KR20170130050A - 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상에 설치된 지주 상단에 고정 설치된 태양광패널 고정프레임과, 상기 태양광패널 고정프레임의 상면에 일정 기울기로 설치되어 수광된 태양광을 전기로 변환하는 태양광패널과, 상기 태양광패널의 일측 또는 주변에 설치되어 입사되는 태양광을 태양광패널 상면으로 반사시켜 태양광패널의 태양광 수광효율을 향상시키기 위한 반사수단을 포함하여 구성되되, 상기 반사수단은 태양광패널 고정프레임에 연결된 고정지지대에 회전 가능하게 고정되어 태양광패널의 측부에 설치되는 원통형 본체와, 상기 원통형 본체의 원주면에서 그 길이방향으로 다수개로 분할 형성되고 입사된 태양광을 반사시키도록 내면에 반사면이 구비된 복수개의 분할 반사판을 포함한 구성으로 이루어지고, 상기 본체의 중심부에 설치된 회전축의 선단부에는 풍력에 의해 일 방향으로 회전되면서 상기 본체를 회전시키는 바람개비가 설치된 구성으로 이루어진다.

Description

무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치{Photovoltaic system equipped with rotating-reflector without power driven}

본 발명은 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광의 집광효율을 높이기 위해 태양광패널의 측부에 입사된 태양광을 태양광패널로 반사시키는 반사수단을 설치하고, 상기 반사수단의 측부에 바람개비를 설치하여 풍력에 의해 반사수단이 회전되면서 입사된 태양광을 반사시켜 태양광패널 표면의 수광효율을 향상시킬 수 있도록 하는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치에 관한 것이다.

대기오염 방지 및 온실가스 감축, 이산화탄소 배출 저감 등 지구 환경보호에 대한 관심 고조와 더불어 화석연료의 고갈에 대비한 에너지의 안정적인 공급을 위해 신재생에너지에 대한 연구 개발이 근래에 들어 더욱 활발하게 진행되고 있다.

특히, 전기를 생산하는 신재생에너지원의 경우, 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 수력발전 등 다양한 형태로 다른 분야에 비해 가장 활발하게 대체에너지 또는 신재생에너지에 대한 연구 개발 및 상용화가 이루어지고 있다.

그중에서도 태양광발전은 태양광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 발전장치로, 다른 에너지원과 달리 친환경적이면서 거의 무한에 가까운 태양광 에너지를 이용할 수 있는 장점으로 인해 그 상업화가 급속하게 진행되고 있다.

태양광 발전장치의 구성을 간단하게 살펴보면, 태양광을 직접 수광하는 태양광패널과, 상기 태양광패널을 지상에서 일정 높이로 고정 설치하기 위한 태양광 패널 고정구조물과, 다수의 태양광 패널에서 생산된 전기를 한곳으로 모아서 상용전력선으로 제공하기 위한 인버터 및 그 제어설비로 구성된다.

이와 같은 태양광 발전장치의 구성 중 전기의 생산효율성에 가장 영향을 미치는 구성이 태양광 패널이다.

즉, 태양광패널에 태양광이 수광되는 효율에 따라 전기의 생산효율도 달라지게 되므로, 태양광패널에 태양광의 수광효율을 높이기 위해 다양한 방법 및 수단이 동원되고 있다.

그 중 가장 널리 사용하는 방법으로 태양광 패널이 이동하는 태양을 추적하면서 태양광의 입사각도 및 입사면적을 최대화하여 전기생산 효율을 극대화하는 방법이 제시되고 있다.

이와 같은 태양 추적식 태양광 발전장치는 전기생산효율성 측면에서 가장 바람직한 수단으로 인정되지만, 태양광 발전장치의 설비가 고가여서 초기 설치비용 부담으로 인해 그 설치의 어려움이 있고, 또한 설치 후 사후 유지관리가 어렵고 외부 환경에 지속적으로 노출되어 내구성이 떨어지거나 오작동 등으로 인해 그 이용이 일반화되지는 못하고 있다.

특히, 태양광 발전장치에서 생산된 전기를 매도하는 전력 판매가가 갈수록 낮아지고, 태양광 발전장치의 신규 설치에 대한 정부의 지원이 줄어들면서 고가의 초기비용이 소요되는 태양 추적식 태양광 발전장치의 설치는 태양광 발전사업을 영위하는 사업자들에게 많은 경제적 부담을 주게 되어 그 설치 및 적용이 꺼려지고 있는 실정이다.

한편, 태양광패널에 태양광의 수광효율을 높이기 위한 또 다른 방안으로 태양광패널 주변에 반사판을 설치하여 태양광패널로 수광되는 태양광의 수광효율을 높이는 방안이 제시되기도 하였다.

