KR20170109811A

KR20170109811A - 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치

Info

Publication number: KR20170109811A
Application number: KR1020160033865A
Authority: KR
Inventors: 홍성탁
Original assignee: 홍성탁
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-10-10

Abstract

본 발명은 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 관한 것으로, 수상태양광발전 계류장치의 중앙부에 위치한 중앙추방식 계류장치를 통하여 기존의 고정식 수상태양광발전장치보다 간단하고 안정하게 구조물을 계류시킬 수 있으며, 회전축 상에 설치된 무게추를 이용하여 수위에 변화에 따라서 구조물의 장력을 일정하게 유지시키도록 할 수 있다. 또한 중앙추방식 계류장치에서 십자방향으로 뻗어나온 프레임 끝단에 회전장치와 센서부가 연결되어 있어 외력(바람, 비등)이 수상태양광발전 계류장치에 작용해도 그 위치를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 태양의 이동에 따라 구조물을 회전시킬 수 있어 수상태양광발전의 효율을 증대시킬 수 있도록 할 수 있다.

Description

수상태양광발전 계류장치 및 회전장치 {Mooring apparatus and rotating apparatus for solar power plant}

본 발명은 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수상태양광발전모듈을 수면에 계류시키고 수면의 높낮이에 따라 와이어가 연결된 축을 회전시켜 케이블을 권취하여 케이블의 장력을 조절할 수 있으며, 같은 축 상에 있는 무게추도 동일한 방식으로 수면에 맞게 조정하여 수상태양광발전모듈이 수면에 안정되게 고정할 수 있는 장치에 관한 것이다. 또한, 수상태양광발전 계류장치의 프레임 끝단에 설치된 회전장치를 이용하여 수상태양광발전모듈의 위치를 일정하게 유지하고 태양의 이동에 따라 계류장치를 회전시켜 발전효율을 높이게 하는 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 관한 것이다.

태양광발전은 태양빛 에너지를 태양전지를 통하여 전기 에너지로 변환시키고 변환된 전기에너지를 축전지에 저장시켜서 필요할 때 사용할 수 있게 하는 발전 방식이다. 태양광발전의 장점은 무공해이며, 유지보수가 간단한 편인데 반해 일조량이 일정해야 하고, 설치장소가 한정적이며 초기투자비용이 높은 것이 단점이다.

태양광발전을 위해서 사용하는 태양전지의 경우 하나의 단위를 셀(cell)이라고 한다. 발전하고자 하는 용량에 따라 필요한 셀을 직렬 혹은 병렬로 연결한 태양전지판(태양광발전모듈)을 제작하고, 다시 이 태양광모듈을 필요한 수만큼 직병렬로 연결하여 태양광발전에 사용한다.

태양광 발전을 하기 위해서는 태양광발전모듈이 대량으로 설치되는 공간이 필요한데, 넓고 평평하며 일조량이 일정한 대지는 태양광 발전만을 위해 매입하기에 지가가 높아서 지가에 대비해 발전량 및 수익성이 떨어진다는 단점이 있다.

반면에 저수지나 호수, 댐과 같은 수상에 태양광발전 장치를 설치하는 경우에 사용하지 않는 수면을 이용하기 때문에 대지와 같이 높은 지가를 주고 매입할 필요가 없으며 평평하고 넓은 수면에 일조량이 넉넉한 장소라면 태양광발전시설을 설치하여 태양광발전을 하기에 최적의 장소이다.

저수지나 호수의 수위는 일정하게 유지되지 않고 기온, 날씨 등의 외부요인에 의하여 높아지거나 낮아질 수 있다. 일반적으로 태양광발전모듈을 지지하고 있는 부력체를 와이어를 이용하여 고정한다. 수위변화에 따라서 와이어의 장력을 일정하게 조절해 주지 않아서 와이어가 느슨해지면 수위의 변화나 바람의 영향으로 부유체가 고정되지 않고 휩쓸려 가버릴 수 있는 위험이 있으며, 장력이 강하게만 유지되는 경우에는 와이어가 끊어질 염려가 있다.

종래 기술은 물의 방류, 가뭄으로 인하여 수면의 수위가 낮아지게 되면 추가 바닥면에 닿을 수 있고, 이로 인하여 수상광태양발전 계류장치를 지지해주는 와이어의 장력이 약해지는 경우가 발생한다. 중심부에 기둥이 있는 고정식 수상태양광발전장치의 경우에는 와이어를 사용하지 않기에 장력이 문제가 안 되지만 중앙에 기둥을 세우기 때문에 시공이 간단하지 않다는 단점이 있다.

