KR20120105298A - 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되어 건물 외벽에 하중을 부가하던 태양전지 커튼월을 구조부재화 하여 선박에 적용함으로써 선박 내부 공간의 확보가 용이한 특징을 지니며, 태양광을 가로막는 구조물이 없고 해수면의 태양광 반사 효과 등을 효율적으로 활용할 수 있는 선박의 특성을 활용하여 투과성이 있는 태양전지를 내장함으로써 야간에 소음을 유발하는 발전기를 대신하여 개별 격실에 전원을 공급하고, 선박의 충돌(Collision), 좌초(Grounding), 침수(Flooding), 화재(Fire) 등 사고로 발생할 수 있는 비상 상황에 대해 모듈화 된 비상 전력공급원 역할을 수행함으로써 현재 선박에 적용되는 비상전원 공급 수요를 절감할 수 있도록 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월에 관한 것이다.
Description
본 발명은 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되어 건물 외벽에 하중을 부가하던 태양전지 커튼월을 구조부재화 하여 선박에 적용하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월에 관한 것이다.
현재 주요 에너지원인 화석연료의 고갈과 함께 환경오염에 따른 지구 온난화 등 부작용으로 인하여 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 친환경적이면서 효율이 높은 태양광발전의 중요성이 강조되고 있다.
즉, 석유는 2010~2020년, 천연가스는 2020~2025년에 생산량이 정점에 도달할 것으로 예상되고 있는 만큼 이들을 대체할 수 있는 에너지원의 개발이 시급하며, 지구환경의 오염에 대한 경각심이 높아지고 있는 현재의 상황에서 1997년 온실가스 감축을 위한 교토의정서가 채택되어 우리나라를 비롯한 119개국이 2003년에 비준하였으며, 선진국은 2008년 이후 온실가스 배출량 감축이 의무화되었고, 우리나라도 2차 공약기간 중(2013~2017년) 온실가스 감축의무 부담이 가시화될 전망이다.
이러한 상황에서 태양에너지가 갖는 효용성에 대한 관심이 급증하고 있는 바, 이는 태양광발전은 무한하게 존재하는 태양에너지를 전기에너지로 전환시키는 과정에서 이산화탄소 및 공해물질을 전혀 배출하지 않으므로 환경 파괴의 문제도 없기 때문이다.
태양광발전(太陽光發電, Photovoltaic Power Generation System, Photovolatics)은 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전시스템이다. 즉, 태양광발전은 태양전지모듈에 입사되는 태양광에 의하여 전력이 생산되는 광전자 효과를 이용하여 발전하는 방식이다. 주요 소자는 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생산되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 주는 인버터 및 구조물로 구성되어 있다.
한편, 최근 들어서는 이러한 태양광발전 기술을 적용한 태양전지 커튼월(Photovoltaic Curtain Wall)을 건물에 도입하는 사례가 증가하고 있다. 태양전지 커튼월을 이용하여 태양광으로부터 직접 전력을 생산함으로써 건물의 운용비도 절감하고 도심의 친환경 조성에도 크게 기여할 수 있기 때문이다.
하지만, 이러한 태양전지 커튼월은 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되며 따라서 건물 외벽에 하중을 가중시키는 작용을 하게 된다. 따라서 태양전지 커튼월을 선박 등에 그대로 적용하는 데는 한계가 따른다. 왜냐하면, 태양전지 커튼월이 선박 외벽에 하중을 가중시키는 작용을 하게 되면 그 자체가 바로 선박의 전체 하중이 증가하는 결과가 될 뿐만 아니라 이를 보강하기 위한 추가 구조물의 설치로 인하여 선박의 전체 하중은 더욱 증가하게 되는데, 이는 곧 해당 선박의 적재량 감소로 연결되어 손해가 발생할 수밖에 없기 때문이다.
