KR20100014933A - 태양 에너지 수집 시스템 - Google Patents

Abstract

육상 또는 해상 작업에 적합할 수 있는 인공 섬[10]은 태양 에너지 수집 시설을 보유하며, 태양의 위치에 대한 이의 각도 배향을 최적화하도록 회전 가능하다. 보다 특히, 인공 섬[10]은, 유체 위에 부유하는 대형 외부 링[14], 및 커버[16] 아래에 기밀 용적[30]을 한정하기 위해 링[14]에 부착된 가요성 커버[16]를 포함하는 플랫폼[12]을 사용한다. 태양광 수집기 모듈의 다수의 열[19]은 커버[16] 위에 위치하며, 스팀 발생 열 파이프[21]를 지탱한다. 모듈의 열[19]은 상부 지지 구조, 스페이스 프레임[27], 다수의 케이블[46] 또는 벌집체[75]에 의해 커버[16] 위에 지지된다. 압축기[32]는 커버[16] 및 그 위에 설치된 기타의 소자를 지지하는 것을 돕기 위해 밀폐된 용적[30] 내에 과압력을 생성한다. 태양광 수집기 모듈의 열[19]을 지지하기 위한 이러한 구조는 인공 섬[10]이 매우 큰 표면적으로, 결국 직경이 수 km에 이르도록 제작될 수 있도록 하여 태양광 집광기[22]의 접힘 가능성(furl potential)을 보다 양호하게 이용하여 전기를 경제적으로 실용적인 비용으로 생산할 수 있도록 한다. 인공 섬[10]은 태양광 수집 기술의 실용적인 적용을 증진시키는 다수의 다른 구조적 피쳐를 포함한다.

인공 섬, 태양 에너지 수집 시설, 태양광 수집기 모듈, 외부 링, 커버, 플랫폼.

Description

태양 에너지 수집 시스템 {SOLAR ENERGY COLLECTION SYSTEM}

본 발명은 태양 에너지 수집 시설(solar energy collection facility)이 설치된, 육상(land-based) 또는 해상(sea-based) 인공 섬(man-made island)에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 태양 열 기술을 통해 비용-효과적인 방법으로 전기 에너지를 생산할 수 있는 이러한 유형의 대규모 구조물에 관한 것이다.

헤아릴 수 없는 크기의 에너지 위기가 빠르게 지구에 가까워오고 있다는 것은 일반적으로 인정되고 있다. 일부에서는 이러한 위기가 2040년경에 발생할 것이라고 한다.

태양 전력은 에너지 비용을 혼란시키지 않으면서 다가오는 에너지 위기를 이론상 극복할 수 있는 유일한 공급원일 수 있는 것으로 보인다. 지열 에너지(geothermal energy)는 또 다른 두번째 가능성이지만, 이것은 분명히 비용이 훨씬 더 높다.

태양 에너지는 이러한 미래의 에너지 위기를 완화시키는 데 대체로 적합하다. 예를 들면, 매년 거의 10'0OO GTEP(TEP = Tons Equivalent Petrol)의 태양광 이 지구에 도달한다. 그런데도, 사용 가능한 태양 전력의 5 GTEP 이하만이 지구를 위한 에너지 지속가능성(energy sustainability)에 대한 유의적인 단계를 만드는데 요구되고 있다.

그러나, 태양에 의존하는 에너지 생산 시스템을 대규모로 실행하는 데에는 실용상에 한계가 있다. 예를 들면, 광전지(photovoltaic cell)는 태양 에너지(즉, 일광)를 사용가능한 에너지, 즉 전기로 전환시킬 수 있다. 그러나, 이러한 장치의 전반적인 효율은 사용되는 재료에 따라 약 10 내지 18%이다. 또한, 높은 효율은 일반적으로 보다 고가의 재료를 필요로 한다. 여전히 추가로, 광전지의 제조는, 계속 확대되는 상당한 환경 문제를 나타내는 매우 독성인 화학물질의 사용을 필요로 한다.

이러한 이유로, 태양 에너지를 전기로 전환시키기 위한 또 다른 주요 기술인 태양 열 기술이 가까운 미래에 충분한 수의 GTEP를 비교적 저렴하게 생산하기 위한 가능한 유일한 해결책인 것으로 보인다.

현재 파일럿 분야에서 널리 사용되고 있는 특수한 태양 열 기술은 태양 파라볼릭 트로프(solar parabolic trough)이다. 대형 배수관의 바닥 절반과 같이 성형된 파라볼릭 트로프는 일광을, 그 위를 회전하는 중심 수용기(central receiver)로 반사시킨다. 가압된 물 및 기타의 유체가 튜브에서 가열되어 스팀을 생성하는 데 사용되며, 그후 이것이 터보-제너레이터(turbo-generator)를 구동시켜 전기를 생성하거나 산업용 열 에너지를 제공할 수 있다.

이론적으로, 파라볼릭 트로프는, 이들이 비교적 높은 터빈 유입구 온도를 달 성할 수 있기 때문에, 효율적인 전기 생산 가능성을 갖는다. 그러나, 실제로 이러한 기술을 위한 육상 요건(land requirement)이 중요하다. 더욱이, 최근 연구에서는, 당해 기술을 사용하여 이전에 추정된 전기 비용이 지나치게 낙관적이었을 수도 있는 것으로 나타났다. 요컨대, 당해 기술에 대해 인지된 전망은, 실용적 의미에서, 비능률성 또는 과도한 비용으로 인해, 또한 태양 광선에 있어서의 고유의 한계 및 변화로 인해 확실한 이득을 주지 못하고 있다. 보다 구체적으로, 이러한 트로프 수집기(trough collector)는 태양의 위치에 따라 트로프의 패널의 각도 위치를 동력학적으로 조절하기 위해 고가의 보수-집약적인 안내 시스템(guidance system)을 필요로 한다. 이것은 고가의 기어 드라이브, 및 또한 상당한 하중 변동 및 기타의 구조적 고려사항을 견딜 수 있는 대형 지지 구조를 필요로 한다.

바람직한 양태의 요약 및 개요

본 발명의 목적은 예견할 수 있는 미래의 상당한 에너지 위기 가능성을 포함하여 전기 에너지의 현재 공급원과 관련하여 알려진 걱정을 완화시키기 위해 태양 에너지를 동력화(harnessing)하는 데 있어서 실용적이고 확실한 진보를 달성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 태양광의 사용을 통한 전기 에너지의 대규모 발생을 촉진시키고 경제적으로 실행 가능한 비용으로 이를 수행하는 것이다.

본 발명은 가격이 저렴하고 직경이 수백 미터에 이르며 가능하게는 1km 초과의 직경으로 건설할 수 있는 경량의 대규모 인공 섬(들)에 태양광 수집기 모듈을 배치함으로써 상기한 목적들을 달성한다. 섬은 바다, 대규모 천연 호수 또는 육지에서 작동시킬 수 있으며, 여기서, 이것은 천연 오일 또는 심지어 물과 같은 적당한 점도의 유체를 보유하는 콘크리트의 오목한 트로프내에 기반한다. 섬은 부유한다. 경량이라는 용어는 플랫폼 표면 공간/전체 중량인 비중(specific weight)을 나타낸다.

