WO2020141872A1 - 수평유지판,고정브라켓이 부착된 밀폐 알루미늄압출튜브를 이용한 수상태양광 알루미늄 부력체 - Google Patents

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고수남
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Definitions

  • the present invention relates to a solar photovoltaic buoyant body using a sealed aluminum extrusion tube buoyant body in a solar power plant installed on a water surface, and more specifically, minimizes water pollution and has strong corrosion resistance, both ends of an aluminum extrusion tube.
  • Water buoyant aluminum buoyant body using an aluminum extrusion tube is a sealed aluminum extrusion tube.
  • the floating solar power plant is always floating and unstable because it is based on water. Especially during typhoons, heavy snowfall, storms, and dry seasons, the flow is extremely unstable.
  • the buoyancy body must safely preserve the solar module, do not contaminate water, and should be used for a long time to play a role in enhancing the efficiency and economic efficiency of solar power generation.
  • buoyant body used in the related art a buoyant body made of plastic material (PE, PP, EPP, EPS) by bro molding, injection, rotational molding, or the like is mainly used.
  • plastic material PE, PP, EPP, EPS
  • bro molding, injection, rotational molding, or the like is mainly used.
  • this plastic material is used a lot because it is light, easy to produce, and inexpensive, but it has the following problems.
  • micro plastic contamination is a problem.
  • the buoyancy body is always exposed to the outside air and is attacked by ultraviolet rays, causing invisible microplastics and weakening with time due to poor external conditions.
  • the meaning of photovoltaic power installed for environmental protection is faded, and the ecosystem is destroyed by pollution.
  • Second is the short lifespan.
  • the photovoltaic module manufacturer issues a product performance warranty (warranty period; usually 25-30 years), but the actual service life of the module is longer. This is because the efficiency is only slightly reduced, and there is no obstacle to power generation. This is because the module material is durable such as glass, aluminum frame, and silicon. Therefore, the life of the buoyant body should also be at least longer than that of the module. Replacing the buoyant body during the operation of the power plant is because a huge amount of waste is generated, it is more difficult to install than a new installation, and a large amount of cost is generated, and the group that stops generating power is therefore very uneconomical. Plastic life in the sun is usually about 10 years, so short life is a problem.
  • Aqueous solar buoyants are always exposed to very poor conditions such as sunlight ultraviolet rays, typhoons, storms, heavy snowfall, freezing, impact, and dry seasons.
  • the plastic material is very vulnerable to awls, shocks and flames, and is placed in a dangerous state when freezing in cold weather.
  • the plastic buoyancy body has a limited capacity due to the limitation of the manufacturing method, so a large number of buoyancy bodies are required, and the buoyancy body, structure, and mooring connector always receive a lot of force. Because it is vulnerable. Recently, the damage and fire caused by typhoon of Japan's largest floating solar power plant, and experts' opinions point to the vulnerability and flammability of plastic buoyancy.
  • the steel plate buoyancy body in which a PE FORM buoyant body is inserted by bending a pre-plated ready-made iron plate, is somewhat complementary to the vulnerability and safety of plastic, but still exposes the following problems.
  • the first problem is pollution: iron is a metal with a specific gravity of 7.8 that corrodes well in water (about 100 times that of aluminum), and rust and corrosive substances pollute the environment.
  • contamination of the eluate in the anti-corrosion plating material is also a problem.
  • Zinc plating corrosion rate about 10 times that of aluminum
  • the photograph of an experimental steel plate buoyancy body installed three years ago in Korea's Korean Reservoir is particularly severe in the cutting and processing surfaces of the steel plate. It showed a phenomenon, and the corrosion spreads about 100 microns per year, and if there is salt in the water, corrosion accelerates and pollutes the water.
  • the iron plate must be finally plated after complete processing to slow down corrosion to some extent.
  • the current manufacturing process is a method of post-processing the iron plate preceded by the plating process, so premature rusting and corrosion in the stamping, cutting, and processing surfaces during transfer are caused. can not avoid.
  • PE FORM which performs the buoyancy function inserted into the steel plate.
  • Second is the short lifespan. It is known that the life of the plated iron plate in water is approximately 10-20 years.
  • the price of plated iron plate is approximately 1,500 won/Kg, but scrap metal has a low residual value of 200-300 won/Kg.
  • Bending-processed iron-clad buoyancy bodies may infiltrate water in storms or heavy rains.
  • the manufacturing process of the steel plate buoyancy body is produced through complicated processes such as cutting, bending, separate production and welding of necessary parts, PE FORM insertion, assembly, etc. It is expensive to move.
  • plastic and steel buoyancy bodies have environmental pollution and life problems.