태양전지 커튼월과 관련한 종래 기술로는 대한민국 특허출원 제10-2007-0052092호의 “태양전지모듈이 적용된 커튼월 시스템”(Curtain Wall System Adopting Solar Cell Module)이 있으나, 이는 육상 건축물 적용을 위한 것으로 커튼월이 구조부재가 아닌 하중으로 작용하며, 입사광 각도 조절이 가능하지도 않고, 모듈단위 전력저장 및 공급 기능과 주전력 보조 기능도 없는 단점이 있다. 그리고 대한민국 특허출원 제10-2007-0095482호의 “건물 일체형 태양광 발전용 커튼월 시스템”(Building Integrated Photovoltaics Curtain Wall System) 역시 육상 건축물 적용을 위한 것으로, 커튼월이 구조부재가 아닌 하중으로 작용하며, 태양광 수집을 위한 태양전지 각도 조절이 가능하지 않은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되어 건물 외벽에 하중을 부가하던 태양전지 커튼월을 구조부재화 하여 선박에 적용함으로써 선박 내부 공간의 확보가 용이한 특징을 지니며, 태양광을 가로막는 구조물이 없고 해수면의 태양광 반사 효과 등을 효율적으로 활용할 수 있는 선박의 특성을 활용하여 투과성이 있는 태양전지를 내장함으로써 야간에 소음을 유발하는 발전기를 대신하여 개별 격실에 전원을 공급하고, 선박의 충돌(Collision), 좌초(Grounding), 침수(Flooding), 화재(Fire) 등 사고로 발생할 수 있는 비상 상황에 대해 모듈화 된 비상 전력공급원 역할을 수행함으로써 현재 선박에 적용되는 비상전원 공급 수요를 절감할 수 있도록 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
선박의 상부구조물의 구조부재 역할을 담당하는 프레임 및;
상기 프레임에 대하여 입사광 각도 조절이 가능하도록 부착되는 태양전지;
를 포함하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월을 제시한다.
본 발명은 구조부재 역할을 하는 프레임 내부에 태양광 입사각 조절이 가능한 투과형 태양전지를 내장 활용함으로써 일반 상선 대비 박판을 사용하는 대형 여객선 등에서 넓은 내부 갑판 면적 확보를 가능하게 하며, 야간 등 소음, 진동에 민감해지는 시점에 주간에 저장된 에너지를 활용하게 함으로써 선박 내부 격실의 정숙성을 향상시킬 수 있다. 또한 모듈화 된 비상 전력공급원 역할을 수행함으로써 선박의 충돌(Collision), 좌초(Grounding), 침수(Flooding), 화재(Fire) 등 사고로 발생할 수 있는 비상상황에서 비상 발전기조차 손상된 최악의 상황에서도 비상등의 점등, 필수 전력 소요의 충당이 가능하여 선박 내 인원의 안전한 탈출, 대피를 도울 수 있어 전력 공급 및 구조 측면에서 선박의 신뢰성과 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월의 구성.
도 2는 본 발명에 따른 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월의 선체 구조 지지 개념.
도 2는 본 발명에 따른 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월의 선체 구조 지지 개념.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월의 구성을 보여준다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월의 선체 구조 지지 개념을 보여준다.
본 발명은 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되어 건물 외벽에 하중을 부가하던 태양전지 커튼월을 구조부재화 하여 선박에 적용함으로써 태양전지 커튼월의 설치로 인한 선박의 하중 증가 현상을 없애고 선실의 보강 구조를 단순화시켜 선박 내부 공간의 확보가 용이하도록 한 것으로, 프레임(1) 및 태양전지(2)를 포함하여 이루어진다. 이하 본 발명의 각 구성요소별로 상세하게 설명한다.
프레임
프레임(1)은 그 자체로는 본 발명의 뼈대가 되는 요소이지만, 나아가 선박의 선실 등과 같은 상부구조물의 구조부재 역할을 함께 담당하는 요소이기도 하다.
즉, 프레임(1)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 선박의 현측에 위치하는 격실의 크기에 맞도록 구성되어 격실의 내부 구조를 지지하는 역할을 한다. 이 경우 프레임(1)은 구조물로서의 역할을 할 수 있을 정도의 충분한 강도를 가진 것이라야 한다.
