KR101721373B1 - 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템 - Google Patents

부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템에 관한 것으로, 수면에 부유되는 메인부유구조체; 상기 메인부유구조체에 설치되며, 태양전지모듈들을 포함하는 태양광발전장치; 수면에 부유되는 보조부유구조체; 상기 보조부유구조체에 설치되며, 상기 태양광발전장치에서 발전된 직류전류를 교류로 변환시키고 승압시키는 전력변환장치; 육상에 설치되며, 상기 전력변환장치에서 공급되는 승압된 교류전력을 배전계통으로 송전하는 송전장치;를 포함하는 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 설치 비용을 대폭 감소시키고 송전 전력 손실을 줄이게 된다.

Description

부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템 {POWER CONVERTING APPARATUS FOR A FLOATING SOLAR POWER GENERATING SYSTEM}
본 발명은 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수상태양광발전시스템에서 수상에 부유하여 설치하는 전력변환장치에 관한 것이다.
현재 탄화수소계 화석에너지자원의 유한성에 의한 자원고갈 문제와 함께 그것의 사용으로 인해 배출되는 온실가스의 증가로 지구환경에 미치는 나쁜 영향이 점점 커지고 있고 나아가 인류의 생존을 위협할 지경에 이르렀다. 또한 원자력발전 역시 자원의 고갈 문제와 함께 체르노빌원전과 후쿠시마원전의 경우에서 보듯이 만약의 사고 시 지구환경에 미치는 영향과 인류의 생존에 미치는 위협이 크다.
위와 같은 이유로 전 세계적으로 환경오염이 없고 지속기간이 무한한 태양광, 풍력, 조력발전 등 재생에너지의 이용이 점점 증대되고 있다. 재생에너지 중에서도 태양에너지는 전 지구상의 사람이 거주하는 곳에 고르게 분포하고 있고 태양의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸므로 태양광발전이 가장 효과적인 반면, 태양의 빛에너지는 에너지밀도가 낮아 넓은 면적이 필요하다.
지금까지의 태양광발전설비는 염전, 농지, 임야 등에 설치되고 있으나, 이것들은 재생에너지의 이용이라는 순기능 이외에 농지전용, 산림파괴라는 또 다른 환경문제를 야기하고 있으며, 한정된 토지자원을 가지고 인간생활과 경합하므로 지역주민들에게 환영 받지 못하고 각종 민원 제기 등으로 난관에 봉착해있다. 그래서 한정된 토지자원을 가지고 인간과 경합하지 않으며 농지전용이나 산림파괴 같은 환경에의 악영향이 없는 사막지역이나 수상에서의 태양광발전에 대한 연구가 활발하고 일부 적용되고 있다.
호수나 강 또는 바다의 수면에 설치한 태양광 발전설비를 수상 태양광 발전 시스템이라고 하는데 이것은 사람과 토지를 경합하지 않아 친인간적이며, 호수나 강에 설치 시 태양에너지의 수중에의 입사를 제한함으로서 물의 온도상승을 억제하여 증발량을 줄여 담수량을 보전하는데 도움이 되며 주변지역의 안개피해를 줄이게 된다. 또한, 수상태양광발전시스템의 음영에 의한 온도차로 물의 대류를 촉진하여 녹조를 방지하는 등 수질개선에 효과가 있고 수상태양광발전시스템에 의한 그늘이 어류에게 산란장소를 제공함으로서 어족자원을 보호, 육성하게 된다.
도 1은 종래의 수상태양광발전시스템의 일예를 도시한 측면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 수상태양광발전시스템은 호수, 강, 또는 바다 등의 수면에 띄워지는 부유구조체(10)와, 부유구조체(10)가 바람이나 물의 흐름에 따라 수평으로 움직이지 않도록 수면에 고정시키는 계류장치(20)와, 부유구조체(10)의 상부에 설치되는 장착프레임(30)과, 장착프레임(30)에 설치되어 태양에너지로 전력을 생산하는 다수 개의 태양전지모듈(M)들을 포함하는 태양광발전장치(40)와, 육상에 설치되어 태양전지모듈(M)들에서 발전되는 저압직류전력을 교류로 변환시키고 승압시켜 전력회사의 배전계통으로 송전하는 전력변환송전장치(50)를 포함한다.