그리고 수상태양광발전 구조물의 네 귀퉁이를 추로 고정시키는 기존 추방식 계류장치의 경우에는 고정이 되어 있어 구조물 자체를 태양의 이동에 따라 이동시켜 발전 효율을 높이기에 어려운 단점이 있다.

공개번호 10-2010-0104516, 공개일자 2010년09월29일, 회전식 수상 태양광 발전장치

공개번호 10-2015-0003049, 공개일자 2015년01월08일, 고정식 수상 태양광 발전장치

공개번호 10-2016-0001106, 공개일자 2016년01월06일, 수상 태양광 발전장치용 중력식 계류장치

한국등록특허공보 제1248151호(2013. 03. 21.)

본 발명은 수상태양광발전모듈을 비어있는 수면에 설치하여 안정되게 계류시키며 태양의 이동에 따라 회전시켜 발전효율을 높이는 것에 목적이 있다. 수면의 높낮이에 상관없이 수상태양광발전 계류장치의 각 와이어의 장력을 일정하게 유지키셔 수상태양광발전 모듈들을 수상에 안정적으로 계류되도록 하고, 수상태양광발전 계류장치로부터 뻗어나온 프레임 끝단에 회전장치와 센서부를 이용하여 태양의 이동에 따라 이동할 수 있고 외력 등에 의하여 구조물의 위치 등이 변하지 않도록 유지시켜주는 수상태양광발전 회전장치를 제공하기 위함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 있어서, 중앙부에 회전축과 구동부가 설치되어도 수상에 부상가능한 부력을 가진 부력체와 상기 부력체의 중앙부에 일렬로 각각 회전할 수 있는 3개의 회전축과 상기 회전축 중 중앙 회전축에 일단이 연결되고 타단은 수중 지면에 설치된 지지부의 앵커에 연결되어 상기 부력체를 계류시킬 수 있는 와이어와 상기 회전축 중 중앙 회전축의 좌, 우 회전축에 일단이 중앙회전축에 연결된 와이어와 반대방향으로 권취되어 연결되고 타단은 무게추와 연결된 와이어와 상기 회전축의 끝단에 있는 구동기어와 연결되어 각 축을 동시에 혹은 각각 회전시킬 수 있는 클러치부와 각 회전축을 고정시킬 수 있는 고정장치 및 회전축에 걸린 장력을 센싱할 수 있는 장력센서를 포함하는 변속장치와 상기 변속장치에 연결되어 정방향 역방향으로 동력을 전달시켜 주는 구동부와 상기 구동부를 연결하여 동시에 동력을 전달시켜 주게끔 하는 동조케이블과 상기 구동부를 원격으로 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수상태양광발전 계류장치의 부력체에서 십자방향으로 뻗어나와 태양광발전모듈을 집적하고 연결할 수 있는 연결장치를 포함한 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프레임의 끝단에 고정되어 수상태양광발전 계류장치를 회전시킬 수 있는 정역방향으로 구동할 수 있는 스크루구동부와 상기 스크루구동부와 연결되어 스크루에 동력을 전달하는 스크루회전축과 상기 스크루회전축에 연결되어 수면 밑에서 회전가능한 스크루와 상기 스크루구동부 상단에 위치하여 구조물의 위치, 풍압, 태양의 위치를 감지하는 센서부와 상기 센서부에 받은 정보를 이용하여 원격으로 스크루구동부를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 의하면, 부력체의 중앙에 수직으로 고정된 기둥을 세우거나 구조물의 사면에 추를 달 필요가 없이 간단한 방식으로 구조물을 수면에 계류시킬 수 있으며, 수면의 높낮이에 따라 추의 위치를 조절하여 와이어의 장력을 일정하게 유지시킬 수 있고 추가달린 와이어의 길이만 조절 가능하여 수상태양광발전모듈들을 안정적으로 계류시키는 것이 가능하다. 중앙부 와이어를 통하여 계류시키므로 사면을 고정시키는 기존 추방식과는 다르게 중앙부 부력체에서 뻗어나온 프레임의 끝단에 달 수 있는 회전장치를 통하여 태양의 이동에 따라서 270도 이내로 회전시킬 수 있어 태양광을 더 오래 받게 하여 발전효율을 더 늘릴 수 있다..

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치를 위에서 바라본 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치를 위에서 바라본 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치의 밑에서 바라본 평면도이다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치(100)에 대하여 구체적인 내용을 설시한다.

