KR20190111185A - 태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템 - Google Patents

태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지판의 경사각 조절에 따른 단위 부력체 모듈간의 거리 조절로 내수면에서 차지하는 전체적인 면적이 가변되도록 하여, 계절별 내수면 어업 활동의 제한을 최소화시키고, 동절기에 음영지역의 발생이 제거되어 발전 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 수상태양광 시스템을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 수상태양광 시스템은, 수상에서 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 부력을 받는 다수의 단위 부력체 모듈과; 상기 단위 부력체 모듈에 각기 나란하게 복수개 이상으로 설치되어 있는 태양전지판 경사조절유닛과; 상기 단위 부력체 모듈에 각기 힌지 연결되어 태양전지판 경사조절유닛에 의해 경사각도가 조절되는 태양전지판과; 일단이 전방의 단위 부력체 모듈측 태양전지판 경사조절유닛의 위치조절단에 연결되고 타단이 이웃한 후방측 단위 부력체 모듈에 연결되어, 태양전지판 경사조절유닛의 접동동작에 따른 감김과 풀림이 이루어지는 인장케이블;을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템{Sun light system for adjusting angle of solar pannel and unit buancy frame module gap}
본 발명은 수상 태양광 발전을 위한 수상태양광 시스템에 관한 것으로, 특히 태양전지판의 경사각 조절에 따른 단위 부력체 모듈간의 거리 조절로 내수면에서 차지하는 전체적인 면적이 가변되도록 하여, 계절별 내수면 어업 활동의 제한을 최소화시키고, 동절기에 음영지역의 발생이 제거되어 태양광 발전 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 수상태양광 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전판은 우리나라에서 계절별로 여름철에는 14도, 봄/가을에는 32도, 겨울에는 50도로 태양입사각이 변하게 된다. 육상 태양관의 경우, 입사각이 낮은 겨울에는 태양전지판의 행열 배열에 있어서 음영지역(그림자)이 생기게 되기 때문에, 간격을 늘리게 되면 부지매입 비용 등 경제성이 떨어지게 되므로, 전지판의 각도를 세우기에는 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
수상태양광 발전은 부지매입 비용이 들지 않아 앞/뒤 간격을 늘리는데 비용부담이 적지만, 기존구조물은 강결 또는 힌지 접합 구조로 간격을 늘리는 비용을 무시할 수 없다. 따라서 계절에 따라 전지판의 각도를 자동적으로 변경시킴에 따라 부유식 모듈간의 간격도 자동으로 압축/확장시킬 수 있는 구조물 연결 방법이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1211522호로서, '수면 부유식 태양전지모듈 각도 조절장치'가 제안되어 있다. 이는 복수 개의 지지축들; 상기 지지축들에 회전 가능하게 결합되는 회전축; 상기 회전축에 연결되며, 태양전지모듈이 장착되는 프레임; 다수 개의 핀구멍들이 형성된 고정 원판부가 구비되며, 상기 지지축에 고정 결합되는 고정부재; 다수 개의 핀구멍들이 형성된 회전 원판부가 구비되며, 상기 고정부재에 회전 가능하게 관통 결합되는 회전부재; 상기 회전부재와 회전축을 연결하며, 상기 회전부재의 회전력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달유닛; 및 상기 회전 원판부의 핀구멍과 고정 원판부의 핀구멍에 삽입되어 회전 원판부의 회전을 방지하는 고정핀을 포함하며, 상기 고정부재는 상기 지지축에 고정 결합되며 상기 회전부재가 삽입되는 중공축부와, 상기 중공축부의 한쪽 끝에 결합되는 상기 고정 원판부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 상기 배경기술은 태양전지모듈을 계절별로 일정 각도로 기울어줌으로써 전력 생산성을 높일 수 있고, 태양전지 모듈의 각도를 조절하는 구성(구조)가 간단하게 되어 초기 설치 비용이 적게 소요될 뿐만 아니라 설치하는 시간을 단축시킬 수 있는 장점을 갖는다. 그러나 상기 배경기술은 수면 부유식 태양전지모듈의 각도 조절만이 이루어질 뿐이므로 수상에서 차지하는 전체적인 태양광 시스템 면적을 가변시킬 수 있는 방안이 제시되어 있지 않다. 따라서 여름철과 같이 어업활동이 활발하거나 관광수요가 많은 시기에는 전체적인 태양광 시스템 면적을 줄일 수 없는 문제가 있다.