이처럼 프레임(1)이 선박에 대하여 하중으로만 작용하지 않고 선박의 선실 등과 같은 상부구조물의 구조부재 역할을 하면, 본 발명의 설치로 인한 선박의 전체 하중 증가 현상이 줄어들고 선실의 보강 구조가 단순화되어 선박 내부 공간을 용이하게 확보할 수 있게 된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 기존 육상 건물에서 외장재의 형태로 사용되어 건물 외벽에 하중을 부가하던 태양전지 커튼월을 선박에 그대로 적용하는 경우(①)에는 태양전지 커튼월의 설치에 따른 별도의 구조부재를 추가로 설치해야 하므로 객실 등의 공간이 추가된 구조부재에 차단되어 협소해지는 문제가 발생하지만, 본 발명에서와 같이 프레임(1)이 선박의 구조부재 역할을 하는 경우(②)에는 본 발명의 설치 외에 별도의 구조부재를 추가로 설치할 필요가 없으므로 객실 등의 공간을 ①의 경우보다 확장하여 활용할 수 있게 되는 것이다.
한편, 프레임(1)은 그 형태가 용도에 따라 다양하게 변형될 수 있으나 바람직하게는 직사각형의 틀 형상인 것이 좋다. 왜냐하면, 프레임(1)은 통상 선박의 현측에 직사각형의 형태로 배열되는 격실에 다수 개가 연속하여 설치되어 그 기능을 발현할 것인바, 이 경우 프레임(1)이 직사각형의 틀 형상이라면 프레임(1)을 상하좌우로 연속하여 설치하는 과정에서 격실 공간의 손실이 발생하지 않고 설치 후 다수 개의 프레임(1)이 이루게 될 격자 구조가 선체의 구조 측면에서도 유리하게 작용하기 때문이다.
태양전지
태양전지(2)는 프레임(1)에 대하여 입사광 각도 조절이 가능하도록 부착된다.
이를 위하여 프레임(1)은 태양전지(2)의 부착을 위한 소정의 길이를 갖는 홈(5)을 구비하며, 태양전지(2)는 프레임(1)의 홈(5)에 삽입하여 끼워짐으로써 태양전지(2)를 프레임(1)에 부착시키는 삽입구(6)를 구비한다.
도 1의 실시 예에서 프레임(1)은 몸체의 가장자리 부근에 하나 또는 둘 이상의 홈(5)을 구비하고 있다. 그리고 삽입구(6)는 소정의 길이를 갖는 부재로서, 일 끝단(A)은 태양전지(2)와 힌지로 결합하고 타 끝단(B)은 프레임(1)의 홈(5)에 삽입하여 끼워지게 된다. 이처럼 삽입구(6)의 타 끝단(B)이 프레임(1)의 홈(5)에 삽입하여 끼워짐에 따라 태양전지(2)가 프레임(1)에 부착되는 것이다.
한편, 태양전지(2)가 프레임(1)에 부착된 상태에서 삽입구(6)의 타 끝단(B)은 프레임(1)의 홈(5)을 따라 위치 이동을 할 수 있다. 즉, 도 1의 실시 예에서 삽입구(6)의 타 끝단(B)은 프레임(1)의 홈(5)을 따라 a↔b 방향으로 위치 이동을 할 수 있는 것이다. 이 경우 삽입구(6)의 일 끝단(A)은 태양전지(2)와 힌지로 결합하고 있어 타 끝단(B)의 위치 이동에 따른 삽입구(6)의 각도 변화를 무리 없이 수용할 수 있다. 그리고 삽입구(6)의 타 끝단(B)에는 베어링이 결합되어 있어 위치 이동이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
이처럼 삽입구(6)의 타 끝단(B)이 프레임(1)의 홈(5)을 따라 a↔b 방향으로 위치 이동을 하게 되면 태양전지(2)와 프레임(1) 간의 간격(d)도 이와 함께 달라진다. 즉, 도 1의 실시 예에서 삽입구(6)의 타 끝단(B)이 a 방향으로 이동하면 태양전지(2)와 프레임(1) 간의 간격(d)은 줄어들며, 삽입구(6)의 타 끝단(B)이 b 방향으로 이동하면 태양전지(2)와 프레임(1) 간의 간격(d)은 늘어나게 되는 것이다. 그리고 이러한 작용에 따라 태양전지(2)가 프레임(1)에 부착된 각도(θ)가 조절될 수 있다.
