KR20190138167A - 끼움방식 부력체와 수상 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상에 설치되는 부력체와 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 결합구조를 개선하여 물리적인 강성을 유지하면서도 고정용 철재 구조물의 사용을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
또한 부력체를 이용한 수상태양광 발전장치는 태양전지의 거치와 경사 변경을 용이하게 하고, 태양의 황도를 따라 태양전지를 회전시키는 추적이 가능하도록 하여, 높은 효율을 확보할 수 있는 장점이 있다.
기존의 수상태양광 발전장치는 작은 부력체를 다수 연결하여, 풍압이나 파도에 따라 요동할 수 있게하는 방식과 철재구조물로 폰툰을 고정하여 외력을 버티는 방법이 주로 사용해 왔는데, 태풍이 있는 우리나라의 환경에 맞지 않는 현실과 높은 설치가격으로 적용에 문제가 있었다.
이 점을 개선하기 위해서, 물리적인 강성과 부력은 유지하되 하중을 높여, 바람이나 파도에 쉽게 유실되지 않고, 태양의 이동에 따라 회전이 가능하도록 하여 가격대비 높은 성능을 구현하는 것을 특징으로 한다.

Description

끼움방식 부력체와 수상 태양광 발전장치 {Floating solar generator and transition fit type pontoon }

본 발명은 돌기를 포함하는 부력체에 관한 것으로서, 하부 부력체의 공기압과 수압을 제어하여 높낮이 조절이 가능하고, 부력체의 단(층)수를 변경하여 부력체를 구성할 수 있도록 적층한 후에 물리적 또는 화학적인 방법을 통해 결합시키는 끼움 방식의 부력체를 구현하고, 일측에 태양전지를 설치하여 수상 태양광 발전장치로 이용하는 방법에 관한 것이다.

상기 부력체의 일부에는 태양전지를 회전 가능하도록 기어부와 구동부를 포함하고, 제어수단을 통해 태양의 위치를 추적 할 수 있도록 태양전지를 이동시키는 수상태양광 발전소 운영이 가능한 특징이 있다.

일반적으로 어업이나 해상스포츠, 선박의 정박에는 부력 구조체(폰툰)을 사용하게 되는데, 이 부력체는 주로 내부가 비어있는 중공형과 내부에 스츠로폴과 같은 부력제를 채운 삽입형이 일반적이다.

이 방법들은 좌우 두면을 사출하여 붙이거나, 추가적으로 내부에 스츠로폴을 충진 하는 등의 추가 가공이 필요해서 생산 속도가 늦고, 절차도 복잡해서 생산성이 낮으며, 가격도 상대적으로 높다.

또한 상부에 설치되는 구조물을 고정하기 위해 철재 구조물을 많이 사용하게 되고, 다시 무게가 늘어나서 부력체를 더 사용해야하는 악순환이 발생하게 된다.

뿐만 아니라 중공형 부력체는 파손시 부력을 상실하는 문제가 있고, 삽입형 부력체는 파손시 환경파괴와 생태계를 교란시키는 미세 스츠로폴 조각으로 어류의 생명을 위협하고, 결국 인간의 밥상위에 올라와 인간의 건강을 해치게 되는 문제가 발생하고 있다.

또한 선행기술과 현재 판매중인 제품들의 형태에서 파악할 수 있듯이, 부력체는 밀폐와 수밀, 내용물의 품질 등이 부력 효과에 크게 작용함으로 생산 단가가 높고, 생산할 수 있는 크기가 작고, 품질관리가 어려운 문제가 있다.

또한 부력체를 크기가 작기 때문에 충분한 부력을 얻기 위해서 여러 개를 묶어서 큰 형태를 만드는 방법으로 수상구조물을 제작하게 되는데, 결합부품의 숫자가 늘어나서 제작이나 관리에 더 많은 비용이 될 뿐만 아니라, 결합부품은 파도나 바람으로 인해 파손되는 확률이 높기 때문에 더 많은 관리 비용이 발생할 확률이 높아진다.

이는 수상 태양광 발전소처럼 구조물의 가격과 설치비가 발전소 운영에 큰 변수가 되는 사업수행에 중요한 문제가 되고 있다.

