KR102061034B1 - 부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템이 개시된다.
태양광 모듈; 및 상기 태양광모듈을 수상에서 지지하는 부유체를 포함하며, 상기 부유체는, 해수면과 접하여 부력을 받는 제1면이 하면에 위치하고,
수상에 노출되어 태양광 발전 장치를 지지하는 제2면이 상면에 위치하며, 평행하게 형성된 두쌍의 측면을 갖는 부유 모듈부를 포함하며, 상기 부유 모듈부는 복수개가 상기 측면을 통해 상호 결착됨으로써 해수면 상에 일정한 면적을 가지는 평판형 구조체를 형성하며, 상기 평판형 구조체는 각각의 부유 모듈부를 가압지지하도록 최외각을 따라 상기 부유모듈부의 측면에 결착된 평형구조물을 더 포함한다.

Description

부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템{Water-photovoltaic system with improved flotation stability}

본 발명은 부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수상 태양광 모듈을 지지하는 부유구조체의 안정성을 향상시킨 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

석탄이나 석유 등의 지하자원을 사용하는 전기의 생산은 공해의 문제, 자원고갈의 문제 등으로 한계가 있어 자연에너지를 이용한 발전의 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 전통적인 자연에너지의 이용으로는 강에 댐을 건설하여 전기를 생산하는 수력발전을 들 수 있으며, 근래에는 바람을 이용한 풍력발전, 조수 간만의 차를 이용하는 조력발전, 태양광을 이용하는 태양광발전 등이 주목을 받고 있다.

풍력발전이나 수력발전, 그리고 조력 발전 등은 발전능률은 상대적으로 높다는 장점이 있으나, 기계적 고장으로 인한 교체, 유지 보수 작업 등 사후 관리가 수행되어야 하며, 심한 경우 상당한 비용을 투자하여 기존 장치나

시설물들을 폐기해야만 하는 경우도 종종 발생한다. 반면에 태양광발전은 날씨의 영향을 무시할 수는 없지만, 구성 시스템에 기계적 작동 요소가 없어서 태양전지 모듈과 관련시스템만 설치하면, 큰 범위의 유지 보수 체계가 없어도 일정 이상의 발전량을 안정적으로 얻을 수 있다는 장점이 있다.

태양광발전의 경우 태양전지 모듈이 태양광을 조사받아야 전력을 생산할 수 있으므로, 태양전지 모듈에 충분한 양의 태양광이 조사되게 하려면, 주변 지리적 환경이나 공간적 제약에 의해 만들어지는 그림자의 영향이 최소가 되도록 넓은 면적의 공간을 확보하는 것이 필요하다. 이런 이유로 태양광 발전 시설이 육지면에 설치되려면, 주로 공터나 개활지, 농토나 임야 등 넓은 공간 등이 선호되었고, 일부 건물의 옥상이나 노상 주차장 등도 주목의 대상이 되었다.

하지만 자연에너지를 이용한 전력 생산의 대표적인 기술로 태양광발전이 대두되면서 농토나 임야 등에 다수의 태양광발전시설이 설치되자, 주변 농가나 거주자들과 마찰이 증가하고, 농지나 거주지 주변 토지들의 무분별한 개발과 환경 오염에 대한 염려가 확대되고 있는 형편이다.

이에 태양광발전장치를 설치할 수 있는 대체지로서 호수, 저수지, 댐 등 내수면이 큰 관심을 받게 되었다. 수면위에 설치되어 있는 태양광발전소를 수상태양광발전소라고 하는데, 수상태양광발전소는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, 수상태양광발전소는 대개 넓은 수면면적을 가지는 호수, 저수지, 댐의 수면 중에 일부를 사용하기 때문에 주변의 산이나 나무, 건물 등에 의한 음영 피해를 최소로 할 수 있다.

둘째, 육지 태양광발전소의 지면으로부터 복사되는 태양열 보다 수면에서 복사되는 태양열이 적기 때문에, 태양전지 모듈에 공급되는 복사열을 최소로 하는 적절한 방법이 사용된다면, 태양전지 모듈의 온도를 더 낮게 유지 할 수 있어서 태양전지 모듈로부터 더 많은 출력을 얻을 수 있다.

하지만 수상태양광발전 시스템은, 태양 전지 모듈을 수상에서 지지하기 위해 부유체를 반드시 필요로 한다. 즉, 태양전지 모듈과 모듈 설치용 구조물이 모두 수면 위에 떠있어서 이들 장치들이 물에 잠기지 않으려면 적절한 용적의 부유체가 구비되어서, 충분한 부력을 형성시킬 수 있어야 한다.

