KR20130117306A - 추적식 수상 태양광 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상에 부유된 상태로 유지되어 다수의 태양전지들이 장착된 태양전지 모듈로 이루어진 수상부유 태양광 발전시스템에서 태양의 방위변화에 대응하여 태양을 추적함으로써 태양광 발전효율의 증대를 도모할 수 있도록 함과 아울러 고정부유체의 내측에 태양전지 모듈을 회전시키기 위한 회전부유체가 구비되어 적은 동력으로 회전부유체가 회전되게 한 수단으로 태양의 이동경로를 따라 태양 추적을 간단하고 용이하게 수행할 수 있도록 한 추적식 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 일정 크기로 구비되어 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체와, 상기 고정부유체를 수위변동시에도 항상 팽팽한 상태로 고정되도록 하는 가변형 지지로프와, 상기 고정부유체의 내측에 회전가능하게 설치되고 상부의 고정후레임에 태양전지 모듈이 설치되는 회전부유체와, 상기 고정부유체의 내측에서 회전부유체가 회전되도록 하는 회전수단과, 상기 회전수단은 태양광 위치추적센서 및 방위각 조정 콘트롤러에 의해 회전되어 태양 추적이 이루어지도록 제어부로 이루어진 추적식 수상 태양광 발전시스템을 특징으로 한다

Description

추적식 수상 태양광 발전시스템 {Tracking Type floating PV System}

본 발명은 수상에 부유된 상태로 유지되어 다수의 태양전지들이 장착된 태양전지 모듈로 이루어진 수상부유 태양광 발전시스템에서 태양의 방위변화에 대응하여 태양을 추적함으로써 태양광 발전효율의 증대를 도모할 수 있도록 함과 아울러 고정부유체의 내측에 태양전지 모듈을 회전시키기 위한 회전부유체가 구비되어 적은 동력으로 회전부유체가 회전되게 한 수단으로 태양의 이동경로를 따라 태양 추적을 간단하고 용이하게 수행할 수 있도록 한 추적식 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

자연환경의 오염이 심화되고 있는 가운데, 친환경 에너지를 이용하여 전기를 수득할 수 있도록 하는 친환경 발전시설의 개발에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 보다 구체적으로는 태양광 발전, 풍력 발전, 지열 발전 등으로부터 소량의 전기를 수득하는 수준을 넘어서서 종래의 발전시설이 생산하던 전기를 대체할 수 있도록 하는 방향으로 연구가 이루어지고 있다.

이와 관련하여 최근에는 태양광 발전시설이 널리 보급되고 있는데, 기존의 발전수단을 통해 수득하던 전기에너지를 상기 태양광 발전시설을 통해 보완하기 위해서는 상기 태양광 발전시설을 대규모로 설치해야 하는 단점이 있으며, 이를 위해서는 넓은 평지가 필요하다는 문제점이 있다.

지상에 설치되는 태양광 발전소는 고정식이 최초로 제안되고, 태양광을 따라 이동가능한 단축식, 양축식 등이 차례로 제안되었으며, 이러한 단축식 및 양축식은 편평한 철근콘크리트 기반과 수직으로 연결된 기둥 상부에 설치된 전기 모터 또는 유압을 사용하여 축을 중심으로 태양전지가 장착된 구조물을 회전시키는 구조로 되어 있다.

그러나 지상에 설치되는 태양광 발전소는 태양전지를 고정시키는 구조물의 크기가 증가함에 따라 상기 구조물의 자세안정성을 위한 설치비용이 증가되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 최근에는 넓은 수면에 태양광 발전시설을 설치하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있으며, 수상 태양광 발전시설은 일정 두께와 넓은 면적으로 형성되되, 복수의 부구를 지지대로 상호 연결하여 일정 크기로 수면에 부유할 수 있도록 한 부유체에 다수의 태양전지 모듈을 등간격으로 설치하여 이루어지는 대용량 수상 태양광 발전시설은 수면에 설치되는 모든 부유체가 그러하듯이 파도에 의해 흔들리는 경우가 많고, 상기 태양광 발전장치는 태양광을 받아들이는 위치와 각도가 중요한데, 수면에서는 상기 태양광을 받아들이는 위치와 각도의 고정이 용이하지 않으므로 수위변화에 효과적으로 대처하기 어려운 점이 있고. 태양광 추종을 위한 추적설비가 매우 복잡한 점 등 여전히 개선되어야 할 문제점들이 존재하고 있다.