등록된 선행 특허 중에 밸러스트 탱크를 이용하는 방식의 제 10-1575155는 선박의 밸러스트 탱크를 그대로 차용한 것으로서, 본 발명의 공기압을 조절하고, 물은 무게와 공기유출의 목적을 가진다고 할 수 없다.

본 발명은 상기 기술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서,

기존 부력체의 문제 점인 다양한 제품과 규격, 결합물로 생산 속도가 늦어지는 문제,

복잡한 결합구조로 제품 단가가 높아지고 생산성이 낮아지는 문제,

강한 결합을 위해서 설치하는 철재 구조물로 인해 추가적인 부력체 사용 문제,

단위 부력체의 파손시 부력을 상실하는 문제,

부력체에 삽입형 스츠로플은 파손시 환경파괴와 생태계를 교란하는 문제,

부력체는 밀폐와 수밀이 어려워 작은 크기로 생산되고, 품질관리가 어려운 문제,

부력체는 크기가 작기 때문에 충분한 부력을 얻기 위해서 여러 개를 묶어서, 구조물을 설치하는데, 복잡한 결합구조로 인해 제작이나 관리비용이 상승하는 문제,

특히 수상 태양광 발전소처럼 고가의 구조물을 운영하는 경우 안전에 대한 부담으로 설치 가격의 더 상승하는 하고 운영도 어려운 문제 등을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 목적을 실현하고자 한다.

여러 단으로 구성된 부력체를 구성하는 한 단(층)을 기본 단위 부력체로 하고,

단위 부력체는 하나 이상의 사출형태 또는 금속으로 구현되며,

회전이나 앞뒤를 뒤집으면 모두 같은 모양인 것을 특징으로 구현 단가를 최소화 하는데 목적이 있다.

날씨변화와 사용목적에 적절하게 부력체의 크기와 높이 및 깊이를 대응할 수 있도록 하여 환경이나 설계에 완벽히 대응하는 것을 목적으로 한다.

부력체가 일부 파손 되는 경우에도 침수되지 않는 부력체를 목적으로 한다.

태풍이나 파도에서 강한 결속력으로 좌초나 파손이 적은 부력체를 목적으로 한다.

태풍이나 강한 파도에서 수심을 변경하여 영향을 최소화 하는 것을 목적으로 한다.

부력체는 상단 또는 일 측에 설치되는 태양전지의 발전이 용이하도록 구현하는 것을 목적으로 한다.

부력체의 상단 또는 일측에 설치되는 회전장치는 태양의 이동경로를 따라서 경사변경 또는 방위추적 등을 구현하고, 높은 전력생산 효율을 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 내부가 비어있는 구조를 이용하기 때문에 스치로풀류 등 물리적 부력문질에 의한 환경을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 높낮이를 변경하는 구조의 수상구조물은 공기압과 물량을 조절하여 더 많은 구조물을 설치 운영할 수 있는 경제적인 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 동일한 모양의 단위 부력체는 생산을 단순화 시켜 단가를 낮추는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 수위 조절 방식의 부력체 구조물은 태풍이나 녹조, 적조시에 수면 또는 수면 아래로 구조물을 이동함으로서, 구조물의 안전을 유지하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 공기압 조절방식 승강방법을 적용한 수상구조물은 수상에 설치되는 태양광 발전소 또는 풍력 발전소 등의 중량물을 효과적으로 운영할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 공기압을 조절방식의 수상 구조물은 태양광 발전장치를 상하좌우로 이동시킬 수 있어서 태양광 발전의 효율을 향상 시키는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 일측에 설치되어 회전하는 구조는 태양전지를 최적의 발전위치로 이동시켜 발전 효율을 향상 시키는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 의한 결합구조를 구현한 부력체의 사시도.
도2는 본 발명에 의한 단위 부력체 평면도.
도3은 본 발명에 의한 단위 부력체의 기본 구성 사시도.
도4는 본 발명에 의한 부력체의 기본결합 평면도.
도5는 본 발명에 의한 부력체 다수 결합 사시도.
도6은 본 발명에 의한 부력체 결합과 외각 고정장치 보강 예시도.
도7은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 고정방식 태양전지 설치 예시 평면도.
도8은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 고정방식 태양전지 측면도.
도9는 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 회전형 태양광 발전장치의 회전 예측 평면도.
도10은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 회전형 태양광 발전장치의 측면도.
도11은본 발명에 의한 홀이 없는 형태의 부력강화형 부력체의 사시도.

