JP2018502777A

JP2018502777A - 浮遊式水上太陽光発電装置

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Publication number: JP2018502777A
Application number: JP2017554222A
Authority: JP
Inventors: ヘンウイ; ビョンウイ; ジェサンイ; ジェアンイ; ドヒョンイ; シヒョンイ; チャンチョイ; ジュヒイ
Original assignee: ビーケーエナジーシーオー．，エルティーディー．
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2035-12-29
Also published as: US20180015989A1; WO2016108561A1; JP6744325B2; US11173988B2; KR101617384B1

Abstract

本発明は浮遊式水上太陽光発電装置に関するもので、より詳細には、水上で太陽光発電設備を支持するための浮力源として主柱を中心に同心円をなすように配置された合成樹脂素材のパイプからなる複数の環状浮遊体を利用して製作が容易で、経済的であり、さらに回転に有利な浮遊式水上太陽光発電装置に関するものである。

Description

自然環境の汚染が深刻化している中、環境にやさしいエネルギーを利用して電気を得ることができるようにする環境にやさしい発電施設の開発が活発に行われており、より具体的には、太陽光発電、風力発電、地熱発電などから少量の電気を得るレベルを越えて、従来の発電施設が生産していた電気を代替することができようにする方向に研究が行われている。

これに関して、最近には、太陽光発電施設が広く普及されているが、既存の発電手段を利用して得た電気エネルギーを上記太陽光発電施設を通じて補完するためには、上記太陽光発電施設を大規模に設置しなければならないという欠点があり、そのためには、広い平地が必要となるという問題点がある。

このような問題点を解決するために、最近には広い水面に太陽光発電設備を設置しようとする試みがなされている実情である。

水上太陽光発電設備は、一定の厚さと広い面積で形成され、複数の浮き具を支持台で相互連結して一定の大きさで水面に浮遊することができるようにした浮遊体に複数の太陽電池モジュールを等間隔で設置してなる大容量水上太陽光発電施設は、水面に設置される全ての浮遊体がそうであるように、波によって揺れる場合が多く、上記太陽光発電装置は太陽光を受ける位置と角度が重要であり、水面では太陽光を受ける位置と角度の固定が容易でないため、水位の変化に効果的に対処することが難しいという問題があり、太陽光を追従するための追跡装置が非常に複雑な問題などは依然として改善すべき問題点である。

従来技術として、大韓民国特許公報第１０−１１７１０００号（公告日：２０１２．８．８）の水上設置型太陽光追跡集光装置は、水面上に設置される浮上物体と、上記浮上物体の上端に逆三角形に形成されて、中央に空間部を形成し、その上端にベアリングを含む回転軸が形成された上部構造物と、太陽光を集光するソーラーモジュール板と、上面に上記ソーラーモジュール板が形成され、その下面中央部が上記回転軸上に固定されて左右に回動される回転板と、上記上部構造物の中央の空間部に形成され、上記回転軸を中心とする回転半径に基づいて形成されたローラーガイドと、上記ローラーガイドによって移動可能に形成された回転棒ローラーと、その一端が上記回転板の底面の両側に固定され、他側端が上記回転棒ローラーにヒンジ結合されるそれぞれの回転棒と、上記浮上物体上に形成されるモーターと、上記モータの回転運動を直線運動に変換するラックピニオンと、上記浮上物体上に形成され、上記ラックピニオンに結合されて左右方向に直線運動する従動パイプと、一側が上記従動パイプにヒンジ結合され、他側が上記回転棒ローラーにヒンジ結合されて、上記従動パイプが水平移動する時、上記回転棒ローラーを上記ローラーガイドに沿って回転半径に移動させるローラーリンクとを含む構成からなっている。

このような上記の構造では、ソーラーモジュール板を回転させるための構成が上部構造物に設置され、上部構造物の上端にベアリングを含む回転軸が形成されるため、大容量のソーラーモジュール板を設置するためには、たくさんの動力を必要とするため、管理費用をたくさん必要となり、その構造も複雑な構造からなっていて経済性が低下するという問題がある。

他の従来技術として、大韓民国特許公報第１０−２０１３−０１１７３０６号（公開日：２０１３．１０．２５）による追跡時水上太陽光発電システムは、一定の大きさで設置されて、水面に浮遊することができるようにした固定浮遊体と、上記固定浮遊体を水位変動時にも常に張りつめた状態で固定されるようにする可変型支持ロープと、上記固定浮遊体の内側に回転可能に設置され、上部の固定フレームに太陽電池モジュールが設置される回転浮遊体と、上記固定浮遊体の内側で回転浮遊体が回転されるようにする回転手段とを含み、上記回転手段は、太陽光位置追跡センサー及び方位角調整コントローラによって回転されて、太陽の追跡が行われるようにする制御部を含む構成からなっている。