한국 등록특허 등록번호 제10-1211522호
본 발명은 태양전지판의 경사각 조절에 따른 단위 부력체 모듈간의 거리 조절로 내수면에서 차지하는 전체적인 면적이 가변되도록 하여, 계절별 내수면 어업 활동의 제한을 최소화시키고, 동절기에 음영지역의 발생이 제거되어 발전 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 수상태양광 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 수상태양광 시스템은, 수상에서 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 부력을 받는 다수의 단위 부력체 모듈과; 상기 단위 부력체 모듈에 각기 나란하게 복수개 이상으로 설치되어 있는 태양전지판 경사조절유닛과; 상기 단위 부력체 모듈에 각기 힌지 연결되어 태양전지판 경사조절유닛에 의해 경사각도가 조절되는 태양전지판과; 일단이 전방의 단위 부력체 모듈측 태양전지판 경사조절유닛의 위치조절단에 연결되고 타단이 이웃한 후방측 단위 부력체 모듈에 연결되어, 태양전지판 경사조절유닛의 접동동작에 따른 감김과 풀림이 이루어지는 인장케이블;을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양전지판 경사조절유닛은, 힌지 가이드 홈이 형성되어 있는 링크 작동지지대와; 하부힌지축, 상기 링크 작동지지대의 힌지 가이드 홈에 삽입 지지되어 어느 하나에 인장케이블이 연결되는 2개의 중간힌지축, 상부힌지축으로 상호 연결되어 마름모 형태의 변형을 통해 상부힌지축의 높낮이 위치를 변경시키는 4절 접동링크와; 2개의 중간힌지축에 서로 다른 방향으로 나사결합되어 있는 스크류 축과; 상기 링크 작동지지대의 일단에 장착되어 스크류 축을 정역회전 구동시키는 인장케이블 구동모터와; 다른 하나의 중간힌지축 또는 단위 부력체 모듈측에 회전 자유롭게 지지되어 인장케이블의 연결 방향을 바꾸는 하나 이상의 인장 케이블 방향전환용 휠;을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인장케이블은 인장 케이블 방향전환용 휠 및 하부힌지축에 연결된 하부힌지 휠을 거쳐 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템에 따르면, 단위 부력체 모듈측 태양전지판 경사조절유닛에 의해 태양전지판의 경사각 조절에 따라 동절기에 음영지역의 발생이 제거되어 태양광 발전 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한 태양전지판 경사조절유닛에 연동하여 단위 부력체 모듈간의 거리 조절로 내수면에서 차지하는 전체적인 면적이 가변되도록 하여, 하절기에 내수면의 어업 및 관광 활동 영역을 넓힐 수 있는 이점을 갖는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상태양광 시스템을 구성하는 단위 부력체 모듈을 포함한 조립체의 사시도.
도 1b는 도 1a에 도시된 조립체의 배면측 사시도.
도 2는 도 1b에 도시된 'A'부 확대도.
도 3은 본 발명에 적용된 태양전지판 경사조절유닛의 일부 분해사시도.
도 4a 및 도 4b는 도 1a에 도시된 단위 부력체 모듈을 포함한 조립체의 태양전지판 경사조절유닛의 동작에 따른 인장케이블의 풀림 및 당김 작동상태도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수상태양광 시스템의 사시도.
도 5b는 도 5a의 일측면도.
도 6은 도 5a의 평면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 적용되는 태양전지판 경사조절유닛의 변형된 상태에서의 작동상태도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 수상태양광 시스템은 도 1 내지 도 4b에서와 같이 다수의 단위 부력체 모듈(10)이 구비된다. 다수의 단위 부력체 모듈(10)은 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 부력을 받아 수상에서 배치된다.
단위 부력체 모듈(10)은 수상에서 부력을 받는 부력체(12), 부력체(12)와 연결되어 후술할 태양전지판 경사조절유닛(20)이 설치되는 태양전지판 지지프레임(14), 태양전지판 지지프레임(14)에 설치된 이동통로(16)를 구비하고 있다.
다수의 단위 부력체 모듈(10)에는 각기 나란하게 복수개 이상으로 태양전지판 경사조절유닛(20)이 구비되어 있다. 태양전지판 경사조절유닛(20)은 태양전지판 지지프레임(14)에 설치되어 있다.