태양광발전장치(40)의 태양전지모듈(M)들은 다수 개의 그룹으로 구획하여 각 그룹의 태양전지모듈(M)들이 인버터의 입력전압에 맞추어 직렬로 연결되고, 이 단위태양전지스트링들은 다수 개의 그룹으로 나누어지며 그 각 그룹을 태양전지스트링어레이라 하며, 태양전지스트링어레이의 단위태양전지스트링들에서 출력되는 직류전력은 접속반에서 병합된다.
전력변환송전장치(50)는 접속반에서 전송된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 복수 개의 인버터유닛(51)들과, 인버터유닛(51)의 부하단을 보호하는 차단기유닛(52)과, 인버터유닛(51)에서 변환된 전력을 계통전압으로 승압시키는 변압기유닛(53)과, 회로를 개폐하는 개폐기유닛(54)과, 전력을 거래하기 위한 계량기유닛(55), 전력계통과 보호협조를 위한 보호계전유닛(56), 태양광발전시스템의 운전상태를 감시하는 모니터링유닛(57) 등을 포함한다.
태양광발전장치(40)의 접속반들은 다수 개의 그룹으로 나누어지며 각 접속반그룹은 전력변환송전장치(50)의 인버터유닛(51)에 연결된다. 접속반 그룹의 각 접속반과 인버터유닛(51)은 케이블(60)에 의해 연결되며, 그 케이블(60)은 접속반의 병합된 저압직류전력을 인버터유닛(51)으로 전송하기 위하여 방수성 및 유연성을 가지는 굵은 특수케이블이 사용된다. 즉, 한 개의 접속반 그룹은, 복수 개의 케이블(60)들(접속반 그룹을 구성하는 접속반의 수)에 의해 한 개의 인버터유닛(51)에 연결된다.
이와 같은 수상태양광발전시스템은, 태양 빛에 의해 태양광발전장치(40)의 태양전지모듈(M)들에서 각각 전력을 발생시키게 되면 각 태양전지모듈(M)에서 발생되는 직류전력은 단위 태양전지 스트링들을 통해 흐르게 된다. 단위 태양전지 스트링들을 통해 흐르는 직류전력은 태양전지 스트링 어레이 별로 각 접속반에서 병합된다. 각 접속반에서 병합된 직류전력은 접속반 그룹 별로 케이블(60)들을 통해 전력변환송전장치(50)의 각 인버터유닛(51)으로 출력된다. 인버터유닛(51)에서 직류전력을 교류전력으로 변환시키고 변압기유닛(53)에서 계통전압으로 승압시켜 전력회사의 배전계통으로 송전하게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 수상태양광발전시스템은, 수상에 위치하는 태양광발전장치(40)의 태양전지모듈(M)들에서 발전되는 저압직류전력이 각 접속반에서 병합되어 케이블(60)들을 통해 육상에 설치된 전력변환송전장치(50)의 인버터유닛(51)들로 흐르게 되므로 많은 수의 특수케이블들이 사용되고, 또한 일반적으로 태양광발전장치가 수심이 깊은 호수의 가운데 부분에 위치하게 되어 케이블(60)의 길이가 길게 되며, 접속반에 병합된 저압직류전력을 인버터유닛(51)으로 송전하기 위하여 굵은 케이블이 사용된다.
이로 인하여, 수상태양광발전시스템을 설치 시 케이블(60)의 비용이 크게 상승되는 문제점이 있다. 특히, 발전용량이 큰 수상태양광발전시스템을 설치할 경우 그에 따른 케이블의 비용이 크게 증가하여 수상태양광발전시스템이 친환경적이고 친인간적임에도 불구하고 그것의 설치비용이 육상의 경우보다 커서 설치가 확대되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 설치비용을 대폭 감소시키고 송전 전력 손실을 줄이는 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템은, 수면에 부유되는 메인부유구조체와, 상기 메인부유구조체에 설치되며, 태양전지모듈들을 포함하는 태양광발전장치와, 수면에 부유되는 보조부유구조체와, 상기 보조부유구조체에 설치되며, 상기 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 교류로 변환시키고 고압으로 승압시키는 전력변환장치 및 육상에 설치되며, 상기 전력변환장치에서 공급되는 고압 교류전력을 배전계통으로 송전하는 송전장치를 포함한다.
구체적으로, 상기 전력변화장치는 인버터유닛과 변압기유닛을 포함한다.
