WO2010117165A2 - 수면부상식 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면부상식 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 고정식 또는 고정 가변식 태양광 발전장치를 수상 구조물 위에 설치하되, 상기 수상 구조물이 저수지 수면의 롤링 등과 같은 장애물에 의한 문제가 발생하지 않도록 수상 구조물이 떠있는 수면 아래의 바닥면에 상기 수상 구조물과 연결되는 구조물연결 고정수단을 설치하고, 저수량의 변화가 발생 시, 상기 구조물연결 고정수단과의 거리를 가변토록 함으로써, 태양전지 모듈과 태양 상호 간에 최적의 각도로 태양이 입사되도록 할 뿐만 아니라, 안정적이면서도 용이하게 발전을 도모할 수 있는 수면부상식 태양광 발전장치에 관한 것이다.

Description

수면부상식 태양광 발전장치

본 발명은 수면부상식 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저수지 등의 수면에 수상 구조물을 설치하고, 이 수상 구조물 위에 태양광 발전장치를 설치하되, 태양의 위치가 변경됨에 따라 이를 추적하면서 태양에너지를 변환하여 전기를 발생시킬 수 있는 수면부상식 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전이라 함은 태양 전지에 의하여 태양광을 직접 전력으로 변환하는 발전 방식을 말한다.

즉, 상기 태양광 발전은, 태양빛을 받아 열을 이용하여 에너지를 발생하는 태양열 발전과 달리, 태양빛을 받아 반도체 물질로 이루어진 태양전지에서 바로 전기 생성이 이루어지는 점에서 차이가 있다.

상기한 태양광 발전은 빛이 조사(照射)되면 광전효과에 의해 광 기전력을 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식으로서 일반적인 구성은 태양전지(Solar Cell)로 구성된 모듈(Module)과, 축전지 및 전력변환장치로 구성된다.

또한, 태양전지의 종류로는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌 광전지 및 아황산구리 광전지, 반도체 pn접합을 사용한 실리콘광전지 등이 있다.

그리고, 상기한 태양광 발전은 태양전지 모듈의 설치 형태에 따라 고정식, 고정 가변식, 단축 추적식, 양축 추적식으로 분류된다.

상기 고정식은 태양전지 모듈이 남쪽을 향해 고정 설치된 형태로서 일조량이 우수한 오후에 효과적으로 태양 빛에 대한 발전이 이루어지나, 측면 방향에서 입사되는 햇빛에 대한 발전이 부족한 문제점을 안고 있으며, 비용은 저렴하나 원하는 만큼의 발전 효율을 기대하기 어려운 문제점을 동시에 안고 있다.

상기 고정 가변식의 경우에는 태양전지 모듈이 남쪽을 향해 고정되고, 태양의 높이 변화에 따라 일년에 몇 차례씩 나누어서 상기 태양전지 모듈의 상,하 각도를 변화시켜 사용하는 방식이다.

상기 단축식은 태양전지 모듈이 태양의 이동 궤적에 따라 동쪽에서 서쪽 방향을 향해 회전 가능하도록 시간 단위로 각도가 변화되는 방식을 이용한 것이며, 상기 양축식은 태양전지 모듈이 태양의 이동 궤적을 따라 동쪽에서 서쪽 방향을 향해 회전하면서 상,하 각도를 변화시켜 이용하는 방식이다.

상기한 태양광 발전 방식은 효율의 관점에서 보았을 때는 양축형〉단축형〉고정식 가변형〉고정식 순으로 그 효율이 우수하나, 설치 비용 측면에서 보았을 때는 역순의 관계를 갖게 되어 저렴한 설치비로 높은 효율의 태양광 발전을 위한 대처 방안이 모색되었다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 고정식 또는 고정 가변식이면서 단축식 또는 양축식 기능을 하는 선행기술들이 제안되어 있으며, 그들 일 예로는 본원 출원인이 선등록한 국내 실용신안등록 제442088호, 수상구조물에 설치된 태양광 발전 장치에 개시되어 있다.