이러한 섬은 거친 바다 등의 부정적인 효과를 피하거나 적어도 최소화시키기 위해 높이가 비교적 큰, 예를 들면, 10m 이상, 가능하게는 심지어 30m 정도로 커야 한다. 그러나, 섬 버전은 이론적으로 훨씬 낮게, 즉 약 2m로 건설될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기반이 되는 육지 버전은, 이것이 어려운 환경, 예를 들면, 사막에 배치되는 경우에, 또한 특정 높이로부터 이익을 얻을 수 있다. 이 경우, 최소 높이는 모듈의 태양광 집광기(solar concentrator)가 상기한 사막 표면 위에, 모래 폭풍의 경우 안전한 곳에, 잘 위치하도록 하는 데 도움이 될 것이다. 모래 폭풍의 가장 큰 연마 효과는 지면 바로 위의 모래의 경계층에서 발생한다. 일반적으로, 섬이 이러한 경계층의 전형적인 높이보다 크면, 태양광 집광기 및 기타의 설비는 모래 폭풍의 결과로서의 결함을 훨씬 덜 경험할 것이다. 섬은 태양의 위치를 쫓아 회전한다. 이러한 섬의 육상 버전은, 일반적으로 트로프내에 끼워지는 크기의 대형 외부 링 구조를 통해 대형 링-형태 트로프내에 보유된 액체 위에 부유한다. 수상 버전 또한 외부 링 구조를 사용한다. 부유하는 외부 링은 섬 위에 위치한 태양광 수집기의 위치를 최적화하기 위해 목적하는 배향으로의 섬의 회전을 촉진시킨다. 태양광 수집기의 다수의 패널의 위치를 조절하는 대신에, 수집기 패널은 제위 치에 고정되지만, 태양광 효과를 최적화하는 데 적합한 대형 플랫폼 위에 지지된다.

섬은 본질적으로 원형이지만, 외부 링 구조는 정확하게 원형일 필요는 없다. 섬의 육상 버전의 경우, 외부 링 구조의 기저는, 바닥 부재가 상기한 콘크리트 트로프 내에서 주위를 회전할 수 있도록, 형태가 원형에 가까운 바닥 부재를 가져야 한다. 외부 링은 또한 원형, 정사각형, 타원형 또는 기타의 적합한 형태인 단면을 갖는 직선 파이프 구획의 세그먼트로부터 조립될 수 있다. 외부 링 구조는, 외부 링이 누출을 일으킨다면 가라앉을 가능성으로부터 보호하기 위해 배 설계에서 통상적인 전형적인 특성, 예를 들면, 파이프 구획내에 내부 용적(interial volume)을 분리함을 이용할 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 양태는 송유관에 전형적으로 사용되는 파이프 구획의 사용을 고려한다.

외부 링 구조는 태양광 집광기로부터 전달되는 스팀을 사용함으로써, 랭킨 주기(Rankine cycle)에서 전기 에너지를 실제로 생산하기 위한 모든 장비와 같은 전기 설비를 보유하거나 지지할 수 있다. 이것은 일반적으로 스팀 터빈 또는 스털링 엔진(Stirling engine) 또는 스팀을 사용하여 전기 제너레이터를 구동하는 데 적합한 다른 유형의 기기와 같은 최신식 기계류일 것이다.

본 발명의 하나의 바람직한 양태에 따르면, 태양광 수집 시설을 갖는 인공 섬은 부유 플랫폼(floating platform)을 포함하며, 당해 플랫폼은 주로 가요성 커버 또는 호일을 포함하는데, 이는 외부 링 구조를 가로질러 연장되며 이에 밀봉된다. 탑 커버(top cover)는 가황되거나 클램핑되거나, 또는 밀폐되도록 외부 링 구 조에 기타의 적합한 방법에 의해 부착된 산업-등급의 수명이 긴 UV-내성 재료이다. 이것은 커버 아래에 밀폐된 용적(enclosed volume)을 생성한다. 밀폐된 용적과 유체 연통하고 커버 아래에 약간 과압력을 생성하도록 작동할 수 있도록 압축기 시스템이 설치된다. 최근 연구에서, 약 0.005bar의 과압력이 충분한 것으로 나타났지만, 몇몇 상황에서는 상당히 더 클 수 있다. 또한, 과압력은 목적하는 부유 효과를 달성하고 유지하기 위해 아래에 기재되는 바와 같이 동력학적으로 조절 가능하다. 방사상 외측 방향으로의 빗물 유출(rainwater runoff)을 촉진시키기 위해 밀폐된 용적을 커버의 중앙에서 위쪽으로 향하는 벌지(bulge)를 생성하는 지점으로 가압시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 커버는 목적하는 방향으로의 유출을 촉진시키기 위해 채널을 포함할 수 있다. 사실상, 유출은 탈염 시스템(desalinization system)의 일부로서 사용될 수 있다. 목적하는 과압력을 달성하기 위해, 다수의 압축기, 즉 펌프가 사용될 수 있다.

육상 시스템의 경우, 랜드 와이어 시설(land wire facility)이 인공 섬을 로컬 그리드(local grid)에 작동적으로 연결시킨다. 연결을 위해 상당한 전기적 그리드가 이용 가능하지 않은 경우, 수소 생산 시설이 연결된다. 물-전개된 버전(water-deployed version)의 경우, 인공 섬은 외부 링 구조를 따라 전력 또는 기타의 동력에 의해 구동되는 충분한 수의 추진 장치를 갖는다. 이러한 추진 장치는 섬을 목적하는 위치로 이동시킬 수 있으며, 또한 섬을 태양을 기준으로 목적하는 배향으로 회전시킬 수 있다.

본 발명의 인공 섬의 육상 버전은 트로프 내에서의 회전 축에 섬을 센터 링(centering)하기 위해 센터링 메카니즘, 즉 휠(wheel)을 갖는다. 섬을 회전시키기 위해, 이러한 구조는 콘크리트 링의 외부에서 굴러가는 구동 가능한 휠을 사용한다. 인공 섬은 부유 가능하게 지지되기 때문에, 섬을 회전시키는 데 실제로 필요한 동력은 최소이다. 외부 구조 주위에 분포한 비교적 작은 모터로도 하루에 360°까지 효과적으로 섬을 회전시키는 데 적합할 것이다.

섬의 총 중량을 감소시키기 위해 그리고 바람으로 인한 만곡 민감성을 감소시키기 위해, 플랫폼 위에 지지된 태양광 수집기 모듈은 공기가 실제로 집광기 패널을 통해 유동하도록 하는 경량의 유동-통과(flow-through) 설계를 갖는다. 이러한 수집기는 공업적으로 제조되고 반사된 밴드 강(band steel) 또는 알루미늄으로부터 조립될 수 있다. 이러한 유형의 설계는 전형적인 파라볼릭 트로프 설계에 비해 비용 및 중량을 상당히 감소시킨다. 또한, 이러한 설계는, 까다로운 제조 공정, 예를 들면, 대규모 알루미늄 미러 소자(aluminum mirror element)의 굴곡이 가능하지 않을 수 있는 적도에 가까운 국가에서 용이하게 조립될 수 있다.

이러한 인공 섬의 밀폐된 용적은 외부 링 구조, 커버 및 수면(해상 버전의 경우) 또는 육지면(육상 버전의 경우)과 접해 있다. 육상 버전의 경우, 밀폐된 용적에 대한 밀봉 효과는 콘크리트 트로프에 의해 부분적으로 달성된다. 육상 버전의 한 가지 특정 잇점은 커버 아래의 지면이 미처리된 채로 존재할 수 있다는 것이다. 또한, 이러한 표면은 섬을 작동시키는 데 사용되는 공업 설비의 일부를 보유할 수 있다. 따라서, 바다에 부유하는 인공 섬의 경우에서와 같이, 이러한 설비가 반드시 외부 링 구조에 의해 지지될 필요가 없다. 육상 버전의 경우에 설비가 실 제로 플랫폼 아래에 위치하는 경우, 커버의 오버레잉 구획은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 이것은 일부 주위 일광이 작업팀이 일하는 시설 아래에 도달하도록 한다.

