KR20200036646A - 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템 - Google Patents

대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지패널을 수면 위에 부상시킬 수 있는 수상 태양광 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지패널의 설치 및 유지 보수시 안전성을 도모하고, 수상 태양광 구조물의 경량화를 이룰 수 있으며, 태양전지패널의 탈부착이 용이함은 물론 수상 태양광 구조물을 지지하는 부력체의 내구성을 향상시킬 수 있는 수상 태양광 구조물에 관한 것이다.

Description

대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템 {sunlight structure for water surface}
본 발명은 태양전지패널을 수면 위에 부상시킬 수 있는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지패널의 설치 및 유지 보수시 안전성을 도모하고, 수상 태양광 구조물의 경량화를 이룰 수 있으며, 태양전지패널의 탈부착이 용이함은 물론 수상 태양광 구조물을 지지하는 부력체의 내구성을 향상시킬 수 있는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템에 관한 것이다.
현재 석유나 석탄과 같은 화석 연료가 고갈됨에 따라, 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 특히 태양 에너지를 활용하는 에너지 자원 개발은 더욱더 활발하게 이루어지고 있었다.
태양 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전 기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있었다.
태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지모듈(solar cell module)로 구성하여 사용하였으며, 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별다른 문제가 없었지만, 수상에 설치할 때는 많은 지지 구조물들이 부수적으로 필요하기 때문에 수상에 설치할 때 별도의 구조물이 요구되었다.
이러한 구조물은 물위에서 구조물 및 태양광 모듈, 전선 등의 무게를 띄우는 역할과 태양전지모듈을 안전하게 지지하는 기능이 요구된다. 부력을 제공하는 기능은 일반적으로 안전율 확보 차원에서 지상에서 무게의 2배 수준의 부력을 확보하도록 실시해오고 있다. 또한 대량 생산의 이점을 활용하기 위해 최근에는 태양전지모듈을 지지하는 구조물도 PE 등 플라스틱을 채택하는 상황이다.
상기의 부력체를 제작하는 방법은 중공의 부력체와 속이 채워져 있는 영구 부력체로 대별된다. 중공의 부력체 제작 방법은 플라스틱 PE(Poly Ethylene)사출에 의해 상부와 하부를 제작하고, 상하부를 포개고 맞닿은 부분을 초음파로 용접하는 방법과 블로잉 기법을 이용해서 PE 소재 중공의 부력체를 만드는 방법 및 상업적으로 성공하지는 못했지만, EPS(Expanded Poly Styrene)에 폴리우레아(poly urea) 코팅을 하거나, EPP(Expanded Poly Propylene) 소재를 이용하여 일체형 수상 태양광 구조물을 만든 것이 시도되었다.
상기의 방법으로 제작된 부력체는 장시간 사용시 초음파 용접부위에 물이 스며들어 부력을 상실하거나, 블로잉 공정 시 생성된 공기주입구 부위로 물이 스며들어 부력을 상실하는 문제점이 발생하였으며, PS에 폴리우레아 코팅을 한 경우에, 폴리우레아가 친수성이 있기 때문에 10년 정도 지나면 폴리우레아 코팅이 얇아지고 없어지는 현상과 장시간 햇빛에 노출될 경우 소재가 경화되어 부서지는 문제점이 발생하였다.
이와 같은 단점에도 불구하고, 수상에 다량의 태양 전지 모듈을 설치하기 위한 수상 태양광 구조물들이 속속 개발되고 있었지만, 수상에서 태양 전지 모듈을 지지하기 위한 지지 구조물들이 복잡하고 대형화됨에 따라 시공 비용과 제작비용이 증가되는 문제점이 있었고, 수상에서 직접 설치되는 구조라 안전성에 문제가 있기 때문에 부력체의 내구성을 증가시킴은 물론 안정성이 확보되는 수상 태양광 구조물의 개발이 필요한 실정이다.
1. 등록특허공보 제10-1632004호 '수상 태양광 구조물' (출원일자 2014.06.03)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양전지 패널을 수면 위에 부상시키고, 설치되는 지역과 주변 환경에 따라 태양전지패널이 이루는 각도를 조절할 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지패널을 지지하는 구조물 자체가 부력을 가지도록 내부가 중공되어 경량화된 상태를 유지하고, 물이 스며들어 부력이 상실되는 것을 방지할 수 있음은 물론 태풍 및 자연재해로 인해 강풍이 불어오는 경우에도 태양전지패널을 보다 안정적으로 지지해줄 수 있는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템을 제공한다.