상기 수상구조물에 설치된 태양광 발전 장치는 수면 위에 설치되기 때문에 지상에 설치되는 태양광 발전 장치에 비하여 지열에 의한 온도 상승 및 잡풀이나 잡목, 내리는 눈 등에 의한 태양광 차단으로 예견될 수 있는 태양광 발전 장치의 발전효율 감소 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

그 구성은 수면 위에 위치하며 수상에서 이용 가능한 레저 시설, 극장 및 카페와 함께 숙박이 동시에 이루어지는 수상 구조물이 구비되어지되, 상기한 수상 구조물 상에 다수개의 태양전지가 상호 간에 연결되어 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(Solar Cell Module)과, 상기 수상 구조물에 설치되어 상기한 태양전지 모듈과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각에 가깝게 유지 가능하도록 태양의 궤도를 따라 상기한 수상 구조물의 위치를 회전시키는 가동부; 및 상기 태양전지 모듈로부터 입력되는 전기 에너지의 발전 상태와 상기 수상 구조물의 위치가 태양의 궤도를 따라 최적의 위치로 회전 가능하도록 가동부를 콘트롤 하는 제어부를 포함하여 구성된다.

그런데, 이러한 종래 기술은 자연적인 바람에 의한 저수지 수면에서 발생하는 롤링에 의해 상기 수상 구조물이 전복되거나 파손되는 문제점이 있다.

또한, 상기 태양전지 모듈은 기온이 높은 여름철에 한 곳에 장기간 고정되어 있어 뜨거운 태양열에 의해 그 내부에 흐르는 전류의 저항값이 커지게 되어 전력이 손실되므로 발전 효율이 저하될 뿐만 아니라, 오작동이 발생하게 됨에 따라 수명이 단축되는 문제점이 있다. 이러한 경우 관리자가 직접 호스로 물을 분사하거나 별도의 스프링쿨러를 작동시켜 온도를 하강시켜야 하는 번거로움이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 고정식 또는 고정 가변식 태양광 발전장치를 수상 구조물 위에 설치하되, 상기 수상 구조물이 저수지 수면의 롤링 등과 같은 장애물에 의한 문제가 발생하지 않도록 수상 구조물이 떠있는 수면 아래의 바닥면에 상기 수상 구조물과 연결되는 구조물연결 고정수단을 설치하고, 저수량의 변화가 발생 시, 상기 구조물연결 고정수단과의 거리를 가변토록 함으로써, 태양전지 모듈과 태양 상호 간에 최적의 각도로 태양이 입사되도록 할 뿐만 아니라, 안정적이면서도 용이하게 발전을 도모할 수 있는 수면부상식 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수면 위에 부상되어 회전 가능하며, 태양으로부터 조사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지 모듈을 포함하는 수면부상식 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양전지 모듈이 배치되고, 관통홀을 갖는 수상 구조물; 상기 수상 구조물이 부상되어 있는 수면 아래의 바닥면에, 수상 구조물과 연결되어 상기 수상 구조물을 수평 방향으로는 고정되도록 하고, 수직 방향으로는 가변되도록 지지하는 구조물연결 고정수단; 및 상기 수상 구조물에 설치되어 수상 구조물의 위치가 제어장치에 의해 태양의 이동 궤도를 따라 최적의 위치로 회전되도록 하는 회전 구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 바람직한 실시예로서, 상기 구조물연결 고정수단은, 연결부재로 이루어지며, 중심이 서로 교차되게 연장되어 각 단부가 수면 아래의 바닥면에 고정되어 있는 제1고정체를 통해 연결되어 있는 제2연결선; 연결부재로 이루어지며, 상기 제2연결선의 교차 지점에 연결된 상태로 수상 구조물에 형성된 상기 관통홀을 통과하여 수직으로 설치되는 제3연결선; 및 상기 수상 구조물 위에 설치되어 상기 제3연결선을 수직 방향으로 당기거나 풀어주는 기중수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 회전 구동수단은 수상 구조물의 일측면 모서리에 각각 구비되어 회전 구동력을 발생하는 권양기; 및 연결부재로 이루어지며, 일측 단부는 상기 권양기에 서로 교차되게 연결되고, 타측 단부는 육상 또는 저수지의 바닥에 지지되는 제2고정체에 연결되는 제1연결선을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 구동수단에 대응하는 방향의 수상 구조물 위에 구비되어 태양전지 모듈이 태양의 이동 궤적을 벗어나지 않도록 하면서 수상 구조물이 정위치에 고정될 수 있도록 하는 보조 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수상 구조물에서 발전되는 전기를 육상에 구비된 전기발생장치로 인가시킬 수 있도록 연결된 배선이 수상에 뜨도록 부양부가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 수상 구조물은 저수지의 수면과 태양전지 모듈이 직접 대면하도록 이루어진 개방 슬롯홀이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수상 구조물은 물을 급수시켜 일정량의 물이 저장 가능한 수조로 이루어진 인공 저수지 또는 자연 저수지 중, 적어도 하나의 저수지에 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인공 저수지는 저장수의 온도를 낮출 수 있도록 하는 냉각장치가 설치된 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치에 의하면, 태양전지 모듈이 배치된 수상 구조물을 수면 아래에서 구조물연결 고정수단을 매개로 지지되도록 하고, 수심의 변화가 발생할 경우, 이 구조물연결 고정수단과의 거리를 가변토록 함으로써, 태양전지 모듈과 태양 상호 간에 최적의 각도로 태양이 입사되도록 할 뿐만 아니라, 안정적이면서 용이하게 전력을 확보할 수 있으며, 반영구적인 운전이 가능한 효과가 있다.