다만, 종래에 사용되던 부유체는, 호깅(hogging)현상으로 인해 부유체 중앙으로 태양광모듈의 하중이 집중되었는데, 이로 인하여 상부에 설치된 태양광모듈이 안정적으로 지지되지 못하는 문제가 있었다.

국내 등록특허공보 제10-1757206호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

보다 안정적으로 태양광 모듈을 지지하는 부유구조체를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한 본 발명의 특징은 다음과 같다.

태양광 모듈; 및 상기 태양광모듈을 수상에서 지지하는 부유체를 포함하며, 상기 부유체는, 해수면과 접하여 부력을 받는 제1면이 하면에 위치하고,

수상에 노출되어 태양광 발전 장치를 지지하는 제2면이 상면에 위치하며, 평행하게 형성된 두쌍의 측면을 갖는 부유 모듈부를 포함하며, 상기 부유 모듈부는 복수개가 상기 측면을 통해 상호 결착됨으로써 해수면 상에 일정한 면적을 가지는 평판형 구조체를 형성하며, 상기 평판형 구조체는 각각의 부유 모듈부를 가압지지하도록 최외각을 따라 상기 부유모듈부의 측면에 결착된 평형구조물을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 내부가 비어있는 중공형 관으로서, 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성된 내부 격벽을 포함한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 일측에 평형수 유입 개구가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 열선장치를 더 포함하여, 상기 평형구조물의 온도를 상승시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열선장치는, 상기 태양광 모듈과 연결되어, 전기에너지를 공급받는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 해지지반에 고정된 계류장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 상기 부유 모듈부와 결착되는 면에 완충부재를 더 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 부유체 외곽에 결착된 평형구조물에 따르면 외부의 충격으로부터 부유체의 안정성을 향상시키는 효과를 제공한다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템에 포함된 부유체의 일 구성을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 부유체의 일 구성이 조립을 통해 확장되는 것을 표현한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템에 포함된 구조체를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체의 외곽에 구비된 평형구조물을 도시한 상세도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유체의 수상에서의 지지상태를 도시한 측면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템에 포함된 부유체의 일 구성을 도시한 것이다. 도 2는 도 1의 부유체의 일 구성이 조립을 통해 확장되는 것을 표현한 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템에 포함된 구조체를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3를 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템은, 부유체와 태양광 모듈을 포함할 수 있고, 부유체는 복수개의 부유 모듈부가 조립되어 구성될 수 있다.

부유체는, 태양광 모듈을 지지하며 수면에 부유가능한 구조체로서, 복수개의 태양광 모듈이 효율적으로 설치될 수 있도록 충분한 넓이를 갖는 평판형일 수 있다.

태양광 모듈은, 태양으로부터 빛에너지를 받아 직류전류를 생성하는 패널로서, 복수개가 부유체 상에 설치된다. 공간활용의 효율성을 고려하여, 태양광 모듈은 부유체를 기준으로 일정한 경사를 두고 고정될 수 있다.

부유 모듈부(110)는, 해수면과 접하여 부력을 받는 하면(110c)과 수상에 노출되어 태양광발전 모듈을 지지하는 상면(110)a)을 포함하는 부유체이다.

평행하게 형성된 두 쌍의 측면(110b)을 포함하여, 복수개의 부유 모듈부(110)가 결착되어 사방으로 연장될 수 있다.

측면(110b)에는 부유 모듈부(110) 각각을 상호 연결할 수 있는 공지의 수단이 사용될 수 있다. 부유 모듈부(110)은 무한히 연장될 수 있도록 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하며, 측면(110b)을 통해 상호 결착되어 이루어진 평판형 구조체(100)는 해수면 상에 일정한 면적을 갖는다. 적재되는 태양광 모듈의 부피 또는 수에 대응되는 넓이로 제작할 수 있다.

평판형 구조체(100)는 해수면에 부유하며 바람이나 파도의 영향에 의해 쉽게 요동하지 않고 태양광발전 모듈을 안정적으로 지지하도록 충분한 부력을 갖는다. 바람직하게는 태양광발전 모듈이 최대한 조밀하게 설치되도록 공간적 효율성을 고려하여 상면을 직사각형 구조로 형성할 수 있다.

평판형 구조체(100)의 일예로, 물에 뜨는 복수 개의 부유 모듈부(110)와, 부유 모듈부(110)들의 상부에 결합되는 베이스프레임을 포함할 수 있다. 평판형 구조체(100)의 베이스프레임에 태양광발전장치가 탑재될 수 있고, 태양광발전장치는 태양 빛을 받아 전기에너지를 발전시키는 태양전지모듈들을 포함한다.

평판형 구조체(100)에는, 최외곽을 따라 각각의 부유 모듈부(110)의 측면에 결착되는 평형구조물(200)을 더 포함할 수 있다.

