KR20140134807A - 수상 태양광 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 호수 또는 저수지 등의 수면 위에 설치되는 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
수상에서 설치되는 태양광 발전 시스템은 수면에서 발생하는 롤링에 의해 태양전지모듈이 설치된 수상구조물이 전복 또는 파손되는 문제점이 뒤따를 수 있어서, 그 구조물이 복잡하고 설치비용이 증가할 수 있다. 또한 수상에 설치하게 됨으로써, 물에 부유된 이물질이 태양전지모듈에 착상되어 태양빛을 차단하여 태양전지모듈의 축전 효율을 저하시킬 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 간단한 부표구조를 이용하여 수상구조물이 수면위에 부상하고 지지될 수 있도록 부유구조를 제공할 수 있도록 함으로써, 간단한 구조로 안정된 수상 태양광 발전시스템을 제공할 수 있도록 한 것이며, 그리고 본 발명은 태양전지모듈의 전면커버에 나노코팅면을 구성시켜 먼지나 이물질이 쉽게 떨어져나갈 수 있도록 함은 물론 태양전지모듈의 전면으로 태양전지모듈을 세척할 수 있도록 세척수단을 구성함으로써, 태양전지모듈에 최대한 태양광의 입사량이 유지될 수 있도록 한 수상 태양광 발전시스템을 제공할 수 있도록 한 것이다.

Description

수상 태양광 발전시스템{FLOATING PHOTOVOLTAIC SOLAR SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 호수 또는 저수지 등의 수면 위에 설치되는 수상 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전이라 함은 태양 전지에 의하여 태양광을 직접 전력으로 변환하는 발전 방식을 말한다.
상기 태양광 발전은 태양빛을 받아 광전효과에 의해 광기전력을 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식으로서 일반적인 구성은 태양전지모듈(Solar Cell Module)과, 축전지 및 전력변환장치로 구성된다.
상기한 태양광 발전은 태양전지모듈의 설치고정 또는 태양의 이동경로에 따라서 태양전지모듈의 방향 및 각도를 달리하는 등에 따라서 고정식, 고정 가변식, 단축 추적식, 양축 추적식으로 분류된다.
상기 태양광 발전 방식은 효율 및 설치 비용 등을 고려하여 설치되었으며, 보다 저렴한 설치비용으로 높은 효율의 태양광 발전을 위하여 다양한 기술적 개발을 꾀하고 있다.
이러한 점을 감안하여 근래에는 수면에 부상되는 태양광발전 시스템에 상용화되고 있으며 이는 지면에 설치될 때에 비해 유휴 상태인 수면을 사용하게 됨으로서, 공간의 확보가 보다 여유로우며, 지열에 의한 온도 상승 및 지상에서의 태양광 차단 조건으로 부터 보다 자유스러울 수 있기 때문이다.
이와 같은 수상에서 설치되는 태양광 발전 시스템은 수면에서 발생하는 롤링에 의해 태양전지모듈이 설치된 수상구조물이 전복 또는 파손되는 문제점이 뒤따를 수 있어서, 그 구조물이 복잡하고 설치비용이 증가할 수 있다.
또한 수상에 설치하게 됨으로써, 물에 부유된 이물질이 태양전지모듈에 착상되어 태양빛을 차단하여 태양전지모듈의 축전 효율을 저하시킬 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 간단한 부표구조를 이용하여 수상구조물이 수면위에 부상하고 지지될 수 있도록 부유구조를 제공할 수 있도록 함으로써, 간단한 구조로 안정된 수상 태양광 발전시스템을 제공할 수 있도록 한 것이다.
그리고 본 발명은 태양전지모듈의 전면커버에 나노코팅면을 구성시켜 먼지나 이물질이 쉽게 떨어져나갈 수 있도록 함은 물론 태양전지모듈의 전면으로 태양전지모듈을 세척할 수 있도록 세척수단을 구성함으로써, 태양전지모듈에 최대한 태양광의 입사량이 유지될 수 있도록 한 수상 태양광 발전시스템을 제공할 수 있도록 한 것이다.
