KR20200020530A - 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

물에 뜨도록 부력을 가지며 상부에 태양전지 패널이 장착되는 태양광 장착용 메인 부력체와, 메인 부력체와 흰지 연결되며 부력을 가지는 서브 부력체와, 파고에 의해 메인 부력체와 서브 부력체의 상대적인 운동에너지를 이용하여 물을 펌핑하여 상기 메인 부력체에 설치되는 태양전지 패널로 공급하는 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템이 개시된다.

Description

냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템{A SYSTEM FOR SOLAR ENERGY GENERATION FLOATING ON THE WATER WITH COOLING DEVICE}
본 발명은 물 위에 설치하는 수상 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수상 태양전지 패널을 냉각시킬 수 있는 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근에는 환경오염 등의 이유로 인하여 풍력이나 태양광 등의 친환경 발전기술에 대한 요구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
그 중에서도 태양광 발전설비는 최근에 각광받고 있는데, 주로 태양전지 패널을 설치하여 태양으로부터 전력을 생산하기 위한 것이다.
통상적인 태양광 발전설비는 대지나 건물에 지지 구조물을 설치한 후, 그 지지 구조물에 태양전지 패널을 설치하거나, 또는 건물에 직접 태양전지 패널을 설치하여 전력을 생산하도록 설치된다.
그런데 대지나 건물에 태양전지 패널을 설치할 경우, 해당 대지를 다른 용도로 사용하지 못하는 문제점과 함께, 산림 등을 무분별하게 훼손하는 등의 부작용이 발생된다. 또한, 발전효율을 높이기 위해서 태양광의 입사방향에 대해 태양전지 패널의 자세를 변경해야 하는데, 이와 같이 태양위치를 추적하여 태양전지 패널의 자세를 변경하기 위한 별도의 추적장치 등을 설치할 경우, 설비 비용이 증가하고 유지 관리 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 건물에 태양전지 패널을 설치할 경우에도 유지 관리 비용이 증가하고, 설치작업이 어려운 문제점 등이 있다.
이러한 점을 감안하여 일조량에 제한을 받지 않으면서도 간단한 설비와 공간상의 제한을 받지 않도록 저수지나 해상 등에 설치 가능한 설비 즉, 수상 태양광 발전설비가 다양하게 제시되고 있다.
그런데 종래의 부유형 태양광 발전설비의 경우에는, 오랜 시간 사용시 태양전지 패널 자체가 태양광에 의해 가열되어 정상적인 발전기능을 하지 못하게 되고, 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이를 위해서 태양전지 패널을 일정 온도를 유지하여 발전효율을 높일 수 있도록 냉각시킬 필요가 있는데, 이를 위해서는 저수지 물이나 해수를 냉각수로 사용하는 방법이 있으나, 이를 위해서는 별도의 펌프가 요구되어 별도의 구동전력이 요구되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1710132호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 무동력으로 냉각수를 펌핑하여 태양전지 패널을 냉각시킬 수 있는 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템은, 물에 뜨도록 부력을 가지며, 상부에 태양전지 패널이 장착되는 태양광 장착용 메인 부력체; 상기 메인 부력체와 흰지 연결되며 부력을 가지는 서브 부력체; 파고에 의해 상기 메인 부력체와 상기 서브 부력체의 상대적인 운동에너지를 이용하여 물을 펌핑하여 상기 메인 부력체에 설치되는 태양전지 패널로 공급하는 냉각장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 무동력으로 물을 펌핑하여 태양전지 패널을 냉각시킬 수 있다.
여기서, 상기 냉각장치는, 상기 메인 부력체에 설치되며, 외력에 의해 수축 및 팽창하면서 물을 흡입하고, 배출시키는 수축 및 팽창 펌프; 상기 팽창 펌프의 배출구에 연결되며, 배출되는 물을 상기 메인 부력체에 장착되는 태양전지 패널의 배면으로 분사하는 물 분사부; 상기 메인 부력체와 상기 서브 부력체에 각각 연결되며, 파고의 변화에 따라 상기 메인 부력체와 서브 부력체의 높낮이 변화에 연동하여 상기 수축 및 팽창 펌프를 작동시키는 펌프 작동부;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 파고에 의한 메인 부력체와 서브 부력체의 상대적인 높이 차에 따른 상대운동에너지를 이용하여 물을 펌핑하여 냉각수로 사용할 수 있다.