즉, 선행기술로서 개시된 공개특허 제10-2010-0130515호의 수상설치형 태양광 추적 집광장치에는, 수면위에 설치되는 부상물체; 상기 부상물체 상단에 역삼각 형상으로 형성되어 중앙에 공간부를 형성하며, 그 상단에 베어링을 포함하는 회전축이 형성된 상부구조물; 태양광을 집광하는 솔라모듈판; 상면에 상기 솔라모듈판이 형성되고, 그 하면 중앙부가 상기 회전축 상단에 고정되어 좌우로 회동되는 회전판; 상기 상부구조물 중앙의 공간부에 형성되며, 상기 회전축을 중심으로하는 회전반경에 따라 형성된 롤러가이드; 상기 롤러가이드를 따라 이동가능하게 형성된 회전밀대롤러; 그 일단이 상기 회전판 저면의 양측에 고정되고, 타측단이 상기 회전밀대롤러에 힌지결합하는 각각의 회전밀대; 상기 부상물체 상에 형성되는 모터; 상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 랙 피니언; 상기 부상물체 상에 형성되고, 상기 랙 피니언에 결합되어 좌우방향으로 직선운동하는 종동 파이프; 일측이 상기 종동 파이프에 힌지결합되고 타측이 상기 회전밀대롤러에 힌지결합되어, 상기 종동 파이프가수평이동할때에 상기 회전밀대롤러를 상기 롤러가이드를 따라 회전반경으로 이동시키는 롤러 링크를 포함하는 구성으로 되어 있다.

이러한 상기의 구조에서는 솔라모듈판을 회전하기 위한 구성이 상부구조물에 설치되는 것으로서, 상부구조물 상단에 베어링을 포함하는 회전축이 형성되기 때문에 대용량의 솔라모듈판을 설치하기 위해서는 많은 동력을 필요로 하므로 많은 관리비용을 필요로 하고 그 구조도 복잡한 구조로 되어 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체를 가변형 지지로프에 의해 수위변동시에 항상 팽팽한 상태로 고정되도록 하고, 상기 고정부유체의 내측에 태양전지 모듈이 설치되는 회전부유체를 회전가능하게 구비하되 회전부유체는 태양광 위치추적센서 및 방위각 조정 콘트롤러에 의해 제어되어 회전되게 한 태양전지 모듈의 회전수단으로 태양의 방위변화에 대응하여 태양을 추적을 하여 발전효율을 높일 수 있도록 하면서 수상에 부유하고 회전되게 한 회전부유체를 적은 동력으로도 회전할 수 있게 되어 경제적으로 사용할 수 있도록 한 추적식 수상 태양광 발전시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 일정 크기로 구비되어 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체와, 상기 고정부유체를 수위변동시에도 항상 팽팽한 상태로 고정되도록 하는 가변형 지지로프와, 상기 고정부유체의 내측에 회전가능하게 설치되고 상부의 고정후레임에 태양전지 모듈이 설치되는 회전부유체와, 상기 고정부유체의 내측에서 회전부유체가 회전되도록 하는 회전수단과, 상기 회전수단은 태양광 위치추적센서 및 방위각 조정 콘트롤러에 의해 회전되어 태양 추적이 이루어지도록 제어부로 이루어진 추적식 수상 태양광 발전시스템을 특징으로 한다.

상기 가변형 지지로프의 일측단은 수중 바닥면에 설치되는 앵커와 연결되고 타측단은 장력유지용 무게추와 연결되어 장력이 유지되게 한 구성으로 수위변동에 따라 장력유지용 무게추가 승강되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 회전부유체는 평판형으로 구비되어 고정부유체의 내측의 수면에 부유상태로 회전할 수 있도록 고정부유체에 지지되는 회전축에 설치하되 회전부유체의 상부에 고정후레임이 일정높이로 설치되고 그 고정후레임의 상부에 태양전지 모듈이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전수단은 회전부유체의 외주면에 웜휠이 형성되어 고정부유체의 일측에 웜기어와 치합되게 하고 상기 웜기어는 모터와 연결되어 구동되게 한 구성으로 회전부유체가 회전축을 축으로 하여 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 회전수단은 회전부유체의 외주면 양측에 각각 구비된 로프고정부에 회전로프의 일측단이 각각 연결되고 회전부유체의 외주면과 간극을 두고 외측을 따라 구비되는 고정부유체의 내측의 로프 가이드부에 회전로프가 각각 끼워져서 안내 지지된 다음 상기 로프고정부와 정반대되는 위치의 고정부유체에 각각 설치된 윈치드럼에 회전로프의 타측단이 각각 권취된 구성으로 윈치드럼의 권취작용으로 회전부유체를 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 태양의 방위변화를 감지하는 태양광 위치추적센서 및 태양광 위치추적센서로 인가되는 태양추적 신호에 의해 모터를 구동하여 회전부유체을 회전축을 축으로 하여 회전되도록 한 것을 특징으로 한다.

