는 하향력을 발휘하여, 이 면이 지붕이라면 그 면에서 상기 패널을 분리하는 역할을 한다. 상기 패널이 지지되는 면이 조립체의 일체화된 일부라면 이러한 위험은 회피될 수 있다.

본 발명이 솔라 패널 조립체인 경우, 상기 조립체는 솔라 패널이 장착된 개별 모듈의 배열( 일반적으로 열( row )로 배열됨 )을 일반적으로 포함한다. 전체 조립체는 개별 모듈이 서로 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 전체 배열은 주위 케이블에 의해 함께 고정되고, 이 케이블은 100개의 모듈을 포함할 수 있는 배열 전체에 횡력을 분산시키는 역할을 한다. 이로써 전체 배열이 더 큰 견고성과 바람에 의한 양력에 대한 저항을 갖는다는 장점이 생긴다. 그러한 구성에서, 인접한 개별 모듈의 배열은 유사하게 신장된 오목표면에 부착된 단일의 신장된 솔라 패널을 형성한다. 일반적으로 그러한 열 중 몇몇은 편평한 지붕에 평행하게 배치된다. 그러한 경우, 한 열의 신장된 패널이 바로 앞 열의 신장된 오목표면과 만나거나 그리고/또는 겹치는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 배열을 연장하면 바람에 의한 잠재적인 양력에 노출되는 에지가 최소로 된다.

일반적으로 배열에서 각 열의 단부에는 오목 프로파일을 갖는 단부캡 또는 페어링( fairing )이 사용된다. 이것은 예각으로 배열을 가로질러 부는 바람의 영향을 최소화하는데 도움이 된다.

오목표면은 일반적으로 단단한 시트 형태이다. 한 실시형태에서, 오목표면은 패널 및 오목시트 아래 영역으로의 공기유동이 가능하도록 하나 이상의 홀 또는 구멍을 포함할 수 있다. 유사하게는, 일련의 모듈이 함께 연결되어 한 열의 패널을 형성하는 경우, 상기 연결은 공기가 관류할 수 있는 틈을 형성하도록 각 모듈의 개별 오목표면이 약간 떨어져 배열될 수 있다.

이러한 방식으로 모듈은 일반적으로 몇몇의 평행한 열의 모듈의 배열을 형성하도록 연결될 수 있다. 그러한 배열의 크기 및 형상은 예를 들어 지붕의 형상과 같이 패널이 장착될 영역의 레이아웃에 잘 맞도록 적절히 결정될 수 있다. 배열의 크기 및 형상을 결정할 때 고려될 수 있는 다른 요인으로는 배열된 모듈에의 유지를 위한 적절한 접근 가능성 등이 있다.

몇몇의 모듈은 열을 지어 함께 연결되는 경우, 조립체는 모듈의 열 아래에 채널을 포함할 수 있다. 그러한 채널은 예를 들어 전기 부품을 수용하는데 사용될 수 있으며, 이 채널에서 전기부품은 요소로부터 보호될 수 있다. 예를 들어, 장착 시스쳄이 솔라 패널 배열에 이용되는 경우, 인버터 및 다른 전기 부품이 배열 아래에 수용될 수 있다. 열의 단부 페어링은 전기 지붕 관통 또는 주요한 전기적 연결 박스를 덮는데 이용될 수 있다.

열을 이룬 조립체의 개별 모듈을 고정하는 수단으로는 당업자에게 공지된 적절한 수단이 모두 가능하다. 사용될 수 있는 고정수단은 팽창 롤플러그( rawlplug )를 구비한 스크류, 표준 스크류와 너트, 또는 플라스틱 내 금속 인서트를 포함한다. 사용되는 고정판은 플라스틱 또는 금속 등의 적절한 재료로 이루어질 수 있다.

인접한 장착 모듈을 함께 고정하는데 사용되는 고정자 및/또는 고정판은, 바람에 의한 양력에 노출된 다수의 에지를 감소시켜 전체 배열에 매끈한 표면을 형성하도록 공기역학적으로 성형되는 것이 바람직하다. 특히 각 열의 에지를 고정하는데 사용되는 고정자도 또한 공기역학적으로 성형되는 것이 바람직하다. 이 방식으로 난류를 줄이고 양력을 감소시키는 설계상 효과를 향상시켜 조립체 전체를 가로지르는 바람의 원활한 유동이 얻어질 수 있다.

조립체가 한 열의 인접한 또는 서로 연결된 솔라 패널 모듈이고 몇몇의 열이 배열을 형성하도록 평행하게 배치되는 경우, 각 열의 오목표면과 고정자는 뒤쪽 열의 솔라 패널에서 태양복사를 반사하도록 반사 재료로 형성되거나 피복될 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 기재한다.