또한, 상기 펌프 작동부는, 상기 메인 부력체에 회동 왕복 회동 가능하게 연결되고, 일단부는 상기 수축 및 팽창펌프에 연결되고, 타단부는 상기 서브 부력체에 상대적으로 자세 변경 및 위치 이동 가능하게 연결되는 작동 레버를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 서로 이웃한 부력체들 간의 상대적인 움직임을 이용하여 수축 및 팽창 펌프를 효과적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 수축 및 팽창 펌프는, 수축 및 팽창 가능하며, 물 유입구와 물 배출구를 가지며, 상기 메인 부력체 에 설치되는 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체의 물 유입구에 연결되어 상기 메인 부력체가 떠 있는 수면 아래로 연장되어 물을 유입시키는 물 유입경로; 상기 물 배출구와 상기 물 분사부를 연결하는 물 배출경로; 및 상기 물 유입구에 설치되며, 유입압력에 의해 개방되고, 배출압력에 의해 폐쇄되는 개폐밸브;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 무동력으로 동작되는 간단한 구성의 수축 및 팽창 펌프를 제공할 수 있다.
본 발명의 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템에 따르면, 무동력에 의해 물을 펌핑하여 메인 부력체에 탑재된 태양전지 패널을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
따라서 패널 냉각을 위해서 별도의 동력을 필요로 하지 않게 되고, 별도의 동력장치가 필요하지 않게 되어 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있고, 설비비를 절약할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템을 나타내 보인 개략적인 평면 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 메인 부력체를 나타내 보인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 서브 부력체를 나타내 보인 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선의 개략적인 단면구성도이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선의 개략적인 단면 구성도이다.
도 6은 냉각장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 압축 및 팽창 펌프의 요부를 발췌하여 보인 도면이다.
도 8 및 도 9는 파고의 변화에 따른 냉각장치의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템을 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템(100)은, 물에 뜨도록 부력을 가지며 상부에 태양전지 패널(10)이 장착되는 태양광 장착용 메인 부력체(110)와, 메인 부력체(110)와 흰지 연결되며 부력을 가지는 서브 부력체(120)와, 파도에 의해 상기 메인 부력체(110)와 상기 서브 부력체(120)의 상대적인 운동에너지를 이용하여 물을 펌핑하여 상기 태양전지 패널(10)로 공급하는 냉각장치(130)를 구비한다.
상기 메인 부력체(110)는 상부에 태양전지 패널(10)이 장착되는 패널 장착부(112)를 가지는 메인 부력체 몸체(111)와, 메인 부력체 몸체(111)의 측면에 설치되는 흰지 결합부(113)를 가진다.
메인 부력체 몸체(111)는 물에 뜰 수 있도록 부력을 가지며, 하나 또는 복수의 태양전지 패널(10)이 장착될 수 있도록 패널 장착부(112)가 상면에 형성된다. 메인 부력체 몸체(111)는 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 두꺼워지도록 형성됨으로써, 패널 장착부(112)에 장착된 패널(10)이 수면에 대해 경사진 자세로 배치될 수 있다.
또한, 패널 장착부(112)에는 메인 부력체 몸체(111)를 상하로 관통하는 복수의 관통홀(112a)이 형성된다. 이 관통홀(112a)은 수면의 냉기가 패널(10)로 전달되도록 하는 냉각통로의 역할을 한다.
상기 흰지 결합부(113)는 메인 부력체 몸체(111)의 측면에 돌출되게 설치된다. 이러한 흰지 결합부(113)는 메인 부력체 몸체(111)의 좌우 측면과 전 후단부 각각에 설치될 수 있으며, 설치되는 측면 또는 단부의 길이에 따라서 하나 또는 복수 설치될 수 있다. 이러한 흰지 결합부(113)는 메인 부력체 몸체(111)에 흰지 축(114)을 중심으로 소정 각도 회동 가능하게 연결될 수 있으며, 이웃한 서브 부력체(120)와 연결되는 결합홀(113a)을 갖는다. 흰지 결합부(113)는 이웃한 서브 부력체(120) 또는 이웃한 메인 부력체(110)와 직접 흰지 연결될 수도 있다.
따라서 복수의 메인 부력체(110)를 직접 또는 간접적으로 연결할 수 있으며, 수면에 떠 있는 상태에서 파도 등에 의해 파고가 변할 때, 서로 이웃한 부력체들(110,120)의 흰지 연결된 부분에서 상대적으로 흰지 운동함으로써, 서로 간의 높낮이 조절이 자연스럽게 이루어지게 되어, 파도에 의한 파손을 방지할 수 있게 된다.