경량 스페이스 프레임 구조(lightweight space frame structure)는 커버 위에 존재하며 태양광 수집기 모듈을 지지한다. 대안적으로 또는 심지어 추가로, 예비-인장된 케이블 시스템이 커버를 스패닝하고, 외부 링 구조가 이러한 케이블을 위한 마운트(mount)를 보유한다. 여전히 추가로, 벌집형 구조가 이러한 상부 구조로서 사용될 수 있다. 커버 아래의 에어 쿠션은 상부 구조를 실제로 지지하는 압력에서 유지된다. 이러한 목적을 위해, 상부 구조, 또는 심지어 모듈 또는 커버는 압축기 시스템에 연결되는 컴퓨터에 작동적으로 연결되는 네트워크로 상호연결되는 스트레인 게이지(strain gauge)와 같은 다수의 센서를 보유한다. 센서는 커버 주위의 상이한 위치에서 커버와 관련된 목적하는 측정 가능한 조건, 예를 들면, 스페이스 프레임에서의 변형(strain)을 측정한다. 컴퓨터는 적합한 알고리즘 및 상응하는 소프트웨어를 사용하여 압축기 시스템을 제어하여 커버 아래의 공기 압력을 동력학적으로 조절하거나, 스페이스 프레임에서의 변형을 최소화하거나, 또는 적합한 방식으로 감지된 상태를 처리한다. 다수의 기타의 힘 측정 장치 중의 어느 하나를 사용하여 커버, 상부 구조 또는 모듈에 대한 기계적 하중을 동력학적으로 감지하고 분석하며 과압력에서의 적합한 변화를 개시할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

이러한 인공 섬은, 태양광 집광기를 보유하는 스페이스 프레임 지지 구조가 거의 자체 중량을 지지할 수 없기 때문에, 특히 경량이다. 바람 또는 기타의 대기 영향 또는 부적당한 영향에 의해 유도되는 과도한 힘은 특히 적당한 센서 및 압축기 시스템의 동적 제어를 통해 가요성 커버 아래의 과압력 쿠션에 의해 상쇄될 수 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 외부 링 구조는 광기전력(photovoltaic; PV) 소자를 보유하기 위해 이의 외부면에 추가의 지지 프레임을 갖는다. 이러한 PV 소자 및 이의 배터리 저장 및 DC/AC 변환기 시설에 의해 발생된 전력을 사용하여 섬의 위치확인 시스템(positioning system) 및 또한 작업실 시스템, 예를 들면, 드라이브 시스템 및 압축기 시스템에 동력을 공급할 수 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 해상 버전은 섬을 계절에 따라 적도를 가로질러 남북으로 이동시키기 위해 외부 링 구조에 설치된 추진 장치를 함유한다. 이것은 섬이 태양의 1일 궤도하에 수직 위치를 유지하도록 할 수 있다. 태양 에너지 생산 시설이 실제로 여기에 제안된 방식으로 태양의 궤도를 따라갈 수 있다면, 태양 전력 출력은 매년 15%까지 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 섬의 위치확인 시스템은 쿡의 법칙(the law of Cook)을 기초로 하여 위도와 경도를 확립하는 알고리즘 및 관련 소프트웨어를 포함한 적합한 컴퓨터 장치를 갖는 GPS 시스템을 포함할 수 있다(http://fred.elie.free.fr/cadrans solaires.htm 참조). 동일한 위치확인 시스템은 또한, 동쪽에서의 일출에서 서쪽에서의 일몰을 따라 필수적으로 약 180° 회전하는 경우 하루 동안 섬의 위치를 유지할 것이다.

직경이 500m인 이러한 인공 섬의 가능한 출력의 간략한 계산이 아래에 나타 나 있다. 이러한 섬은 약 195,000㎡의 외부 링 구조 내부의 표면적을 갖는다. 열대지방에서의 태양광은 대략 1kW/㎡이다. 10 내지 20%의 매우 보수적인 전체 변환 효율(집광기, 랭킨 주기 등)을 가정하면, 이러한 섬의 최대 출력은 30MW 초과일 것으로 추정할 수 있다. 섬은 1일당 약 8시간 동안 최대 전력으로 작동한다고 추정된다. 이러한 계산을 목적으로 하여, 아침 및 저녁 시간 동안 최대 출력 미만으로 발생하는 추가의 전력은 생략하였다. 보수 작업을 위해 매년 15일을 남겨둔다고 가정하면, 이것은 대략 1일당 240MWh 또는 매년 약 85000MWh의 출력을 야기한다. 따라서, 이러한 하나의 섬은 $ 0.15/kWh의 평균 판매가에서 대략 $ 12.75 백만 달러의 가치가 있는 전력량을 매년 생산할 수 있다.

이러한 인공 섬의 이면에 있는 경제성은 섬의 크기가 증가함에 따라 더욱 매력적으로 된다. 또한, 크기의 증가는, 특히 반대 기후에서, 물-전개된 버전에 대한 안정성을 추가로 증가시킨다. 따라서, 본 발명의 인공 태양 섬은 가까운 장래에 필사적으로 필요하게 될 지속적인 에너지 생산에 대한 중대한 기여를 나타낸다.

커버 아래의 밀폐된 용적의 과압력은 태양광 수집기 모듈을 지지하는 데 있어서 중대한 역할을 한다. 보다 특히, 경제적으로 실용적인 비용으로 태양광으로부터 전기를 발생하기 위해, 필요한 표면적은 매우 크다. 시판중인 태양광 수집기의 효율이 계속해서 개선되고는 있지만, 표면적 요건, 즉 수집기가 차지하는 표면적은 여전히 거대하다. 큰 표면적에 대한 요구는 또 다른 실용상의 고려사항, 즉 태양의 위치를 기준으로 하여 재배향될 수 있는 하중 지지 구조(load bearing structure) 위에 수집기를 어떻게 충분히 지지시키는지에 대한 고려사항을 야기한 다. 본 발명의 경우, 해답은 세 가지이다. 첫째, 대형 외부 링이 섬의 주변을 부유 가능하게 지지시키며, 이에 의해 전체 중량의 상당 부분을 지탱한다. 따라서, 플랫폼이 부유한다. 둘째, 커버 아래의 과압력 용적이 섬의 중심에서의 하중을 상당히 감소시키는 데 도움을 준다. 셋째, 적합한 상부 지지 구조, 즉 경량의 스페이스 프레임, 또는 대안적으로 인장된 케이블 시스템, 또는 벌집형 구조의 사용이 태양광 수집기에 대한 적합한 기계적 지지를 추가로 보장한다.

물 공급 파이프(인바운드; inbound) 및 스팀 파이프(아웃바운드; outbound)가 섬의 중심에 위치한 회전식 조인트를 통해 태양광 수집기 모듈에 연결된다. 이러한 조인트는 섬의 회전을 조절할 수 있어야 한다. 이것은 동축 배열(coaxial configuration), 동축 스위블링 조인트(coaxial swiveling joint) 또는 심지어 적당한 길이의 가요성 호스에 의해 수행될 수 있다.

일단 이러한 파이프가 플랫폼의 상부에 도달하면, 이들은 일광이 집중되는 열 파이프를 통해 유용한 스팀을 발생시키기 위해 태양광 수집기 모듈의 열(row)을 따라 루팅(routing)된다. 섬의 중심으로부터 모든 다양한 모듈까지 연장되는 각종 파이프의 길이가 다르기 때문에, 바람직하지 않은 압력 및 온도 차를 완화시키고 제어하기 위해 압력 조절기 밸브가 사용된다.

모듈을 따라, 열 파이프 레이아웃의 다양한 레이아웃 또는 배열이 가능하다. 이러한 하나의 배열은, 아래에 위치한 각각의 열 파이프에 근접한 결과로서 상부 파이프에서 유동하는 물을 예열시키기 위해 아웃바운드 워터 라인(outbound water line)을 태양광 수집기 모듈의 열 파이프의 상부를 따라 흐르도록 함을 포함한다.

또한, 본 발명은 수집기의 열쪽으로 연장하는 레일 또는 트랙을 따라 이동하는, 구동 가능한 카트 또는 기타의 장치를 통해 태양광 수집기를 세정할 수 있는 성능을 고려한다. 이러한 장치는 모듈의 표면에서 가압된 유체, 가장 가능하게는 공기를 지시하는 로봇일 수 있다. 트랙은 휠이 달린 카트를 지지하는 이중 레일 트랙, 또는 심지어 모노레일형 트랙일 수 있다. 휠이 달린 카트 형태는 레일을 따라 플랫폼 위의 목적하는 위치로 이동할 수 있도록 하여 요구되는 보수를 위한 접근을 제공할 수 있다.