이와 더불어, 태양전지 모듈을 자연 방식으로 냉각할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 일 실시예를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치를 나타내는 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내는 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치를 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치를 나타내는 단면도이다.

또한, 첨부한 도 4는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 모듈(100)이 남쪽을 향해 고정 설치된 고정식 또는 태양전지 모듈(100)이 남쪽을 향해 고정되고, 태양의 높이 변화에 따라 일년에 몇 차례씩 나누어서 상기한 태양전지 모듈(100)의 상,하 각도를 변화시키는 고정 가변식으로 이루어진 태양광 발전장치에 있어서, 이러한 태양광 발전장치를 이루는 구성들은 통상적으로 사용되는 기술 구성이다. 여기서, 핵심적인 구성이라 할 수 있는 태양전지 모듈(100)은 태양 빛을 받는 반도체 물질에 의해 전기를 생성하는 태양전지(101)를 여러 개 연결하여 모듈화되어 있으며, 일정한 각도로 이루어진 경사구조를 통해 태양의 빛이 거의 수직으로 입사될 수 있도록 지지대(102)에 의해 지지되어 있다. 또한, 전력변환장치(미도시)인 인버터는 태양전지 모듈(100)을 통해 형성된 전기가 전압과 전류가 일정하지 않은 직류이기 때문에 직류전력을 교류로 변환시켜 주는 역할을 하게 된다. 이때, 주파수 변환 컨버터(DC/DC 컨버터)는 태양전지 모듈(100)을 통해 출력되는 전압을 일정하게 변환하게 되고, 상기 인버터는 직류를 교류로 변환시키게 된다. 상기 전력변환장치 및 전기를 축적하는 축전지 등과 같은 전기발생장치(미도시)는 태양전지 모듈(100)과 함께 태양광 발전장치에 구비되거나, 또는 태양전지 모듈(100)과 이격되어 별도 관리되도록 구비된다.

상기와 같이, 태양전지 모듈(100) 및 전기발생장치의 구성으로 이루어지는 태양광 발전장치는 수상 구조물(10) 위에 배치되어 저수지의 수면 위에 설치된다. 여기서, 상기 저수지는 자연 저수지 또는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 땅을 파거나 땅 위에 수조를 제작하여 여기에 물을 급수시켜 일정량 저장하는 구조물인 인공 저수지(60)로서, 상기 인공 저수지(60)는 물을 급,배수하기 위한 급,배수라인(61,62)과, 저수지 바닥면에 쌓이는 침전물 등을 비정기적으로 토출시키는 침전물 토출라인(63) 등이 구비되어 있다.

