KR20230143775A - 수상 부유식 태양광 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 제공한다. 본 발명의 수상 부유식 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 모듈들이 설치되는 프레임; 상기 프레임에 제공되고, 상기 프레임을 부유시키기 위한 부유체; 및 상기 프레임과 연결되고 수심이 낮아지면 해저면에 지지되고, 수심이 깊어지면 부유력을 제공하는 콘파일들을 포함할 수 있다.

Description

수상 부유식 태양광 발전 시스템{SOLAR POWER GENERATING SYSTEM FOR FLOATING TYPE}

본 발명은 수상 부유식 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

산업 발달에 따른 화석 연료의 고갈 및 환경문제 대응과 지속 가능한 에너지 확보라는 목적으로 청정에너지 자원을 활용한 발전이 빠르게 보급되고 있다. 특히 태양광 발전은 발전 과정에서 오염 물질의 발생이 적고, 에너지 공급원의 고갈 우려가 없어 새로운 청정에너지 자원으로 각광받고 있다.

일반적으로 태양광 발전 설비는 다수의 태양광 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 결합 된 다수의 태양 전지판을 포함하는 태양광 발전 모듈을 지지대에 고정하여 태양광을 받아 전류를 발생시키고, 이를 교류로 전환하여 전력 계통에 연결함으로써 상용 전원으로 사용할 수 있도록 되어있다. 이러한 태양광 발전은 동일한 일조 조건하에서 발전시설의 설치면적에 발전량이 비례하게 되므로, 발전시설 건설 부지 확보의 중요성이 크다고 할 수 있다.

그러나 태양광 발전 시설을 대지(大地)에 설치하는 경우 설치면적의 제한, 일조시간 확보가 용이한 평지확보의 어려움, 음영의 간섭 존재 및 토지보상비 등으로 인한 건설비용 상승과 같은 문제점이 있다. 수상 태양광 발전은 이러한 문제점들을 상당수 해결할 수 있는 대안이 될 수 있다. 수상 태양광 발전은 유휴부지인 저수지, 하천, 댐, 바다 등의 수상에 태양광 발전 설비를 설치함으로 설치 공간의 활용을 통한 국토의 효율적 이용이 가능하다.

그러나 기존의 수상 부유식 태양광 발전 장치는 담수지역 혹은 조수간만의 차이가 심한 연안에서의 수심변화에 따라 부유체의 부유 높이 변화가 발생하고, 이로 인하여, 점토층(바닥)에 부유체가 고박되어 버리는 현상이 자주 발생하고 있다. 부유체가 점토층에 고박됨에 따라 부유체 구조에 상대 변위가 추가적으로 발생하고, 이때 태양광 발전 장치의 구조에도 추가적인 변형을 유발하여 고장의 주요 원인이 된다.

본 발명의 일 과제는, 부유체(부유구조물)가 바닥에 고박되는 것을 방지할 수 있는 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 과제는, 바닥에 고박되는 면적을 최소화할 수 있는 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 과제는, 부유체를 안정적인 지지할 수 있는 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광 발전 모듈들이 설치되는 프레임; 상기 프레임에 제공되고, 상기 프레임을 부유시키기 위한 부유체; 및 상기 프레임과 연결되고 수심이 낮아지면 해저면에 지지되고, 수심이 깊어지면 부유력을 제공하는 콘파일들을 포함하는 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 콘파일들과 각각 대응되는 해저면 상에 제공되고, 상기 콘파일이 안착되는 지지 블록; 상기 콘파일과 상기 지지 블록을 연결하는 연결부재를 더 포함하되; 상기 지지 블록은 상면에 상기 콘파일의 끝단이 압착되는 안착 홈을 갖고, 상기 지지 블록의 상면은 상기 안착 홈을 향해 경사지게 제공될 수 있다.

또한, 상기 연결 부재는 일단은 상기 콘파일에 연결되고, 타단은 상기 지지 블록에 연결되는 연결 라인; 상기 연결 라인을 감거나 푸는 윈치; 및 수심이 낮아지면 상기 연결 라인을 감고, 수심이 깊어지면 상기 연결 라인을 풀어주도록 상기 윈치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 수심 변화를 체크하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 제공받은 수심 변화에 따라 상기 연결 부재의 길이는 조절하는 길이 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 부유체(부유구조물)가 바닥에 고박되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 바닥에 고박되는 면적을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 부유체를 안정적인 지지할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 구조물의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 바닥에 안착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 해저면(바닥)에 안착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 부유체와 프레임의 고정 부위를 보여주는 도면이다.
도 6은 지지 블록과 콘파일의 안착 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 연결 부재의 일 예를 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 바닥에 안착된 상태를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 수상 부유식 태양광 발전 시스템(10)은 물에 띄워지는 부유체(100), 부유체(100) 상에 마련되어 태양광 발전 모듈(20)을 지지하는 프레임(200), 프레임(200)과 인접하게 배치되는 또 다른 프레임(200)을 연결하여 발전량에 따라서 복수개의 태양광 발전 모듈을 연결시키는 조인트(220) 및 수심이 낮아지면 해저면(바닥)에 지지되도록 제공되는 콘파일(300)들을 포함할 수 있다.