경우에 따라, 대안적인 양태에서, 플랫폼은 레일 위에 얹혀지는 크기의 다수의 동심성 휠에서 다수의 동심성 레일 위에 "부유 가능하게" 지지될 수 있다. 본 발명의 이러한 특징 및 기타의 특징은 하기의 상세한 설명 및 도면을 고려하여 보다 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 양태에 따라 제작된 인공 섬의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 하나의 국면에 따르는, 인공 섬의 육상 버전을 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.

도 3은 본 발명의 인공 섬의 육상 버전을 나타내는 개략적 형태의 평면도이다.

도 4A는 본 발명의 하나의 바람직한 양태에 따르는 육상 인공 섬의 외부 링 구조와 트로프를 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.

도 4B는 본 발명의 인공 섬의 육상 버전에 대한, 외부 링 구조와 트로프의 또 다른 변형을 개략적으로 나타내는, 도 4A와 유사한, 수평 단면도이다.

도 5는 본 발명의 드라이브 메카니즘의 하나의 바람직한 양태에 따르는, 외부 링 구조에 연결된 것으로 도시된 드라이브 휠 단위의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 센터링 메카니즘의 하나의 바람직한 양태에 따르는, 외부 링 구조에 연결된 것으로 도시된 센터링 휠 단위의, 도 4와 유사한, 사시도이다.

도 7A는 본 발명의 상부 구조의 바람직한 제1 양태에 따르는, 플랫폼의 커버 상의 경량의 스페이스 프레임의 위치를 지지하는 포드(pod)의 사시도이다.

도 7B는 도 7A에 도시된 포드와 기타의 구조물을 개략적으로 나타내는 수평도이다.

도 8은 도 7A 및 7B에 도시된 유형의 포드의 바닥을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 9는 본 발명의 인공 섬의 커버에서 발생할 수 있는 함몰의 컴퓨터-모델 생성된 시뮬레이션을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 10은 본 발명의 상부 구조, 즉 프레넬-타입(Fresnel-type) 태양광 집광기가 설치된 지지체 보드를 보유하는 다수의 폰툰(pontoon)과 협력하는 케이블 시스템에 대한 바람직한 제2 양태를 개략적으로 나타내는 수평도이다.

도 10A는 또 다른 폰툰 구조를 나타내는 사시도이다.

도 11은 프레넬-타입 수집기가 설치된 벌집형 구조인, 본 발명의 상부 구조에 대한 바람직한 제3 양태를 개략적으로 나타내는 수평도이다.

도 12A 및 12B는 허브(hub; 18)에 위치한 회전식 조인트를 통해 섬(10) 안팎으로 유체, 즉 물 및/또는 스팀을 루팅하는 두 개의 대안적인 구조를 나타내는 사시도이다.

도 13A는 배수 및 보수를 촉진하는 레일 지지된 카트를 나타내는, 프레넬 수집기의 열 중의 하나를 따르는 종축도이다.

도 13B는 도 13A의 선 13B-13B를 따르는 단면도이다.

도 14는 도 13A에 도시된 카트의 또 다른 국면을 나타내는 사시도이다.

본 발명은 "태양 섬"이라는 발명의 명칭으로 2007년 3월 5일자로 출원된 미국 가특허원 제60/892,956호; "태양 섬"이라는 발명의 명칭으로 2007년 12월 20일자로 출원된 미국 가특허원 제61/015,263호; 및 "태양 섬"이라는 발명의 명칭으로 2008년 2월 21일자로 출원된 미국 가특허원 제61/030,390호의 우선권 이익을 청구한다. 상기한 세개의 출원 모두는 전문이 본원에 참고로 인용되어 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 양태 중의 하나에 따라 제작된 인공 섬(10)을 나타낸다. 섬(10)은 일반적으로 수평 플랫폼(12)을 포함하며, 이러한 수평 플랫폼은 가요성 커버(16)에 의해 스패닝되는 외부 지지 링 구조(14)를 포함한다. 커버(16)는 인접하여 위치한 가장자리를, 예를 들면, 접착시키거나, 열 용접하거나, 또는 가황시킴으로써, 이의 대향하는 종축 가장자리를 따라 밀봉될 수 있는 모든 적합한 가요성 물질로 이루어질 수 있다. 발명의 초기 원형(prototype)에서, 커버(16)를 위해, 출원인은 SIKA Sarnafil TS 77-20으로서 공지된 공업용 호일을 사용한다. 섬(10)은 중심 허브(18)를 포함하며, 이는 아래에 보다 상세하게 기재될 것이다.

플랫폼(12)은 다수의 평행 열(19)에서 끝과 끝을 이어서 배열된 다수의 태양광 수집기 모듈을 지지한다. 모듈의 주어진 열(19)은 다수의 와이어 지지된 직립대(wire supported upright; 20)를 포함하는데, 이것은 수평으로 배향된 열 파이프(21)를 보유한다. 각각의 열(19)은 병렬로 설치된 다수의 하부 태양 집광기 또는 반사기 패널(22)을 포함한다. 각각의 집광기(22)는 반사기(22) 모두가 열 파이프(21) 쪽으로 상향으로 일광을 반사시키거나 직사시키도록 목적하는 각도로 고정된다. 이것은 열 파이프(21) 위에 반사된 태양광을 집중시킨다. 플랫폼(12)은 열(19)이 태양의 방향에 대해 수직으로 배향되도록 회전한다.

물 공급 파이프 및 스팀 파이프는 중심 허브(18)로 루팅되며, 반대 방향으로 연장되는 두 개의 도관(24)에 연결된다. 도관(24)은, 각각의 열(19)에서 공급수가 각각의 열 파이프(21)를 따라 안팎으로 유동할 수 있도록 일반적으로 섬(10)의 중심을 따라 연장되는 분점(sub branch; 24a)에 연결된다.

도 1은 또한 도면 부호 26으로 일반적으로 나타낸 그리드 패턴으로, 커버(16)의 상부 표면을 가로질러 분포된 다수의 포드(25)를 나타낸다. 도 1에 특히 상세하게 도시되어 있지는 않지만, 포드(25)는 경량의 스페이스 프레임(27)을 지지하며, 당해 스페이스 프레임은 일반적으로 도 1의 그리드라인 26으로 나타낸 공간을 차지한다. 스페이스 프레임(27)은 태양광 수집기 모듈의 열(19)을 지지한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 인공 섬(10)은 부유성 구조물이다. 본 발명은 이러한 인공 섬(10)의 육상 또는 해상 작동을 고려한다. 도 2는 인공 섬(10)의 바람직한 양태 중의 하나의 구성 부재를 보다 상세하게 보여준다. 보다 특히, 도 2는 전체 구조, 및 섬(10)이 외부 링(14)에 의해 부유 가능하게 지지되는 방식을 보여준다. 바람직하게는, 링(14)은 강철, 콘크리트, 플라스틱, 알루미늄, 또는 기타의 적합한 재료의 연결 가능한 예비제작된 세그먼트로 이루어진다. 링(14)의 세그먼트가 강철로 이루어지는 경우, 이들을 함께 용접하는 것이 바람직하다. 특히 섬(10)의 해상 버전의 경우, 세그먼트는 내부 지지 구조물을 갖는다. 이러한 내부 지지 구조물은 링(14)의 인접하게 위치한 세그먼트를 분리함으로써, 발생할 수 있는 누출을 단리시키도록 링(14)의 인접하게 위치한 구획을 분리한다. 당해 섬(10)의 육상 버전의 하나의 원형 제작시, 플랫폼(12)은 직경이 약 85m이고, 세그먼트는 약 2m의 직경 및 약 7.5m의 길이를 갖는다. 바람직하게는, 링(14)의 구획은 잠시 트렌치(28)에 배치되고 상호연결되며, 바람직하게는 트렌치(28)가 물(29)로 채워진 후에 제거될 수 있는 임시 구조물 위에 지지된다. 트렌치(28)는 링(14)의 중량을 지지할 수 있어야 한다. 원형의 경우, 출원인은 약 380kg/㎡의 중량에 상응하는 약 100톤(100,000kg)의 총 중량을 가질 것으로 추정하였다.