본 발명 수상 태양광 발전시스템은,
수면위에 구성되며 태양광의 방향에 회전할 수 있도록 회전수단을 구성하는 수상구조물에 태양전지모듈을 포함하는 수상 태양광 발전시스템에 있어서,
상기 태양전지모듈의 전면부 위치에 설치되며 수상구조물의 하부로 부터 물을 흡입하여 태양전지모듈의 전면유리에 분사하여 전면유리 세척 및 태양전지모듈의 열을 식혀주기 위한 물분사수단과, 상기 태양전지모듈고정수단의 각도조절수단 및 회전수단을 제어하여 태양전지모듈의 방향 및 태양광 입사각도를 제어 및 태양전지모듈의 발전 전력을 저장 및 지상장치로 공급 제어하며 물분사수단을 제어하여 태양전지모듈의 방열 및 전면유리세척 및 냉각 과정을 제어하는 제어수단, 태양전지모듈로 부터 발전된 전기를 변환하여 지상장치로 제공하는 전력축전공급수단을 포함하는 제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면 간단한 부표구조로서 안정되고 신뢰성 있는 수상구조물을 구성할 수 있으며, 태양광이 최대한 많은 양이 입사될 수 있도록 태양전지모듈의 전면유리를 세척할 수 있도록 함으로써, 효율적인 전력발전이 가능해진다.
도 1은 본 발명 수상 태양광발전시스템을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 있어서, 세척상태를 나타내기 위한 측면도.
도 3은 본 발명에 있어서, 부표 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제어구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 있어서, 태양전지모듈의 세척 및 냉각 제어과정을 나타낸 플로우챠트.
본 발명 수상 태양광 발전시스템을 첨부된 도면 도 1 내지도 5에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
다수개의 부표(20)가 배면 상에 설치되어 수면 상에 부상되어 있으며 그 상부로 태양광발전을 위한 각 수단들을 탑재하기 위한 수상구조물(10)과, 상기 수상구조물(10)의 상부면으로 일정한 간격으로 배열 설치되는 태양전지모듈(Solar Cell Module)(30)과, 태양전지모듈(30)을 수상구조물(10) 상에 설치 고정하며 태양전지모듈(30)의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단(40)이 구성된 태양전지모듈고정수단(50)과, 상기 수상구조물(10)의 상부 좌우 위치에 구성되어 지상에 설치된 고정수단(110)에 연결되며 작동하여 수상구조물(10)을 좌우 회전시켜 태양전지모듈의 방향을 조절하기 위한 좌회전수단(60), 우회전수단(61)과, 상기 태양전지모듈(30)의 전면부 위치에 설치되며 수상구조물(10)의 하부로 부터 물을 흡입하여 태양전지모듈(30)의 전면유리에 분사하여 전면유리 세척 및 태양전지모듈(30)의 열을 식혀주기 위한 물분사수단(70)과, 상기 태양전지모듈고정수단(50)의 각도조절수단(40) 및 좌회전수단(60), 우회전수단(61)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 방향 및 태양광 입사각도를 제어 및 태양전지모듈(30)의 발전 전력을 저장 및 지상장치(100)로 공급 제어하며 물분사수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 방열 및 전면유리세척 및 냉각 과정을 제어하는 제어수단(81), 태양전지모듈(30)로 부터 발전된 전기를 변환하여 지상장치(100)로 제공하는 전력축전공급수단(82)을 포함하는 제어장치(80)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명 수상 태양광 발전시스템은,
(a). 태양전지모듈을 탑재한 수상구조물을 안정적으로 수면위에 부상시킬 수 있도록 하는 부표를 제공하며,
(b). 태양전지모듈을 열로부터 냉각 및 태양광의 입사가 효율적으로 이루어질 수 있도록 세척시켜줄 수 있도록 함을,
기술적 특징으로 한다.
상기 수상구조물(10)은 태양광 발전 수단들을 탑재하며 수면 위에 부상한 상태로 관리될 수 있도록 하는 수단으로, 그 하부로 다수개의 부표(20)가 배열설치된다.
상기 부표(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상부(21)와 하부(22)가 차단되어 있는 이중 구조로 상부(21)는 밀폐된 구조로 이루어지며, 하부(22)는 무게중심을 잡을 수 있도록 물의 유입과 배출이 이루어질 수 있도록 구멍(22a)이 구성된다.