구체적으로, 상기 전력변환장치와 송전장치는 고압 케이블에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 전력변환장치를 설치하는 베이스플레이트의 가장자리에 수직 방향으로 결합되는 보호방벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 전력변환장치는 보호하우스에 수납되고, 상기 보호하우스는 더위나 추위 또는 습기로부터 전력변환장치를 보호할 수 있도록 밀폐형 또는 순환형 또는 보온형 중 어느 하나 이상의 형태를 포함하고, 상기 보호하우스는 경사지붕 또는 평면지붕 또는 돔형 지붕 또는 컨테이너 또는 철재박스 중 어느 하나 이상의 형태를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 전력변환장치를 충격마운트 위에 설치하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 충격마운트는 다수개의 충격마운트 상하에 가대를 붙여서 방진가대를 만들어 사용하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템은, 전력변환장치가 태양광발전장치에 인접하게 수상에 위치하고 송전장치가 육상에 설치되므로 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 전력변환장치의 인버터유닛으로 송전하는 저압 케이블들의 길이가 짧게 할 수 있고, 또한 전력변환장치에서 고압으로 승압하여 고압케이블을 통해 육상에 설치된 송전장치로 고압으로 송전하기 때문에 전력 손실을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력변환장치가 태양광발전장치에 인접하게 수상에 위치하고 송전장치가 육상에 설치되어 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 전력변환장치의 인버터유닛으로 송전하는 저압 케이블들의 길이가 짧게 되고 아울러 전력변환장치에서 승압된 고압전력을 한조(3상전력의 경우 3가닥)의 고압 케이블에 의해 송전장치에 연결되기 때문에, 저압 케이블들의 사용량을 대폭 줄이게 되어 수상태양광발전시스템의 설치비용을 절감시키는 효과가 있다.
또한, 저압 케이블들을 물속이 아닌 수상에 배선이 가능하기 때문에 케이블의 선정이 자유롭고 배선작업과 유지보수가 수월하게 되는 효과가 있다.
또한, 충격마운트를 전력변환장치의 하부에 설치하여 높은 파도나 홍수시 다양한 부유물질, 선박 등의 충돌 시 충격을 흡수하여 전력변환장치를 안전하게 보호할 수 있고, 로프길이조절장치를 통해 로프의 장력을 신축성 있게 조절이 가능하며, 승강장치를 통해 보조부유구조체가 수심에 따라 자유롭게 일정한 높이에 고정할 수 있기 때문에, 수위에 관계없이 전력변환장치를 안전하게 운전 관리하는 것이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수상태양광발전시스템의 일예를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템을 도시한 측면도이다,
도 3은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치의 제1 실시예를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치의 제2 실시예를 도시한 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치를 충격마운트 위에 설치한 것을 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시된 충격마운트의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치를 수상에 위치시키는 제1 실시예를 도시한 측면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치를 수상에 위치시키는 제2 실시예를 도시한 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템을 도시한 측면도로서, 본 발명에 따른 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템의 일 실시예는, 메인부유구조체(100), 태양광발전장치(200), 보조부유구조체(300), 전력변환장치(400), 송전장치(500)를 포함한다.
메인부유구조체(100)는 강, 호수, 댐, 또는 바다 등 호소의 수면에 부유된다. 메인부유구조체(100)의 일예로, 메인부유구조체(100)는 복수 개의 부력재(110)와, 부력재(110)들의 상부에 결합되는 베이스프레임(120)을 포함한다. 부력재(110)는 내부 공간이 빈 용기나 스치로폴등 물에 뜨는 재질이 될 수 있다. 메인부유구조체(100)에 계류장치(130)가 연결됨이 바람직하다. 계류장치(130)는 메인부유구조체(100)가 바람이나 물의 흐름에 의해 수평 방향으로 움직이는 것을 제한하게 할 뿐만 아니라 수면의 높이 변화에 따라 메인부유구조체(100)가 상하로 자유롭게 움직일 수 있게 한다. 계류장치(130)의 일예로, 계류장치(130)는 강이나 호수의 바닥에 고정되는 앵커(131)와, 앵커(131)에 연결됨과 아울러 메인부유구조체(100)에 걸쳐지는 로프(132)와, 로프(132)의 단부에 연결되는 로프길이조절장치(133)를 포함한다. 계류장치(130)는 다양하게 구현될 수 있다.
태양광발전장치(200)는 태양전지모듈(M)들을 포함한다. 태양광발전장치(200)는 메인부유구조체(100)에 설치된다. 메인부유구조체(100)의 베이스프레임(120)에 장착프레임(210)이 설치되고, 장착프레임(210)의 상부에 태양전지모듈(M)들이 설치된다. 저압케이블(220)은 태양광발전장치(200)에 발생되는 전력을 전력변환장치 (400)에 공급한다. 태양전지모듈들을 직렬로 연결한 단위태양전지스트링들은 접속반에서 병합된다. 단위태양전지스트링은 설정된 개수의 태양전지모듈(M)들이 연결된다. 접속반들 또한 설정된 개수로 구성된다. 단위태양전지스트링들, 접속반들은 인버터 입력전압과 태양광발전장치의 발전용량에 따라 정해진다.