상기 서브 부력체(120)는 메인 부력체들(110) 사이에 배치되어, 메인 부력체들(110)을 서로 연결하기 위한 것이다. 이러한 서브 부력체(120)는 서브 부력체 몸체(121)와, 서브 부력체 몸체(121)의 측면에 돌출되게 설치되는 흰지 결합부(123)를 구비한다. 흰지 결합부(123)는 메인 부력체(110)의 흰지 결합부(123)와 연결되도록 그에 대응되는 위치 및 개수로 설치된다.
상기 냉각장치(130)는 메인 부력체(110)에 설치되는 수축 및 팽창 펌프(131)와, 물 분사부(133) 및 펌프 작동부(135)를 구비한다.
상기 수축 및 팽창 펌프(131)는 수축 및 팽창 가능한 펌프 몸체(131a)와, 펌프 몸체(131a)에 형성되는 물 유입구(h1)에 연결되는 물 유입경로(131b)와, 펌프 몸체(131a)의 물 배출구(h2)에 형성되는 물 배출경로(131c)를 가진다. 펌프 몸체(131a)는 메인 부력체(110)에 상단부는 고정되고, 하단부는 상기 펌프 작동부(135)에 연결된다. 이러한 펌프 몸체(131a)는 외력 즉, 상기 펌프 작동부(130)에 의해 압축되거나 팽창 가능하도록 소위 자바라펌프 구조를 가진다. 펌프 몸체(131a)의 상부측에 물 유입구(h1)와 물 배출구(h2)가 형성된다.
상기 물 유입경로(131b)는 펌프 몸체(131a)의 물 유입구(h1)에 연결되어 메인 부력체(110)가 떠 있는 수면 아래로 연장되어 물을 펌프 몸체(131a)로 유입시킨다.
물 배출경로(131c)는 물 배출구(h2)와 상기 물 분사부(133)를 연결한다.
상기 물 유입구(h1) 또는 물 유입경로(131b)에는 유입측 개폐밸브(131d)가 설치된다. 이 개폐밸브(131d)는 펌프 몸체(131a)가 팽창시에 유입압력에 의해 개방되고, 배출압력 발생시에는 폐쇄되도록 작동된다.
또한, 상기 물 배출구(h2) 또는 물 배출경로()에는 배출측 개폐밸브(131e)가 설치되는 것이 좋다. 이러한 배출측 개폐밸브(131e)는 펌프 몸체(131a)가 팽창시에는 폐쇄되고, 수축시에는 팽창압력에 의해 개방되어 펌프 몸체(131a) 내의 물이 배출경로(131b)를 통해 배출되어 분사부(133)로 공급될 수 있도록 동작된다. 이러한 유입측 개폐밸브(131d)와 배출측 개폐밸브(131e) 각각은 일방향으로만 개폐 가능한 원웨이 밸브로서, 펌프 몸체(131a) 내부의 압력변화에 따라서 서로 반대로 동작된다.
상기 물 분사부(133)는 물 배출경로(131b)에 연결되는 물 이송경로(133a)와, 물 이송경로(133a)에서 분기되어 복수의 지점으로 물을 분사하는 불 분사노즐(133b)을 구비한다. 물 이송경로(133a)는 파이프 또는 호스를 포함할 수 있으며, 메인 부력체(110)에 설치되며, 태양전지 패널(10)의 배면측에 배치된다. 이를 위해 물 이송경로(133a)는 메인 부력체(110)의 패널 장착부(112)로 노출되도록 배치될 수 있다. 그리고 이러한 물 이송경로(133a)에 일정 간격으로 복수의 분사노즐(133b)이 설치되어 패널(10)의 배면으로 물을 분사하여 냉각시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 물 이송경로(133a)는 관통홀(112a)로 노출되도록 설치될 수도 있다.
상기 펌프 작동부(135)는 메인 부력체(110)와 서브 부력체(120)에 각각 연결되며, 파고의 변화에 따라 메인 부력체(110)와 서브 부력체(120)의 높낮이 변화에 연동하여 수축 및 팽창 펌프(131)를 작동시킨다.
이러한 펌프 작동부(135)는 상기 메인 부력체(110)에 회동 왕복 회동 가능하게 연결되고, 일단부는 수축 및 팽창펌프(131)에 연결되고, 타단부는 상기 서브 부력체(120)에 상대적으로 자세 변경 및 위치 이동 가능하게 연결되는 작동 레버를 구비할 수 있다. 즉, 상기 작동 레버는 대략 중앙부분이 메인 부력체(110)에 회동 가능하게 연결되고, 일단부는 수축 및 팽창펌프(131)의 하단부에 연결된다. 그리고 작동 레버의 타단은 서브 부력체(120)에 슬라이딩 가능하게 연결된다. 이를 위해 작동 레버의 타단부에는 장홈(135a)이 형성되고, 서브 부력체(120)에는 장홈(135a)이 슬라이딩 가능하게 연결되는 가이드핀(125)이 설치된다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 수상태양광발전시스템(100)의 작용효과에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 수면이 잔잔한 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 부력체(110)와 서브 부력체(120)의 높낮이가 거의 변하지 않고 그대로 유지된다.