종래에 제시된 태양광 반사판은 대부분 평면형태의 반사판으로 구성되어 태양광패널 주변에 설치, 반사판에 입사된 태양광을 태양광패널을 향햐 반사시키거나 태양광패널에 수광되어 반사되는 태양광을 재차 태양광패널로 반사시켜 태양광패널 표면에서의 태양광 수광효율을 높일 수 있도록 하는 다양한 장치 및 방안이 제시되고 있다.

하지만, 종래의 태양광 발전장치에 제시된 다양한 형태의 반사판는 그 크기가 비교적 커서 설치, 취급이 불편하고, 별도의 동력이 소요되며, 그 설치로 인해 주변 태양광패널의 수광효율이 저하될 수 있는 단점을 가지고 있었다.

특히, 수광된 태양광을 반사시키는 반사판이 일 방향성 구조로 이루어져 반사판의 설치각도를 정밀하게 조절하여야 하는 어려움과, 최초 설치 후 반사판의 설치각도가 외부환경에 의해 틀어질 경우 반사판의 기능을 제대로 수행하지 못하는 단점을 가지고 있었다.

- 특허공개 제10-2012-49503호(공개일: 2012.05.17, 발명의 명칭: 접이식 반사판을 구비하는 태양광 발전장치) - 특허등록 제10-1095411호(등록일: 2011.12.12, 발명의 명칭: 태양광 자동 추적식 집광장치) - 특허등록 제10-0990752호(등록일: 2010.10.22, 발명의 명칭: 반사판을 이용한 태양광발전 장치)

본 발명은 종래의 태양광 발전장치용 반사판의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 각각의 태양광패널에 설치되되 주변의 다른 태양광패널의 태양광 수광을 방해하지 않으면서 다양한 각도로 수광된 태양광을 태양광패널로 집광시켜 태양광패널에서의 수광효율을 더욱 높일 수 있도록 하는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 태양광을 집광시키는 반사판을 원통형으로 구성하여 풍력에 의해 회전 가능하도록 구성되어 무동력 방식으로 회전되는 원통형 본체에 의해 태양의 고도에 관계없이 태양광의 집광 및 반사가 용이하도록 구성되는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치는 지상에 설치된 지주 상단에 고정 설치된 태양광패널 고정프레임과, 상기 태양광패널 고정프레임의 상면에 일정 기울기로 설치되어 수광된 태양광을 전기로 변환하는 태양광패널과, 상기 태양광패널의 일측 또는 주변에 설치되어 입사되는 태양광을 태양광패널 상면으로 반사시켜 태양광패널의 태양광 수광효율을 향상시키기 위한 반사수단을 포함하여 구성되되; 상기 반사수단은 태양광패널 고정프레임에 연결된 고정지지대에 회전 가능하게 고정되어 태양광패널의 측부에 설치되는 원통형 본체와, 상기 원통형 본체의 원주면에서 그 길이방향으로 다수개로 분할 형성되고 입사된 태양광을 반사시키는 반사면이 내면에 구비된 복수개의 분할반사판을 포함하는 구성으로 이루어지고, 상기 본체의 중심부에 설치된 회전축의 선단부에는 풍력에 의해 일 방향으로 회전되면서 상기 본체를 회전시키는 바람개비가 설치된 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 반사수단이 태양광패널의 측부에 복수개 설치되는 경우, 태양광패널의 일측에 설치되는 어느 하나의 반사수단에 바람개비가 구비되고, 타측에 설치되는 다른 하나의 반사수단에는 바람개비가 설치되지 않고 바람개비가 설치된 반사수단의 본체와 회전력전달부재로 상호 연결되어 하나의 바람개비로 두 개의 본체가 동시에 회전가능하도록 구성된 특징으로 이루어진다.

또한, 상기 반사수단의 본체 외주연에 일정간격 이격되어 분할 형성되는 복수개의 분할반사판은 그 전후방향으로 서로 다른 높이를 갖도록 구성되어 태양광패널 상면으로 반사되는 태양광의 반사각 또는 반사범위가 각각 달라지도록 구성되는 특징으로 이루어진다.

상술한 본 발명에 따른 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치는 태양광패널의 사방 측단 중 한 곳 이상에 회전식 원통형 본체가 설치되어 다양한 각도에서 수광되는 태양광을 태양광패널로 반사시킬 수 있도록 하여 태양광패널의 수광효율을 극대화하여 전기생산효율을 높일 수 있도록 한다.