태양전지판 경사조절유닛(20)은 도 3 및 도 4에 도시된 일 실시 예에서와 같이 힌지 가이드 홈(21a)이 형성되어 있는 링크 작동지지대(21), 4절 접동링크(22), 스크류 축(23), 인장케이블 구동모터(24) 및 어느 하나의 중간힌지축(222)에 회전 자유롭게 지지되어 인장케이블(40)의 연결 방향을 바꾸는 하나 이상의 인장 케이블 방향전환용 휠(25)로 구성된다.
4절 접동링크(22)는 하부힌지축(221), 링크 작동지지대(21)의 힌지 가이드 홈(21a)에 삽입 지지되어 어느 하나에 인장케이블(40)이 연결되는 2개의 중간힌지축(222,222) 및 상부힌지축(223)으로 상호 연결된 구조를 갖고 있다. 따라서 4절 접동링크(22)는 마름모 형태의 변형을 통해 상부힌지축(223)의 높낮이 위치를 변경시킬 수 있다. 스크류 축(23)은 2개의 중간힌지축(221,221)에 서로 다른 방향으로 나사결합되어 있다. 예로, 스크류 축(23)은 2개의 중간힌지축(221,221)에 각기 왼나사(23a)와 오른나사(23b) 결합을 통해 결합될 수 있다. 2개의 중간힌지축(221,221)은 각기 왼나사(23a)와 오른나사(23b)에 결합되는 나사구멍(222a)을 갖는다. 인장케이블 구동모터(24)는 링크 작동지지대(21)의 일단에 장착되어 스크류 축(23)을 정역회전 구동시킨다.
따라서 태양전지판 경사조절유닛(20)은 도 4a와 같이 스크류 축(23)의 정회전시 2개의 중간힌지축(222,222)의 간격이 좁아지고 중간힌지축(222,222)의 내각이 증가되어 4절 접동링크(22)는 세워져 상부힌지축(223)의 높이가 상승한다. 이와 반대로 스크류 축(23)의 역회전시 2개의 중간힌지축(222,222)의 간격이 넓어지고 중간힌지축(222,222)의 내각이 감소되어 4절 접동링크(22)는 뉘어져 상부힌지축(223)의 높이가 하강한다.
태양전지판 경사조절유닛(20)에 의해 경사각도가 조절되는 태양전지판(30)이 구비되어 있다. 태양전지판(30)은 그의 일단이 태양전지판 지지프레임(14)측에 힌지 연결되어 있고 그의 배면에 태양전지판 경사조절유닛(20)의 상부힌지축(223)이 힌지 연결되어 있다.
따라서 인장케이블 구동모터(24)의 정역회전에 따른 4절 접동링크(22)의 접동 동작에 의해 태양전지판(30)의 경사각도(θ)가 조절된다. 예를 들어 겨울철에는 도 4a와 같이 4절 접동링크(22)를 펼쳐서 태양전지판(30)의 경사각도(θ)를 증가시킴으로써 태양 고도를 추종할 수 있고, 여름철에는 도 4b와 같이 4절 접동링크(22)를 접어서 태양전지판(30)의 경사각도(θ)를 줄임으로써 태양 고도를 추종할 수 있어 태양광 전기생산성을 높일 수 있다. 여기서 인장케이블 구동모터(24)의 정역회전 제어는 태양광 감지센서(도시안됨)의 감지값에 따른 태양광의 고도를 판단하여 이루어질 수 있다.
태양전지판 경사조절유닛(20)의 경사조절에 연동하는 인장케이블(40)이 구비된다. 인장케이블(40)은 도 5b와 같이 계절에 따른 이웃한 단위 부력체 모듈(10와 10)간의 간격(G)를 조절하여 후방에 위치하는 태양전지판(30)에 음영(그림자)이 드리워지는 것을 제거하기 위해 사용된다. 또한 인장케이블(40)은 하절기에 내수면에서 수상태양광 시스템이 차지하는 면적을 축소시키기 위해 사용된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 인장케이블(40)은 일단이 전방의 단위 부력체 모듈(10)측 태양전지판 경사조절유닛(20)의 위치조절단에 연결되고 타단이 이웃한 후방측 단위 부력체 모듈(10)에 연결된다. 여기서 위치조절단은 어느 하나의 중간힌지축(222)을 의미한다. 본 실시 예에서 인장케이블(40)은 일단이 어느 하나의 중간힌지축(222)에 연결되어 인장 케이블 방향전환용 휠(25) 및 하부힌지축(221)에 연결된 하부힌지 휠(26)을 거친 후 이웃한 후방의 단위 부력체 모듈(10)에 연결되어 있다.