수상 부유식 태양광 발전 시스템(10)은 호수, 하천, 연못, 저수지, 댐, 바다와 같이 수심 변화가 있는 수상에 설치되는 것이 바람직하다.

태양광 발전모듈(20)은 태양광 집광판(22)을 포함하는 일반적인 구성으로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 태양광 집광판(22)은 태양광을 효과적으로 집광하도록 일정 각도 경사지게 설치된 지지 구조물(24)에 고정되고, 지지 구조물(24)은 프레임(200)에 결합되는 수직 구조물(26)에 결합되어, 결국 태양광 집광판(22)이 프레임(200)에 지지되도록 설치된다.

태양광 발전모듈(20)은 도면상에서 하나의 프레임(200) 상에 3개의 태양광 발전모듈(20)이 배치되는 것을 일 예로 도시하고 있고, 태양광 발전모듈(20)은 복수개가 프레임(200) 상부에 격자구조로 배치될 수 있고, 태양광 발전 용량에 따라 배치구조와 태양광 발전모듈(20)의 개수는 설계에 따라 적절하게 변경이 가능하다.

또한 태양광 발전모듈(20)은 도면에는 도시하지는 않았지만 격자구조의 패턴으로 복수개 결합될 수 있고, 인접하는 다른 태양광 발전모듈과의 사이에 간격이 형성되도록 수평방향으로 이격되어 배치될 수도 있다.

프레임(200)은 태양광 발전모듈(20)을 지지하도록 제공될 수 있다. 프레임(200)은 내구성을 확보할 수 있도록 강도가 우수하고, 부식을 방지할 수 있도록 내부식성이 우수하며, 운반이나 현장 시공이 용이하도록 적절한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 프레임(200)은 스테인레스(SUS), 탄소섬유, 탄소강 등의 재질로 형성될 수 있다.

조인트(220)는 전후좌우 방향에 배치되는 또 다른 프레임들을 연결하기 위해 제공될 수 있다. 조인트는 프레임 간의 상대 운동이 발생하더라도 서로 끊어지지 않도록 스프링 와이어 프레임으로 구성된 신축부를 포함할 수 있다.

부유체(100)는 프레임(200)의 하부에 수면상에 설치되어 프레임(200)을 부유시키기 위한 부력을 제공한다. 부유체(100)는 물 위에 떠 있도록 대략 육면체 형상으로 형성되는 것이 예시되어 있으나, 부유체(100)의 형상은 이에 한정되지 않고, 원통형 또는 다면체의 형상으로 형성될 수 있다. 부유체(100)는 PE 소재의 중공 형태로 제공될 수 있다. 부유체(100)는 필요에 따라 내부에 해수(물)을 채워 흘수 조정 및 고유주기 변화를 할 수 있다.

도 5는 부유체와 프레임의 고정 부위를 보여주는 도면이다.

도 5에서와 같이, 부유체(100)는 별도의 고정 장치 없이 프레임(200)에 슬라이딩 핏업(sliding pit up) 방식으로 고정 및 결합될 수 있다.

콘파일(300)은 프레임(200)에 설치될 수 있다. 콘파일(300)은 수직한 방향으로 수면 아래로 연장되어 형성될 수 있다. 콘파일(300)의 길이는 부유체(100)보다 길게 제공될 수 있다. 콘파일(300)의 길이는 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 설치되는 곳의 수심에 따라 변경될 수 있다. 콘파일(300)은 중공 형태로 제공되어 프레임(200)에 부유력을 제공할 수 있다. 콘파일(300)은 스테인리스 원형관으로 제작될 수 있고, 그 길이는 각 저수지나 호수의 최고 수위 및 최저 수위를 고려하여 제작되는 것이 바람직하다.

도 2에서와 같이, 수심이 낮은 지역 또는 수위가 낮아진 경우 콘파일(300)들은 해저면에 고정될 수 있다. 즉, 수상 부유식 태양광 발전 시스템(10)은 다수의 콘파일(300)들에 의해 해저면에 지지된 상태로 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수상 부유식 태양광 발전 시스템을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 수상 부유식 태양광 발전 시스템이 해저면(바닥)에 안착된 상태를 보여주는 도면이다.