다수의 고정부유체가 상호 연결되어 있고 고정부유체 내측에 태양전지 모듈이 구비된 회전부유체가 각각 설치된 구성으로 다수의 태양전지 모듈에 의해 발전이 이루어지도록 한 대용량으로 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명의 추적식 수상 태양광 발전시스템은 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체를 가변형 지지로프에 의해 수위변동시에 항상 팽팽한 상태로 안정적인 고정상태를 유지할 수 있도록 함과 아울러 고정부유체의 내측에 태양전지 모듈이 설치되는 회전부유체를 태양광 위치추적센서 및 방위각 조정 콘트롤러에 의해 제어되어 회전되게 한 태양전지 모듈의 회전수단으로 태양의 방위변화에 대응하여 태양을 추적을 하여 발전효율을 높일 수 있도록 하면서 회전부유체를 적은 동력으로도 회전할 수 있고 구조가 간단하므로 대용량의 태양광 발전에 적용이 용이하면서 매우 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 태양전지 모듈 회전부 구성도
도 2는 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 회전부유판 구동부 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 회전부유판 구동부 확대도.
도 4는 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 측면 구성 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 전체적인 설치 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템에서 가변형 지지로프에 길이조절용 무게추가 설치된 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템의 태양전지 모듈의 배치 형태도.
도 8은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템에서 회전부유판의 또 다른 회전수단 실시예를 나타낸 구성도.
도 9는 상기 도 8에 구성에 따른 로프 가이드부에 회전로프가 끼워진 상태를 나타낸 일부 확대 측단면도.
도 10은 본 발명에 의한 추적식 수상 태양광 발전시스템에서 회전부유판의 또 다른 회전수단 실시예를 나타낸 구성도.
도 11은 상기 도 10의 구성에 따른 로프 가이드홈과 회전로프의 구성실시예를 나타낸 일부 확대 측단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 추적식 수상 태양광 발전시스템은, 일정 크기로 구비되어 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체(10)와, 상기 고정부유체(10)를 수위변동시에도 항상 팽팽한 상태로 고정되도록 하는 가변형 지지로프(20)와, 상기 고정부유체(10)의 내측에 회전가능하게 설치되고 상부의 고정후레임(50)에 태양전지 모듈(40)이 설치되는 회전부유체(30)와, 상기 고정부유체(10)의 내측에서 회전부유체(30)가 회전되도록 하는 회전수단(60)과, 상기 회전수단(60)은 태양광 위치추적센서(71) 및 방위각 조정 콘트롤러(72)에 의해 회전되어 태양 추적이 이루어지도록 제어부(70)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 고정부유체(10)는 원형 또는 다각형의 테두리 형태로 구비되어 수면에 부유할 수 있도록 되어 있고 내측 공간부(12)에 위치한 수면에 회전부유체(30)를 회전가능하게 설치하여 고정부유체(10)와 회전부유체(30)가 함께 수면에 부유할 수 있도록 한다.

상기 가변형 지지로프(20)의 일측단은 수중 바닥면에 설치되는 앵커(22)와 연결되고 타측단은 고정부유체(10)의 주연부에 일정간격으로 고정 설치되는 안내로울(24)을 거쳐 장력유지용 무게추(26)와 연결되어 장력이 유지되게 한 구성으로, 수위변동에 따라 승강되게 한 장력유지용 무게추(26)에 의해 고정부유체(10)를 지지하는 지지로프가 수위가 변하는 상황에도 항상 팽팽하게 유지할 수 있도록 하여 고정부유체(10)를 안정되게 설치되도록 한다.