보조부유구조체(300)는 수면에 부유된다. 보조부유구조체(300)는 메인부유구조체(100)에 인접하게 위치하는 것이 바람직하다. 보조부유구조체(300)의 일예로, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 보조부유구조체(300)는 복수 개의 부력체(310)들과, 부력체(310)들의 상부에 결합되며 전력변환장치(400)가 설치되는 베이스플레이트(320)와, 베이스플레이트(320)의 가장자리에 수직 방향으로 결합되는 보호방벽(330)을 포함한다. 부력체(310)는 내부 공간이 빈 용기나 스치로폴 등 물에 부유되는 부재가 될 수 있다. 보조부유구조체(300)의 다른 실시예로, 전력변환장치(400)를 감싸는 보호하우스(340)을 포함한다. 보조부유구조체(300)의 다른 실시예로, 보조부유구조체(300)는 바지선이 될 수도 있다.
전력변환장치(400)는 태양광발전장치(200)에서 발전된 직류전류를 교류로 변환시키고 승압시킨다. 전력변환장치(400)는 인버터유닛(410), 변압기유닛(430)을 구성되며, 개폐기유닛(440)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
인버터유닛(410)은 태양광발전장치(200)에서 저압 케이블(230)들에 의해 공급되는 저압직류전류를 교류전력으로 변환시킨다. 인버터유닛(410)은 태양광발전장치(200)의 용량에 따라 복수 개 구비된다.
변압기유닛(430)은 인버터유닛(410)에서 변환된 교류전력을 고압으로 승압시킨다. 여기서 고압이란 각 나라의 전압분류 기준에 의한 고압의 범위를 말하는 것이 아니고 인버터유닛의 출력전압보다 높은 전압을 의미한다.
차단기유닛(420)은 인버터유닛(410)이나 변압기유닛(430)의 출력측에 연결되어 인버터유닛(410)이나 변압기유닛(430)에 과도전류가 유입될 때 그 전류를 차단시켜 기기를 보호하며 보수점검시 회로를 분리할 수 있게 한다.
개폐기유닛(440) 또한 회로에 이상 전력이 흐를 때 회로를 개폐하면서 회로를 보호하며, 육상의 송전장치로 전력을 공급하거나 차단하도록 회로를 개폐한다. 전력변환장치(400)에는 모니터링유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.
송전장치(500)는 육상에 설치된다. 송전장치(500)는 전력변환장치(400)에서 공급되는 고압교류전력을 그대로 또는 재차 승압하여 배전계통으로 송전한다. 송전장치(500)는 전력을 거래하기 위한 계량기유닛(510), 배전계통과 보호협조를 위한 보호계전유닛(520) 등을 포함한다.
전력변환장치(400)와 송전장치(500)는 고압 케이블(450)에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 전력변환장치(400)의 변압기유닛(430)에서 승압된 고압전력을 한 조의 고압 케이블(450)을 통해 송전장치(500)로 송전하며, 그 송전장치(500)로 송전된 고압전력은 계량기유닛(510)을 거쳐 배전계통으로 송전한다.
도 3은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치의 제1 실시예를 도시한 측면도로서, 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템을 구성하는 부유형 전력변환장치의 제1 실시예는, 수상에 설치되는 보조부유구조체(300)에는 전력변환장치(400)와 전력변환장치(400)가 설치되는 베이스플레이트(320)와 전력변환장치(400)를 수납하는 보호하우스(340)를 포함한다.
수상의 수면에는 항상 물결이 일고 태풍등에 의한 폭풍우가 몰아칠 때는 큰 파도가 일어 물보라가 전력변환장치(400)를 직접 덮치거나 비산 물방울이 전력변환장치(400)의 내부로 침입할 우려가 있다. 전력변환장치(400)를 구성하는 인버터유닛(410)과 변압기유닛(430)에 물이 접촉하면 지락이 일어나 개폐기가 차단되거나 또는 절연파괴를 일으켜 기기가 소손 될 우려가 있다. 보호하우스(340)는 경사지붕 외에 평면지붕, 돔형지붕 등 다양한 재료로 다양하게 제작할 수 있다. 또한 보호하우스(340)의 대용으로 컨테이너나 철재박스가 사용될 수도 있다.