제2실시예에 따른 수상 부유식 태양광 발전 시스템(10a)은 물에 띄워지는 부유체(100a), 부유체(100a) 상에 마련되어 태양광 발전 모듈(20a)을 지지하는 프레임(200a), 프레임(200a)과 인접하게 배치되는 또 다른 프레임(200a)을 연결하여 발전량에 따라서 복수개의 태양광 발전 모듈을 연결시키는 조인트(220a) 및 수심이 낮아지면 해저면(바닥)에 지지되도록 제공되는 콘파일(300a)들을 포함하며, 이들은 도 1에 도시된 부유체(100), 프레임(200), 태양광 발전모듈(20), 조인트(220) 그리고 콘파일(300)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 제2실시예를 설명하기로 한다.

본 실시예에서, 수상 부유식 태양광 발전 시스템(10a)은 해저면에 설치되는 지지 블록(400)과, 콘파일(300a)과 지지 블록(400)을 연결하는 연결부재(500)를 갖는다는데 그 특징이 있다.

지지 블록(400)은 콘파일(300a)과 대응되는 해저면 상에 위치된다. 지지 블록(400)에는 콘파일(300)이 안착될 수 있다. 수상 부유식 태양광 발전 시스템(10a)이 설치된 구역의 수심변화시 지지블록(400)에 콘파일(300a)이 안착될 수 있다.

지지 블록(400)은 해수보다 밀도가 높은 고밀도 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 지지 블록(400)은 전체가 콘크리트로 이루어지거나 또는 내부에 콘크리트가 채워지는 형태로 제공될 수 있으나, 고밀도 물질을 콘크리트로 한정하는 것은 아니며, 콘크리트 이외에도 암석, 금속, 또는 모래 등을 포함할 수 있다.

도 6은 지지 블록과 콘파일의 안착 구조를 보여주는 도면이다. 도 6에서와 같이, 지지 블록(400)은 상면에 콘파일(300a)의 끝단이 압착되는 안착 홈(410)을 갖는다. 지지 블록(400)은 상면(420)이 안착 홈(410)을 향해 경사지도록 형성될 수 있다. 따라서, 수위가 낮아지는 경우 콘파일(300a)이 안착 홈(410)에 안정적으로 삽입될 수 있다.

연결 부재(500)는 콘파일(300a)과 지지 블록(400)을 연결하는 체인 형태의 연결 라인(510)을 포함할 수 있다.

도 7은 연결 부재의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 7에서와 같이, 연결 부재(500)는 연결 라인(510)의 길이를 조절하는 길이 조절부를 갖는다. 길이 조절부는 연결 라인(510)을 감거나 푸는 윈치(520) 및 윈치(520)를 제어하는 제어부(600)를 포함할 수 있다. 제어부(600)는 수심이 낮아지면 연결 라인(510)을 감고, 수심이 깊어지면 연결 라인(510)을 풀어주도록 윈치(520)를 제어할 수 있다.

한편, 제어부(600)는 센서부(610)를 통해 수심 변화량을 확인할 수 있다. 제어부(600)는 센서부(610)로부터 제공받은 수심 변화에 따라 연결 라인(510)의 길이를 조절한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 부유체 200 : 프레임
300 : 콘파일 400 : 지지 블록
500 : 연결 부재

Claims (4)

1. 태양광 발전 모듈들이 설치되는 프레임;
   상기 프레임에 제공되고, 상기 프레임을 부유시키기 위한 부유체; 및
   상기 프레임과 연결되고 수심이 낮아지면 해저면에 지지되고, 수심이 깊어지면 부유력을 제공하는 콘파일들을 포함하는 수상 부유식 태양광 발전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘파일들과 각각 대응되는 해저면 상에 제공되고, 상기 콘파일이 안착되는 지지 블록;
   상기 콘파일과 상기 지지 블록을 연결하는 연결부재를 더 포함하되;
   상기 지지 블록은 상면에 상기 콘파일의 끝단이 압착되는 안착 홈을 갖고, 상기 지지 블록의 상면은 상기 안착 홈을 향해 경사지게 제공되는 수상 부유식 태양광 발전 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 연결 부재는
   일단은 상기 콘파일에 연결되고, 타단은 상기 지지 블록에 연결되는 연결 라인;
   상기 연결 라인을 감거나 푸는 윈치; 및
   수심이 낮아지면 상기 연결 라인을 감고, 수심이 깊어지면 상기 연결 라인을 풀어주도록 상기 윈치를 제어하는 제어부를 포함하는 수상 부유식 태양광 발전 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   수심 변화를 체크하는 센서부; 및
   상기 센서부로부터 제공받은 수심 변화에 따라 상기 연결 부재의 길이는 조절하는 길이 조절부를 더 포함하는 수상 부유식 태양광 발전 시스템.
   

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