しかしながら、上述した従来技術は回転浮遊体が一体型に大型円盤に形成されているため、製作が容易でなく、費用がたくさん必要となり、下部面全体が水と接触されるため、回転時の負荷がたくさんかかって回転にたくさんのエネルギーを必要とするという問題がある。

本発明は上述した従来技術における問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、水上で太陽光発電設備を支持するための浮力源として主柱を中心に同心円をなすように配置された合成樹脂素材のパイプからなる複数の環状浮遊体を利用して製作が容易で、経済的であり、さらに回転に有利な浮遊式水上太陽光発電装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、環状浮遊体をワイヤと巻取ドラムを利用して回転させることによって、動作が確実でありながらも製作が容易で、主柱にエア注入と排水構造を形成して、使用者の操作により昇降可能に構成されて、施工が容易な浮遊式水上太陽光発電装置を提供することにある。

上記のような目的を達するために、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、水上に設置される水上太陽光発電装置において、水上に垂直に突出した主柱を含む中央柱部と、上記主柱の高さ方向に沿って昇降可能であり、上記主柱を回転中心として回転可能に上記主柱に支持された中央回転部材と、水面に浮遊することができるよう形成され、上記主柱を中心に同心円をなすように配置される複数の環状浮遊体と、上記中央回転部材と上記複数の環状浮遊体とが一体に昇降及び回転可能にするとともに、上部に太陽光設備空間が形成されるように上記中央回転部材と上記複数の環状浮遊体とを相互連結する支持台と、太陽電池パネルを含んで構成され、上記支持台に設置される太陽光発電設備とを含み、上記環状浮遊体は合成樹脂素材からなる複数のパイプが単一閉曲線を形成するように相互連結されて構成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記複数の環状浮遊体は、中央部に配置される第１浮遊体グループと、上記第１浮遊体グループの外側に配置される第２浮遊体グループとに分けられ、第１浮遊体グループに属している環状浮遊体は直線状の上記複数のパイプがエルボー連結管を通じて相互連結されて、多角形状をなし、上記第２浮遊体グループに属している環状浮遊体は上記複数のパイプが外力によって曲がった状態で相互連結されて円形をなすことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記環状浮遊体のパイプのそれぞれは中空状に形成され、両端の連結部の内側に内部空間を密閉する隔壁が形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記主柱を回転中心として上記中央回転部材及び上記環状浮遊体を回転させる回転駆動手段と、太陽の方位によって上記太陽電池パネルが太陽を追跡することができるように上記回転駆動手段の作動を制御する中央制御部とをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記回転駆動手段は、上記支持台または最外側に配置された上記環状浮遊体の相互対向する両側にそれぞれの一端が連結された一対のワイヤと、上記支持台の外側で上記一対のワイヤの他端をそれぞれ反対方向に巻いたり解く巻取りドラムとを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記中央柱部は、上記環状浮遊体の下部位置における低層底面に備えられる複数の固定アンカーと、水上で上記主柱の位置が固定されるように上記複数の固定アンカーと上記主柱とを連結する支持ロープをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記主柱は、内部にエアポケットが形成され、下端部に一定の重量を有する重さブロックが備えられ、使用者の操作によって水中で垂直に昇降可能に上記エアポケットの内部に空気や水の注入及び排出が可能な注入口と排出口が備えられたことを特徴とする。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、上記中央柱部は、上記支持ロープに張力が保持されるように上記支持ロープに連結されるテンション調整おもりをさらに含む特徴とする。

本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の斜視図でである。本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の平面図である。本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の側面図である。本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の側面図である。本発明の一実施例に係る主柱の側面図である。本発明の一実施例に係る環状浮遊体の平面図である。本発明の第２実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の平面図である。本発明の第３実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の平面図である。本発明の第４実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の平面図である。

以下では、図面に示された実施例を参照して本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置をより詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の斜視図であり、図２は本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の平面図であり、図３及び図４は本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置の側面図であり、図５は本発明の一実施例に係る主柱の側面図であり、図６は本発明の一実施例に係る環状浮遊体の平面図である。