또한 상기 보호하우스(340)는 더위나 추위 또는 습기로부터 전력변환장치를 보호할 수 있도록 밀폐형 또는 순환형 또는 보온형 중 어느 하나 이상의 형태를 포함하여 사용할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치의 제2 실시예를 도시한 측면도이다.
폭풍우에 의한 큰 파도가 직접 보호하우스(340)를 타격하지 않도록 베이스플레이트(320)의 외각에 보호방벽(330)을 더 구비한 경우이다. 보호방벽(330) 하부에는 넘어 들어온 물이 빠져나가도록 다수개의 작은 구멍을 뚫어 두는 것이 바람직하다. 보호방벽(330)은 보수점검시 사람이 추락하는 것을 방지하는 역할도 하도록 1200MM 이상의 높이로 설치하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템을 구성하는 부유형전력변환장치를 충격마운트 위에 설치하는 일 실시예를 도시한 개념도로서, 전력변환장치를 충격마운트(360) 위에 설치하였다. 육상에서 전력변환장치는 기계적운동이 없는 정지기이기 때문에 별도의 방진장치가 없이 설치된다. 그러나 호소의 수면에 부유하는 부유구조체에 전력변환장치를 설치할 때는 파도에 의한 충격과 홍수시의 부유물질이나 선박 등의 충돌에 의한 충격으로부터 전력변환장치(400)를 보호할 필요가 있다. 호소는 항상 물결이 일어 출렁거리게 되고 부유구조체에 탑재된 전력변환장치(400)는 다양한 방향에서 크고 작은 충격을 계속해서 받게 된다. 부유구조체가 충격을 받게 되면 충격이 전력변환장치에 전달되고 조립에 사용된 볼트들이 헐거워지게 된다. 또 전력변환장치를 구성하는 인버터유닛(410)과 변압기유닛(430)의 고체절연물질에 미세한 균열이 생기게 되고 점차 균열이 확대되어 가다가 마침내 기계적 강도를 상실하여 절연거리를 유지하지 못하게 되면 지락, 단락 등 절연파괴에 이르게 되어 소손하게 된다.
호소에서의 파도의 크기는 연면거리와 바람의 세기에 의해 영향 받으며 연면거리가 클수록 바람이 셀수록 파도는 커진다. 즉 호수가 넓고 풍속이 높을수록 파도가 커진다. 부유구조체는 풍하중에 대해 선형적인 탄성거동을 하며 이것은 수평방향으로 반복적인 충격이 가해짐을 의미한다. 따라서 부유구조체에 탑재된 전력변환장치에는 파도에 의한 상하로의 충격과 탄성거동에 의한 수평방향으로의 충격이 반복적으로 가해짐을 알 수 있다. 태풍 등의 폭풍우가 불 때는 큰 파도가 일고 탄성거동도 커지게 되므로 전력변환장치에는 다양한 방향에서 큰 충격이 반복적으로 가해지게 된다.
부유구조체 위에 탑재되는 전력변환장치(400)는 충격마운트(360) 위에 설치되어야 하며 충격마운트(360)는 높은 파도의 충격에 의해 전력변환장치가 전도되지 않도록 수직방향으로 움직임이 제한되는 구조인 것이어야 한다. 충격마운트(360)는 탄성거동에 의한 수평방향의 충격뿐만 아니라 홍수시의 부유물질의 충돌에 의한 충격과 유지관리용 선박이나 유희용 선박 등의 충돌에 의한 충격도 옆으로 밀려나가지 않도록 수평방향의 하중에도 충분한 강도의 것이 설치되어야 한다. 충격마운트(360)는 예상되는 충격의 강도와 변위 및 주파수를 고려하여 선정해야 되며 이것들은 설치되는 지역과 호수의 넓이에 따라 다르므로 설치되는 지역의 기상정보를 반영하여 설계한 결과에 따라 선정되어야 한다. 충격마운트(360)의 설치는 예시한 방법 외에 다수개의 충격마운트(360)의 상하에 가대를 붙여 방진가대를 만들고 그 위에 전력변환장치를 설치할 수도 있다. 충격마운트(360)는 전력변환장치(400)를 구성하는 각 기기에 개별로 설치할 수도 있고 각 기기를 하나의 프레임 위에 설치하고 프레임 밑에 충격마운트(360)를 설치할 수도 있다. 충격마운트(360)는 방진매트나 방진패드가 사용될 수도 있다. 충격마운트(360)는 다양하게 설치할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템을 구성하는 부유형 전력변환장치에 적용할 충격마운트의 다양한 실시예를 나타낸 측면도로서, 도 6의 a는 스프링(362) 상부에 스틸 플레이트(361a)가 결합된 충격마운트(360a)를 도시하였고. 도 6의 b는 일정두께를 갖는 고무(364)의 상부에 레벨링 볼트(363)가 결합되고 하부에는 스틸 플레이트(365b)가 결합된 충격마운트(360b)를 도시하였다. 이외에도 충격마운트(360)는 공기를 이용하여 제작하기도 하고, 스프링, 고무 및 공기 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있도록 이들을 조합하여 제작하기도 한다. 충격마운트(360)는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수도 있다. 충격마운트(360)는 다양하게 구성할 수 있다.
