KR20220017668A - 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 패널을 지지하는 지지기둥에 가이드베인을 설치하여 카르만 와류와 카르만 와류로 인한 가장장리 와류 발생을 통해 박리현상을 발생시킴으로써, 박리현상에 따른 실속현상을 유도하여 태양광 발전 패널에 작용하는 풍하중에 따른 양력을 저감시킬 수 있도록 한 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 관한 것이다.
이를 위해, 수상에서 부력을 발생하는 부유체와, 상기 부유체에 설치되어 태양광을 이용해 전기를 생산하는 태양광 발전 패널을 포함하는 수상 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양광 발전 패널과 상기 부유체 사이에는 지지기둥이 설치되고, 상기 지지기둥에는 태양광 발전 패널의 하부에 와류를 형성시키기 위한 와류발생수단이 마련된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 제공한다.

Description

수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조{A lifting force reducing structure of floating solar power system}

본 발명은 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 패널에 작용하는 풍하중에 따른 양력을 저감하여 태양광 발전 패널이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 관한 것이다.

에너지 문제와 결부되어 신재생 에너지의 개발 및 이용이 활발히 이루어지고 있다. 이 중 태양광 발전은 다른 에너지를 이용하는 발전 방법에 비해 설치 및 운용이 용이하고, 비교적 안정적인 발전전력의 확보가 가능하여 가장 많은 관심을 받고 있다. 이러한 태양광 발전은 태양광을 받아 광전효과에 의해 전력을 생산하는 태양전지와 태양전지에서 생산된 발전전력을 교류전력으로 변환하거나, 변승된 직류전력으로 변환하는 변환기를 기본으로 하여 구성된다. 이 태양광 발전은 타 발전방법에 비해 상대적으로 설치 및 운용이 용이하고 빠른 설치가 가능한 장점은 있으나, 발전량이 설치 면적에 비례하기 때문에 원하는 발전량을 확보하기 위해서는 설치 및 운용을 위한 부지의 확보가 필연적이다.

면적집약적인 태양광발전 산업의 특성상, 주로 대규모 용량의 태양광발전소는 토지 비용이 상대적으로 저렴한 산림이나 농지에 주로 설치되는데, 이는 산림과 경관 훼손 등으로 환경 및 사회적 문제점이 야기되고 있다. 산림을 훼손하면서까지 태양광발전소를 건설하는 것은 탄소배출 없는 친환경 녹색에너지라는 태양광발전의 입장과는 거리가 멀 뿐만아니라, 더 나아가서는 야생동물의 서식지 파괴 등 동식물에 대한 피해가 발생할 수밖에 없어 친환경 에너지 생산이라는 측면에서는 부합하지 않는 측면이 있다.

이러한 지상 태양광발전의 문제점을 해결함과 동시에, 유휴수면을 자원으로 활용하기 위해 도출된 기술이 바로 수상 태양광발전이다. 수면 위를 활용한 수상 태양광 발전시스템은 댐, 저수지, 호수, 강, 바다 등의 유휴수면을 활용하여 발전을 하는 방식으로써, 기존의 태양광 발전시스템 개발을 위해 농지 및 산림 등을 이용할 때 발생되는 환경파괴 등의 문제를 수반하지 않으므로 친환경적인 발전 시스템이라 할 수 있다.

수상 태양광 발전 시스템을 구성하는 수상 태양광 발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 수상에 부유된 부유체(10)와, 상기 부유체(10)에서 지지된 태양광 발전 패널(20)을 포함하여 구성된다. 하지만, 이러한 구조의 수상 태양광 발전장치는 태양광 발전 패널(20)의 후방에서 풍하중이 발생할 경우 예컨대 태양광 발전 패널(20)이 남쪽을 향하기 때문에 동절기에 북풍 발생시, 받음각이 있는 비행기 날개와 유사한 상황이 되면서 태양광 발전 패널(20)에 양력(揚力)이 발생하게 된다. 이때, 수상 태양광 발전 장치는 지상에 지지된 지상의 태양광 발전 장치와는 달리, 부유된 위치에서 이탈되거나 비틀림 등이 발생하여 파손되는 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 등록번호 제10-1849935호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 태양광 발전 패널을 지지하는 지지기둥에 유동(流動)의 박리(剝離)를 유도하는 가이드베인을 설치하여 실속(失速) 현상을 유도함으로써, 태양광 발전 패널에 작용하는 양력을 저감시킬 수 있도록 한 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 수상에서 부력을 발생하는 부유체와, 상기 부유체에 설치되어 태양광을 이용해 전기를 생산하는 태양광 발전 패널을 포함하는 수상 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양광 발전 패널과 상기 부유체 사이에는 지지기둥이 설치되고, 상기 지지기둥에는 태양광 발전 패널의 하부에 와류를 형성시키기 위한 와류발생수단이 마련된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 제공한다.