도 2는 트렌치 또는 트로프(28)내에 부유 가능하게 위치한 외부 링(14)을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트렌치는 내부 벽(28a), 바닥 벽(28b) 및 외부 벽(28c)을 갖는다. 트렌치(28)는 바람직하게는 콘크리트로 이루어진다. 각각의 벽(28a, 28b 및 28c)의 두께는 지방 지질 답사(local geological survey) 및 적용 가능한 건축 법류(building code)에 따라 결정된다. 트렌치(28)는 지지체 링(14)을 부유시키도록 적당한 점도의 유체, 특히 물(29)과 같은 액체를 포함한다.

도 2는 또한, 커버(16) 아래에 위치하며 링(14)에 의해 추가로 한정되거나 바운드되는 밀폐된 용적(30), 트로프(28)내의 물(29) 및 섬(10)의 중심에 위치한 지면(31) 또는 바닥 표면을 나타낸다. 바람직하게는, 표면(31)은 내부 벽(28a)의 상부와 같은 높이이다. 이것은 모래-충전(sand-filling)에 의해 수행될 수 있으며, 이후 모래는 2mm 두께의 PVC 호일, 바람직하게는 폴리에스테르 트레드 및/또는 유리섬유로 이루어진 피모(fleece)로 보강된 가요성 폴리올레핀계 호일로 덮혀진다. 압축기 시스템(32), 바람직하게는 다수의 압축기 또는 펌프가, 밀폐된 용적(30)과 유체 연통하도록 위치한다. 도 2에서, 펌프(32)는 섬(10)의 중앙에 있는 바닥(31) 아래에 도시되어 있다. 그럼에도 불구하고, 이것은 또한 작업실 또는 섬(10)을 작동하기 위한 시설 내에 중심에 위치할 수 있거나, 또는 심지어 링(14)에 위치할 수 있다. 럼프(32)는, 커버(16) 아래 및 용적(30) 내에 적당한 과압력 조건을 유지하기 위해, 화살표 방향(34)으로 도시된 바와 같이, 공기를 밀폐된 용적(30)으로 펌핑시킨다. 출원인은 본 발명에서 밀폐된 용적(30) 내의 과압력의 실제 양이 약 0.005bar일 것으로 예상하지만, 이러한 값은 동적 조건에 따라 다소 변할 수 있으며, 몇몇 상황에서, 상당히 더 클 수 있다. 도 2는 또한 상향으로 연장되는 외부 림 구조(14b)를 나타내는데, 이는 링(14)의 상부 주위에 외부 상부 표면(14b)을 생성하기 위해 링(14)의 각각의 세그먼트로부터 상향으로 연장된다.

도 3은 구조물의 중심 허브(18)로부터 트렌치(28)의 외부 벽(28c)을 지나, 터빈 제너레이터 또는 섬(10)에 의해 생성되는 태양 발생된 스팀을 저장하거나 사용하기 위한 또 다른 시설일 수 있는 에너지 시설(36)까지 바깥쪽으로 연장되는 방사상으로 배향된 표면아래 터널(35)을 포함한, 당해 인공 섬(10)의 육상 버전의 하나의 예를 보여준다. 바람직하게는, 터널(35)은 도관(24) 및 또한 전기 커넥터(35)에 연결되는 물 파이프를 갖는다. 터널(35) 바닥은, 트렌치(28)의 바닥 아래로 연장하고 또한 물 또는 기타의 액체가 섬(10)의 중심으로 유동하는 것을 방지하도록 섬(10)의 중심으로부터 아랫쪽으로 향하여 기울어져 있다. 연못(37)이, 필요에 따라, 트렌치(28)에 물을 공급하기 위해 근처에 위치한다. 이것은 바람직하게는 트렌치(28)의 신속한 배수를 촉진시키기 위해, 아래로부터 트렌치(28)에 연결된다.

도 3은 또한 모듈의 열(19)의 또 다른 측면을 보여준다. 일반적으로, 각각의 모듈에 대해, 집광기(22)의 길이는 약 8m이다.

도 2 및 또한 도 4A는 섬(10)을 이의 중심 축에 센터링시키는 센터링 메카니즘(38)을 상세하게 보여준다. 보다 구체적으로, 센터링 메카니즘(38)은 링(14) 너머에 방사상으로 그리고 트렌치(28)의 외부 벽(28c)의 내부 표면 내에 존재한다. 이러한 센터링 메카니즘(38)은 링(14)에 설치된 브래킷(bracket; 39)을 포함하며, 이러한 브래킷은 외부 벽(28c)과 접촉하여 존재하는 회전가능한 휠(40)을 지지한다. 외부 벽(28c)의 내부 표면은 완전히 원형으로 되도록 또는 매우 낮은 공차로 되도록 제작하는 것이 중요하다. 이러한 요건은, 이러한 휠(40)을 통해 섬(10)의 각도 조절이 달성되기 때문에 필요하다. 본 발명은 또한 또 다른 설치 옵션, 즉 휠(40)이 링(14)와 접촉하도록 외부 벽(28c) 위에 브래킷(39)을 설치하는 것을 고려한다.

휠(40)의 수는 변할 수 있지만, 출원인은 이러한 12개의 휠(40)이 30° 간격으로 링(14)의 원주 부위에 필요한 것으로 예상하고 있다. 그럼에도 불구하고, 외부 벽(28c)과 링(14) 사이의 하중을 보다 균등하게 분포시키기 위해 추가의 휠이 사용될 수 있다. 휠(40)은 표준 자동차 휠일 수 있다. 또한, 휠(40)의 일부, 바람직하게는 4개는 반사기(22)의 성능을 최적화하기 위해, 이의 축 주위의 링(14)을 목적하는 위치로 회전가능하게 구동하기 위한 추가의 목적을 수행한다. 따라서, 휠(40)의 일부는 센터링 메카니즘 및 드라이빙 메카니즘의 일부이다. 도 4A는 또한 모터 하우징(50)을 보여주는데, 이는 도시된 휠(40)이 4개의 겸용 휠(dual purpose wheel; 40) 중의 하나임을 나타낸다.

당해 기술분야의 숙련가들은 소정의 시간에서 휠(40)과 벽(28c) 사이의 힘이 바람의 방향에 따라 링(14)의 한면에만 작용한다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 센터링 휠(40)의 약 절반만이 외부 벽(28b)에 대해 링에 각력(angular force)을 전달하는 데 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 외부 벽(28c) 및 이의 기반은 이러한 하중을 지탱하도록 치수화되고 보강되어야 한다. 바람이 전혀 없거나 바람이 거의 불지 않으면, 모든 휠(40)은 외부 벽(28c)과 접촉하여 회전 하중을 지탱할 것이지만, 하중은 링(14)의 전체 원주 주위에 보다 균일하게 분포할 것이다.

도 4A 및 4B는 섬(10)의 구조적인 세부 사항 중의 일부와 함께 외부 링 구조(14)를 나타낸다. (도 2와 비교하여) 도 4A의 보다 큰 크기로 인해, 도 4A는 외부 브래킷(42), 바람직하게는 이의 측면으로 향하게 했을 때 U자형인 강철 링 원환체(torus)를 보다 선명하게 보여주는데, 이것은 커버(16)의 외부 주변 가장자리를 고정하거나 클램핑시킨다. 또한, 도 4A는 태양광 수집기 모듈의 열(19)을 지지하는 데 사용되는 대안적인 구조의 몇가지 국면을 보여준다. 보다 특히, 도 4A는 포드(25)와 협력하는 인장된 케이블 시스템의 세부사항을 보여준다. 케이블(46)은 약 10 내지 25kW 범위의 인장력을 수용해야 하는 것으로 기대된다. 보다 특히, 고정된 설치 지지체(44)는 포드(25)가 케이블(46) 위 및 커버(16) 아래로부터 필수적으로 매달리거나 이들 사이에 걸릴 수 있도록 하는 방식으로 커버(16) 위에 섬(10)을 가로질러 스패닝하는 죄여진 케이블(46)의 외부 말단을 보유한다. 바람직하게는, 포드(25)는 섬(10)을 제작하고 태양광 수집기 모듈을 지지하는 데 있어서의 다기능성(versatility)을 증진시키기 위해 이러한 케이블 시스템의 케이블(46) 및 또한 스페이스 프레임 소자를 수용하는데 적합하다.