도 1 에서는 한 쌍의 연결된 모듈이 도시되어 있는데, 각 모듈은 각 오목표면(2)에 부착된 패널(1)을 구비하고 있다. 이 실시형태에서는, 오목표면과 패널 사이의 연결부를 가로질러 매끈한 표면을 제공하기 위해 오목표면은 패널(1)에 인접하는 가장자리에서 볼록부(3)를 구비하고 있다. 이로써 연결부를 가로질러 공기의 층류가 보장된다. 또한 이 실시형태는 인접한 모듈을 함께 연결하기 위한 연결판(4)을 구비하고 있다.

모듈이 평행한 열로 배열되는 경우, 배열의 전방에 있는 패널은 그 방향으로 패널을 가로지르는 원활한 공기유동이 가능하도록 공기역학적으로 성형된 부착물(5)을 더 구비하고 있다. 도 2 및 도 3 은 그러한 배열의 일부를 보여주는데, 각각은 3개의 모듈의 3개의 열( 6, 7, 8 )을 구비하고 있다. 내부 구조를 설명하기 위해서 상기 배열의 한 패널이 나타나 있지는 않지만, 다른 패널(9)이 전방으로 회전되어 나타나 있다. 도 2 및 도 3 에서 연결판(4)을 볼 수 있다. 어떠한 구조로 한 열의 패널이 인접한 열의 오목표면과 중첩되는지 볼 수 있다.

오목표면의 프로파일의 예가 도 4 및 도 5 에 나타나 있다. 도 4 및 도 5 는 표면 프로파일의 다른 위치에서 수정된 NACA 프로파일( 최대 캠버 10 % 를 갖는다 )을 보여준다. 최대 캠버 점을 패널에 인접한 에지보다 선단에지에 더 가까이 위치시키는 것이 바람직함을 알아내었다. 이론적인 이 두 프로파일에서, 패널의 에지에 인접한( 즉 선단에지에서 먼 ) 에지에서는 프로파일이 매끈하지 않다. 실제로 조립체의 맨 위에는 날카로운 에지가 형성되어, 난류가 형성되고 양력이 증가한다. 이것은 볼록부를 형성하도록 프로파일의 이 단부를 매끈하게 함으로써 상쇄될 수 있는데, 이 볼록부는 패널의 인접한 윗면으로 매끈하게 이어진다.

Claims (16)

1. 바람에 노출되는 표면에 장착되는 조립체로서, 상기 표면에 각도지게 장착되는 패널 및 상기 패널의 상부 에지로부터 상기 패널이 장착되는 표면으로 연장되는 오목표면을 규정하는 수단을 구비하는 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오목표면은 에어호일형 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 오목표면은 NACA 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 조립체.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 오목표면의 최대곡률점의 위치가 패널에 인접한 에지보다 상기 표면의 선단에지에 더 인접한 것을 특징으로 하는 조립체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 오목표면의 최대곡률점이 선단에지로부터 패널에 인접한 에지 사이의 익현을 따라 20% 내지 40%의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 조립체.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서. 상기 오목표면의 최대 곡률( 또는 캠버 )이 5% 내지 15% 인 것을 특징으로 하는 조립체.
7. 제 6 항에 있어서. 오목표면의 상기 최대 곡률은 8% 내지 12% 인 것을 특징으로 하는 조립체.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 패널 에지와 오목표면의 연결부는 매끈한 단면 프로파일을 갖도록 형성되는 것을 특징으로하는 조립체.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패널은 솔라 패널인 것을 특징으로하는 조립체.
10. 제 9 항에 있어서, 개별 모듈의 배열을 포함하고, 각 모듈은 장착된 솔라 패널을 포함하며, 상기 모듈은 대응하는 신장된 오목표면에 연결된 솔라 패널의 긴 열( row )을 형성하도록 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조립체.
11. 제 10 항에 있어서, 연결된 모듈의 일련의 평행한 열을 포함하고, 한 열의 신장된 패널이 바로 앞 열의 신장된 오목표면과 만나거나 그리고/또는 겹치는 것을 특징으로 하는 조립체.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 오목표면은 단단한 시트 형태이고, 패널 및 오목시트 아래 영역으로의 공기유동이 가능하도록 하나 이상의 홀 또는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결된 모듈은 공기가 관류할 수 있는 틈을 형성하도록 각 모듈의 개별 오목표면이 서로 떨어져 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 조립체.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 패널의 양면 및/또는 오목표면에 한 쌍의 슬롯이 제공되고, 상기 패널 또는 오목표면의 아래에 있는 슬롯은 실질적으로 수평 개구부를 규정하며, 상기 패널 또는 오목표면의 위에 있는 슬롯은 실질적으로 수직한 내부벽과 연결되어 있는 실질적으로 수직 개구부를 규정하는 것을 특징으로 하는 조립체.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 한 쌍의 슬롯이 상기 패널의 양면에 제공되는 것을 특징으로 하는 조립체.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스패널을 추가적으로 구비하며, 패널, 오목표면 및 베이스패널이 함께 삼각 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 조립체.