그 결과 본 발명에서 태양전지(2)는 입사광 각도의 조절이 가능해진다. 즉 태양광의 위치에 따라 태양전지(2)의 각도를 조절할 수 있는 것이다. 이는 육상 건물에서 외장재의 형태로 고정 부착되어 입사광 각도와는 무관하게 주어지는 입사광에 한하여만 수동적으로 전력을 생산하던 기존의 태양전지 커튼월과는 비교가 안 될 정도의 성능 향상을 가져온 것으로, 본 발명에 따르면 태양광을 가로막는 구조물이 없고 해수면의 태양광 반사 효과 등을 효율적으로 활용할 수 있는 선박의 특성을 이용하여 능동적으로 전력을 생산하는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명에서 태양전지(2)는 도 1에 도시된 바와 같이 투과성이 있는 것이 바람직하다. 이 경우 태양전지(2)는 선실의 창문 역할을 동시에 할 수 있어 채광, 조망 등의 선실 환경에 긍정적인 영향을 주기 때문이다.
전력저장장치 및 전력공급장치
본 발명은 태양전지(2)로부터 수집된 전력을 저장하는 전력저장장치(3) 및 태양전지(2)로부터 수집된 전력을 외부로 공급하는 전력공급장치(4)를 추가로 포함한다.
이로써 본 발명은 야간에 소음을 유발하는 발전기를 대신하여 개별 격실에 독립적으로 전원을 공급하고, 선박의 충돌(Collision), 좌초(Grounding), 침수(Flooding), 화재(Fire) 등 사고로 발생할 수 있는 비상 상황에 대해 모듈화 된 비상 전력공급원 역할을 수행함으로써 현재 선박에 적용되는 비상전원 공급 수요를 절감하는 역할을 할 수 있다.
이 때 전력저장장치(3) 및 전력공급장치(4)는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(1)에 내장되도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이처럼 전력저장장치(3) 및 전력공급장치(4)가 프레임(1)에 내장되어 있으면 프레임(1)의 설치 작업만으로도 간단하게 상술한 바와 같은 모듈화 된 비상 전력공급원을 선박에 완비할 수 있을 뿐만 아니라, 프레임(1)의 설치 후에도 전력저장장치(3) 및 전력공급장치(4)가 외부에 산재하지 않아 미관상으로도 깔끔하고 정리된 느낌을 연출할 수 있기 때문이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 프레임
2 : 태양전지
3 : 전력저장장치
4 : 전력공급장치
5 : 홈
6 : 삽입구
2 : 태양전지
3 : 전력저장장치
4 : 전력공급장치
5 : 홈
6 : 삽입구
Claims (12)
- 선박의 상부구조물의 구조부재 역할을 담당하는 프레임 및;
상기 프레임에 대하여 입사광 각도 조절이 가능하도록 부착되는 태양전지;
를 포함하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지로부터 수집된 전력을 저장하는 전력저장장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 2 항에 있어서,
상기 전력저장장치는 상기 프레임에 내장되는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지로부터 수집된 전력을 외부로 공급하는 전력공급장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 4 항에 있어서,
상기 전력공급장치는 상기 프레임에 내장되는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 1 항에 있어서,
상기 프레임은 상기 태양전지의 부착을 위한 소정의 길이를 갖는 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 6 항에 있어서,
상기 태양전지는 상기 홈에 삽입하여 끼워짐으로써 상기 태양전지를 상기 프레임에 부착시키는 삽입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 7 항에 있어서,
상기 삽입구는 상기 홈을 따라 위치 이동을 함으로써 상기 태양전지의 입사광 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 삽입구는 소정의 길이를 가지되, 일 끝단은 상기 태양전지와 힌지로 결합하고 타 끝단은 상기 홈에 삽입하여 끼워지는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 9 항에 있어서,
상기 삽입구의 타 끝단에는 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지는 투과성이 있는 태양전지인 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월. - 제 1 항에 있어서,
상기 프레임은 직사각형의 틀 형상인 것을 특징으로 하는 선박 안전성 및 신뢰성 향상을 위한 구조부재형 태양전지 커튼월.
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