이 상태에서 파도가 치게 되면, 수면에 파고가 발생되어 메인 부력체(110)와 서브 부력체(120)의 높낮이 차가 발생된다.
이때 도 8과 같이 메인 부력체(110)가 서브 부력체(120)보다 낮아지면, 펌프 작동부의 소위 시소운동에 의해서 수축 및 팽창 펌프(131)가 팽창되면서, 물 유입경로(131b)를 통해 물을 펌프 몸체(131a) 내부로 유입된다. 이때, 유입측 개폐밸브(131d)는 개방되고, 배출측 개폐밸브(131e)는 폐쇄된다.
그리고 도 9와 같이 메인 부력체(110)의 높이가 서브 부력체(120) 보다 높아지면, 펌프 작동부(135)의 작동에 의해서 펌프 몸체(131a)가 압축된다. 이때에는 유입측 개폐밸브(131d)는 폐쇄되고 배출측 개폐밸브(131e)는 개방된다. 따라서, 펌프 몸체(131a)의 물이 물 배출경로(131b)를 통해 배출되어 물 분사부(133)로 공급된다. 따라서 이와 같이 배출되는 물이 물 분사부(133)를 통해 패널(10)의 하부를 냉각시키는 역할을 하게 된다. 이때, 펌프 몸체(131a)에 물이 충분히 채워지지 않으면, 반복적인 수축 및 팽창동작을 통해 물이 채워진 후에, 채워진 물이 배출되어 패널(10)을 냉각시키는데 사용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무동력에 의해 작동되는 냉각장치(130)를 이용하여 태양전지 패널(10)을 냉각시킬 수 있다. 따라서 태양전지 패널(10)을 냉각하기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않게 되어 태양과 발전효율을 높일 수 있으며, 설비의 간소화를 지향할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10..태양전지 패널
100..냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템
110..메인 부력체 120..서브 부력체
130..냉각장치 131..수축 및 팽창 펌프
133..분사부 135..펌프 작동부

Claims (4)

  1. 물에 뜨도록 부력을 가지며, 상부에 태양전지 패널이 장착되는 태양광 장착용 메인 부력체;
    상기 메인 부력체와 흰지 연결되며 부력을 가지는 서브 부력체;
    파고에 의해 상기 메인 부력체와 상기 서브 부력체의 상대적인 운동에너지를 이용하여 물을 펌핑하여 상기 메인 부력체에 설치되는 태양전지 패널로 공급하는 냉각장치;를 포함하는 것을 특징으로 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각장치는,
    상기 메인 부력체에 설치되며, 외력에 의해 수축 및 팽창하면서 물을 흡입하고, 배출시키는 수축 및 팽창 펌프;
    상기 팽창 펌프의 배출구에 연결되며, 배출되는 물을 상기 메인 부력체에 장착되는 태양전지 패널의 배면으로 분사하는 물 분사부;
    상기 메인 부력체와 상기 서브 부력체에 각각 연결되며, 파고의 변화에 따라 상기 메인 부력체와 서브 부력체의 높낮이 변화에 연동하여 상기 수축 및 팽창 펌프를 작동시키는 펌프 작동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 펌프 작동부는,
    상기 메인 부력체에 회동 왕복 회동 가능하게 연결되고, 일단부는 상기 수축 및 팽창펌프에 연결되고, 타단부는 상기 서브 부력체에 상대적으로 자세 변경 및 위치 이동 가능하게 연결되는 작동 레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템.
  4. 제2항 및 제3항에 있어서, 상기 수축 및 팽창 펌프는,
    수축 및 팽창 가능하며, 물 유입구와 물 배출구를 가지며, 상기 메인 부력체 에 설치되는 펌프 몸체;
    상기 펌프 몸체의 물 유입구에 연결되어 상기 메인 부력체가 떠 있는 수면 아래로 연장되어 물을 유입시키는 물 유입경로;
    상기 물 배출구와 상기 물 분사부를 연결하는 불 배출경로; 및
    상기 물 유입구에 설치되며, 유입압력에 의해 개방되고, 배출압력에 의해 폐쇄되는 개폐밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 수상 태양광 발전 시스템.
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