  • plastic buoyancy bodies and iron plate buoyancy bodies are environmental pollution problems and short lifespan. This is because periodic buoyant replacement problems occur for long-term power plant operation, resulting in waste disposal problems, reinstallation cost problems, and power plant shutdown problems. Most of the floating photovoltaic power plant reservoirs continue to be used as reservoirs in the future. Once installed, the power plant is a business structure that continues to generate power until the reservoir reaches its end of life.
  • buoyant body of semi-permanent material without environmental pollution is essential.
  • the present invention technically proposes an aluminum buoyant body using a sealed aluminum extrusion tube, which is strong in corrosion resistance and has a long lifespan, an eco-friendly material to solve the environmental pollution and short lifespan problems, which are disadvantages of the existing buoyant body.
  • the World Bank recently released a market report (Where sun meets water; Floating solar market report, 2019) that predicts the world's floating solar power market at $50 billion.
  • This aluminum extrusion tube buoyancy body is also used as a buoyancy body for fishing, industrial, and leisure.
  • Floating solar buoyancy bodies usually have a draft rate of about 50%.
  • All metals do not grind in water except a few rare metals such as lithium and sodium.
  • Iron which is mainly used in daily life, has a specific gravity of 7.8, which is very heavy.
  • Aluminum is 2.7 and magnesium is 1.7, which is a light metal.
  • the metal material itself cannot be used as a buoyant body, such as PE FORM, EPS (Styropol), and EPP (Foam Plastic).
  • the both ends of the aluminum extrusion tube are sealed, and the air inside the density of 0.001225 is sealed to utilize the buoyancy of the air.
  • the steel plate buoyancy body is produced by inserting a PE FORM for buoyancy inside a secret steel plate box due to technical sealing problems and productivity problems.
  • a metal having a low specific gravity should be used as the buoyancy tank material to increase the buoyancy and reduce the material cost.
  • an aluminum extruded tube has a buoyancy of 300 L, a weight of 36.4 kg, and a net buoyancy of 264 L.
  • the buoyancy is 300L
  • the weight is 126kg
  • the net buoyancy is 174L.
  • the floating solar aluminum buoyant body of the present invention is an aluminum extrusion tube without a seam (welding), a sealing stopper, a buoyant body fixing frame, a module installation structure, a structure fixing bracket, a buoyant body protecting leg, an aluminum ball joint for connecting the buoyant body unit, power generation It is composed of aluminum reflecting plate, balance holding plate, bolt, nut, etc. to improve efficiency.
  • aluminum extruded tube is selected as the aluminum buoyant material as the aluminum buoyant material.
  • a tube without a joint is formed simultaneously with extrusion, and additionally, brackets, partitions and other attachments required for the buoyant body are separately produced, and through a separate welding process. This is because it is an improved method that can be economically and mass-produced by forming integrally on an extruded tube and simultaneously producing it without the need for attachment.
  • the aluminum extrusion plant produces aluminum tubes in any plant. If an existing aluminum tube is used to make a buoyant body, brackets, partitions, and horizontal holding plates required for the buoyant body must be separately manufactured and subjected to a welding process on the tube, thereby increasing manufacturing costs and limiting production, which is economical. It also falls, and it becomes difficult to win large-scale projects. In addition, since the quality is not uniform, it is a problem to maintain the safety of the power plant in bad conditions such as typhoon, wind storm, and ice. There are methods to manufacture tubes by bending an aluminum plate, but there are many problems such as complicated production process such as steel plate buoyancy, increase in manufacturing cost, limitation of production, increase in equipment investment cost at each step, and instability of quality.
  • the installation of a partition installed inside the tube may not be possible due to manufacturing technology. Therefore, the method of manufacturing now is only aluminum, which is not meaningful for product improvement.
  • Existing aluminum extruded tube method is only the bending process and welding process are excluded, and the necessary attachments are manufactured separately, and the buoyant body is produced through the welding process.
  • You can also World Bank's market report predicts the world market at 4044 GW, or $50 billion (about 600 trillion won).
  • the buoyancy part is a market of about 15 billion dollars (about 200 trillion won) at about 30% by price, and is expected to be installed within about 10 to 20 years.
  • the buoyant body In order to participate in this project, the buoyant body is eco-friendly, long-term life, safety mass production, simple manufacturing process, low manufacturing cost, product is light and easy to handle, easy to install, easy to follow-up, and capable of meeting the producer recovery system when dismantling the power plant. It should be devised in consideration of and should be such a buoyant body.
  • Aluminum tubes always have value, and 30-40% of the price of aluminum tubes can be recovered even when the power plant is demolished, which is very helpful in raising the cost of demolition.
  • the project is usually 100MW class (one year of construction air), so it takes about 300,000 in the case of plastic buoyancy, and produces about 200 to 300 plastic injection machines per day.
  • 100MW class one year of construction air
  • plastic buoyancy the case of plastic buoyancy
  • the aluminum extruder produces extruded tubes not only in Korea but also in any country in the world, so there is no great difficulty in mass supply of aluminum tubes.