이하에서 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 수상에 설치되는 설비 특히 태양전지를 이용한 발전장치의 운영에 필요한 돌기형 부력체(100)에 관한 것으로서, 중간 끼워 맞춤 방식의 돌기부(125)들을 가진 부력체는 좌우 상하 비틀림 등의 물리적 외부환경에서 높은 안정감을 구현할뿐 아니라, 높낮이 조절이 가능한 부력체를 구현하여 풍압과 물결에 의한 이동을 최소화 하는 등 기존 제품들의 문제점인 바람에 의한 불안정한 운영, 파손에 의한 환경오염, 낮은 경제성 등의 문제를 해결할 수 있도록 고안된 것이다.

본 발명에 의한 부력체는 하부가 일부 개방될 수 있도록 구현하여, 기존 제품보다는 상대적으로 하부가 파손되어 발생하는 침몰을 막을 수 있다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 개폐가 가능한 하부커버를 적용하면 하중을 제어할 수 있어서, 물결이나 바람이 잔잔한 지역에서만 사용이 가능한 기존 제품의 한계점을 극복할 수 있다.

뿐만 아니라 부력체의 홀(115)에 설치된 태양전지 지지구조(300)는 태양전지의 각도를 변경할 수 있도록 하고, 회전형 태양전지 거치대(330)는 태양의 방위를 따라 태양전지를 회전시켜 높은 발전효율을 구현하는 기능을 수행할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 결합구조를 구현한 부력체의 사시도로서,

두개의 부력체(100)는 서로의 외각에 튀어나온 돌기부(125)를 끼워마춘 형태로 좌우 이격을 구속하는 형태이며, 층간연결부(135)는 돌기는 상하 이동 또한 구속하는 형상을 도식화 하였다.

도2는 본 발명의 단위 부력체 평면도로서,

부력체(100)에 추가적인 부품이 사용되지 않은 기본 단위 부력체의 평면도를 표현한 것이며, 각 돌기부(125)들은 최적의 방식으로 현장의 여건에 맞추어 설계 변경 할 수 있다.

도3은 본 발명에 의한 단위 부력체의 기본 구성 예시도로서,

수면 아래로 잠기는 1단과 외각 고정장치(200)를 결합하는 2단, 태양전지를 고정하는 3단으로 구성됨을 도식화 하였다. 1단의 일측에는 물이나 공기를 조절하기 위한 제어밸브(120)을 표현하였으나, 이는 단순한 예시로 필요에 따라 위치와 형태를 변경할 수 있으며, 3단으로 구성한 것은 설명을 위한 예시로서 단 수의 제한을 의미하지 않는다.

도4는 본 발명에 의한 부력체의 기본결합 평면도로서,

기본 부력체 구조를 두개 결합시킨 형태를 평면으로 도식한 것으로서, 최 상층인 3단과 2단이 겹쳐 보이는 형태로 결합되어 보이는 외각과 3단만 보이는 결합부를 비교해 볼수 있는 도면으로, 부력체 상호간에 상하로 겹쳐지는 형태를 보여주고 있다.

도5는 본 발명에 의한 부력체 다수 결합 사시도로서,

다수의 부력체를 이용하여 구조물을 형성하는 경우의 예시도로서, 다양한 형태의 변경이 가능함을 보여주는 예시도이다.

도6은 본 발명에 의한 부력체 결합과 외각 고정장치 보강예시도로서,

수면(105)에 접하는 하단 부력체와 부력체들을 묶어주는 역할의 외각 고정장치(200), 외각 고정장치를 돌기부(125)와 돌기형 쐬기(130)에 만들어진 볼트구멍에 물리적 및 화학적으로 고정하는 방법을 도식화 한 것으로 부력체의 결합력을 최대한 보장할 수 있는 방법이다.

또한 수면 아래 위치하는 하단 부력체에는 돛구조(220)를 설치하여 바람이나 조류의 변화에서 최소한의 저항을 만들어 내도록 하였고, 최 상단 부력체에는 풍향제어장치(240)를 설치하여 바람이 태양전지에 직접 영향을 주지 않도록 구현하여 바람에 의한 부력체의 이동을 최소화 하도록 하였다.