본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템은 태양광으로부터 전력을 생산하는 태양전지판(110)이 구비되는 태양전지패널(100); 상기 태양전지패널(100)의 하단에 위치하여 상기 태양전지패널(100)이 일정각도를 유지하도록 지지하되, 내부가 중공되어 부력을 갖는 복수개의 지지대(200); 상기 지지대(200)가 세워지도록 상기 지지대(200)와 결합되며, 부력을 갖는 영구부력체(300); 상단이 상기 영구부력체(300)와 연결되며, 상기 영구부력체(300)와 함께 수면 이하로 침수되며 부력을 갖는 연결대(400); 상기 지지대(200)를 상기 영구부력체(300)에 고정시키는 결합프레임(500); 상기 영구부력체(300)의 측면에 장착되어 상기 태양전지패널(100)의 상면에 풍압이 작용하는 경우 상기 영구부력체(300)가 침수되는 것을 방지하도록 상기 영구부력체(300)의 측면에 장착되는 보조부력체(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지지대(200)는 상기 태양전지패널(100)의 전방을 지지하는 한쌍의 제1 지지대(210); 상기 제1 지지대(210)와 일정간격 이격되어 상기 태양전지패널(100)의 후방을 지지하는 제2 지지대(220); 를 포함하되, 상기 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)의 상단은 상기 태양전지패널(100)의 경사각도에 따라 일정각도 경사를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 영구부력체(300)에는 상기 제1 및 제2 지지대(210,220)가 끼워지는 지지대삽입홀(310)이 관통 형성되어 상기 지지대삽입홀(310)에 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)가 각각 끼워지며, 상기 결합프레임(500)은 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하여 상기 영구부력체(300)의 상면에 안착된 제1 결합프레임(510)과 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하며, 상기 영구부력체(300)의 하면에 안착되어 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 이탈을 방지하는 제2 결합프레임(520)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 제1 결합프레임(510)과 상기 영구부력체(300)의 상면 사이에 소정의 공간을 형성하여 상기 영구부력체(300)의 상면에 이물질이 안착되는 것을 방지하도록 상기 영구부력체(300)의 상면으로부터 다수의 안착돌기(320)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 상기 보조부력체(600)의 상면에는 상기 태양전지패널(100)에 전력을 공급하는 전력선(P)이 안착되는 전력선 안착홈(610)이 함입 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 태양전지패널을 지지하는 지지대 자체가 부력을 가짐으로 지지대의 경량화를 이룰 수 있고, 바람 파도 등으로 야기되는 힘을 많이 받는 PE 소재의 하부 구조물이 수면 아래에 위치함으로써, 직사광선이 구조물을 약화시키는 것을 사전에 방지한다. 또한 전후 좌우에 배치되는 영구부력체와 연결됨으로서, water plane을 증가시켜 궁극적으로 전체 수상 태양광 구조물의 동적 안정성을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 영구부력체과 보조부력체을 구분하고, 영구부력의 기능을 온전히 확보하도록 하여, 외력에 의해 구조물이 파손되는 경우에도 안정적으로 태양전지패널을 지지할 수 있으며, 유지보수 시에 필요한 보조부력도 확보 가능하다.
그리고, 영구부력체를 수면 아래에 위치시킴으로서, 태양 직사광선이 물 표면에서 반사되거나, 수생 프랑크톤 등에 의해 흡수되도록 유도하여, 최종적으로 영구부력체에 태양 직사 광선이 도달하지 못하게 하여, 영구부력체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템이 태양전지패널을 지지하고 있는 구성을 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템의 주요구성을 나타낸 분해사시도.
이하, 본 발명의 수상 태양광 구조물의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 은 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2 는 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템이 태양전지패널을 지지하고 있는 구성을 나타낸 사시도, 도 3 은 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템의 주요구성을 나타낸 분해사시도에 관한 것이다.
도 1 을 참조하면 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템은 태양광으로부터 전력을 생산하는 태양전지판(110)이 구비되는 태양전지패널(100)을 갖는다. 태양광전지판(110)은 광전효과(photoelectric effect)를 이용하여 태양광에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지(solar cell)의 집합체인 모듈(솔라 패널)에 해당한다.