특히, 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양광패널 주변에 설치된 회전식 반사수단에 바람개비가 설치되어 풍력에 의해 회전되는 바람개비의 회전력에 의해 상기 반사수단이 회전되면서 태양광의 집광이 이루어지도록 함으로써 평면 및 곡면형 반사판이 갖는 반사 기울기의 오차에 따라 저하되는 태양광 집광효율의 단점을 줄일 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 태양광패널 주변에 설치되더라도 그 부피가 작아 설치가 용이함은 물론 외풍에 의한 영향을 적게 받고, 설치 후 주변의 다른 태양광패널의 태양광 수광에 악영향을 미치지 않아 유지관리가 용이한 장점을 제공한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치의 설치상태도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치에 적용되는 회전 반사수단의 일 실시예에 따른 발췌사시도,
도 4는 도 3의 A-A선에 따른 수직 절단단면도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전장치에 적용되는 회전 반사수단의 다른 실시예에 따른 일측 수직 절단단면도,
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 사용상태도이다.

본 발명에 따른 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치(이하, ‘태양광 발전장치’라 약칭함)는 태양광을 수광하여 전기를 생산하는 태양광패널의 측부에 회전가능한 원통형 본체를 갖는 반사수단이 구비되고, 상기 원통형 반사수단을 풍력에 의해 회전이 가능하도록 본체의 일측에 바람개비를 설치하여 풍력에 의해 바람개비가 회전함으로써 본체가 회전되면서 다양한 각도록 수광되는 태양광을 태양광패널로 반사시켜 태양광패널에서의 태양광 수광효율을 높임으로써 전기생산량을 극대화할 수 있도록 구성된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.

그리고, 본 발명의 상세한 설명에서는 통상의 태양광 발전장치에 기본적으로 구성되는 주변장치 및 기술적 구성에 대해서는 자세한 설명 및 도시를 생략하고, 본 발명의 특징부 위주로 한정해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 설치상태를 도시한 것으로, 태양광패널의 일 측부에 하나의 반사수단(30)이 설치된 예를 도시하고 있고, 도 2는 하나의 태양광패널의 양 측부에 두 개의 반사수단이 설치된 예를 도시하고 있다.

그리고, 도 3은 본 발명의 특징부인 반사수단(30)의 발췌사시도를 도시하고 있고, 도 4는 상기 반사수단(30)의 직경방향에 대한 종단면도를 각각 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(50)는 지상에서 일정 높이로 고정 설치된 지주(10)의 상단부에 태양광패널 고정프레임(도시안됨)이 설치되고, 상기 태양광패널 고정프레임의 상면에 태양광패널(20)이 일정 기울기로 고정 설치된 구조로 이루어진다.

이와 같이 설치되는 태양광패널(20)의 측부에 원통 형상의 반사수단(30)이 설치되고, 상기 원통형 반사수단(30)은 회전 가능한 구조로 양단이 고정 설치되며, 그 일측에는 풍력에 의해 회전이 이루어지는 바람개비(34)가 더 설치되어 상기 바람개비(34)의 회전력이 상기 반사수단(30)에 전달되어 회전 가능하도록 구성된다.

이를 좀 더 자세하게 설명하면, 상기 반사수단(30)은 태양광패널 고정프레임에 연결된 고정지지대(36)에 회전 가능하게 양단이 고정되어 태양광패널(20)의 측부에 설치되는 원통형 본체(32)와, 상기 원통형 본체(32)의 원주면에서 그 길이방향으로 다수개로 분할 형성되면서 입사된 태양광을 반사시키도록 내면에 반사면(38)이 구비된 복수개의 분할반사판(33)이 설치된 구성으로 이루어지고, 상기 본체(32)의 일측 중심부에는 일정길이의 회전축(35)이 설치되고, 상기 회전축(35)의 선단부에 바람개비(34)가 연결 설치되어 풍력에 의해 상기 바람개비(34)가 일 방향으로 회전되면서 상기 본체(32)도 함께 회전되도록 구성된다.

도 1에는 태양광패널(20)의 일 측부에 한 개의 반사수단(30)이 설치된 실시예를 도시하고 있고, 도 2에는 태양광패널(20)의 양 측부에 두 개의 반사수단(30,31)이 설치된 실시예가 도시되어 있다.