또한, 도 6에서와 같이 상기 장력유지용 무게추(26)와 함께 가변형 지지로프(20)에 매달힘 형태로 길이조절용 무게추(26a)가 더 설치되어 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 회전부유체(30)는 평판형으로 구비되어 고정부유체(10)의 내측의 수면에 부유상태로 회전할 수 있도록 고정부유체(10)에 지지되는 회전축(32)에 설치하되 회전부유체(30)의 상부에 고정후레임(50)이 일정높이로 설치되고 그 고정후레임(50)의 상부에 태양전지 모듈(40)이 설치되는 것으로, 이때 고정후레임(50)의 상부에 태양전지 모듈(40)에 고도변동에 따라 회전되는 회전각도조절수단을 통상의 구성과 같이 구비하여 태양의 고도 변화까지 고려하여 태양의 이동을 추적하도록 할 수 있고 이러한 회전각도조절은 통상의 수동제어 또는 자동제어 형태로 구비할 수 있음은 물론이다.

상기 회전수단(60)은 도 1 내지 도 3에서 같이 회전부유체(30)의 외주면에 웜휠(61)이 형성되어 고정부유체(10)의 일측에 웜기어(62)와 치합되게 하고 상기 웜기어(62)는 모터(M)와 연결되어 구동되게 한 구성으로 회전부유체(30)가 회전축(32)을 축으로 하여 회전할 수 있도록 한다.

또, 상기 회전수단(60)의 또 다른 구성실시예로서 도 8에서와 같이, 회전부유체(30)의 외주면 양측에 각각 구비된 로프고정부(66)(66')에 회전로프(64)(64')의 일측단이 각각 연결되고 회전부유체(30)의 외주면과 간극을 두고 외측을 따라 구비되는 고정부유체(10)의 내측의 로프 가이드부(67)(67')에 회전로프(64)(64')가 각각 끼워져서 안내 지지된 다음 상기 로프고정부(66)(66')와 180도 회전각도로 선회되는 부분에 해당되는 지점으로써 로프고정부(66)(66')와 정반대되는 위치의 고정부유체(10)에 각각 설치된 윈치드럼(65)(65')에 회전로프(64)(64')의 타측단이 각각 권취된 구성으로 모터(M)에 의한 윈치드럼(65)(65')의 권취작용으로 회전부유체(30)를 회전할 수 있도록 한다.

도 9는 상기 로프 가이드부(67)(67')에 회전로프(64)(64')가 끼워져서 회전로프(64)(64')가 로프고정부(66)(66')와 함께 회전할 수 있도록 로프 가이드부(67(67')의 측부에 개구부가 형성된 형태를 나타내고 있다.

그리고 도 10은 상기 회전수단(60)의 또 다른 구성실시예로서, 회전부유체(30)의 외주면을 따라 로프 가이드홈(34)이 형성되고 상기 로프 가이드홈(34)의 양측부에 각각 설치된 로프고정부(66)(66')에 회전로프(64)(64')의 일측단이 각각 연결되고 로프고정부(66)(66')와 정반대되는 위치의 고정부유체(10)에 각각 설치된 윈치드럼(65)(65')에 회전로프(64)(64')의 타측단이 각각 권취된 구성으로 모터(M)에 의한 윈치드럼(65)(65')의 권취작용으로 회전부유체(30)를 회전할 수 있도록 한다.

상기 제어부(70)는 태양의 방위변화를 감지하는 태양광 위치추적센서(71) 및 태양광 위치추적센서(71)로 인가되는 태양추적 신호에 의해 모터(M)를 구동하여 회전부유체(30)을 회전축(32)을 축으로 하여 회전하게 된다.

즉, 본 발명은 도 5와 같이 수중 바닥면에 설치되는 앵커(22)와 연결된 가변형 지지로프(20)는 수위가 변동되는 경우에 수위 변동에 따라 승강되게 한 장력유지용 무게추(26)에 의해 항상 팽팽하게 유지할 수 있도록 하여 고정부유체(10)를 안정되게 설치되도록 함과 아울러 고정부유체(10)의 내측에 회전가능하게 설치된 회전부유체(30)는 수면에 부유된 상태된 상태이므로 적은 동력으로 회전부유체(30)를 회전시킬 수 있게 된다.