図１〜図６を説明すれば、本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置１は、中央柱部１０と、中央回転部材２０と、環状浮遊体３０と、支持台４０と、太陽光発電設備５０と、回転駆動手段６０と、中央制御部７０とを含む。

上記中央柱部１０は本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置の中心軸の役割を果たす構成で、主柱１１と、固定アンカー１２と、支持ロープ１３と、テンション調整おもり１４とを含んで構成されている。

上記主柱１１は、水上に垂直に突出される構成で、図５に示すように、内部にエアポケット１１１が形成され、上記主柱１１が平衡を保つことができるように下端部に一定の重量を有する重量ブロック１１２が備えられ、半潜水型で、使用者の操作によって水中で垂直に昇降可能に上記エアポケット１１１の内部に空気や水の注入及び排出が可能な注入口１１３と排出口１１４が備えられる。

上記主柱１１が水上に垂直に突出された状態では、環状浮遊体３０と支持台４０が相互連結された中央回転部材２０の中心に上記主柱１１を取り付けることが難しいので、上記主柱１１が水中に潜水されるようにし、上記中央回転部材２０、環状浮遊体３０及び支持台４０の組み立てを完了した後、上記主柱１１を水上に浮上させて上記中央回転部材２０の中心に挿入されるように施工するためである。

上記主柱１１が水中に潜水されるようにする方法は、上記注入口１１３に水を注入することにより、上記エアポケット１１１に水を満せばよく、上記主柱１１を浮上させる方法は、上記注入口１１３にエアを注入することにより、上記排出口１１４を通じて上記エアポケット１１１に満たされた水を排出し、上記エアポケット１１１が中空状態になるようにすればよい。

上記固定アンカー１２は上記環状浮遊体３０の下部位置における低層底面に複数備えられる構成で、水位の減少につれて上記環状浮遊体３０が下降される場合、上端部に上記環状浮遊体３０の下部面が当接して支持され、上記環状浮遊体３０が水平になることができるようにするとともに、水草の生息と魚類の生息産卵場が造成されることができる形状に形成されることが好ましい。

つまり、貯水池やダムの潭水量は雨水量及び使用量などによって変化され、さらに日照りが深刻な場合、貯水池などの水が枯れて、上記環状浮遊体３０が水平状態ではない貯水池の底に沈下し、そのため、上記太陽光発電設備５０が破損されるしかないが、上記固定アンカー１２を通じてこのような状況を予防し、普段は人工漁礁の役割を果たすことができるようにするものである。

上記固定アンカー１２は魚類の産卵場と生息地を形成する際に、水草の光合成作用を促進させ、水草林の造成に有利な製鋼スラグのコンクリート材料を使用することが好ましい。

また、図３及び図４に示すように、上記固定アンカー１２と上記主柱１１は、支持ロープ１３で連結されることによって、水上上記主柱１１の位置が固定されるようになる。

上記支持ロープ１３は、低層底面に備えられた複数の固定アンカー１２と上記主柱１１とを連結することにより、水上で上記主柱１１の位置が固定されるようにする構成である。

上記テンション調節おもり１４は上記支持ワイヤ１３に張力が保持されるように上記支持ワイヤ１３に連結される構成である。

即ち、上記テンション調節おもり１４は、水位が減少されることにより、上記主柱１１が下部に沈下する場合緩むことを防止する構成である。

上記中央回転部材２０は、上記主柱１１の高さ方向に沿って昇降可能であり、上記主柱１１を回転中心として回転可能に上記主柱１１に支持される構成である。

上記環状浮遊体３０は水面に浮遊することができるように形成され、複数が上記主柱１１を中心として同心円をなすように配置される構成である。

上記同心円をなすように配置される複数の環状浮遊体３０の構成により、上記環状浮遊体３０が水面と接触される面積が円板状の浮遊体に比べて相対的に少なく、回転時の負荷が少なくかかって相対的に少ないエネルギーでも上記環状浮遊体３０を回転させることができるようになる。

また、上記環状浮遊体３０は、その大きさが比較的大きいので、容易に製造するために、本発明の一実施例では、ＰＥ管のような合成樹脂素材からなる複数のパイプ３１が単一閉曲線を形成するように、パイプ３１の端部の突き合わせ融着などの方法で相互連結されて構成されている。

本発明の一実施例で、上記複数の環状浮遊体３０は、図６に示すように中央部に配置される第１浮遊体グループ３０ａと、上記第１浮遊体グループ３０ａの外側に配置される第２浮遊体グループ３０ｂとに分けられる。