이때, 상기 와류발생수단은, 상기 지지기둥의 둘레를 따라 형성되며, 태양광 발전 패널을 향해 작용하는 유체를 태양광 발전 패널의 양측 단부를 통해 태양광 발전 패널의 상부로 가이드할 수 있는 가이드베인을 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 지지기둥은 원기둥 형태로 이루어지고, 상기 가이드베인은 상기 지지기둥의 높이 방향으로 기울어진 원판 형태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드베인은 상기 지지기둥의 높이 방향으로 독립적된 복수개인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조는 태양광 발전 패널을 지지하는 지지기둥에 가이드베인을 설치하여 가이드베인을 통해 태양광 발전 패널의 양단부에 카르만 와류(karman vortex)를 통한 가장자리 와류(tip vortex)가 형성되도록 함으로써, 가장자리 와류로 하여금 양력을 박리시키고 박리현상에 따른 양력의 실속현상이 유도됨에 따라 태양광 발전 패널을 향해 작용하는 양력을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조는 풍하중에 의해 수상 태양광 발전장치가 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 수상 태양광 발전장치에 풍하중이 발생하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 "A"부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 따른 유체 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 통해 발생한 카르만 와류(karman vortex)를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조에 대하여 설명하도록 한다.

수상 태양광 발전장치의 양력구조는 태양광 발전 패널의 양단부에 와류를 형성시켜, 풍하중으로 인해 태양광 발전 패널에 발생하는 양력을 저감시킬 수 있도록 하였다. 이에 따라, 수상 태양광 발전장치는 풍하중에 따른 양력으로 인해 설치된 위치에서 이탈되거나 비틀림 등에 의해 파손되는 일을 방지할 수 있다.

수상 태양광 발전장치의 양력구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 부유체(10)와, 설치판(11)과, 태양광 발전 패널(20)과, 지지기둥(100)과, 와류발생수단(200)을 포함한다.

부유체(10)는 부력을 발생하여 태양광 발전 장치를 수상에 부유시키는 구성으로써, 공지된 기술이 적용될 수 있다.

설치판(11)은 복수의 태양광 발전 패널(20)을 설치하기 위한 구성으로써, 한 개로 구성될 수도 있으며, 복수의 독립적으로 구성될 수도 있다.

태양광 발전 패널(20)은 태양광을 집광하여 전기를 생산하기 위한 구성으로써, 설치판(11)에 복수로 설치된다. 태양광 발전 패널(20)의 전기 생산 원리는 공지된 기술과 동일하며 상세한 설명은 생략하도록 한다.

지지기둥(100)은 태양광 발전 패널(20)을 설치판(11)에 고정시키는 역할을 하며, 태양광 발전 패널(20)의 양측 단부에 각각 설치된다. 지지기둥(100)은 태양광 발전 패널(20)의 양단부에 근접하게 설치될 수록 바람직하다. 이때, 태양광 발전 패널(20)의 양단부라 함은, 태양광 발전 패널(20)의 장변(長卞)방향으로 양끝단부를 말한다. 또한, 지지기둥(100)은 원기둥 형태임이 바람직하다. 또한, 통상 태양광 발전 패널(20)의 형태가 사각으로 이루어진 바, 지지기둥(100)은 태양광 발전 패널(20)의 각 코너 위치에 설치됨이 바람직하다. 이때, 지지기둥(100)은 레이놀드(Reynold)수 40이상이 되는 직경을 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 가이드베인(200)을 통해 카르만 와류(karman vortex)를 효과적으로 발생시키기 위함으로써, 지지기둥(100)이 레이놀드수 40미만이 되는 직경을 갖도록 형성될 경우, 태양광 발전 패널(20)의 하부에서의 와류 형성은 미미하여 카르만 와류를 효과적으로 발생시키기 어렵다.