따라서 도 7과 같이 상기 고정부유체(10)가 상호 연결된 다중구조로 되어 있고 고정부유체(10) 내측에 태양전지 모듈(40)이 구비된 회전부유체(30)가 각각 설치된 구성으로 다수의 태양전지 모듈(40)에 의해 발전이 이루어지도록 한 대용량 태양광 발전시스템을 구비하는 경우에는 적은 동력동력을 사용에 따른 경제적인 효과를 극대화할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 고정부유체 12 : 공간부
20 : 가변형 지지로프 22 : 앵커
24 : 안내로울 26 : 장력유지용 무게추
30 : 회전부유체 32 : 회전축
34 : 로프 가이드홈 40 : 태양전지 모듈
50 : 고정후레임 60 : 회전수단
M : 모터 61 : 웜휠
62 : 웜기어 64,64' : 회전로프 65,65' : 윈치드럼 66,66' : 로프고정부 67,67' : 로프 가이드부 70 : 제어부
71 : 태양광 위치추적센서 72 : 방위각 조정 콘트롤러

Claims (8)

1. 일정 크기로 구비되어 수면에 부유할 수 있도록 한 고정부유체(10)와,
   상기 고정부유체(10)를 수위변동시에도 항상 팽팽한 상태로 고정되도록 하는 가변형 지지로프(20)와,
   상기 고정부유체(10)의 내측에 회전가능하게 설치되고 상부의 고정후레임(50)에 태양전지 모듈(40)이 설치되는 회전부유체(30)와,
   상기 고정부유체(10)의 내측에서 회전부유체(30)가 회전되도록 하는 회전수단(60)과, 상기 회전수단(60)은 태양광 위치추적센서(71) 및 방위각 조정 콘트롤러(72)에 의해 회전되어 태양 추적이 이루어지도록 제어부(70)로 이루어진 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가변형 지지로프(20)의 일측단은 수중 바닥면에 설치되는 앵커(22)와 연결되고 타측단은 장력유지용 무게추(26)와 연결되어 수위변동에 따라 장력유지용 무게추(26)가 승강되어 장력이 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전부유체(30)는 평판형으로 구비되어 고정부유체(10)의 내측의 수면에 부유상태로 회전할 수 있도록 고정부유체(10)에 지지되는 회전축(32)에 설치하되 회전부유체(30)의 상부에 고정후레임(50)이 일정높이로 설치되고 그 고정후레임(50)의 상부에 태양전지 모듈(40)이 설치되는 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 회전수단(60)은 회전부유체(30)의 외주면에 웜휠(61)이 형성되어 고정부유체(10)의 일측에 웜기어(62)와 치합되게 하고 상기 웜기어(62)는 모터(M)와 연결되어 구동되게 한 구성으로 회전부유체가 회전축을 축으로 하여 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 회전수단(60)은 회전부유체(30)의 외주면 양측에 각각 구비된 로프고정부(66)(66')에 회전로프(64)(64')의 일측단이 각각 연결되고 회전부유체(30)의 외주면과 간극을 두고 외측을 따라 구비되는 고정부유체(10)의 내측의 로프 가이드부(67)(67')에 회전로프(64)(64')가 각각 끼워져서 안내 지지된 다음 상기 로프고정부(66)(66')와 정반대되는 위치의 고정부유체(10)에 각각 설치된 윈치드럼(65)(65')에 회전로프(64)(64')의 타측단이 각각 권취된 구성으로 윈치드럼의 권취작용으로 회전부유체를 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 회전수단(60)은 회전부유체(30)의 외주면을 따라 로프 가이드홈(34)이 형성되고 상기 로프 가이드홈(34)의 양측부에 각각 설치된 로프고정부(66)(66')에 회전로프(64)(64')의 일측단이 각각 연결되고 로프고정부(66)(66')와 정반대되는 위치의 고정부유체(10)에 각각 설치된 윈치드럼(65)(65')에 회전로프(64)(64')의 타측단이 각각 권취된 구성으로 윈치드럼의 권취작용으로 회전부유체를 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부(70)는 태양의 방위변화를 감지하는 태양광 위치추적센서(71) 및 태양광 위치추적센서(71)로 인가되는 태양추적 신호에 의해 모터(M)를 구동하여 회전부유체(30)을 회전축(32)을 축으로 하여 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 고정부유체(10)가 상호 연결된 다중구조로 되어 있고 고정부유체(10) 내측에 태양전지 모듈(40)이 구비된 회전부유체(30)가 각각 설치된 구성으로 다수의 태양전지 모듈(40)에 의해 발전이 이루어지도록 한 대용량으로 구비됨을 특징으로 하는 추적식 수상 태양광 발전시스템.

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