이와 같이 상기 저수지의 수면 위에 부상(浮上)시키는 수상 구조물(10)은 플레이트 형상으로 다각형 또는 원형을 갖도록 다양하게 변경 가능하며, 특정 형태 및 형상으로 한정하지는 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 4각형 형상의 플레이트로 이루어짐이 바람직하다. 그리고, 상기 수상 구조물(10)에 배치되는 태양전지 모듈(100)은 수상 구조물(10)의 크기에 따라 설치 갯수를 다양하게 변경할 수 있다.

상기 수상 구조물(10)에 의하여 저수지의 수면에 부상되는 태양광 발전장치는 태양의 이동 궤적을 따라 회전 가능하도록 구성되어 있는 바, 상기 수상 구조물(10)을 수동 또는 제어장치(미도시)에 의해 자동으로 제어하여 수상 구조물(10) 위에 설치된 태양전지 모듈(100) 전체가 태양의 이동 궤적에 따라 동쪽에서 서쪽 방향을 향해 회전 가능하게 된다. 즉, 상기 태양전지 모듈(100)과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각이 유지되지 않을 경우에는 태양전지 모듈(100)을 통해 발전되는 발전량이 저하되므로 이를 해결하기 위하여 태양이 떠오르는 동쪽을 향하여 수상 구조물(10) 전체를 수면 상에서 회전시켜야 한다.

상기 수상 구조물(10)의 회전 구동수단(30)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 수상 구조물(10)의 일측면 모서리에 각각 구비되어 있는 통상의 권양기(捲揚機)인 윈치(WINCH)로서, 상기 윈치에 구비되며, 연결부재인 체인 또는 와이어 등으로 이루어진 제1연결선(34)이 서로 교차되어 그 일측 단부는 윈치에 고정되며, 그 타측 단부는 연장된 상태로 육상 또는 저수지의 바닥에 지지되어 수면 상으로 돌출된 제2고정체(35)에 고정됨으로써, 상기 윈치를 구동시켜 제1연결선(34)의 길이를 조절하게 되므로 상기 수상 구조물(10)이 시계 또는 반시계방향으로 회전하게 된다. 여기서, 상기 연결부재는 체인 또는 와이어에만 한정하는 것이 아니며, 대상물과 대상물을 서로 연결할 수 있는 연결수단이면 모두 가능하다.

한편, 상기 제1연결선(34)을 이용하여 수상 구조물(10)을 회전시키는 구동방식이 수동 제어 또는 모터 등에 의한 자동 제어 방식으로 이루어지는 바, 상기 수동 제어 방식은 관리자가 제1연결선(34)을 잡아 당기거나 풀어주면서 상기 수상 구조물(10)을 직접 회전시킬 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기한 자동 제어 방식에 사용되는 윈치는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 수상 구조물(10)의 일측면 모서리에 각각 고정되어 있으며, 제어장치(미도시)의 제어를 통해 회전하는 구동모터(31)와, 상기 구동모터(31)의 모터축(32)에 설치된 롤러(33)로 구성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 회전 구동수단(30)은 상기 제어장치에 의해 상기 제1연결선(34)을 잡아 당기거나 풀어줌으로써, 수상 구조물(10) 전체가 시계방향 또는 반시계방향으로 태양의 이동 궤적을 따라 회전 가능하도록 이루어지게 된다.

이때, 상기 제어장치는 계절별로 입사되는 태양광의 입사각에 대한 자료를 수집하여 태양광 발전기가 설치되는 장소의 위도 등의 정보가 저장된 메모리로부터 태양광의 입사각에 대한 정보를 제공받아 상기 자료를 근거로 계절 변화에 따라 최적의 위치로 회전 각도를 조절하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치는 첨부도면에 도시된 바와 같이, 상기 수상 구조물(10)이 부상되어 있는 수면 아래의 바닥면에, 수상 구조물(10)과 연결되어 상기 수상 구조물(10)을 수평 방향으로는 고정되도록 하고, 수직 방향으로는 가변되도록 지지하는 구조물연결 고정수단(20)이 설치된다.