본 발명은 부력체의 모양이나 프레임의 위치, 구동장치 등 다양한 형태와 변경을 가할 수 있으며 본 도안의 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치의 전체적인 구성을 나타내고 있는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치를 위에서 바라본 평면도이다. 도3, 4, 5 및 도6은 수상태양광발전 계류장치의 사시도, 평면도, 측면도이다.

본 발명은 수상에 설치되는 태양광발전모듈들(120)을 이용하여 태양광발전을 하기위해서 수상태양광발전 계류장치의 중앙부에 중앙추방식계류장치(130)를 이용하여 와이어를 통해 수면 바닥의 지지대(152)에 고정해 기존의 수상태양광발전구조물의 각 귀퉁이를 고정하는 추방식보다 간단하고 안정하게 계류시키는 구조물에 관한 것이다. 또한 중앙추방식계류장치(130)의 부력체부분에서 십자모양으로 뻗어나온 프레임(160)을 이용하여 태양광발전모듈(120)을 부력체 연결장치(200)을 이용하여집적시키고 그 프레임(160)의 끝단에 구조물 회전장치(140)와 센서부(142)를 이용하여 수상태양광발전 계류장치를 회전시키거나 그 위치를 유지시키도록 한다.

상기 태양광발전모듈은 태양전지가 집적되어 만들어진 태양전지모듈(122), 태양전지모듈 지지대(123), 태양전지모듈 지지부력체(121) 및 미도시된 축전지 등으로 구성되어 수상에서 태양광발전을 할 수 있도록 한다. 상기 태양광발전모듈은 하나의 모듈 자체가 태양광발전이 가능하면 되므로 집적될 수 있는 형태의 모듈이 바람직하다.

상기 중앙추방식 계류장치(130)는 부력체(131), 무게추(132a. 132b), 와이어(133a, 133b, 133c), 회전축 구동부(134), 구동부 동조케이블(135), 권취드럼을 포함할 수 있는 회전축(137a, 137b, 137c)와 회전축의 끝단의 구동기어(138), 클러치, 고정장치, 장력센서를 포함한 변속장치(400), 중앙부 회전축 지지대(300), 축고정판(410), 및 와이어 이탈방지가이드(420)를 포함하여 구성된다.

상기 부력체(131)는 일정한 크기의 면적을 가지고 중앙부에 회전축과 구동부가 설치되어도 수상에 부유할 수 있는 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 평면이 사각형상으로 일정 크기 면적을 가지고 수면에 부유 될 수 있도록 구비된다.

상기 부력체(131)의 중앙부에는 각 회전축(137a, 137b, 137c)이 일렬로 위치하고 중앙부 회전축 지지대(300)과 축고정판(410)에 의하여 회전가능하게 지지된다.

상기 회전축 중 중앙회전축(137b)에는 와이어(133b)가 권취되고 와이어(133b)의 타단은 앵커(151)와 연결되며 앵커(151)는 지지대(152)에 단단하게 고정되게 구성된다.

상기 회전축(137a, 137b, 137c)에는 와이어 이탈방지가이드(420)가 있어서 와이어(133a, 133b, 133c)가 권취될 경우 이탈이 되지 않도록 구성된다.

상기 지지대(152)는 지지대고정부(153)에 위치하게 되며, 지지대(152)는 수상태양광발전 구조물을 계류시키기 위해 콘크리트나 강철 등의 단단하고 무거운 소재로 구성된다.

상기 회전축 중 중앙회전축(137b)를 제외한 좌·우회전축(137a, 137c)에는 와이어(133a, 133c)가 중앙회전축(137b)에 권취되어 있는 와이어(133b)와 반대방향으로 권취되고 상기 와이어(133a, 133c)의 타단에는 각 무게추(132a, 132b)가 연결되게 구성된다.

상기 회전축 중 중앙회전축(137b)의 양 끝단에는 구동기어(138)이 연결되어 있으며, 좌·우회전축(137a, 137c)과 중앙회전축(137b)이 맞닿는 부분의 끝단에 구동기어(138)가 연결되게 구성된다.

상기 회전축(137a, 137b, 137c)가 맞닿는 부분은 구동기어(138)들은 클러치(미도시), 고정장치(미도시), 장력센서(미도시)를 포함하는 변속장치(400)와 결합하게 구성된다.