  • the post-process also has the advantage of not having difficulties in ordering large projects and supplying them within the delivery period, as the ends of the extruded tubes are sealed with a stopper.
  • the present invention is a design for a manufacturing method in which all the attachments required for an extrusion tube are produced for mass production, selection of aluminum materials and buoyancy, and through the design, aluminum buoyancy without environmental pollution and semi-permanent life Sieve mass production is possible.
  • This paper aims to present the most eco-friendly, semi-permanent lifespan, most stable, simplest, most economical, and buoyant mass-producing material available.
  • both ends of the aluminum extrusion tube are sealed with an aluminum stopper to prepare a floating solar buoyant body.
  • a bracket for fixing the structure is integrally formed on the aluminum extrusion tube, and the structure for attaching the module is fixed.
  • the bracket is used to fix the upper and lower buoyancy bodies, change the structure of the tube's square corners into a hex shape, bolt holes on the bracket, and bolt the upper and lower buoyancy bodies stacked in two stages as shown in Figure 3. Secure with nuts.
  • the buoyant body lacks water in the dry season, causing the situation to sit down on the bottom of the reservoir. Most of the bottom of the reservoir is uneven and exposed to obstacles such as rocks, so an aluminum leg is attached to the bottom of the buoyant body to protect the buoyant body.
  • the remaining room maintains buoyancy and increases the strength of the tube. It is formed integrally in the direction to increase the safety of the buoyant body.
  • the buoyancy body floats on the water by assembling a certain number of modules and buoyancy bodies into units of certain units depending on the reservoir conditions.
  • a ball joint connector to absorb the wave power Is attached to the buoyancy body to flexibly cope with the fluctuation of water.
  • the aluminum buoyancy body has an excellent function of reflecting sunlight, resulting in high power generation efficiency, but an aluminum reflective plate is additionally installed in the empty space between the buoyancy bodies to improve the power generation efficiency.
  • an anti-skid device is provided on the upper surface of the buoyant body for safety.
  • the balance holding plate is formed on the left and right outer circumferential surfaces of the aluminum extrusion tube to maintain the level of the buoyant body by using the water resistance.
  • the balance holding plate is formed on the left and right outer circumferential surfaces of the aluminum extrusion tube to maintain the level of the buoyant body by using the water resistance.
  • a plurality of buoyancy bodies are inserted into a frame hole to be connected and assembled to produce a frame-connected buoyancy body.
  • corrosion resistance is enhanced and surface corrosion (Anodizing) is performed on all aluminum surfaces such as aluminum buoyancy bodies and structures with a semi-permanent life to further improve corrosion resistance.
  • the floating solar power plant is installed on an unstable water surface unlike the land, so the buoyant body is a very important part to decide whether or not the power plant will succeed.
  • the present invention is to provide a floating aluminum solar buoyant in the form of using a buoyant body sealed at both ends of the aluminum extrusion tube with an aluminum stopper.
  • the present invention provides a floating aluminum extrusion tube buoyancy body that improves the disadvantages of environmental pollution and short lifespan of the existing floating solar power buoyancy body, thereby preventing environmental pollution, semi-permanent lifespan, and improving economic and safety. It will contribute greatly to the distribution of floating solar power plants, protecting the global environment, creating jobs, and developing related industries.

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Abstract

본 발명은 수상태양광발전부력체 있어서, 기존 프라스틱 및 철판부력체의 환경 오염 발생 문제와 짧은 수명 문제를 개선한, 알루미늄압출튜브의 양단을 마개로 밀폐 시킨 부력체로 환경오염과 수명 문제의 해결 및 경제성과 안전성을 제고한 수상태양광알루미늄 부력체이다.

Description

수평유지판,고정브라켓이 부착된 밀폐 알루미늄압출튜브를 이용한 수상태양광 알루미늄 부력체
본발명은 수상에 설치되는 태양광발전소에 있어서, 밀폐된 알루미늄압출튜브 부력체를 이용한 수상태양광 알루미늄 부력체에 관한것으로, 더욱 상세하게는 수중 오염을 최소화 하고 내식성이 강한, 알루미늄압출 튜브의 양단을 밀폐 시킨 부력체에, 모듈 고정 알루미늄구조물과 후레임을 결합 시켜, 물에 잘 뜨고, 태풍이나 풍랑, 폭설, 결빙, 갈수기에도 안전하게 유지되고, 태양광발전 효율을 높히는 반영구적 수명의 양단이 밀폐된 알루미늄압출튜브를 이용한 수상태양광알루미늄 부력체에 관한 것이다.
산업혁명 이후 급속한 산업화와 생활에 필요한 에너지를 충당하기 위하여 무분별하게 화석연료를 남용한 결과 지구를 황폐화 시켰고, 이를 회복하고 환경보호를 위하여, 2015년 UN 파리기후협약이 체결되었고, 신재생에너지인 태양광발전이 육상 중심에서, 최근에는 환경 파괴가 적고, 발전효율이 높은 수상으로 그설치 범위가 확대 되고 있다.