상기 구조물연결 고정수단(20)은 통상의 체인 또는 와이어로 이루어지며, 중심이 서로 교차되게 연장되어 각 단부가 수면 아래의 바닥면에 고정되어 있는 제1고정체(22)를 통해 연결되어 있는 제2연결선(21)과, 통상의 체인 또는 와이어로 이루어지며, 상기 제2연결선(21)의 교차 지점에 연결된 상태로 수상 구조물(10)에 형성된 관통홀(11)을 통과하여 수직으로 설치되는 제3연결선(23)과, 상기 수상 구조물(10) 위에 설치되어 상기 제3연결선(23)을 수직 방향으로 당기거나 풀어주는 윈치 또는 윈치가 구비된 호이스트(hoist)와 같은 기중수단(24)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 구조물연결 고정수단(20)에서, 상기 기중수단(24)에 구비된 윈치를 이용하여 상기 제3연결선(23)을 당기게 될 경우, 제2연결선(21)의 중심이 상승하면서 제2 및 제3연결선(21,23)이 서로 견고하게 고정된 상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 기중수단(24)를 이용하여 제2 및 제3연결선(21,23)이 서로 견고하게 고정될 경우, 기중수단(24)이 설치되는 상기 수상 구조물(10) 또한 저수지 수면 위의 정해진 위치에서 고정상태를 유지하게 되는 것이다. 여기서, 상기 수상 구조물(10)에 형성된 관통홀(11)은 어떠한 위치에 형성되어도 무방하나, 가장 바람직한 실시예에서는 수상 구조물(10)의 중심부에 위치하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구조물연결 고정수단(20)의 제2연결선(21)이 절단되는 사고가 발생하여 수상 구조물(10)이 정위치에 고정되지 못하고 정확한 회전 각도를 구현하지 못할 경우, 상기 수상 구조물(10) 위에 위치한 태양전지 모듈(100)이 태양의 이동 궤적을 벗어나지 않도록, 즉 태양의 초기 위치에서 180°를 초과하여 회전하지 않도록 하면서 수상 구조물(10)이 정위치에 고정될 수 있도록 제어하는 보조 고정수단(40)이 구비된다.

상기 보조 고정수단(40)은 통상의 체인 또는 와이어로 이루어지며, 수면 아래의 바닥면에 고정되어 있는 제3고정체(45)에 의해 일측 단부가 연결되어 있는 제4연결선(44)이 상기 회전 구동수단(30)에 대응하는 방향의 수상 구조물(10) 위의 소정 위치에 구비되어 있는 통상의 구동모터(41), 모터축(42), 롤러(43)로 구성된 윈치에 그 타측 단부가 고정된 채로 구성된다.

즉, 전술한 바와 같이, 정상적인 상태에서, 상기 회전 구동수단(30)에 의해 수상 구조물(10)이 태양의 이동 궤적을 따라 자동으로 회전 시, 상기 회전 구동수단(30)의 작동을 방해하지 않도록 상기 보조 고정수단(40)은 그 회전 방향에 대하여 상응한 작동을 수행하게 된다.

다시 말해서, 상기 보조 고정수단(40)의 윈치는 회전 구동수단(30)에 포함된 윈치의 구동에 상응하여 그 회전 구동수단(30)에 구비된 제어장치의 제어에 의해 서로의 간섭으로 인한 방해 동작 없이 원활하게 구동된다.

한편, 이와 같은 보조 고정수단(40)없이 동일한 효과를 구현하기 위해서는 상기 구조물연결 고정수단(20)의 제2연결선(21)을 다중으로 겹쳐 사용함으로써, 만약 상기 제2연결선(21) 한가닥이 절단되더라도 정상적인 구동을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제3고정체(22,45)는 상기 연결선들을 저수지 바닥면에 고정할 수 있도록 하는 고정수단으로서, 닻(anchor)이나, 바(bar) 또는 다양한 형태(H, I)의 형강 빔(beam)으로 이루어질 수 있다.