상기 변속장치(400)는 각 회전축(137a, 137b, 137c)를 각각 구동되게 하거나 동시에 구동할 수 있는 클러치(미도시), 계류가 안정되게 되고 있을 경우 와이어가 권취되지 않도록 각 회전축(137a, 137b, 137c)을 고정시킬 수 있는 고정장치(미도시), 각 회전축(137a, 137b, 137c)의 장력을 측정하여 제어부에 송신할 수 있는 장력센서(미도시)로 구성된다.

상기 회전축 구동부(134)는 상기 변속장치(400)와 결합하게 구성되어 상기 변속장치(400)에 동력을 전달하여 각 회전축(137a, 137b, 137c)을 구동시키도록 구성된다.

상기 회전축 구동부(134)는 정·역방향으로 구동이 가능하며 모터나 엔진 등으로 구성될 수 있으며 바람직하게는 태양전지로 축전 된 전기를 사용할 수 있도록 전기모터로 구성될 수 있다.

상기 회전축구동부(134)는 중앙부 회전축 지지대(300)의 상부에 한 쌍으로 위치되며 동시에 구동이 될 수 있도록 동조케이블(135)로 연결이 되게 구성되며 제어부(180)에 의하여 자동 또는 수동으로 구동될 수 있도록 구성된다.

상기 중앙추방식 계류장치(130)의 부력체(131)에서 십자방향으로 뻗어나오도록 프레임(160)이 구성된다.

도 2를 참조하면 상기 프레임(160)과 태양광발전모듈(120)이 부력체연결장치(200)로 연결되고, 태양광발전모듈(120)끼리 부력체연결장치(200)로 연결되게하여 수상태양광발전장치 구조물을 구성한다.

상기 프레임(160)의 끝단에는 구조물 회전장치(140)가 연결되도록 구성된다.

상기 구조물 회전장치(140)는 정·역방향으로 구동가능한 스크루구동부(141), 스크루구동부에서 동력을 받아서 스크루(144)로 동력을 전달하는 스크루회전축(143), 물속에서 회전하는 스크루(144), 구조물의 위치, 풍압, 태양의 위치 등을 감지할 수 있는 센서부(142)로 구성된다.

상기 스크루구동부(141)는 제어부(180)에 의하여 수동 혹은 자동으로 구동될 수 있도록 구성된다.

본 발명에 의한 중앙추방식계류장치(130)에 대한 작동설명은 다음과 같다.

기본적으로 회전축(137a, 137b, 137c)은 변속장치(400)에 의하여 구동기어(138)가 동시에 맞물리게 하고 한 쌍의 회전축 구동부(134)는 동조케이블(135)로 이어져 있어 동시에 구동되게 된다.

상기 회전축(137a, 137b, 137c)의 좌·우 회전축(137a, 137c)에 권취되어 있는 와이어(133a,133c)와 중앙회전축(137b)에 권취되어 있는 와이어(133b)의 방향이 달라서 상기 회전축(137a, 137b, 137c)이 동시에 구동되게 되면 중앙회전축(137b)의 와이어(133b)가 권취되게 되면 좌·우 회전축(137a, 137c)에 있는 와이어(133a,133c)는 풀리게 되고 반대로 중앙회전축(137b)의 와이어(133b)가 풀리게 되면 좌·우 회전축(137a, 137c)에 있는 와이어(133a,133c)는 권취되게 된다.

즉, 수위가 높아지거나 낮아지게 되면 장력센서(미도시)가 장력이 기본적으로 입력되어 있는 장력 값을 비교하여 장력이 커졌는지 작아졌는지를 제어부(180)에 송신하게 되고 그에 따라서 회전축 구동부(134)에 동력을 전달하여 중앙회전축(137b)의 와이어(133b)를 풀거나 권취시키면 좌·우 회전축(137a, 137c)에 있는 와이어(133a,133c)가 권취되거나 풀리면서 와이어(133a, 133c)에 연결되어 있는 무게추(133a, 133b)의 위치를 조절하여 장력을 일정하게 유지시켜준다.

보다 자세하게 상기 회전축(137a, 137b, 137c)의 중심축을 기점으로 하여 와이어(133a, 133c)와 중심부 와이어(133b)가 각각 반대방향으로 장력을 주게 되어 장력을 일정하게 유지시킬수 있게 된다.

또한 심한 갈수기로 인하여 수위가 상당히 낮아져서 동시에 축을 회전할 경우 무게추(133a, 133b)가 바닥에 닿는 경우에 대비하여 변속장치(400)의 클러치를 이용하여 중앙회전축(137b)를 제외하고 좌·우 회전축(137a, 137c)에만 동력을 전달하게 할 수 있어 무게추(133a, 133b)의 위치를 조절하여 장력을 유지시키고 구조물을 안정하게 계류시킬 수 있다.