와류발생수단(200)은 태양광 발전 패널(20)의 양 단부에 와류를 형성시켜, 태양광 발전 패널(20)과 설치판(11) 사이에 발생하는 양력을 감쇠시키는 역할을 한다. 즉, 와류발생수단(200)은 태양광 발전 패널(20)의 하부에서 와류를 발생시키고, 이 와류가 태양광 발전 패널(20)의 하부에서 지지기둥(100)을 따라 상부로 이동하면서 강한 박리(剝離)현상을 발생시킴에 따라 실속(失速)현상을 유도하여 태양광 발전 패널(20)의 하부에서 발생하는 양력을 저감시킴으로써 수상 태양광 발전장치는 풍하중에 따른 양력에 의해 손상되지 않고 안정감을 확보할 수 있도록 한 것이다. 가와류발생수단(200)은 가이드베인으로 제공됨이 바람직하다. 가이드베인(200)은 유체의 흐름을 상방으로 가이드할 수 있도록 원판(圓板)의 형태로 이루어지되 지지기둥(100)의 둘레면을 따라 태양광 패널(20)을 향해 상향으로 기울어지게 설치됨이 바람직하다. 이때, 가이드베인(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 지지기둥(100)의 높이 방향으로 복수로 형성됨이 바람직하다. 즉, 가이드베인(200)은 지지기둥(100)에 일체로 형성되기 보다는 독립적으로 구성되어, 지지기둥(100)의 높이 방향으로 복수로 형성된 것이다. 이때, 가이드베인(200)의 간격은 등간격임이 바람직하다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조를 통행 양력이 저감되는 작용에 대하여 살펴보도록 한다.

수상에 태양광 발전 장치가 설치되고, 태양광 발전 패널 주변에 유동장(flow field)이 발생한다. 유동장은 유동(流動)의 방향에 대하여 수직하는 구조물이 있을 경우, 도 4에 도시된 바와 같은 카르만 와류(karman vortex)를 발생시키고, 카르만 와류는 도 5에 도시된 바와 같이 수상 태양광 발전장치의 후류에서 발생한다.

이후, 카르만 와류는 태양광 발전 패널(20)의 하부에서 상부로 이동하면서 가장자리 와류(tip vortex)를 발생하여 태양광 발전 패널(20)에 작용하는 양력을 저감시킬 수 있다. 즉, 태양광 발전 패널(20)을 지지하는 지지기둥(100)의 가이드베인(200)은 카르만 와류 발생을 통해 기류의 흐름을 박리시키면서 실속 현상을 유도함으로써 태양광 발전 패널(20)의 하부에서 발생하는 양력을 효과적으로 저감시킬 수 있는 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조는 태양광 발전 패널(20)을 지지하는 지지기둥(100)에 가이드베인(200)을 설치하여 지지기둥(100)을 따라 카르만 와류(karman vortex)를 형성시키고, 상기 카르만 와류로부터 발달된 가장자리 와류(tip vortex)가 태양광 발전 패널(20)의 상부로 상승하면서 강한 와류구조를 발생시킴에 따라 박리로 이어지면서 태양광 발전 패널에 작용하는 양력을 저감시킬 수 있도록 하였다.

이에 따라, 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조는 수상에 설치된 수상 태양광 발전장치에 작용하는 풍하중에 의한 양력이 발생하더라도, 그 양력은 저감됨에 따라 수상 태양광 발전장치가 파손되는 일은 발생하지 않는다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 부유체 11 : 설치판
20 : 태양광 발전 패널 100 : 지지기둥
200 : 와류발생수단(가이드베인)

Claims (4)

1. 수상에서 부력을 발생하는 부유체와, 상기 부유체에 설치되어 태양광을 이용해 전기를 생산하는 태양광 발전 패널을 포함하는 수상 태양광 발전장치에 있어서,
   상기 태양광 발전 패널과 상기 부유체 사이에는 지지기둥이 설치되고,
   상기 지지기둥에는 태양광 발전 패널의 하부에 와류를 형성시키기 위한 와류발생수단이 마련된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 와류발생수단은,
   상기 지지기둥의 둘레를 따라 형성되며, 태양광 발전 패널을 향해 작용하는 유체를 태양광 발전 패널의 양측 단부를 통해 태양광 발전 패널의 상부로 가이드할 수 있는 가이드베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지기둥은 원기둥 형태로 이루어지고, 상기 가이드베인은 상기 지지기둥의 높이 방향으로 기울어진 원판 형태인 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 가이드베인은 상기 지지기둥의 높이 방향으로 독립적인 복수개인 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전장치의 양력 저감구조.
   
   
   

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