또한 단위 부력체의 상단 또는 일측에 물을 담아 하중을 높이는 잠수보조튜브(250)을 도식화 하였는데 이는 단순히 잠수를 의미하는 것이 아니라 필요한 높이로 조절하는 보조 수단을 의미한다.

측면에는 홍수나 급류에 의해 발생하는 부유물과의 충돌을 방지하는 충격방지장치(230)을 설치하여 부력체를 보호 할 수 있도록 하으나, 이 또한 내부에 물을 채워 충돌도 방지하고 높이도 조절하는 역할을 수행할 수 있다.

도7은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 각도고정형 태양전지 설치 예시 평면도로서,

부력체의 상부에 태양전지 지지구조(300)을 설치한 예로서, 태양전지의 크기와 태양전지 간에 거리는 설계에 따라 변경될수 있다.

도8은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 각도고정형 태양전지 측면도로서,

부력체의 상부에 태양전지 지지구조(300)을 설치하고, 태양전지를 고정하는 방법으로, 힌지 구조를 가진 지지구조대A(310)와 지지구조대B(320)로 구성된다.

태양의 남중고도나 평균 고도 등을 이용하여 태양전지의 기울기를 변화시키는데 사용된다.

도9는 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 회전형 태양광 발전장치의 회전예측 평면도로서,

도7에서 도식한 고정형 태양전지와는 달리 회전 반경에 따라 부력체를 이용하는 면적이 달라지고 회전축을 중심으로 태양전지가 회전함을 도식화 한 예시도이다.

도10은 본 발명에 의한 부력체와 상부에 설치된 회전형 태양광 발전장치의 측 단면도로서,

회전용 태양전지 거치대(330)는 고정용 나사구조(360)를 포함하며, 고정용 나사구조(360)은 부력체 상단의 홀(115)에 끼워지고, 상단에는 태양전지를 설치하게 되며, 태양전지 거치대에는 구동모터(350)가 구비되고, 구동모터의 기어가 회전의 기준으로 하는 회전용 기어부(340)가 부력체에 양각 또는 음각되거나, 상황에 따라 별도의 기어부를 설치하는 방법으로 태양전지 거치대를 회전시키게 된다.

도11은 본 발명에 의한 홀이 없는 형태의 부력강화형 부력체의 사시도로서,

상부 또는 일부에 수면에 산소공급하기 위한 목적으로 만들어진 홀이 없는 형태로서, 어업용 또는 중장비 부상용 등 광범위하게 사용이 가능하고, 본 도에 첨부하지 않은 넓이와 길이 높이 등 물리적 크기 변화, 돌출부의 숫자나 모양을 변형한 형태의 다양한 끼움 방식 부력체 구성이 가능함을 언급하기 위한 예시로 도식한 부력체의 사시도이다.

상기와 같이 구현되는 본 발명의 수상태양광 발전장치는 저렴한 생산단가와 안정적인 부유, 대단위 구조물의 설치가 가능해지고, 태풍이나 돌풍, 파도와 같은 자연적인 영향에서 비교적 자유롭게 운전이 가능해지는 장점이 있다.

100 : 부력체
105 : 부력체 단(층)
110 : 부력체군
110 : 격벽
115 : 홀(구멍)
120 : 제어밸브
125 : 돌기부
130 : 돌기형 쐬기
135 : 층간연결부
140 : 수면
200 : 외각 고정장치
210 : 외부 고정용 볼트부
220 : 돛구조
230 : 충격보호 장치
240 : 풍향제어 장치
250 : 잠수보조튜브
300 : 태양전지 지지구조
305 : 태양전지
310 : 지지구조대A
320 : 지지구조대B
330 : 회전용 태양전지 거치대
340 : 회전용 기어부
350 : 구동모터
360 : 고정용 나사구조
370 : 태양전지 회전구간

Claims (15)

1. 부력체(100)의 재질은 수밀을 유지 할 수 있는 플라스틱류 계열 등의 비금속 또는 금속으로,
   부력체의 한 면 이상에 부력체 간의 결합을 위한 돌출부 구조를 포함하고,
   각 돌출부는 다른 부력체와 맞물려 끼워지도록 구현하고,
   한개 이상의 단(층)으로 구현하여 각 단의 돌출부가 맞물려 상하 또는 좌우 뒤틀림을 방지하는 부력체 구조.
2. 제 1항에서
   부력체의 상단에는 한개 이상의 홀(구멍)이 수면까지 관통되도록 구현하며, 각 단의 홀 위치가 서로 간섭하지 않도록 배치하고, 수면을 통한 공기나 햇빛의 이동을 원할히 할수 있도록 구현한 부력체 구조.
   