본 발명에 의한 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치에 대한 작동설명은 다음과 같다.

중앙추방식계류장치(130)로부터 십자방향으로 뻗어나온 프레임(160)의 끝단에 회전장치(140)가 구성되어 있다.

마주보는 상기 회전장치(140)의 스크루는(144) 서로 반대방향으로 위치하여 있다(도 2참조).

상기 회전장치(140)의 센서부(142)에서 구조물의 위치(GPS로 위치파악가능), 풍압, 태양의 위치 값을 제어부(180)에 전달하고 제어부(180)는 각 회전장치(140)를 구동시켜 수상태양광발전 계류장치의 위치를 조절하거나 270도 이내로 회전시킬 수 있다.

상기 회전장치(140)에 의하여 회전될 수 있는 회전각은 중앙 와이어(137b)를 통하여 구조물이 계류되기 때문에 360도로 회전시키면 와이어(137b)가 꼬이면서 끊어질 염려가 있으므로 270도 이내로 제한되는것이 바람직하다.

상기 중앙추방식 계류장치(130)과 상기 회전장치(140)에 의하여 수상태양광발전 계류장치는 와이어의 장력을 유지시키면서 구조물의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있으며 태양광발전모듈이 집적되어있는 수상태양광 계류장치 자체를 회전할 수 있어 태양광발전 효율을 높일 수 있다.

100 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치
120 태양광발전 모듈
121 태양전지모듈 지지부력체
122 태양전지모듈
123 태양전지모듈 지지대
130 중앙추방식 계류장치
131 부력체
132a, 132b 무게추
133a, 133b, 133c 와이어
134 회전축 구동부
135 구동부 동조케이블
137a, 137b, 137c 권취드럼을 포함하는 회전축
138 구동기어
140 회전장치
141 스크루구동부
142 센서부
143 스크루회전축
144 스크루
151 앵커
152 지지대
153 지지대고정부
160 프레임
180 제어부
200 부력체연결장치
300 중앙부 회전축 지지대
400 클러치, 고정장치, 장력센서를 포함한 변속장치
410 축고정판
420 와이어 이탈방지가이드

Claims

태양전지모듈과 태양전지모듈지지대 및 태양전지모듈 지지부력체로 이루어진 태양광발전 모듈들을 집적하여 계류시켜주는 수상태양광발전 계류장치로서;

중앙부에 회전축과 구동부가 설치되어도 수상에 부상가능한 부력을 가진 부력체와;
상기 부력체의 중앙부에 일렬로 각각 회전할 수 있는 3개의 회전축과;
상기 회전축 중 중앙 회전축에 일단이 연결되고 타단은 수중 지면에 설치된 지지부의 앵커에 연결되어 상기 부력체를 계류시킬 수 있는 와이어와;
상기 회전축 중 중앙 회전축의 좌, 우 회전축에 일단이 중앙회전축에 연결된 와이어와 반대방향으로 권취되어 연결되고 타단은 무게추와 연결된 와이어와;
상기 회전축의 끝단에 있는 구동기어와 연결되어 각 축을 동시에 혹은 각각 회전시킬수 있는 클러치부와 각 회전축을 고정시킬 수 있는 고정장치 및 회전축에 걸린 장력을 센싱할 수 있는 장력센서를 포함하는 변속장치와;
상기 변속장치에 연결되어 정방향 역방향으로 동력을 전달시켜 주는 구동부와;
상기 구동부를 연결하여 동시에 동력을 전달시켜 주게끔 하는 동조케이블과;
상기 구동부를 원격으로 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상태양광발전 계류장치.
제1항에 있어서, 상기 부력체에서 십자방향으로 뻗어나와 태양광발전모듈을 집적하고 연결할 수 있는 연결장치를 포함한 프레임을 특징으로 하는 수상태양광발전계류장치.
제2항에 있어서, 상기 프레임의 끝단에 고정되어 수상태양광발전 계류장치를 회전시킬 수 있는 정역방향으로 구동할 수 있는 스크루구동부와;
상기 스크루구동부와 연결되어 스크류에 동력을 전달하는 스크루회전축과;
상기 스크루회전축에 연결되어 수면 밑에서 회전 가능한 스크루와;
상기 스크루구동부 상단에 위치하여 구조물의 위치, 풍압, 태양의 위치를 감지하는 센서부와;
상기 센서부에 받은 정보를 이용하여 원격으로 스크루구동부를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상태양광발전 계류장치 및 회전장치.