그러나 수상태양광발전소는 육지와 달리 기초가 물이어서 항상 유동적이고, 불안정하다. 특히 태풍,폭설, 풍랑, 갈수기에는 유동이 극심하고 불안정하다.
이러한 열악한 상태에서도 부력체는 태양광모듈을 안전하게 보전 하고, 물을 오염 시키지 않아야 되고, 장기간 사용되어 태양광발전의 효율과 경제성을 높히는 역할을 하여야 한다.
종래에 사용되고 있는 부력체는 도면 1과 같이 프라스틱소재(PE,PP,EPP,EPS)를 브로몰딩이나 사출, 회전성형등으로 제조한 부력체가 주로 사용 되고 있다. 그러나 이프라스틱소재는 가볍고, 생산이 쉽고, 가격이 저렴하여 많이 사용되고 있으나 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.
첫째로 미세프라스틱 오염 문제이다. 부력체는 항상 외기에 노출되어 자외선으로부터 공격을 받아 눈에 보이지도 않는 미세프라스틱이 발생되고, 열악한 외부조건으로 인하여 시간이 흐름에 따라 약화된다. 환경보호를 위하여 설치하는 태양광발전의 의미가 퇴색되고, 오염으로 인하여 생태계가 파괴된다.
둘째로 짧은 수명 문제이다. 태양광모듈제조업체는 제품성능보증서(보증기간;통상25-30년)를 발급하는데 실제 모듈 사용 수명은 그 이상이다. 단지 효율이 다소 떨어질뿐이지 발전에는 아무런 지장이 없기 때문이다. 모듈 소재가 유리,알루미늄 후레임, 씰리콘등 내구재이기 때문이다. 따라서 부력체 수명도 최소한 모듈 수명 보다 길어야 된다. 발전소 운영중 부력체를 교체 한다는 것은 막대한 양의 폐기물이 발생되고,신규 설치 보다 어려워 많은 비용이 발생되고, 발전이 중단 되는 무리가 따라서 매우 비경제적이기 때문이다. 통상 햇볕에서의 프라스틱 수명은 대략 10여년 정도로 보고 있어, 짧은 수명이 문제이다.
셋째 안전성 문제이다.수상태양광부력체는 항상 햇볕자외선, 태풍,풍랑,폭설,결빙,충격,갈수기등 매우 열악한 상황에 노출 되어 있다.
이때 한 원인에 의해 크랙이 가면 침수가 되기 때문이다. 실제로 프라스틱재질은 송곳이나 충격, 화염에 매우 약하고, 혹한기 결빙시 위험한 상태에 놓인다.
넷째로 연결부위의 취약성 문제이다. 프라스틱부력체는 제조방법의 제한으로 용량이 한정 되어 있어, 많은 숫자의 부력체가 필요하게 되고, 부력체,구조물,계류연결선과의 연결부에도 항상 많은 힘을 받게 되는데, 이연결부가 금속과 달라 프라스틱특성상 취약하기 때문이다. 최근 일본의 최대 수상태양광발전소의 태풍에 의한 파손과 화재도, 전문가들 견해는 프라스틱부력체의 취약성과 가연성을 문제로 지적하고 있다.
다섯째로 발전소 철거시 폐프라스틱 부력체의 잔존가치는 철거비용에 큰도움을 주지 못하는 비경제적인 소재이다. 부피가 커서 운반비에도 미치지 못할 가능성도 있기 때문이다.
이문제를 해결코자 도 2 와 같이 도금된 철판을 사용한 부력체가 개발 되었다. 미리 도금된 기성철판을 절곡하여 내부에 포리폼(PE FORM)부력체를 삽입한 형태의 철판부력체는 프라스틱의 취약성, 안전성에서는 어느정도 보완이 되나, 여전히 다음과 같은 문제를 노출한다.
첫째로 오염 문제이다.철은 원래 물속에서 부식이(알루미늄의 약 100배) 잘되는 비중 7.8의 금속으로, 녹이나 부식물은 환경을 오염 시킨다. 또한 부식 방지용 도금 물질에서의 용출액의 오염도 문제가 된다.(아연도금 부식속도;알루미늄의 약 10배) 국내 한저수지에 3년전 설치된 실험용 철판부력체의 사진에는 특히 철판의 절단면과 가공면에서 심한 부식 현상을 보였으며, 이부식은 1년에 100micron정도씩 부식이 확산되며, 물에 염분이 있으면 부식이 가속되어 물을 오염 시킨다.
철판은 완전히 가공이 완료된 후에 최종 도금을 하여야 부식을 어느정도 늦추게 되는데, 현재의 제조공정은 도금공정이 선행된 철판을 후가공하는 방법이어서 이송도중 찍힘,절단및 가공면등에서의 조기 녹, 부식 발생은 피할수 없다.