이때, 이 평형구조물(200)은 부유 모듈부를 가압지지하여 부유 모듈부의 결속상태를 더욱 견고히 하는 한편, 최외곽 부유체의 홀수를 맞추어, 시스템 전체의 홀수를 일정하게 맞추어 줌으로써, 호깅(hogging)현상을 방지할 수 있다. 따라서 이 평형구조물(200)은 일정한 중량을 갖도록 제작된다.

평형구조물(200)은 내부가 비어있는 중공형 관으로 형성하도, 관 내부에 평형을 제어하는 평형수를 채울 수 있도록 평형구조물(200)의 일측에는 평형수 유입개구(210)가 형성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체의 외곽에 구비된 평형구조물(200)을 도시한 상세도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유체의 수상에서의 지지상태를 도시한 측면도이다.

도 4 및 도 5를 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수상 태양광 발전 시스템에 포함된 평형구조물(200)은, 내부에 일정한 간격을 두고 격벽(250)을 형성할 수 있다.

이 격벽(250)은 평형수를 필요에 맞게 적절히 분배함으로써, 평판형 구조체 전체의 중량을 일정하게 하여, 태양광 모듈이 휘지 않도록 균형을 맞추는 역할을 한다. 격벽(250)이 형성됨으로서 평형구조물(200)은 복수개의 영역으로 분획되고, 각각의 영역마다 평형수 유입개구(210)가 추가로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 내부에 저장된 평형수의 양을 확인할 수 있는 센서 또는 표시장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 평형구조물(200)의 외주면을 따라 열선이 매설되어, 해수면이나 호수의 수면 온도가 낮아지더라도, 부유체 외곽이 얼지 않도록 할 수 있다.

또한 평형수가 저장된 평형구조물(200)은, 외부의 충격으로부터 범퍼 역할을 하는 완충장치가 될 수 있다. 이 경우 평형구조물(200)은 탄성소재를 이용하여 제작될 수 있을 것이다.

또한, 태양광 모듈이 효율적으로 발전할 수 있는 최적의 위치에서 이탈되지 않도록 평형구조물(200)은 해저지반으로부터 연장된 계류선(230)에 연결되어 고정지지될 수 있을 것이다.

이하는 본 발명의 기술적 특징을 포함하는 구성들을 개시한 것이다.

태양광 모듈; 및 상기 태양광모듈을 수상에서 지지하는 부유체를 포함하며, 상기 부유체는, 해수면과 접하여 부력을 받는 제1면이 하면에 위치하고,

수상에 노출되어 태양광 발전 장치를 지지하는 제2면이 상면에 위치하며, 평행하게 형성된 두쌍의 측면을 갖는 부유 모듈부를 포함하며, 상기 부유 모듈부는 복수개가 상기 측면을 통해 상호 결착됨으로써 해수면 상에 일정한 면적을 가지는 평판형 구조체를 형성하며, 상기 평판형 구조체는 각각의 부유 모듈부를 가압지지하도록 최외각을 따라 상기 부유모듈부의 측면에 결착된 평형구조물을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 내부가 비어있는 중공형 관으로서, 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성된 내부 격벽을 포함한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 일측에 평형수 유입 개구가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 열선장치를 더 포함하여, 상기 평형구조물의 온도를 상승시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열선장치는, 상기 태양광 모듈과 연결되어, 전기에너지를 공급받는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 해지지반에 고정된 계류장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 평형구조물은, 상기 부유 모듈부와 결착되는 면에 완충부재를 더 포함한다.

한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (7)

1. 태양광 모듈; 및
   상기 태양광모듈을 수상에서 지지하는 부유체를 포함하며,
   상기 부유체는,
   해수면과 접하여 부력을 받는 제1면이 하면에 위치하고,
   수상에 노출되어 태양광 발전 장치를 지지하는 제2면이 상면에 위치하며,
   평행하게 형성된 두쌍의 측면을 갖는 부유 모듈부를 포함하며,
   상기 부유 모듈부는 복수개가 상기 측면을 통해 상호 결착됨으로써 해수면 상에 일정한 면적을 가지는 평판형 구조체를 형성하며,
   상기 평판형 구조체는 각각의 부유 모듈부를 가압지지하도록 최외각을 따라 상기 부유모듈부의 측면에 결착된 평형구조물을 포함하고,
   상기 평형구조물은,
   열선장치를 더 포함하여, 상기 평형구조물의 온도를 상승시키도록 하는 것을 특징으로 하는 부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 열선장치는,
   상기 태양광 모듈과 연결되어, 전기에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 부유안정성이 향상된 수상 태양광 발전 시스템.
   
6. 삭제
7. 삭제

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