따라서 태양전지판 경사조절유닛(20)의 접동 방향에 따라 태양전지판(30)을 세우게 되면, 2개의 중간힌지축(222,222)간의 거리가 짧아져 인장케이블(40)은 도 4a와 같이 풀림되어 이웃한 단위 부력체 모듈(10과 10)간의 간격(G)이 늘어나게 된다. 이와 반대로 태양전지판(30)을 뉘우게 되면, 2개의 중간힌지축(222,222)간의 거리가 늘어나 인장케이블(40)은 당겨져 이웃한 단위 부력체 모듈(10과 10)간의 간격(G)이 줄어들게 된다.
이같이 단위 부력체 모듈(10과 10)간의 간격을 좁히거나 넓힐 수 있다. 따라서 내수면 어업이 활발하거나 관광으로 인한 수상교통 이용이 많은 하절기에는 단위 부력체 모듈(10과 10)간의 간격을 좁혀 전체적인 태양광 시스템이 차지하는 면적을 줄임으로써 간섭을 최소화시킬 수 있다. 또한 동절기에는 태양전지판(30)을 세울 수 있을 뿐만 아니라 이와 동시에 부력체 모듈(10과 10)간의 간격이 넓혀저 이웃한 후방측 부력체 모듈(10)에 음영이 드리워지지 않도록 함으로써 전기발전량의 생산성을 높일 수 있다.
한편, 본 실시 예에서, 인장 케이블 방향전환용 휠(25)은 도 7a 및 도 7b과 같이 단위 부력체 모듈(10)측에 설치될 수도 있다. 이때 인장 케이블 방향전환용 휠(25)을 부력체 모듈(10)의 전단측에 더 멀리 배치할수록 긴장거리를 늘릴 수 있다. 즉, 도 7b에 도시된 방법이 도 7a에 도시된 방법에 비해 인장 케이블 방향전환용 휠(25)이 더 멀리 배치되어 인장케이블(40)의 거리 조절량을 증가시킬 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 단위 부력체 모듈
20: 태양전지판 경사조절유닛
30: 태양전지판
40: 인장케이블

Claims (3)

  1. 수상에서 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 부력을 받는 다수의 단위 부력체 모듈(10)과;
    상기 단위 부력체 모듈(10)에 각기 나란하게 복수개 이상으로 설치되어 있는 태양전지판 경사조절유닛(20)과;
    상기 단위 부력체 모듈(10)에 각기 힌지 연결되어 태양전지판 경사조절유닛(20)에 의해 경사각도가 조절되는 태양전지판(30)과;
    일단이 전방의 단위 부력체 모듈(10)측 태양전지판 경사조절유닛(20)의 위치조절단에 연결되고 타단이 이웃한 후방측 단위 부력체 모듈(10)에 연결되어, 태양전지판 경사조절유닛(20)의 접동동작에 따른 감김과 풀림이 이루어지는 인장케이블(40);을 포함한 것을 특징으로 하는 태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지판 경사조절유닛(20)은,
    힌지 가이드 홈(21a)이 형성되어 있는 링크 작동지지대(21)와;
    하부힌지축(221), 상기 링크 작동지지대(21)의 힌지 가이드 홈(21a)에 삽입 지지되어 어느 하나에 인장케이블(40)이 연결되는 2개의 중간힌지축(222,222), 상부힌지축(223)으로 상호 연결되어 마름모 형태의 변형을 통해 상부힌지축(223)의 높낮이 위치를 변경시키는 4절 접동링크(22)와;
    2개의 중간힌지축(221,221)에 서로 다른 방향으로 나사결합되어 있는 스크류 축(23)과;
    상기 링크 작동지지대(21)의 일단에 장착되어 스크류 축(23)을 정역회전 구동시키는 인장케이블 구동모터(24)와;
    다른 하나의 중간힌지축(222) 또는 단위 부력체 모듈(10)측에 회전 자유롭게 지지되어 인장케이블(40)의 연결 방향을 바꾸는 하나 이상의 인장 케이블 방향전환용 휠(25);을 포함한 것을 특징으로 하는 태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 인장케이블(40)은 인장 케이블 방향전환용 휠(25) 및 하부힌지축(221)에 연결된 하부힌지 휠(26)을 거쳐 연결된 것을 특징으로 하는 태양전지판의 경사각 및 단위 부력체 모듈간 거리 조절이 이루어지는 수상태양광 시스템.
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