또한 철판속에 삽입된 부력기능을 수행하는 PE FORM의 미세프라스틱 오염도 우려된다.
둘째 짧은 수명 문제이다. 도금된 철판의 물속에서의 수명은 대략10-20년으로 알려져 있다.
역시 모듈 수명 보다 짧은 수명 문제가 발생된다.
셋째 중량문제이다. 철재는 비중 7.8의 금속 중량물로 운반, 가공, 조립, 설치 비용이 높아 비경제적이고, 자체 중량의 부력을 보상하기 위하여 더 많은 철재 사용을 하게 되어 중량과 비용이 높은 문제를 안고 있다.
넷째 고철의 잔존 가치가 적어 철거비용에 큰 도움을 주지 못한다.
도금철판 가격이 대략 1,500원/Kg이나 고철은 200-300원/Kg 대로 잔존가치가 적어
철거비용에 큰도움을 주지 못한다.
다섯째 물의 침투 가능성 문제이다.
절곡 가공된 비밀폐형 철판부력체는 풍랑이나 폭우에 물의 침투 우려가 있다.
여섯째, 여러 단계를 거치는 제조공정 문제이다.
철판부력체의 제조공정은 도금된 철판을 절단, 절곡, 필요한 부품의 별도생산및 용접, PE FORM삽입, 조립등의 복잡한 공정을 거쳐서 생산이 되고 있으며, 중량물이어서 작업자가 다루기도 쉽지 않고, 운반및 이동에 비용이 많이 발생된다.
이러한 복잡한 공정은 제조원가를 상승 시키고, 생산량에 제약이 있어 대량수주에 제약을 받게 된다.
이처럼 프라스틱및 철판 부력체는 환경 오염 문제와 수명문제를 안고 있다.
프라스틱부력체와 철판부력체의 가장 큰 문제는 환경오염 문제와 짧은 수명이 문제이다. 장기간 발전소운영을 위하여는 주기적인 부력체 교체문제가 발생되고, 이에 따른 폐기물 처리문제, 재설치 비용문제, 발전소 가동 중지 문제등을 야기 시켜 비경제적이기 때문이다. 대부분의 수상태양광발전소 저수지는 미래에도 계속 저수지 용도로 남아 있는 지역이다. 한번 설치된 발전소는 저수지가 수명을 다 할때까지 계속 발전을 영위하는 사업 구조이다.
따라서 환경 오염없고 반영구적인 소재의 부력체가 필수적이다.
본발명은 기술적으로 기존 부력체의 단점인 환경오염과 짧은 수명문제를 해결하기 위하여 내부식성이 강하고, 긴수명의 친환경 소재인 밀폐 알루미늄압출튜브를 이용한 알루미늄부력체를 제안하는 것이다.
본발명에서는 기존 수상태양광발전부력체의 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 금속소재중 인류가 오랜 기간 생활필수품(식품,제약포장재,식기,비행기등)으로 사용하여 검증된, 내부식성이 강하고, 오염물질이 최소화된 친환경적이고, 사용 수명도 반영구적이고, 가벼워 제조, 조립, 설치가 손쉬운, 알루미늄 소재의 압출 튜브의 양단을 마개로 밀폐시킨 부력체를 수상태양광알루미늄부력체로 사용함으로 기술적으로 해결 할수 있다.
금속기술적인 측면에서도, 알루미늄 소재의 내부식성과 환경 오염도, 사용 수명, 사용 강도에 대하여 이미 여러 금속전문가의 연구, 분석, 검증보고서가 공개 되었으며, 실제로 오랜기간 동안 인류가 직접 체험하고 있고, 생활에서도 다양하게 사용되고 있는 소재이다.
기존 프라스틱 및 철판부력체는 환경 오염 문제와 짧은 수명의 문제를 갖고 있어, 환경적으로도 유해하고, 짧은 수명에 따른 비경제적인 문제도 갖고 있으나, 본발명은 알루미늄소재의 친환경성과 긴수명의 소재로된, 양단이 밀폐된 알루미늄압출튜브를 부력체로 이용함으로 환경 오염도 최소화 하고, 반영구적인 수명의 견고한 알루미늄 부력체를 제공 함으로, 경제성을 높혀, 수상태양광발전소의 보급에 크게 기여 할수 있어, 지구 환경을 보호 할수 있으며, 부수적으로 고용 증대, 관련 산업에의 파급효과를 기대 할수 있다.
한국의 경우 대상 저수지 3,415개에 5,960MW 용량의 설치가 추진 되고 있으며, 최근 새만금 저수지에도 2,400MW의 수상태양광발전소가 추진 되고 있다.
최근 세계은행은 전세계 수상태양광발전 시장을 500억불로 예측하는 시장보고서를(Where sun meets water; Floating solar market report, 2019)발표 한바 있다.