도 1 내지 도 3 을 참조하면 태양전지패널(100)의 하단에 위치하여 태양전지패널(100)을 지지하는 지지대(200)가 더 구비된다. 지지대(200)는 태양전지패널(100)이 일정각도를 유지하도록 태양전지패널(100)의 하단에 위치하며, 내부가 중공되어 부력을 가지도록 제작되어 수면 위에 부상할 수 있다. 지지대(200)는 태양전지패널(100)을 안정적으로 지지하도록 다수개 구비된다.
도 1 내지 도 3 을 참조하면 지지대대(200)가 세워지도록 지지대(200)와 결합되며, 부력을 갖는 영구부력체(300)가 더 구비된다. 영구부력체(300)는 내부가 중공되며, EPP 소재를 성형하여 제작하거나, PE 블로잉/EPS 성형 일체 공법을 적용하여 제작 가능하다.
도 1 을 참조하면 영구부력체(300)와 결합되며, 영구부력체(300)와 함께 수면 이하로 침수되는 연결대(400)가 더 구비된다. 연결대(400)는 지지대(200) 및 영구부력체(300)와 동일한 재질로 제작되며 동일하게 부력을 갖는다. 연결대(400)는 태양전지패널(100)과 영구부력체(300)가 다수개 구비되는 경우 영구부력체(300)와 이웃한 영구부력체(300)를 상호 연결하는 연결체에 해당한다. 즉, 연결대(400)에 별도의 연결봉을 체결하면 다수의 태양전지패널(100)과 영구부력체(300)는 상호 연결될 수 있는 것이다.
그리고, 지지대(200)를 영구부력체(300)에 고정시키는 결합프레임(500)이 더 구비된다. 결합프레임(500)은 소정의 길이를 갖는 관 또는 봉 형상으로 지지대(200)를 영구부력체(300)에 고정시키는 역할을 수행한다.
도 1 을 참조하면 영구부력체(300)의 측면에는 보조부력체(600)가 더 구비될 수 있는데, 보조부력체(600)는 태양전지패널(100)의 상면에 풍압이 작용하는 경우 영구부력체(300)가 침수되는 것을 방지하도록 영구부력체(300)의 측면에 장착된다. 또한, 작업자가 태양전지패널(100)의 유지보수를 위해 영구부력체(300)의 상면에 올라타는 경우 작업자의 하중에 의해 영구부력체(300)가 침수되는 현상을 방지할 수 있으며, 영구부력체(300)의 표면에 부착되는 이물질 및 퇴적물 등으로 인해 부력이 소실되는 경우에 보조부력을 제공하여 태양전지패널(100)을 안정적으로 지지해줄 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 보조부력체(600)의 상면에는 태양전지패널(100)에 전력을 공급하는 젼력선(P)이 안착되는 전력선 안착홈(610)이 함입 형성되며, 전력선 안착홈(610)에 안착된 전력선(P)을 안정적으로 고정시킬 수 있어 풍랑이나 높은 파도 등에 의해 전력선(P)과 태양전지패널(100) 상호간에 단선되는 현상을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면 지지대(200)는 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)를 포함한다. 제1 지지대(210)는 태양전지패널(100)의 전방을 지지하도록 태양전지패널(100)의 하면에 부착되며 한쌍으로 이루어진다.
제2 지지대(220)는 제1 지지대(210)와 일정간격 이격되며, 태양전지패널(100)의 후방을 지지하도록 태양전지패널(100)의 하면에 부착되며 한쌍으로 이루어진다.
이때, 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)의 상단은 태양전지패널(100)의 경사각도에 따라 일정각도 경사를 유지하는 구조로 이루어지며, 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220) 사이에 별도의 브라켓이 구비되어 태양전지패널(100)을 견고하게 지지할 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면 영구부력체(300)의 상면에는 제1 및 제2 지지대(210,220)가 끼워지는 지지대삽입홀(310)이 관통 형성된다. 그리고, 지지대삽입홀(310)에 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)가 각각 끼워질 때 결합프레임(500)이 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하면서 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)를 영구부력체(300)에 고정시킨다.
즉, 결합프레임(500)은 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하여 상기 영구부력체(300)의 상면에 안착된 제1 결합프레임(510), 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하며 영구부력체(300)의 하면에 안착되는 제2 결합프레임(520)을 포함한다.
제1 결합프레임(510)과 제2 결합프레임(520) 사이에 영구부력체(300)가 위치하기 때문에 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)가 영구부력체(300)에서 이탈되지 않게 된다. 작업순서는 먼저 제1 지지대(210) 및 제2 지지대를 지지대삽입홀(310)에 삽입시키고, 제1 결합프레임(510)과 제2 결합프레임(520)을 순서대로 관통시킨다.