물론, 도면에 도시된 실시예 이외에도 태양광패널(20)의 수광효율을 높이기 위해 두 개 이상의 반사수단이 태양광패널(20)의 주변으로 설치될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서는 두 개의 반사수단 중 가로방향으로 설치된 반사수단(30)에만 풍력에 의해 회전되는 바람개비(34)가 설치되고, 다른 측면 즉, 세로방향으로 설치된 반사수단(31)에는 바람개비가 설치되지 않고 가로방향의 반사수단(30)의 회전력이 회전력전달부재(40)를 통해 세로방향의 반사수단(31)으로 전달되어 하나의 바람개비(34)를 통해 두 개의 반사수단(30,31)이 동시에 회전될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 회전력전달부재(40)는 바람개비(34)가 설치된 반사수단(30)에 추가로 연결회전축(44)이 설치되고, 또 다른 반사수단(31)에도 일정 길이의 연결회전축(45)이 외부로 돌출되게 설치되어, 두 개의 연결회전축(44,45)이 직교로 만나는 중간부위에 회전력의 방향을 직각으로 변환하는 방향전환부재(42)가 게재되어 직각방향으로 회전력이 원활하게 전달될 수 있도록 구성된다.

또한, 바람개비(34)와 연결된 회전축(35) 및 상기 두 개의 연결회전축(44,45) 사이에는 필요에 따라 회전축의 회전속도를 증가시키기 위한 증속기어가 게재되어 각 반사수단의 본체 회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 복수개의 반사수단이 태양광패널 주변으로 설치되는 경우, 각각의 반사수단에 개별적으로 바람개비(34)가 설치될 수 있으며, 태양광패널(20)의 측부에 설치되는 위치에 따라 바람개비(34)의 크기와 회전방향이 상이하도록 구성되어 태양광발전장치가 설치되는 지역이나 고도 등 주변 환경에 따라 달라지는 풍향에 맞추어 그 설치방향 및 갯수를 적절하게 조절 설치할 수 있다.

그리고, 도 3 및 도 4에는 상술한 본 발명의 태양광 발전장치에 설치되는 반사수단(30)의 일 실시예에 따른 발췌도 및 그 직경 방향에 대한 수직 종단면도가 각각 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참고하여 일 실시예에 따른 상기 반사수단(30)의 구성 및 구조에 대해서 좀 더 상세하게 설명한다.

상기 반사수단(30)은 도시된 바와 같이 본체(32)의 전체적인 형상이 원통형 또는 원기둥 형상으로 이루어지며, 그 외주면에 길이방향으로 다수개로 분할된 구조의 복수개의 분할반사판(33)이 구비되며, 일정간격 이격 형성된 각 분할반사판(33)의 내면은 곡면형으로 이루어진 반사면(38)이 형성된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 본체(32)의 일측에서 외부로 일정길이 돌출 형성된 회전축(35)은 본체(32)에 분리 가능하게 결합되며, 상기 회전축(35)의 선단부에 결합되는 바람개비(34)도 회전축(35)에서 분리가능하게 결합된 구조로 이루어진다.

이와 같은 구성 및 구조로 이루어지는 반사수단(30)의 본체(32)는 바람개비(34)의 회전에 의해 회전되는 회전축(35)에 따라 회전이 이루어지면서 본체(32)의 외주면에 길이방향으로 구비된 복수개의 분할반사판(33)의 표면, 즉 반사면(38)에 태양광이 입사하게 된다.

곡면형으로 이루어진 반사면(38)에 다양한 각도로 입사된 태양광은 반사면(38)의 곡면기울기 및 본체(32)의 회전에 따라 반사면(38)의 표면에서 굴절이 이루어지게 되고, 굴절된 태양광은 반사판(33)의 선단부에서 그 회전방향과 일치되는 방향으로 일정각도 꺾어진 절곡부(33a)에 의해 다시 한 번 굴절되면서 입사된 태양광을 태양광패널의 상면으로 반사시키게 된다.

특히, 상기 분할반사판(33)의 반사면(38)이 오목한 곡면형으로 이루어져 다양한 각도로 입사된 태양광이 자연스럽게 굴절되도록 함은 물론 입사된 태양광을 집중(수속)시키는 효과가 있어서 평면타입의 반사판에 비해 태양광의 반사효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명에 따른 태양광 발전장치에 적용되는 다른 실시예에 따른 반사수단(30)이 도시되어 있다.

상술한 일 실시예의 반사수단(30)은 본체(32)의 외주면에 돌출 형성된 복수개의 분할반사판의 높이가 모두 동일한 형태로 이루어진 것임에 반해서, 도 5에 도시된 다른 실시예에 따른 반사수단(30)은 전후 분할반사판(33)의 높이(본체의 중심부에서 반경방향의 높이)가 다르게 형성되어 반사면(38)에서 반사되는 태양광의 반사각이 각각 다르게 형성되어 태양광패널에 입사되는 태양광의 위치가 달라질 수 있도록 구성된다.