본 알루미늄압출튜브 부력체는 어업용,산업용, 레져용 부력체로도 사용되는 계기가
될것이다.
제 1 도; 기존 프라스틱부력체
제 2 도; 기존 철판부력체
제 3 도; ㅍ형 알루미늄압출튜브를 이용한 알루미늄부력체
제 4 도; 후레임 연결형 알루미늄 부력체(1단형)
제 4-1도; 알루미늄 후레임(1단형)
제4-2도; PV모듈 설치 후레임 연결형 알루미늄 부력체(1단형)
제 5 도; 후레임 연결형 알루미늄부력체(2단형)
제 5-1도; 알루미늄 후레임(2단형)
제 5-2도; PV모듈설치 후레임 연결형 알루미늄 부력체(2단형)
기존 프라스틱과 철판 소재로된 부력체에 있어서, 환경 오염과 짧은 수명이 주요 문제점으로 대두되고, 짧은 수명에 따른 경제성의 문제가 뒤따른다. 이문제를 해결 하기 위하여 우선 부력체의 소재 선택이 중요하다. 환경 오염이 없고 긴수명을 갖는 소재이어야 하고, 다음으로 높은 생산성, 안전성 그리고 경제적인 설비 투자, 저렴한 제조원가를 만족 시키는 부력체가 개발되어야 한다.
수상태양광부력체는 보통 흘수율을 50%정도를 기준으로 삼고 있다.
모듈중량+구조물중량+부력체자중을 합친 하중을 받고, 부력체의 반정도가 물에 잠기는 구조이다.
모든금속은 리튬,나트륨등 희귀금속 몇개를 빼고는 물속에 갈아 않는다.
비중 1인 물보다 무겁기 때문이다. 일상생활에 주로 사용되는 철은 비중이 7.8로 매우 무겁다. 알루미늄은 2.7, 마그네슘은 1.7로 경금속에 속한다.
따라서 PE FORM 이나 EPS(스티로폴),EPP(발포프라스틱)처럼, 금속 소재 자체로는 부력체로 사용할수 없다.
따라서 본발명에서는 알루미늄압출튜브의 양단을 밀폐시키고, 내부에 밀도가 0.001225안 공기를 밀폐 시켜 이 공기의 부력을 이용하는 방법이다.
철판 부력체는 기술적인 밀폐 문제와 생산성 문제로, 비밀폐 철판 박스 내부에 부력을 위한 PE FORM을 삽입하여 제작하고 있다.
따라서 흘수율 유지를 위한, 부력탱크 소재로는 비중이 낮은 금속을 사용하여야 부력이 높고 소재비용이 절감 된다.
알키메데스의 원리에서, 가령 가로20cm x 세로25cm x 길이 6m의 튜브를 예를들면, 알루미늄압출튜브의 경우 부력 300L에, 중량 36.4kg으로 순부력은 264L이다.
철판을 사용할 경우 부력 300L에, 중량은 126kg으로 순부력은 174L이다.
따라서 .환경 오염 문제가 없고 반영구적인 수명,생산성이 높은, 비중이 2.7인 알루미늄압출튜브를 채택 하는 이유이다.
본발명인 수상태양광알루미늄부력체는 이음매(용접)없는 알루미늄 압출튜브, 밀폐용 마개, 부력체 고정후레임, 모듈설치 구조물, 구조물 고정 브라켓, 부력체 보호용 다리, 부력체 유닛 연결용 알루미늄 볼조인트, 발전효율을 향상 시키는 알루미늄 반사판, 평형유지판, 볼트.너트등으로 구성 된다.
알루미늄부력체 소재로 알루미늄 압출튜브를 선택하는 이유는 압출과 동시에 이음매(비용접)없는 튜브가 형성 되고, 또한 부력체에 필요한 브라켓, 칸막이등 부착품을 별도로 생산하여, 별도의 용접공정등을 통하여 부착할 필요없이, 압출 튜브에 일체로 성형 시켜, 동시에 생산 함으로, 경제적이고 대량 생산이 가능한, 개선된 방법이기 때문이다.