도 4B가 링(214)이 수집기 모듈에 의해 발생된 스팀을 저장하고 링(214)이 정방형(단면에서) 외부 절연 구획(215)내에 싸여있는 본 발명의 또 다른 변화를 보여준다는 것을 제외하고는, 도 4B는 도 4A와 유사하다. 도 4B는 또한 바깥쪽으로 연장되는 스커트(228d)를 나타내며, 이것은 링(214)으로부터 트렌치(228)의 외부 벽(228c)으로 연장된다. 이러한 스커트(228d)는 본 발명의 또 다른 변화에 사용 가능하다. 스커트(228d)는 트로프(228)로부터 유체가 증발되는 것을 방지하는 데 도움을 주며, 또한 분진 또는 기타의 잔해가 떨어지는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

도 5는 섬(10)을 회전 가능하게 구동시키는 데에도 사용되는 센터링 휠(40) 중의 하나를 보다 선명하게 나타낸다. 이것은 도 6에 도시된 바와 같이 센터링 휠을 지지하는 동일한 구조물에 드라이브 메카니즘, 즉 모터(50a)를 설치함으로써 달성된다.

어느 경우에도, 휠(40)은 링(14)에 설치된 브래킷(39)을 갖는다. 브래킷(39)은 수평으로 배향된 힌지 축(39a), 및 (축(39a)에 대해 힌지식으로 연결된) 브래킷(39)의 힌지식으로 연결된 구획 사이에서 충격 흡수제로서 작용하는 스프링(41)을 포함한다. 도 4A는 도 5에 도시된 모터(50a)를 덮고 있는 모터 하우징(50)을 나타낸다. 바람직하게는, 드라이브 메카니즘은 휠(40)에 의해 브래킷(39)에 설치된 감속기(52) 및 어댑터(53)를 포함한다. 여전히 추가로, 도 3에 도시된 바와 같이, 모터 하우징(50)은 전기적 접속을 통해 컴퓨터 제어기(70)에 작동적으로 연결되어 섬(10)의 각도 위치를 회전 가능하게 제어한다. 이러한 전기적 접속은, 경우에 따라, 무선이거나, 또는 다른 적합한 통상의 전기 커넥터를 통해 이루어질 수 있다.

도 7A는 이러한 인공 섬(10)의 한 부분, 특히 스페이스 프레임(27)이 포드(25) 중의 하나에 설치되어 있는 부분의 확대도를 나타낸다. 도 7A는 특히 스페이스 프레임(27)이 바람직하게는 I-빔 구조(I-beam construction)를 사용함을 보여준다. 또한, 도 7A는 포드(25)의 상부(25a)가, 스페이스 프레임(27)의 하부 말단을 단단히 유지하기 위한 윗쪽으로 지향된 채널 브래킷(25b)을 포함함을 보여준다. 이러한 브래킷(25b)은 플레이트 형태의, 포드(25)의 상부 피스(top piece; 25a)의 일부일 수 있으며, 이러한 상부 피스에 브래킷(25b)이 충분한 고정 메카니즘에 의해 연결된다. 또한, 도 7A는 격자 또는 팔레트형 구조(23) 위에 지지된 집광기(22)를 보여주며, 이것 또한 바람직하게는 I-빔 구조를 사용한다.

스페이스 프레임(27) 이외에, 또는 이에 대한 대체품으로서, 케이블 시스템이 태양광 수집기 모듈을 지지하는 데 사용될 수 있다. 도 7A 및 7B는 추가로 예시하기 위해 가상으로 나타낸 케이블(46), 또는 지지체를 제공하기 위한 또 다른 구조를 보여준다. 또한, 도 7B에 도시된 바와 같이, 포드(25)는 케이블(46)에 연결된, 상향으로 연장되는 행거(hanger; 25c)를 포함한다. 여전히 추가로, 도 7B는 스페이스 프레임(27)에 대한 변형을 감지하기 위해 적당한 위치에 설치되는 스트레인 게이지일 수 있는 센서를 나타낸다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 다수의 센서(60)는 플랫폼(12) 전반에 걸쳐 분포되어 있으며, 네트워크(도시되지 않음)에 작동적으로 연결되어 감지된 상태를 컴퓨터 제어기(70)(도 3)로 전달한다. 센서(60)는 측정 가능한 다수의 상이한 상태들 중의 하나를 감지하는데 적합할 수 있다. 바람직하게는, 제어기(70)는 또한 과압력의 양을 동력학적으로 조절함으로써 압축기 시스템(32)이 감지된 상태에 적절하게 반응하도록 한다.

도 8은 포드(25)의 바닥 측면도(25d)를 나타낸다. 도 9는 그 위에 지지된 하중의 결과로서 3개의 두드러진 딤플(dimple), 또는 함몰부를 갖는 커버(16)의 컴퓨터 시뮬레이션된 도면이다. 이러한 딤플은 도면 부호(16a, 16b 및 16c)를 통해 명시되어 있다. 이들은 비교적 평판한 또는 적어도 딤플이 없는 표면을 달성하기 위해 동력학적 과압력 및 변형 감지에 대한 필요성을 나타낸다.

도 10은 도 4A 및 4B와 유사하지만, 태양광 수집기 모듈의 열(19)을 지지하는 데 사용되는 케이블 및 폰툰 구조를 보다 상세하게 보여준다. 이러한 본 발명의 특정 양태에서, 케이블(46)은 커버(16)의 상부를 가로질러 스패닝하고, 커버(16)의 평행 열에 배열된 다수의 폰툰(72)을 가로로 가로질러 스패닝한다. 폰툰(72)은 플라스틱 또는 기타의 적합한 경량 물질로 이루어질 수 있다. 출원인은, 예를 들면, 독일 테레로브에 소재하는 로빈 쿤스토프프로둑케(Robin Kunsloffprodukte) 및 또한 독일 테레로브에 소재하는 테크누스 카게(Tectums KG)(GmbH and Co.))에 의해 산업적으로 제조되고 유통되는 유형의 폰툰을 사용하는 것을 고려한다. 바람직하게는, 케이블(46)은 폰툰(72)(또는 폰툰의 열)의 상부에 지지된 다수의 버팀대 또는 보드(74)와 맞물린다. 보드(74)는 태양광 집광기(22)를 유지하는 격자(23)를 지지한다. 도 10은 폰툰(72)을 따라 커버(16)에 형성된 함몰부를 나타낸다. 이러한 평행 함몰부는 빗물의 유출을 촉진시키고, 또한 과압력으로부터 야기될 수 있는 중앙에 배치된 벌지(bulge)를 없앤다. 표면 유출은 일반적으로 이러한 공지된 함몰부로 유동하기 때문에 보다 조절가능할 수 있다.

도 1OA는 도면 부호(72a)로 명시된 폰툰의 또 다른 버전을 나타낸다. 이러한 폰툰(72a)은 상부 구조 및/또는 모듈을 지지하는 기타의 구조의 유지를 촉진시키기 위해 고안된, 형성된, 바람직하게는 성형된 상부 표면 구조를 갖는다.

도 11은 태양광 수집기를 지지하는 데 사용되는 상부 구조의 또 다른 양태의 측면도를 나타낸다. 보다 특히, 도 11은 커버(16)와 태양광 수집기(22c) 사이에 존재하며 또한 케이블(46)에 의해 지지되는 벌집형 구조물(75)을 나타낸다.