이때, 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)에는 제1 결합프레임(510)과 제2 결합프레임(520)이 삽입될 수 있는 삽입홀이 관통형성되어 안정적인 삽입을 유도할 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면 영구부력체(300)의 상면에는 다수의 안착돌기(320)가 돌출 형성되며, 다수의 안착돌기(320)의 상단에 제1 결합프레임(510)이 안착된다. 즉, 상기의 결합프레임(500)이 영구부력체(300)의 상면에 안착되는데, 영구부력체(300)의 상면에 이물질 또는 퇴적물 등이 안착될 수 있다. 따라서, 안착돌기(320)는 이물질 및 퇴적물이 영구부력체(300)의 상면에 퇴적되는 현상을 방지하도록 영구부력체(300)의 상면 사이에 소정의 공간을 형성하는 역할을 수행한다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명의 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템은 지지대 자체가 부력을 가짐으로 구조물의 경량화를 이룰 수 있으며, 전후 좌우에 배치되는 영구부력체와 연결됨으로서, water plane을 증가시켜 동적 안정성을 향상시킨다.
또한, 본 발명은 영구부력체과 보조부력체을 구분하고, 외력에 의해 구조물이 파손되는 경우에도 안정적으로 태양전지패널을 지지할 수 있는 추가적인 이점을 제공할 수 있다.
100 : 태양전지패널 200 : 지지대
210 : 제1 지지대 220 : 제2 지지대
300 : 영구부력체 310 : 지지대삽입홀
320 : 안착돌기 400 : 연결대
500 : 결합프레임 510 : 제1 결합프레임
520 : 제2 결합프레임 600 : 보조부력체

Claims (5)

  1. 태양광으로부터 전력을 생산하는 태양전지판(110)이 구비되는 태양전지패널(100);
    상기 태양전지패널(100)의 하단에 위치하여 상기 태양전지패널(100)이 일정각도를 유지하도록 지지하되, 내부가 중공되어 부력을 갖는 복수개의 지지대(200);
    상기 지지대(200)가 세워지도록 상기 지지대(200)와 결합되며, 부력을 갖는 영구부력체(300);
    상단이 상기 영구부력체(300)와 연결되며, 상기 영구부력체(300)와 함께 수면 이하로 침수되며 부력을 갖는 연결대(400);
    상기 지지대(200)를 상기 영구부력체(300)에 고정시키는 결합프레임(500);
    상기 영구부력체(300)의 측면에 장착되어 상기 태양전지패널(100)의 상면에 풍압이 작용하는 경우 상기 영구부력체(300)가 침수되는 것을 방지하도록 상기 영구부력체(300)의 측면에 장착되는 보조부력체(600);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지대(200)는 상기 태양전지패널(100)의 전방을 지지하는 한쌍의 제1 지지대(210);
    상기 제1 지지대(210)와 일정간격 이격되어 상기 태양전지패널(100)의 후방을 지지하는 제2 지지대(220); 를 포함하되,
    상기 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)의 상단은 상기 태양전지패널(100)의 경사각도에 따라 일정각도 경사를 유지하는 것을 특징으로 하는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구부력체(300)에는 상기 제1 및 제2 지지대(210,220)가 끼워지는 지지대삽입홀(310)이 관통 형성되어 상기 지지대삽입홀(310)에 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)가 각각 끼워지며,
    상기 결합프레임(500)은 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하여 상기 영구부력체(300)의 상면에 안착된 제1 결합프레임(510)과
    상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 측면을 관통하며, 상기 영구부력체(300)의 하면에 안착되어 상기 제1 지지대(210) 및 제2 지지대(220)의 이탈을 방지하는 제2 결합프레임(520)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 결합프레임(510)과 상기 영구부력체(300)의 상면 사이에 소정의 공간을 형성하여 상기 영구부력체(300)의 상면에 이물질이 안착되는 것을 방지하도록 상기 영구부력체(300)의 상면으로부터 다수의 안착돌기(320)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조부력체(600)의 상면에는 상기 태양전지패널(100)에 전력을 공급하는 전력선(P)이 안착되는 전력선 안착홈(610)이 함입 형성되는 것을 특징으로 하는 대규모 수상 환경에 적합한 수상 태양광 구조물 시스템.
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