上記第１浮遊体グループ３０ａに属している環状浮遊体３０は直線状の上記パイプ３１の複数がエルボー連結管３２を通じて相互連結され、多角形状をなすように構成されている。

即ち、第１浮遊体グループ３０ａの直径は上記第２浮遊体グループ３０ｂに比べて相対的に小さく、上記パイプ３１を曲げる方法で閉曲線を形成することは難しいので、上記エルボー連結管３２を媒介として閉曲線を形成することができるように構成されるものである。

本発明の一実施例で、上記第１浮遊体グループ３０ａの中央に位置された環状浮遊体３０は、容易に製作するために四角形をなすように構成し、その外側の環状浮遊体３０は８角形をなすように構成した。

また、上記第２浮遊体グループ３０ｂに属している環状浮遊体３０は、上記パイプ３１の複数が外力によって曲がった状態で相互連結されて円をなすように構成される。

即ち、第２浮遊体グループ３０ｂに属している環状浮遊体３０は直径が比較的に大きいので、外力によってある程度曲がることができ、上記第１浮遊体グループ３０ａとは異なり、エルボー連結管３２のような媒介構成が必要なくパイプ３１の相互間に直接連結されることができるものである。

また、本発明の一実施例で、上記環状浮遊体３０のパイプ３１のそれぞれは中空状に形成され、両端の連結部３３の内側に内部空間を密閉する隔壁３４が形成される。

上記隔壁３４の構成により、上記環状浮遊体３０を構成するパイプ３１の一部が破損されたり、連結部３３にリークが発生しても、上記環状浮遊体３０は、浮力を保持することができようになって安定性を保持することができるようになる。

上記支持台４０は、上記中央回転部材２０と上記複数の環状浮遊体３０とを相互に連結する構成で、上記支持台４０により上記中央回転部材２０と上記複数の環状浮遊体３０とが一体に昇降及び回転することができるとともに、上部に太陽光設備空間が形成される。

上記支持台４０は、上部に太陽光設備空間を形成しながらも重量を最小限に抑えることができるように、横方向フレーム４１と縦方向フレーム４２を格子状に配置して構成することが好ましい。

上記太陽光発電設備５０は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するための構成で、太陽電池パネル５１と、パネル連結ヒンジ５２と、パネル傾斜支持リンク５３と、点検用足場５４とを含んで構成される。

上記太陽電池パネル５１は太陽光を集光するための構成である。

上記太陽電池パネル５１には、高温時上記太陽電池パネルに水を散水することによって、温度を下げて、太陽光発電の生産性を向上させることができるスプリンクラー（図示せず）が設置されることができる。

上記パネル連結ヒンジ５２は、上記太陽電池パネル５１の前端部を上記支持台４０に連結する構成であり、上記パネル傾斜支持リンク５３は上記太陽電池パネル５１が一定の傾斜角を保持し、上記支持台４０に支持されることができるように上記太陽電池パネル５１の後端部と上記支持台４０とを連結する構成である。

上記パネル傾斜支持リンク５３によって形成される上記太陽電池パネル５１の傾斜角は２７°前後が好ましい。

上記点検用足場５４は、上記太陽電池パネル５１などの点検のために、使用者が通行することができるように上記支持台４０に一定の幅を有する構成である。

上記回転駆動手段６０は上記中央制御部７０によって制御され、上記主柱１１を回転中心として上記中央回転部材２０及び上記環状浮遊体３０を回転させる構成で、本発明の一実施例で、上記回転駆動手段６０はワイヤ６１と巻取ドラム６２とを含んで構成される。

上記ワイヤ６１は、第１ワイヤ６１１と第２ワイヤ６１２の一対で構成されて、上記支持台４０または最外側に配置された上記環状浮体３０の相互対向される両側にそれぞれの一端が連結され、他端は上記巻取ドラム６２に連結される構成である。

上記巻取ドラム６２は、上記支持台４０の一側の外側に配置されて上記一対のワイヤ６１の他端をそれぞれ反対方向に巻いたり解く構成である。

即ち、上記巻取ドラム６２は、上記第１ワイヤ６１１を巻く場合には上記第２ワイヤ６１２を解き、上記第１ワイヤ６１１を解く場合には上記第２ワイヤ６１２を巻くことによって、最終的に、本発明の一実施例に係る回転駆動手段６０は上記中央制御部７０によって制御され、上記環状浮遊体３０を太陽の方位、即ち時間に応じて決められた正確な角度で時計回り方向または反時計回り方向に回転させることができるようになる。