이를 좀 더 상술하면, 도 5의 반사수단(30)은 본체의 회전시 전후측에 위한 각 분할반사판(33)의 높이가 다르게 구성(L1＜L2＜L3)되어, 전후 분할반사판(33)의 높이 차이에 따라 각 분할반사판의 내측 반사면으로 입사되는 태양광의 입사각이 달라지게 되고, 본체(32)의 회전으로 태양광패널을 향해 반사되는 태양광의 반사각 또한 서로 달라지게 되어 태양광패널 상면에서 서로 다른 위치로 반사된 태양광이 수광되도록 하여 하나의 태양광패널 전체에서 골고루 반사된 태양광의 입사가 이루어지도록 한다.

도면에 도시된 실시예에서 상기 분할반사판(33)의 반사면(38)은 오목한 곡면형으로 이루어진 실시예만 한정하여 도시하고 있으나, 이외에도 계단형과 같이 다단 굴절구조의 형태로도 변형 실시할 수 있다.

상술한 구성 및 구조로 이루어진 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 설치 및 사용상태가 도 6에 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 태양광패널의 가로방향과 세로방향에 각각 반사수단이 설치되고, 두 개의 반사수단 중 일측(가로방향) 반사수단(30)에만 바람개비(34)가 설치되고 다른 일측(세로방향)의 반사수단(31)에는 바람개비가 설치되지 않고 회전력전달부재(40)로 상호 연결되어 회전력을 전달받을 수 있도록 구성되어 있다.

따라서, 바람이 불어 바람개비(34)가 회전하면서 가로방향의 일측 반사수단(30)의 본체가 회전을 하게 되고, 가로방향의 반사수단(33)과 회전력전달부재(40)로 연결된 세로방향의 반사수단(31)도 태양광패널이 설치된 방향으로 회전이 이루어지게 된다.

이와 같이, 태양광패널(20)의 주변에 설치된 회전반사수단(30,31)이 회전하면서 각 분할반사판(33)에 입사된 태양광이 반사면(38)의 곡면기울기에 따라 굴절된 후에 태양광패널 상면으로 반사가 이루어지게 되고, 각 분할반사판(33)의 반사면(38)에 의해 반사되어 태양광패널의 상면으로 수광된 태양광에 의해 태양광패널의 수광효율이 상승되고, 상승된 수광효율로 인해 광전효과가 향상됨으로써 전기생산효율을 증대시킬 수 있도록 한다.

10 : 지주 20 : 태양광패널
30,31 : 반사수단 32 : 본체
33 : 분할반사판 33a : 절곡부
34 : 바람개비 35 : 회전축
36 : 고정지지대 38 : 반사면
40 : 회전력전달부재 42 : 방향전환부재
44,45 : 연결회전축
50 : 태양광 발전장치

Claims (3)

1. 지상에 설치된 지주 상단에 고정 설치된 태양광패널 고정프레임과, 상기 태양광패널 고정프레임의 상면에 일정 기울기로 설치되어 수광된 태양광을 전기로 변환하는 태양광패널과, 상기 태양광패널의 일측 또는 주변에 설치되어 입사되는 태양광을 태양광패널 상면으로 반사시켜 태양광패널의 태양광 수광효율을 향상시키기 위한 반사수단을 포함하여 구성되는 태양광 발전장치에 있어서,
   상기 반사수단은 태양광패널 고정프레임에 연결된 고정지지대에 회전 가능하게 고정되어 태양광패널의 측부에 설치되는 원통형 본체와, 상기 원통형 본체의 원주면에서 그 길이방향으로 다수개로 분할 형성되고 입사된 태양광을 반사시키도록 내면에 반사면이 구비된 복수개의 분할반사판을 포함한 구성으로 이루어지고,
   상기 본체의 중심부에 설치된 회전축의 선단부에는 풍력에 의해 일 방향으로 회전되면서 상기 본체를 회전시키는 바람개비가 설치된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 반사수단이 태양광패널의 측부에 복수개 설치되되,
   상기 태양광패널의 일 측부에 설치된 어느 하나의 반사수단에는 바람개비가 구비되고, 타 측부에 설치된 다른 하나의 반사수단에는 바람개비가 설치되지 않고 바람개비가 설치된 일 측부의 반사수단 본체와 회전력전달부재로 상호 연결되어 하나의 바람개비로 두 개의 본체가 동시에 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 반사수단의 본체 외주연에 일정간격 이격되어 분할 형성되는 복수개의 분할반사판은 그 전후방향으로 서로 다른 높이를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무동력 회전 반사수단이 구비된 태양광 발전장치.

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