3. 제 1항과 2항에서
   부력체 상단을 관통된 홀(구멍)의 내측에는 나사산을 구현하고, 상단에 설치되는 설비 특히 태양전지 고정장치의 일부가 나사산에 끼워 고정되거나 회전하는 구조를 포함하는 부력체 구조.
   
4. 제 1항에서
   부력체 상단에 구현된 홀에 끼워진 설비, 특히 태양전지 고정장치는 홀의 내부 또는 외부에 구현되거나 설치된 기어 또는 풀리 장치 또 이를 따라 회전 이동하는 구동모터 등을 이용하여 태양전지를 회전시킬수 있는 구조를 포함하는 부력체 구조.
   
5. 제 1항 내지 4항에서
   부력체에 홀 또는 일부에 설치되어 태양전지 고정장치를 회전시키는 구동장치는 전선이나 통신으로 연결된 제어부를 통해 제어되고, 다수의 고정장치를 병렬로 제어 할 수 있는 태양위치 추적식 발전장치 구조.
   
6. 제 1항에서
   부력체의 상단 또는 일측에는 고무나 실리콘과 같은 신축성 있는 튜브형태 또는 전개가 가능하여 부피를 변경할 수 있는 구조의 시설을 설치할 수 있도록 구현하고, 목적에 따라 고무튜브에 물을 넣어 하중을 증가시켜, 부력체를 바람으로부터 이동 제한하는 구조의 부력체 구조물
   
7. 제 1항에서
   단위 부력체 간의 결합은 단(층)의 사이사이에 화학적 또는 물리적인 방법으로 고정하도록 구현하고, 목적에 따라 단수를 추가 또는 감소 할 수 있도록 조정식으로 구현하는 부력체 구조물
   
8. 제 1항에서
   다수의 부력체를 연결한 외각의 부력체,
   외각 부력체의 돌기들의 사이에 끼우는 돌기 모양의 고정용 쐬기 구조,
   외각 부력체의 돌기에 쐬기를 물리적 화학적으로 고정하여 면을 고르게 조정하고,
   조정된 면에 스틸 또는 플라스틱 파이프를 화학적 또는 물리적으로 고정하는 부력체 구조물.
   
9. 제 1항 내지 3항에서
   부력체의 상단에 고정되는 태양전지 고정장치는 연결부 또는 일부가 힌지구조로 태양전지의 경사를 가변시킬수 있는 구조의 부력체.
   
10. 제 1항에서
    부력체의 하부 수심에는 부력체의 유동을 지연하는 돛 형태의 구조물을 구현하고 잠수 시켜 바람에 의한 부력체의 유동을 최대한 지연하도록 구현하는 부력체.
    
11. 제 1항에서
    돌기를 결속하여 구성되는 부력체군, 부력체군의 외각에 배치되는 부력체들의 상단에는, 시설을 바람의 피해로부터 보호하기 위한 목적으로 바람방향 제어용 풍향제어장치(240) 또는 방풍벽을 설치하는 부력체 구조물.
    
12. 제 1항에서
    부력체를 구성하는 단위 부력체의 각 단은 모두 같은 형상으로 구현되고, 조립이나 접합을 통해 목적에 부합하는 부피와 단을 구성하고, 구성시에는 각 단을 일정 각도이상 수평회전하거나, 앞 뒤를 뒤집어 결합력을 최대화 할 수 있도록 조립하는 것을 특징으로 하는 부력체 구조물.
    
13. 제 1항에서
    부력체가 여러개의 단으로 이루어지는 경우 각 단(층)은 공기나 물의 침투를 막는 분리 층을 가지고 있는 구조,
    
14. 제 1항에서
    부력체의 일측 특히 상단에는 목적에 부합하는 부속물을 고정하는 결속장치를 포함하는 부력체 구조
15. 제 11항에서
    수면과 대면하는 부력체의 일측에는 개방된 구조 또는 체크밸브 또는 솔레노이드 밸브 등으로 물 또는 공기의 유출입을 제어할 수 있도록 구현한 부력체 구조.
    

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