上記中央制御部７０は太陽の方位に応じて上記太陽電池パネル５１が太陽を追跡することができるように、上記回転駆動手段６０の作動を制御する構成である。

以上では、本発明の一実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置を説明したが、図７〜図９を参照して、本発明の第２実施例、第３実施例及び第４実施例に係る浮遊式水上太陽光発電装置を説明する。

図７の第２実施例は本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置の２つの１、１ `を連動した実施例を図示したものであり、図８の第３実施例は本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置の３つの１、１`、１``を連動した実施例を図示したものであり、図９の第４実施例は本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置の４つの１、１`、１``、１```を連動した実施例を図示したものである。

即ち、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、本発明の一実施例のように、独立型で水上に設置されることもでき、本発明の第２実施例〜第４実施例のように複数の装置が連動するように設置されることもできる。

以上で説明され、図面に示された浮遊式水上太陽光発電装置は、本発明を実施するための一つの実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものに解釈してはならない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求範囲に記載された事項によって定められ、本発明の要旨を逸脱することなく、改良及び変更された実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって自明であれば本発明の保護範囲に属するとすべきである。

上記のような構成によって、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、同心円を形成する合成樹脂素材のパイプからなる複数の環状浮遊体の構成によって、複数の環状浮遊体を利用して製作が容易で、経済的であり、さらに回転に有利な長所がある。

また、本発明に係る浮遊式水上太陽光発電装置は、環状浮遊体をワイヤ及び巻取ドラムを利用して回転させることによって動作が確実でありながらも製作が容易で、主柱にエアの注入及び排水構造を形成して、使用者の操作によって昇降可能に構成されて施工が容易な利点がある。

Claims

水上に設置される水上太陽光発電装置において、
水上に垂直に突出した主柱を含む中央柱部と、
前記主柱の高さ方向に沿って昇降可能であり、前記主柱を回転中心として回転可能に前記主柱に支持された中央回転部材と、
水面に浮遊することができるように形成され、前記主柱を中心に同心円をなすように配置される複数の環状浮遊体と、
前記中央回転部材と前記複数の環状浮遊体とが一体で昇降及び回転可能にするとともに、上部に太陽光設備空間が形成されるように前記中央回転部材と前記複数の環状浮遊体とを相互に連結する支持台と、
太陽電池パネルを含んで構成されて、前記支持台に設置される太陽発電設備とを含み、
前記環状浮遊体は、合成樹脂素材からなる複数のパイプが単一閉曲線を形成するように相互連結されて構成されたことを特徴とする浮遊式水上太陽光発電装置。
前記複数の環状浮遊体は、中央部に配置される第１浮遊体グループと、前記第１浮遊体グループの外側に配置される第２浮遊体グループとに分けられ、
第１浮遊体グループに属している環状浮遊体は直線状の前記複数のパイプがエルボー連結管を通じて相互連結され、多角形状をなし、
前記第２浮遊体グループに属している環状浮遊体は前記複数のパイプが外力によって曲がった状態で相互連結され、円形をなすことを特徴とする請求項１に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記環状浮遊体のパイプのそれぞれは、中空状に形成され、両端連結部の内側に内部空間を密閉する隔壁が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記主柱を回転中心として前記中央回転部材及び前記環状浮遊体を回転させる回転駆動手段と、
太陽の方位に応じて前記太陽電池パネルは太陽を追跡することができるように前記回転駆動手段の作動を制御する中央制御部とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記回転駆動手段は、前記支持台または最外側に配置された前記環状浮遊体の相互対向される両側にそれぞれの一端が連結された一対のワイヤと、前記支持台の外側で前記一対のワイヤの他端をそれぞれ反対方向に巻いたり解く巻取ドラムとを含むことを特徴とする請求項４に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記中央柱部は、前記環状浮遊体の下部位置における低層底面に備えられる複数の固定アンカーと、水上で前記主柱の位置が固定されるように前記複数の固定アンカーと前記主柱とを連結する支持ロープとをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５の中の何れか一項に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記主柱は、内部にエアポケットが形成され、下端部に一定の重量を有する重さブロックが備えられ、使用者の操作によって水中で垂直に昇降可能に前記エアポケットの内部に空気または水の注入及び排出が可能な注入口と排出口が備えられることを特徴とする請求項６に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。
前記中央柱部は、前記支持ロープに張力が保持されるように前記支持ロープに連結されるテンション調整おもりをさらに含む構成を特徴とする請求項６に記載の浮遊式水上太陽光発電装置。