알루미늄 압출공장은 어느 공장이든 알루미늄튜브를 생산하고 있다. 만약 기존 알루미늄튜브를 사용하여 부력체를 만들려면 부력체 제작에 필요한 브라켓, 칸막이, 수평유지판등 부착물을 별도 제작하여 튜브에 용접 공정을 거쳐야 됨으로, 제조원가도 상승되고 생산량도 제한을 받게되어, 경제성도 떨어지고 대형 프로젝트의 수주도 어렵게 된다. 또한 품질도 균일하지 않아 태풍,풍랑,결빙등 악조건에서 발전소의 안전을 유지 하는데 문제가 된다. 알루미늄판을 절곡하여 튜브를 제조하는 방안도 있으나, 철판 부력체와 같이 복잡한 생산공정, 제조원가의 상승, 생산량의 제한, 공정 단계별 설비투자비 증가, 품질의 불안정등 많은 문제점을 갖게되며, 만일의 경우를 대비하여 튜브 내부에 설치하는 칸막이 부착은 제조기술상 불가능 하기도 하다. 따라서 이제조방법은 소재만 알루미늄이지 제품 개선에는 큰 의미가 없다. 기존 알루미늄 압출튜브를 이용하는 방법은, 단지 절곡공정과 용접공정만 제외 되는 것으로, 필요한 부착품을 별도로 제작하고, 용접공정을 거쳐 부력체가 제작되는 생산 방법이나, 소량, 특수 규격 생산등 상황에 따라 선택도 할수 있다. 월드뱅크의 시장보고서에서 세계시장을 4044GW, 500억불(약600조원)로 예측하고 있다. 부력체 부분은 가격으로 보아 대략 30%로 150억불(약200조원) 시장이며, 대략 10년-20년 내에 설치가 될 것으로 본다. 프라스틱부력체로 계산하면 대략 120억개, 프라스틱소재는 약 1천억톤이 소요되어, 눈에 보이지도 않는 미세프라스틱의 발생량이 얼마나 될지, 오염은 어느 장도 일지 걱정되는 부분이다. 한국도 3천여개의 저수지에 5,960 MW와 새만금저수지에 2,400MW의 수상태양광발전소를 추진 하고 있다. 이와같이 부력체 수요는 단기간 내에 대량으로 발생될 것으로 예상되며, 이에 대응하는 대량 생산 방안으로 본발명이 고안된것이다.
수상태양광발전 프로젝트는 대부분 규모가 보통 100MW단위로 규모가 크다.
이프로젝트에 참여하기 위하여는 부력체가 친환경성, 장기적인 수명, 안전성 대량생산, 단순한 제조공정, 낮은 제조원가, 제품이 가볍고 다루기 쉬워 설치가 손쉽고, 사후관리가 용이하고 발전소 해체시 생산자 회수제도에도 부응 할수있는 요소를 감안한 고안이어야 하고 그런 부력체이어야 한다. 알루미늄 튜브는 항상 제가치를 갖고 있어, 발전소 철거시에도 알루미늄 튜브 가격의 30-40%를 회수 할수 있어, 철거비용 조달에 큰 도움이 된다. 현재 이에 부응하는 소재로 알루미늄과 마그네슘소재가 있으나, 마그네슘소재는 매우 가볍고(비중 1.7) 강한 소재이나 아직 압출 기술이 미흡한 단계이고, 다른 금속은 아직 출현 하지 않고 있으나, 최근 소재산업이 빠른 속도로 발전하고 있어, 새로운 소재가 등장 하기를 기대하며, 신소재가 개발 되어 상업화가 되면 본발명의 소재도 변경 할수 있으며, 구조및 제조방법은 그대로 적용된다.
수상태양광발전소는 프로젝트가 보통 100MW급(건설공기 1년)이어서, 프라스틱부력체의 경우 약 30만개가 소요되며, 프라스틱 사출기 1대의 생산량은 1일 약 200-300개 생산 한다. 그러나 알루미늄튜브의 경우 대형압출기 1대가 1일 약 1MW에 소요되는 압출튜브를 생산 할수 있고, 알루미늄 압출기는 국내는 물론 세계 어느나라에서도 압출튜브를 생산 하고 있어, 알루미늄 튜브의 대량공급에는 큰 애로가 없으며, 후공정도 압출튜브 양단을 마개로 밀폐 시키기만 하면 부력체가 되기 때문에, 대형프로젝트 수주와 납기내 공급에 어려움이 없는 장점을 갖고 있다.
본발명은 대량생산을 위한, 알루미늄소재의 선택과 부력체를 만들기 위한, 압출튜브에 필요한 부착품이 일체로 생산되는 제조방법에 대한 고안이며, 이고안을 통하여, 환경오염 없고 반영구적인 수명의 알루미늄부력체의 대량생산이 가능한 것이다. 본고안은 현재 가용 가능한 소재중에서 가장 친환경적이고, 반영구적인 수명을 갖고, 가장 안정적이고, 가장 단순하고, 가장 경제적이고, 대량 생산이 가능한 부력체를 제시하는 것을 목표로 하고 있다.
본발명에서 제안하는 구체적인 실시 내용을 설명한다.
도 3과 같이 알루미늄 압출 튜브의 양단을 알루미늄 마개로 밀폐 시켜 수상태양광 부력체를 제조한다.
이때 알루미늄압출튜브에는 구조물을 고정하기 위한 브라켓을 일체로 형성시키고, 모듈 부착용 구조물을 고정 시킨다.