상기 수상 구조물(10)이 저수지의 저수량 변화에 따라 상,하 방향으로 가이드될 수 있도록 상기 기중수단(24) 및 보조 고정수단(40)의 윈치를 또 다른 제어장치를 통해 조정하여 수상 구조물(10)과 저수지 바닥면과의 거리를 조절할 수 있게 된다. 이때, 상기 제어장치는 저수지의 저수량이 변화하게 될 경우, 수심측정센서(미도시)에 측정된 측정값을 토대로 상기 기중수단(24) 및 보조 고정수단(40)의 윈치를 작동시켜 수상 구조물(10)과 저수지 바닥면과의 거리를 조절할 수 있게 되는 것이다.

한편, 저수지의 저수량에는 변화가 없으면서 바람에 의해 수면의 롤링이 발생할 경우에는 상기 기중수단(24) 및 보조 고정수단(40)의 윈치가 구동되지 않도록 하여 롤링 현상에 대비하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 태양광 발전장치의 전력변환장치 및 축전지 등과 같은 전기발생장치는 태양전지 모듈(100)과 이격되어 별도로 육상에서 관리되도록 구비되어 있으며, 배선(103)을 통해 연결되어 있는 바, 상기 태양전지 모듈(100) 및 상기 태양전지 모듈(100)과 별도로 구성된 전기발생장치와 연결되는 배선(103)이 저수지의 물에 닿지 않고 수상에 뜨도록 하기 위하여 구(球) 형상의 부양(浮揚)부(50)가 일렬 배치되어 있으며, 상기 부양부(50)에 배선(103)이 연결되어 있다.

한편, 여름과 같이 기온이 보통 30℃를 넘는 날씨에는 태양광 모듈(100)의 효율성이 저하된다. 상기 태양광 모듈(100)이 최적 효율을 발생시킬 수 있는 기온은 26~27℃에서 가능하다. 그런데, 여름철 한 낮의 기온은 40℃에 육박하므로 태양광 모듈의 효율성을 향상시키기 위해서는 태양광 모듈(100)의 온도를 저하시키거나 주변 온도를 낮추는 방안이 모색되고 있다. 이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 수상 구조물(10) 위에 일렬 배치된 태양전지 모듈(100)의 하부에 저수지의 수면과 상기 태양전지 모듈(100)이 직접 대면하도록 이루어진 개방 슬롯홀(12)을 구비하게 된다. 상기 개방 슬롯홀(12)을 통해 상기 태양전지 모듈(100)과 수면이 대면할 경우, 수면의 낮은 온도로 인해 태양전지 모듈(100)의 온도가 자연적으로 하강하게 되어 그 내부에 흐르는 전류의 저항값이 안정되므로 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 오작동 발생을 방지할 수 있게 되어 태양전지 모듈(100)의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다. 더불어, 내리는 눈이 이를 통하여 자연적으로 배출 가능하고, 내려서 쌓인 눈을 쉽게 이를 통하여 배출시킬 수 있어 제설 작업이 필요치 않은 장점이 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 수상 구조물(10)이 설치되어 있으며, 일정 용량의 저장수가 저장되는 인공 저수지(60)는 저장수의 온도를 낮출 수 있도록 하는 냉각장치(70)가 설치된다. 상기 냉각장치(70)는 저온 저압의 가스 냉매를 고온 고압의 가스 냉매로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 배출되는 고온 고압의 가스 냉매가 흐르는 배관에 흡열매체로서 공기 또는 물을 접촉시켜 고온 고압의 가스 냉매를 저온 고압의 액 냉매로 상변화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 액체 냉매의 압력을 감압하는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 배출되는 저온 저압의 액체 냉매가 흐르는 배관에 발열유체를 접촉시켜 상기 발열유체의 온도는 낮추고 상기 저온 저압의 액체 냉매는 저온 저압의 가스 냉매로 상변화시키는 증발기를 포함하여 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 냉각장치(70)를 이용하여 증발기의 저온 저압의 액체 냉매가 흐르는 배관(71)을 인공 저수지(60)의 바닥면 및 측벽면과 같은 벽체에 설치하고, 인공 저수지(60)에 저장된 저장수와 접촉되도록 하여 냉매와 저장수가 열교환되도록 함으로써, 인공 저수지(60)의 저장수의 온도가 낮아지도록 한다. 이로써 냉각장치는 저장수의 온도를 일정 온도로 유지할 수 있도록 하며, 일정 온도로 설정된 저장수온을 통하여 태양전지 모듈(100)의 온도를 자연적으로 하강토록 한다. 따라서, 상기 태양전지 모듈(100)의 내부에 흐르는 전류의 저항값은 안정되므로 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 오작동 발생을 방지하여 태양전지 모듈(100)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 여기에 사용되는 액체냉매는 물, 알코올, 프레온냉매, 메탄그룹냉매, 에탄그룹냉매, 자연계냉매 중의 하나를 사용할 수 있으며, 환경오염을 방지할 수 있는 대체 냉매를 사용해도 무방하다. 여기서, 상기 냉매가 흐르는 배관(71)은 인공 저수지(60)의 바닥면 및 측벽면과 같은 벽체 전체에 설치하거나, 그 일부면에 설치하는 것으로 이는 본 발명에 의하여 한정되는 것이 아니다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수면부상식 태양광 발전장치의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 수상 구조물(10)은 최초 남쪽을 향하도록 태양전지 모듈(100)이 위치하게 되며, 상기 태양전지 모듈(100)은 일정한 각도로 경사구조를 이루면서 지지대(102)에 의해 지지된다.