도 12A 및 12B는 섬(10)의 중심 허브(18)에서 사용하기 위한 회전식 조인트의 변형을 보여준다. 보다 특히, 도 12A는 각각 80a 및 80b로 명시된 유입구 파이프 및 유출구 파이프를 나타내며, 이들 둘 다는 각각의 슬리브(81a 및 81b)를 포함하는데, 이것은 이의 상부 및 하부 구획 사이에 적어도 약 240 내지 260° 범위의 약간의 상대적 회전을 가능케 한다. 도 12B는 회전식 조인트의 동축 버전(82)을 나타낸다. 보다 특히, 물 유입구(84)는, 물이 태양광 수집기 모듈 쪽으로 유동하도록 하기 위해, 물을 외부 파이프(85) 내에서 바깥의 고리 모양으로 형성된 유동 통로로 공급한다. 물이 가열되고 스팀이 생성된 후, 이것은 중앙 열 파이프(86)(이는 외부 파이프(85) 및 유입구(84)에 대해 회전 가능하다)를 통해 되돌아간다. 태양광 수집기를 통해 발생한 스팀은 마침내 회전식 조인트(82)의 바닥 쪽으로 유동하여 스팀 유출구(88)를 통해 조인트를 빠져나간다.

도 13A 및 13B는 본 발명의 두 가지 추가의 특징을 나타낸다. 보다 특히, 도 13A는 태양광 수집기 모듈의 열(19)과 평행하게 배열된 공간을 두고 떨어져 있는 한 쌍의 레일(92)을 따라 굴러가는 휠 지지된 카트(90)를 나타낸다. 이것은 수집기의 보수를 촉진시키며, 태양광 수집 구조를 방해하지 않는 방식으로 이를 수행한다.

도 13B는 예열 특성을 본 발명에 삽입하기 위한 하나의 양태를 보여준다. 보다 특히, 도 13B는 태양광 수집기 모듈의 열(19) 중의 하나의 직립대(20), 및 직립대(20) 사이를 스패닝하는 동축 파이프 구조(94)로서 형성된 열 파이프(21)를 나타낸다. 보다 특히, 파이프 구조(94)는 외부 고리모양 채널(94a) 및 중앙 배치된 내부 채널(94b)을 갖는 동축 파이프이다. 태양광 수집기 모듈의 패널(22)이 일광을 집광시키고 위쪽으로 지향시키는 경우, 중심 채널(94b)을 통해 아웃바운드(도 13B의 좌측으로) 유동하는 물은 (도 13b의 우측으로 유동하는) 외부 채널(94a)에서 유동하는 스팀으로부터 발산하는 열에 의해 예열된다. 외부 채널(94a)은 일광으로부터의 최대 농도의 방향전환된 방사선(redirected radiation)을 수용한다. 따라서, 채널(94a) 내의 가열된 스팀은 열을 방사상으로 내부로 발산되도록 하여 내부 채널(94b)에서 유동하는 유체를 예열한다. 이러한 동일한 원리는, 이러한 파이핑 구조의 동축 버전이 제조 또는 설치하기에 너무 성가시거나 너무 고가인 경우, 상부 아웃바운드 채널(94a) 및 하부 순환 (스팀 발생) 채널(94b)에 사용될 수 있다.

도 14는 횡방향으로 지향된 트랙을 따라, 화살표 방향(97)으로 도시된 바와 같이, 카트(90)가 열(19)의 말단에서 태양광 수집기의 열(19) 중의 하나를 따라 측면으로 또는 횡방향으로 이동하도록 하는 능력을 보여준다. 이것은 카트(90)가 태양광 수집기 모듈의 열(19)이 차지하는 커버(16)의 전체 표면적을 서비스할 수 있도록 한다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 인접한 열(19) 액세스는 또한 외부 반원형 트랙(94a)을 추가하여 인접하게 위치한 열을 연결함으로써 수득될 수 있다. 이러한 커넥터 탱크는 다수의 열(19)을 수용하기 위해 임시 사용용으로 제거 가능하다. 이러한 유형의 구조는 섬(10)의 정규 보수(regular servicing)에, 예를 들면, 태양광 수집기 모듈의 패널(22)을 세정하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 하나의 양태는, 물-전개된 인공 섬의 경우에, 외부 링 구조가 외부 링 구조 아래에 부착된 기밀 밀봉된 파이프 구획에 수소 생산 설비를 함유함을 고려한다. 이러한 수소 생산 설비는 완전히 침수되며, 전기분해 발생기가 배기된 환경 또는 불활성 가스 환경에서 작동하여 잠재적인 사고 위험을 상당히 감소시키는 방식으로 움직일 수 있다. 이러한 수소 생산 설비의 제작시 두 개의 동심성 파이프 구획을 사용하는 것이 고려된다 - 즉, 이후에 전기분해 발생기가 이중벽 구조에 수용된다.

수소 생산 및 분배 설비는 일반적으로 위험한 것으로 간주되지 않는다; 이들은 조직적으로, 조절되지 않는 연소의 위험에 쉽게 빠지지 않는다. 그러나, http://www.eihp.org/public/Reports/Final Report/Sub-Task Reports/ST5.2/RISK%20ASSESSMENTS%200F%20H2-REFUELLING%20STATION Onsite % 20CONCEFTS.pdf가 나타내는 바와 같이, 이러한 설비는 이러한 위험을 효과적으로 제어하기 위해 빈번한 보수 및 계속적인 감독을 필요로 한다. 수소 및 산소 가스 센서가 누출 발생의 위험에 대해 즉시 경고하기 때문에, 배기된 환경 또는 불활성 가스로 충전된 환경은 이러한 위험을 상당히 감소시킬 것이다. 수개월 간격의 정규 보수를 위해, 보수반이 현장에 투입되기 전에 수소 생산 설비을 차단하고 외부 공기를 안으로 펌핑시킬 수 있다.

인공 섬의 육상 버전의 경우, 수소 생산 설비는 잠재적인 위험한 노출을 방지하기 위해 태양 섬으로부터 충분한 거리에 건설될 것이다.

본 명세서는 발명의 다수의 바람직한 양태 및 기타의 변화를 기술하지만, 당해 기술분야의 숙련가들은 도시되고 기술된 특정 구조가 합당한 정도의 변화의 여지가 있으며, 이에 따라 본 발명의 범위는 도시되고 기술된 구체적인 상세한 설명에 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 출원은 단지 다음의 청구의 범위의 가장 광범위한 합당한 해석에 의해 제한시키고자 한다.

Claims (32)

1. 외부 링 구조, 및 외부 링 구조의 상부 말단을 밀봉하여 둘러쌈으로써 커버 아래의 밀폐된 용적을 한정하는 가요성 커버(flexible cover)를 포함하는, 유체의 바디(body) 위에 부유하는 플랫폼;

   밀폐된 용적 내에 과압력 상태를 생성하기 위한 압축기;

   커버 위에 유지되는 다수의 태양광 수집기 모듈; 및

   커버 위에 위치하고 태양광 수집기 모듈을 지지하는 상부 구조를 포함하고,

   플랫폼이 이의 중심 수평축 주위에서 회전할 수 있어, 태양광 수집기 모듈의 배향이 변할 수 있고 태양의 각도 위치에 따라 목적하는 배향에 위치할 수 있는 태양 에너지 수집 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상부 구조가, 커버의 상부에 설치되고 태양광 수집기 모듈을 지탱하는 스페이스 프레임(space frame)을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상부 구조가, 외부 링 구조에 고정되고 태양광 수집기 모듈에 작동적으로 연결되는 케이블 시스템을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
4. 제3항에 있어서, 평행 열(row)로 배열되고 케이블 시스템과 협력하여 유사한 갯수의 평행 열에서 태양광 수집기 모듈을 지지하는 다수의 폰툰(pontoon)을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 과압력 상태가, 커버를 이의 중심에서 상향으로 불룩하게 하여 빗물의 방사상 외측 유동을 촉진시키는 태양 에너지 수집 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 커버가 다음의 특성들 중의 하나 이상을 갖는 태양 에너지 수집 시스템:

   UV 내성, 및 적어도 이의 일부를 통한 일광 통과를 위한 투명성.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 다음의 파라미터들 중의 하나 이상을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템:

   직경이 75m를 초과하는 플랫폼 및

   해상 버전의 경우 수직 치수가 10m를 초과하고 육상 버전의 경우 2m를 초과하는 외부 링 구조.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,

   육상(land-based) 시스템이고,

   외부 링 구조 아래에 존재하고 유체를 보유하여 외부 링 구조를 트로프 내의 유체 위에 부유 가능하게 지지하는데 적합한 하부 링-형태의 트로프를 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
9. 제8항에 있어서, 트로프로부터의 유체의 증발의 발생을 감소시키기 위해 외부 링 구조의 바깥 둘레에 고정된, 바깥쪽으로 퍼지는 스커트(skirt)를 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 회전 축에 플랫폼을 센터링시키기 위한 센터링 메카니즘을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
11. 제10항에 있어서, 센터링 메카니즘이, 간격을 두고 떨어진 관계로 링 주위에 설치되어 있는 다수의 휠을 추가로 포함하고, 각각의 휠이 링-형태의 트로프 및 외부 링 구조 중의 하나에 설치되며 링-형태의 트로프 및 외부 링 구조 중의 다른 하나의 대향하는 표면에 맞물리도록 하는 크기를 가짐으로써 플랫폼을 플랫폼의 회전축에 대해 중심 위치에 유지시키는 태양 에너지 수집 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    소정 갯수의 휠에 작동적으로 연결된 드라이브 메카니즘;

    드라이브 메카니즘에 작동적으로 연결되고, 링-형태의 트로프에 대한 플랫폼 의 회전 이동을 구동가능하게 제어하여 태양광 수집기 모듈에 대해 목적하는 배향을 달성하는데 적합한 드라이브 제어기를 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 태양의 위치에 따라 플랫폼을 중심 축 주위에서 목적하는 위치로 구동가능하게 회전시키기 위한 드라이브 메카니즘을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 감지된 상태를 기초로 하여 밀폐된 용적에서 과압력 상태를 동력학적으로 조절하기 위한 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
15. 제14항에 있어서, 동력학적으로 조절하기 위한 수단이,

    상부 구조에 설치되고, 네트워크로 상호연결되며, 모듈, 상부 구조 및 커버 중의 하나 이상의 측정 가능한 하나 이상의 상태를 감지하는 데 적합한 다수의 센서 및

    네트워크 및 또한 압축기에 작동적으로 연결되고, 감지된 하나 이상의 측정 가능한 상태에 따라 밀폐된 용적내에서 과압력 상태를 동력학적으로 조절하는 데 적합한 제어기를 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
16. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 태양광 수집기 모듈에 작동적으로 연결된 에너지 전환 시스템을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
17. 제16항에 있어서, 태에너지 전환 시스템이 플랫폼의 중심에 위치한 회전식 조인트를 통해 태양광 수집기 모듈에 작동적으로 연결되는 태양 에너지 수집 시스템.
18. 제1항 내지 제7항 및 제13항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서,

    플랫폼이 해상(sea-based) 플랫폼이고,

    태양광 수집기 모듈의 작업을 최적화하기 위해 플랫폼을 목적하는 위치로 이동시키도록 작동 가능한 추진 메카니즘을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
19. 제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서,

    태양광 수집기 모듈이 다수의 평행 열로 배열되며,

    각각 태양광 수집기 모듈의 인접하게 위치한 하나 이상의 열을 따라 평행하게 연장되는 다수의 트랙 및

    트랙을 따라 이동 가능하여 태양광 수집기 모듈과 상부 구조의 보수를 촉진시키는 카트를 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
20. 제19항에 있어서, 태양광 수집기 모듈의 세정을 촉진시키기 위해 트랙을 따라 카트를 구동시키기 위한 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
21. 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,

    태양광 수집기 모듈이 평행 열로 배열되며, 각각의 열이 일광을 이를 따라 연장되는 중앙에 위치한 제1 열 파이프에 집중시키도록 형성되며;

    제1 파이프에 인접하여 적어도 부분적으로 제1 파이프 위에 위치하여, 제2 파이프에서 유동하는 유체가 일광이 태양광 수집기 모듈에 의해 집중되는 제1 파이프로부터 발산되는 열에 의해 예열되도록 하는 제2 파이프를 갖는 각각의 열을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
22. 중심 축에 대해 회전 가능한 플랫폼(여기서, 당해 플랫폼은 외부 링 구조, 및 외부 링 구조의 상부 말단를 가로질러 연장되고 이를 밀봉하여 둘러쌈으로써 커버 아래의 밀폐된 용적을 한정하는 가요성 커버를 포함하고, 그 위에 태양광 수집기 모듈을 지지한다)을 부유 가능하게 지지시키는 단계 및

    밀폐된 용적을, 가요성 커버 및 그 위에 위치한 태양광 수집기에 대한 목적하는 부유 효과를 유지하는데 충분한 정도의 과압력으로 가압시키는 단계를 포함하는 태양 에너지 수집방법.
23. 제22항에 있어서, 플랫폼의 외부 링 구조가 유체 위에 부유 가능하게 지지되 는 방법.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서,

    태양광 수집기와 관련된 상태를 감지하는 단계 및

    감지된 상태에 대한 반응으로 밀폐된 용적의 과압력을 동력학적으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
25. 제22항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서,

    태양광 수집기를 태양의 위치에 대한 목적하는 최적의 배향으로 유지하기 위해 플랫폼을 이의 중심 축 주위에서 구동가능하게 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
26. 플랫폼;

    플랫폼 위에 지지되고, 평행 열에서 끝과 끝을 이어서 배열되는 다수의 태양광 수집기 모듈;

    플랫폼을 수직으로 배향된 중심 축 주위에서 회전시키기 위한 수단; 및

    모듈을 플랫폼 위에 유지시키기 위한 지지 수단(여기서, 당해 지지 수단은 모듈의 열 아래로 연장되는 열에 위치한 다수의 연장된 폰툰을 포함하고, 플랫폼을 스패닝시키고 폰툰을 플랫폼 위의 열에 적당한 위치에 지지 가능하게 유지시키는 케이블 서스펜션 시스템(cable suspension system)을 추가로 포함한다)을 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
27. 제26항에 있어서, 플랫폼이,

    케이블 서스펜션 시스템을 지탱하는 외부 링;

    외부 링을 가로질러 연장되고 이의 상부 말단을 밀봉하여, 커버 아래의 밀폐된 용적을 한정하는 가요성 커버; 및

    커버, 폰툰 및 태양광 수집기 모듈을 지지하기 위해 밀폐된 용적을 과-가압(over-pressurizing)시키기 위한 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
28. 제27항에 있어서, 과-가압을 위한 수단을 동력학적으로 조절하기 위한 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
29. 제26항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 폰툰이, 지지 수단 및/또는 태양광 수집기 모듈의 일부를 제거 가능하게 수용하고 지탱할 수 있는 크기로 형성된 상부 표면을 갖는 태양 에너지 수집 시스템.
30. 플랫폼;

    플랫폼을 수직 중심 축 주위에서 회전시키기 위한 수단;

    플랫폼 위에 지지되고, 평행 열에서 끝과 끝을 이어서 배열되는 다수의 태양 광 수집기 모듈(여기서, 각각의 열은 일광을 열 파이프 쪽으로 상향으로 반사시키고 집중시키기 위한 다수의 평행 태양광 집광기 패널을 포함한다);

    모듈의 열들 중의 하나 이상을 따라 연장되는 트랙; 및

    보수를 위해 인접하여 위치한 태양광 집광기 패널에 대한 액세스를 제공하기 위해 트랙을 따라 이동 가능한 카트를 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
31. 제30항에 있어서,

    트랙을 따라 카트를 구동시키기 위한 수단; 및

    태양광 집광기 패널을 세정하기 위한, 카트에 의해 운반되는 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.
32. 제30항 또는 제31항에 있어서,

    플랫폼이 가요성 커버를 포함하고,

    커버를 이의 아랫쪽으로부터 동력학적으로 서스펜션시키기 위한 수단을 추가로 포함하는 태양 에너지 수집 시스템.

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