전력변환장치(400)를 탑재한 보조부유구조체(300)에 계류장치(130)가 연결된다. 계류장치(130)는 보조부유구조체(300)가 바람이나 물의 흐름에 의해 수평 방향으로 움직이는 것을 제한하게 할 뿐만 아니라 수면의 높이 변화에 따라 보조부유구조체(300)가 상하로 자유롭게 움직일 수 있게 한다.
도 7은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치를 수상에 위치시키는 제1 실시예를 도시한 측면도로서, 계류장치(130)의 제1 실시예는 강이나 호수의 바닥에 고정되는 앵커(131)와, 앵커(131)에 연결됨과 아울러 보조부유구조체(300)에 연결되는 로프(132)와, 로프(132)의 신축을 조절하는 로프길이조절장치(133)를 포함한다. 로프(132)의 신축을 조절하는 방법으로는 로프(132)의 한쪽 단부에 무게추를 달거나 권상기를 설치하는 등 다양하게 구성할 수 있다. 계류장치(130)의 제1 실시예는 수심이 깊은 댐이나 바다 등에 설치하는 것이 바람직하다.
도 8은 도 1에 도시된 부유형 전력변환장치를 수상에 위치시키는 제2 실시예를 도시한 측면도로서, 계류장치(130)의 제2 실시예는 계류장치(130)가 수중 지반에 고정되도록 하는 복수 개의 기둥(350)들과, 수면의 높이에 따라 보조부유구조체가 상하로 움직이도록 보조부유구조체와 복수 개의 기둥들을 연결하는 승강장치를 포함한다. 승강장치(355)는 가이드부재를 따라 오르내리는 롤러기구가 될 수 있다. 승강장치는 다양하게 구성할 수 있다. 승강장치(355)는 보조부유구조체(300)나 전력변환장치(400)를 물가로 이동하여 정비할 수 있도록 보조부유구조체(300)의 탈착이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한 승강장치(355)는 보조부유구조체(300)를 일정높이에 고정할 수 있는 고정수단을 구비하는 것이 바람직하다. 계류장치(130)의 제2 실시예는 수심이 낮은 저수지나 방조제 등에 설치하는 것이 바람직하다.
메인부유구조체(100)와 보조부유구조체(300)는 연결수단(미도시)에 의해 서로 연결될 수도 있다. 연결수단은 로프나 막대부재가 될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템의 작용과 효과를 설명한다.
먼저, 태양 빛에 의해 메인부유구조체(100)에 설치된 태양광발전장치(200)의 태양전지모듈(M)들에서 각각 전력을 발생시키게 되면 각 태양전지모듈(M)에서 발생되는 직류전력은 단위태양전지스트링(201)들을 통해 흐르게 된다. 단위태양전지스트링(201)들을 통해 흐르는 직류전력은 태양전지스트링어레이(A) 별로 각 접속반(220)에서 병합된다. 각 접속반(220)에서 병합된 직류전력은 접속반그룹 별로 저압 케이블(230)들을 통해 태양광발전장치(200)와 인접하도록 수상에 위치한 전력변환장치(400)의 각 인버터유닛(410)으로 송전된다. 인버터유닛(410)에서 직류전력을 교류전력으로 변환시키고 변압기유닛(430)에서 고압으로 승압시킨다. 전력변환장치(400)에서 변환된 고압 교류전력은 고압 케이블(450)을 통해 송전장치(500)로 송전되고 송전장치(500)를 거친 고압전류는 전력회사의 배전계통으로 송전된다.