태양이 떠올라 태양전지 모듈(100)과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각이 유지되지 않을 경우에는 상기 태양전지 모듈(100)을 통해 발전되는 발전량이 저하되므로 태양이 떠오르는 동쪽을 향해 수상 구조물(10) 전체를 수면상에서 회전시켜야 하는 바, 본 발명의 작동 설명에서는 회전 구동수단(30), 즉 윈치(WINCH)에 의한 자동 제어 방식을 설명하기로 한다.

즉, 제어장치는 태양과 태양전지 모듈(100) 상호 간의 이루는 각도가 직각에 가깝도록 하기 위해 수상 구조물(10) 위에 위치한 구동모터(31)를 작동시켜 제1연결선(34)의 감김 동작을 통해 수상 구조물(10)이 일측 방향으로 회전하도록 한다.

이와 같이 작동되기 위해서는 제어장치가 구동모터(31)에 작동 신호를 인가하여 모터축(32)을 회전시키고, 상기 구동모터(31)의 작동에 의해 롤러(33)가 연동하여 회전되며, 상기 롤러(33)에 권취된 제1연결선(34)은 롤러(33)에 감겨지면서 일측 방향으로 수상 구조물(10) 전체가 수면 위에서 당겨지게 되면서 제2연결선(21)의 교차 지점을 중심으로 회전된다. 이때, 대응하는 방향에 위치하는 구동모터(31)는 제1연결선(34)을 풀어서 상기 수상 구조물(10)이 회전하는데 방해되지 않도록 하는 기능을 하게 된다.

상기 수상 구조물(10)이 태양의 이동 궤적을 따라 회전됨에 따라 태양전지 모듈(100)과 태양은 최적의 각도를 이루게 되어 태양에서 입사되는 빛이 태양전지 모듈(100)에 최대로 전달된다.

상기한 최적의 각도는 직각 내지 직각에 가까운 각도를 갖게 됨으로써, 태양에서 입사되는 태양 빛을 태양전지 모듈(100)에 설치된 태양전지(101)를 통해 발전이 이루어지게 되며, 상기한 수상 구조물(10)이 최초에 위치해 있던 위치에서보다 더 많은 태양광의 발전이 이루어지게 된다.