브라켓은 모듈 설치용 이외에도, ㅍ형부력체 상하 연결 고정용으로, 튜브 사각 코너를 ㅍ자 형태로 구조를 변경 시키고, 브라켓에 볼트체결 홀가공을 하여, 도면 3 과 같이 2단으로 쌓은 상하 부력체를 볼트,넛트로 고정 한다.
또한 부력체는 갈수기에는 물이 부족하여 저수지 바닥에 주저 앉는 상황도 발생된다. 대부분 저수지 바닥은 고르지 않고 바위등 장애물에 노출 됨으로 부력체 하부에 알루미늄 다리를 부착 하여 부력체를 보호 한다.
또한 만일의 경우 부력체의 일부가 파손되어 한쪽방이 침수 되어도, 잔여방은 부력을 유지 시키고, 튜브의 강도를 높히기 위한 장치로, 마치 잠수함 내부처럼 부력체 내부에 수개의 칸막이를 압출튜브 생산시 길이 방향으로 일체로 형성시켜 부력체의 안전성을 높힌다.
또한 부력체는 저수지 사정에 따라 일정 갯수의 모듈과 부력체를, 일정 단위의 유닛으로 조립을 하여 수상에 띄우는데, 태풍이나 파랑에 유닛 끼리의 충돌을 방지하고, 파력을 흡수하기 위하여 볼죠인트 연결대를 부력체에 부착하여 물의 요동에도 유연하게 대처한다.
알루미늄부력체는 햇빛을 반사하는 기능이 탁월하여 발전효율이 높으나, 부력체 사이의 빈공간에도 알루미늄반사판을 추가 설치하여 발전 효율을 향상 시킨다
또한 부력체 상부 표면에 작업자의 안전을 위하여 미끄럼 방지 장치를 한다.
또한 저수지의 상황에 따라 알루미늄 압출 튜브의 좌우 외주면에 평형유지판을 성형하여 물의 저항을 이용하여, 부력체의 수평을 유지 시킨다. 저수지 상태에 따라 수심이 낮고, 풍랑등에서 안전 할 경우에는 평형 유지판을 부착 하지 않을 수도 있다.
또한 도면 4, 5 와 같이, 다수의 부력체를 후레임 홀에 끼워 연결, 조립하여 후레임 연결형 부력체를 제작한다.
또한 내식성이 강하고 반영구적인 수명의 알루미늄 부력체및 구조물등 모든 알루미늄표면에 표면처리(Anodizing)를 하여 내부식성을 더욱 향상 시킨다..
또한 부력을 유지 하기 위하여, PE FORM등의 부력체를 사용하지 않고, 부력체 내부의 밀폐공기로 대체함으로, 공정단축및 제조원가를 절감 한다.
수상태양광발전시설은 육상과 달리 불안정한 수상에 설치됨으로, 부력체가 발전소의 성공여부를 결정하는 매우 중요한 부분이다.
본발명은 이를 달성하기 위하여 알루미늄압출 튜브의 양단을 알루미늄 마개로 밀폐 시킨 부력체를 이용하는 형태의 수상태양광알루미늄부력체를 제공하는 것이다.
본발명은 기존 수상태양광부력체의 환경 오염과 짧은 수명의 단점을 개선한 수상태양광알루미늄압출튜브부력체를 제공 함으로, 환경오염 방지, 반영구적인 수명, 이에 따른 경제성과 안전성을 제고 함으로, 국내외 수상태양광발전소 보급에 크게 기여 하여 지구환경 보호와 고용 창출, 관련산업 발전에 기여 할것이다.
또한 수산 해양산업, 수상 레져산업의 부력체로도 많이 이용될 것이다.

Claims (11)

  1. 알루미늄압출튜브의 양단을 마개로 밀폐 시킨
    수상태양광알루미늄부력체
  2. 청구항 1에서,
    구조물 고정용 브라켓이 압출 튜브에 일체로 성형된 부력체
  3. 청구항 1에서,
    부력체 상부에 모듈 고정용 구조물이 부착된 부력체
  4. 청구항 1에서,
    부력체 보호용 다리가 부력체 하부에 부착된 부력체
  5. 청구항 1에서,
    부력체 튜브 내부에 침수 예방및 튜브 강도 강화용 수개의 칸막이가 일체로 성형된 부력체
  6. 청구항 1에서,
    부력체 유닛 연결용 알루미늄 볼 죠인트가 포함된 부력체
  7. 청구항 1에서,
    발전효율을 향상 시키는 알루미늄 반사판이 설치된 부력체
  8. 청구항 1에서,
    부력체 상부에 작업자의 안전을 위한 미끄럼 방지 장치가 포함된 부력체
  9. 청구항 1에서,
    부력체에 평형 유지판이 일체로 부착된 부력체
  10. 청구항 1에서,
    다수의 부력체 연결을 위한 후레임이 포함된 부력체
  11. 청구항 1에서,
    부력 유지를 위하여 부력체 내부의 밀폐공기를 이용하는 부력체
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