본 발명은 전력변환장치(400)가 태양광발전장치(200)에 인접하게 수상에 위치하므로 태양광발전장치(200)에서 발전된 직류전력을 전력변환장치(400)의 인버터유닛(410)으로 송전하는 저압 케이블(230)들의 길이가 짧게 되어 케이블 비용을 감소시키게 되고 저압 케이블(230)들을 물속이 아닌 수상에 배선이 가능하게 되어 배선 작업이 수월하게 된다. 또한 태양광발전장치에서 발전한 전력을 전력변환장치(400)에서 고압 교류로 변환하여 고압 케이블(450)을 통해 육상에 설치된 송전장치(500)로 송전하므로 전력 손실을 감소시키게 된다.
또한, 본 발명은 충격마운트(360) 위에 전력변환장치를 설치하여 폭풍우가 불 때의 높은 파도에 의한 상하 방향의 충격과 탄성거동에 의한 수평방향의 충격을 완화시키고, 홍수시의 부유물질의 충돌에 의한 충격과 유지관리용 선박이나 유희용 선박 등의 충돌에 의한 충격도 완화시키게 된다. 충격마운트 위에 전력변환장치를 설치하면 전력변환장치 구성기기의 수명이 보장하게 된다.
아래의 표 1은 종래 수상태양광발전시스템과 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템의 전력 케이블 소요량 비교를 예시한 것이다.
조건 1. 선로긍장 800M 2. 허용전압강하 3%
3. 접속반용량 110 Kw 분할
전압강하 계산식: E = A*L*1/ 1000*S
A; 단상 2선식 = 35.6 3상 3선식 = 30.8 3상 4선식 = 17.8(단상3선식)
E: 전압강하(V) L: 변압기 2차측부터의 거리 또는 인입선 접속점(M)
I : 전류(A) S: 전선의 단면적(MM2)
발전용량 5Mwp 20Mwp
송전전압 직류 716V 삼상교류 22900V 직류 716V 삼상교류 22900V
소요케이블 UW-3PN Cable
240sq/1C 90가닥		 F-CNCV-W Cable
60sq/1C 3가닥		 UW-3PN Cable
240sq/1C 360가닥		 F-CNCV-W Cable
240sq/1C 3가닥
소요배관재 ELP PIPE 80C
40LINE		 ELP PIPE 125C
1LINE		 ELP PIPE 80C
160LINE		 ELP PIPE 80C
1LINE
위 표 1은 중규모설비라고 할 수 있는 5MW와 대규모설비인 20MW의 경우에 대하여 종래 수상태양광발전시스템과 본 발명을 비교하여 계산한 값으로, 종래 수상태양광발전시스템의 직류저압전력의 전압은, 저압의 범위가 직류 750V이므로 750V로 본 발명의 전력변환설비의 고압교류전력의 전압은 한국의 전력회사 배전계통전압인 22900V로 하고, 전력케이블 길이는 800M 허용전압강하 3%이하로 동일한 조건으로 비교하였다.
표 1에서와 같이 종래 수상태양광발전시스템에서는 5MW 발전시설에서 전력케이블은 240㎟ 90가닥이 필요하고 보호전선관도 직경 80mm 40개가 필요한 반면, 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템에서는 60sq 3가닥에 보호전선관도 직경 125mm 1개가 필요할 뿐이다. 또한, 20MW 발전시설에서 전력케이블은 240㎟ 360가닥이 필요하고 보호전선관도 직경 80mm 160개가 필요한 반면, 본 발명에 따른 수상태양광발전시스템에서는 400㎟ 3가닥에 보호전선관도 직경 200mm 1개가 필요할 뿐이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템은, 전력변환장치가 태양광발전장치에 인접하게 수상에 위치하고 송전장치가 육상에 설치되므로 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 전력변환장치의 인버터유닛으로 송전하는 저압 케이블들의 길이가 짧게 할 수 있고, 또한 전력변환장치에서 고압으로 승압하여 고압케이블을 통해 육상에 설치된 송전장치로 고압으로 송전하기 때문에 전력 손실을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력변환장치가 태양광발전장치에 인접하게 수상에 위치하고 송전장치가 육상에 설치되어 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 전력변환장치의 인버터유닛으로 송전하는 저압 케이블들의 길이가 짧게 되고 아울러 전력변환장치에서 승압된 고압전력을 한조(3상전력의 경우 3가닥)의 고압 케이블에 의해 송전장치에 연결되기 때문에, 저압 케이블들의 사용량을 대폭 줄이게 되어 수상태양광발전시스템의 설치비용을 절감시키는 효과가 있다.