이와 같이 태양전지 모듈(100)에서 발전된 전기는 사용 가능한 전력으로 변환되는 바, 여분의 잉여 전기는 별도의 전력변환장치를 거쳐 일반적으로 사용되는 교류 전원으로 변환이 이루어져 전기 에너지를 필요로 하는 공급처에 공급을 하게 된다.

따라서, 본 발명은 고정식 또는 고정 가변식 태양광 발전장치를 수상 구조물(10) 위에 설치하고, 상기 수상 구조물(10)을 하방에서 지지하는 구조물연결 고정수단(20)을 이용하여 제자리에 고정된 상태에서, 저수량에 따라 상하측으로 이동 가능한 동시에, 태양을 따라 회전 가능토록 구성된 새로운 수면부상식 태양광 발전장치이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

Claims (10)

1. 수면 위에 부상되어 회전 가능하며, 태양으로부터 조사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지 모듈을 포함하는 수면부상식 태양광 발전장치에 있어서,

   상기 태양전지 모듈이 배치되고, 관통홀을 갖는 수상 구조물;

   상기 수상 구조물이 부상되어 있는 수면 아래의 바닥면에, 수상 구조물과 연결되어 상기 수상 구조물을 수평 방향으로는 고정되도록 하고, 수직 방향으로는 가변되도록 지지하는 구조물연결 고정수단; 및

   상기 수상 구조물에 설치되어 수상 구조물의 위치가 제어장치에 의해 태양의 이동 궤도를 따라 최적의 위치로 회전되도록 하는 회전 구동수단을 포함하며,

   상기 구조물연결 고정수단은, 연결부재로 이루어지며, 중심이 서로 교차되게 연장되어 각 단부가 수면 아래의 바닥면에 고정되어 있는 제1고정체를 통해 연결되어 있는 제2연결선;

   연결부재로 이루어지며, 상기 제2연결선의 교차 지점에 연결된 상태로 수상 구조물에 형성된 상기 관통홀을 통과하여 수직으로 설치되는 제3연결선; 및

   상기 수상 구조물 위에 설치되어 상기 제3연결선을 수직 방향으로 당기거나 풀어주는 기중수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전 구동수단은 수상 구조물의 일측면 모서리에 각각 구비되어 회전 구동력을 발생하는 권양기; 및

   연결부재로 이루어지며, 일측 단부는 상기 권양기에 서로 교차되게 연결되고, 타측 단부는 육상 또는 저수지의 바닥에 지지되는 제2고정체에 연결되는 제1연결선을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전 구동수단에 대응하는 방향의 수상 구조물 위에 구비되어 태양전지 모듈이 태양의 이동 궤적을 벗어나지 않도록 하면서 수상 구조물이 정위치에 고정될 수 있도록 하는 보조 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 보조 고정수단은 수상 구조물에 구비되어 회전 구동력을 발생하는 권양기; 및

   연결부재로 이루어지며, 일측 단부는 상기 권양기에 연결되고, 타측 단부는 수면 아래의 바닥면에 고정되는 제3고정체에 연결되는 제4연결선을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 수상 구조물에서 발전되는 전기를 육상에 구비된 전기발생장치로 인가시킬 수 있도록 연결된 배선이 수상에 뜨도록 부양부가 구비된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 수상 구조물은 저수지의 수면과 태양전지 모듈이 직접 대면하도록 이루어진 개방 슬롯홀이 구비된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 수상 구조물은 물을 급수시켜 일정량의 물이 저장 가능한 수조로 이루어진 인공 저수지 또는 자연 저수지 중, 적어도 하나의 저수지에 설치된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 인공 저수지는 물을 급,배수하기 위한 급,배수라인과, 저수지 바닥면에 쌓이는 침전물을 토출시키는 침전물 토출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 인공 저수지는 저장수의 온도를 낮출 수 있도록 하는 냉각장치가 설치된 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 냉각장치는 인공 저수지의 벽체에 설치되며, 인공 저수지의 저장수와 열교환되는 냉매가 유동하는 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수면부상식 태양광 발전장치.

Images