또한, 저압 케이블들을 물속이 아닌 수상에 배선이 가능하기 때문에 케이블의 선정이 자유롭고 배선작업과 유지보수가 수월하게 되는 효과가 있다.
또한, 충격마운트를 전력변환장치의 하부에 설치하여 높은 파도나 홍수시 다양한 부유물질, 선박 등의 충돌 시 충격을 흡수하여 전력변환장치를 안전하게 보호할 수 있고, 로프길이조절장치를 통해 로프의 장력을 신축성 있게 조절이 가능하며, 승강장치를 통해 보조부유구조체가 수심에 따라 자유롭게 일정한 높이에 고정할 수 있기 때문에, 수위에 관계없이 전력변환장치를 안전하게 운전 관리하는 것이 가능한 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 부유구조체 20: 계류장치
30: 장착프레임 40: 태양광발전장치
50: 전력변환송전장치 51: 인버터유닛
52: 차단기유닛 53: 변압기유닛
54: 개폐기유닛 55: 계량기유닛
56: 보호계전유닛 57: 모니터링유닛
60: 케이블
100: 메인부유구조체 110: 부력재
120: 베이스프레임 130: 계류장치
131: 앵커 132: 로프
133: 로프길이조절장치 200: 태양광발전장치
210: 장착프레임 220: 저압케이블
300: 보조부유구조체 310: 부력체
320: 베이스플레이트 330: 보호방벽
340: 보호하우스 350: 기둥
355: 승강장치 360a, 360b: 충격마운트
361a, 361b: 스틸 플레이트 362: 스프링
363: 레벨링 볼트 364: 고무
400: 전력변환장치 410: 인버터유닛
420: 차단기유닛 430: 변압기유닛
440: 개폐기유닛 450: 고압 케이블
500: 송전장치 510:계량기유닛
530: 보호계전유닛 M: 태양전지모듈

Claims (7)

  1. 수면에 부유되는 메인부유구조체; 상기 메인부유구조체에 설치되며 태양전지모듈들을 포함하는 태양광발전장치; 수면에 부유되는 보조부유구조체; 상기 보조부유구조체에 설치되며 상기 태양광발전장치에서 발전된 직류전력을 교류로 변환시키고 고압으로 승압시키는 전력변환장치; 및 육상에 설치되며 상기 전력변환장치에서 공급되는 고압 교류전력을 배전계통으로 송전하는 송전장치;를 포함하고,
    상기 전력변환장치는 인버터유닛, 변압기유닛, 차단기 유닛, 개폐기 유닛을 포함하며, 상기 전력변환장치는 보호하우스에 수납되고 상기 보호하우스는 더위나 추위 또는 습기로부터 전력변환장치를 보호할 수 있도록 밀폐형 또는 순환형 또는 보온형 중 어느 하나 이상의 형태를 포함하고,
    상기 전력변환장치의 베이스플레이트 가장자리에 수직 방향으로 결합되는 보호방벽을 포함하며,
    상기 보호하우스는 경사지붕 또는 평면지붕 또는 돔형 지붕 또는 컨테이너 또는 철재박스 중 어느 하나 이상의 형태를 포함하며,
    상기 보조부유구조체는 상하로 움직이도록 부유구조체와 복수개의 기둥들을 연결하는 승강장치를 포함하고, 상기 승강장치는 보조부유구조체나 전력변환장치를 물가로 이동하여 정비할 수 있도록 보조부유구조체의 탈착이 가능하도록 구성하며,
    상기 전력변환장치는 충격마운트 위에 설치하고 상기 충격마운트는 다수개의 충격마운트 상하에 가대를 붙여서 방진가대를 만들어 사용하고,
    상기 충격마운트는 스프링, 레벨링볼트, 고무, 스틸플레이트로 구성하되 충격의 강도와 변위 및 주파수를 고려하여 선정하되 전력변환장치가 탄성거동에 의한 수평방향의 충격과 부유물질의 충돌 및 선박 등의 충돌에 의한 충격으로부터 보호될 수 있는 특징을 포함하며,
    상기 보호방벽의 하부에는 넘쳐 들어온 물이 빠져나가도록 다수개의 작은 구멍을 형성하고, 상기 보호방벽의 높이를 보수점검시 사람의 추락을 방지하기 위해 1200mm이상 높게하는 특징을 포함하며,
    상기 전력변환장치와 송전장치는 고압 케이블에 의해 전기적으로 연결되는 것을 포함하는 부유형 전력변환장치가 적용된 수상태양광발전시스템.
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