상기 태양전지모듈(30)은 다수개의 패널이 일정하게 배열되며, 전면유리(front glass)는 전면이 나노 코팅 되어있는 강화유리로 구성된다.
상기 태양전지모듈고정수단(50)은 상기 태양전지모듈(30)을 수상구조물(10)에 설치고정하기 위한 수단으로, 태양전지모듈(30)의 각도를 조절하기 위한 각도조절수단(40)을 포함한다.
상기 각도조절수단(40)은 태양전지모듈(30)의 태양광의 입사량을 최대로 하기 위하여 태양전지모듈(30)의 태양광 입사 각도를 조절하기 위한 수단이다.
상기 좌회전수단(60), 우회전수단(61)은 수상구조물(10)의 방향을 조정하여 태양의 이동에 따라서 태양전지모듈(30)의 방향을 조절하기 위한 수단으로, 상기 좌회전수단(60) 및 우회전수단(61)은 수상구조물(10)의 좌우 각 설치되고 와이어가 지면에 설치된 고정수단(110)에 연결되는 구조로, 좌회전수단(60) 및 우회전수단(61)은 와이어를 감거나 풀어 그 길이를 조절하여 수상구조물(10)이 좌우 회전할 수 있도록 한다.
상기 좌회전수단(60) 및 우회전수단(61)은 와이어를 감고 풀어주기 위한 일반적인 수단으로, 그 구조 및 자세한 동작은 생략하기로 한다.
상기 물분사수단(70)은 태양전지모듈(30)의 전면부에 고압의 물을 분사하여 태양전지모듈(30)의 전면유리를 세척하여 태양광의 입사량을 최대한 유지될 수 있도록 하기 위한 수단으로, 스프링클러와 같이 고압으로 물을 분사하는 수단으로 구성될 수 있으며, 각 태양전지모듈(30)의 전단에 설치된다.
상기 제어장치(80)는 태양전지모듈(30)을 관리하기 위한 제어수단(81) 및 태양전지모듈(30)로 부터 발전되어 축전된 전력을 지상장치(100)로 제공하기 위한 전력충전공급수단(82)을 포함한다.
상기 제어수단(81)은 상기 태양전지모듈고정수단(50)의 각도조절수단(40)을 제어하여 태양광 입사각도를 제어하며, 좌회전수단(60), 우회전수단(61)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 방향을 제어하고 전력충전공급수단(82)을 제어하여 태양전지모듈(30)에서 발전된 전기를 지상장치(100)로 공급기 위한 프로세스수단을 포함한다.
상기 제어수단(81)은 계절별, 시간별 태양의 이동에 따른 태양의 방위각 변화에 따른 태양광 입사량에 대한 방향 및 각도에 대한 데이터가 저장되며, 이러한 시간정보(계절, 시간)를 이용하여 상기 각도조절수단(40) 및 좌회전수단(60), 우회전수단(61)을 제어한다.
또한 상기 제어수단(81)은 물분사수단(70)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 전면을 세척 및 태양전지모듈(30)의 열을 식혀주는 방열 및 세척 제어프로세스수단을 포함한다.
상기 제어수단(81)의 제어프로세스수단은 설정된 시간마다 물분사수단(70)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 전면을 세척하며, 세척과정진행 시 상기 각도조절수단(40)을 제어하여 물분사수단(70)의 방향으로 태양전지모듈(30)이 향하도록 제어하는 프로세스를 포함한다.
그리고 상기 방열 및 세척 제어수단은 전력충전공급수단(82)의 전력축전정보를 제공받아 전압이 급격히 변동(감소)되는 경우 상기 물분사수단(70) 및 각도조절수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)을 세척하는 프로세스를 포함한다.
또한 온도감지수단(90)을 더 포함할 수 있다.
상기 제어수단(81)의 제어프로세스수단은 온도감지수단(90)으로 부터 입력되는 온도감지정보를 확인하여 일정한 온도이상 증가하는 경우 상기 물분사수단(70) 및 각도조절수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)을 세척하는 프로세스를 포함한다.
상기 제어수단(81)은 본 실시 예에서와 같이, 수상구조물(10) 내에 제어장치(80)로 설치할 수 있으며, 지상에 원격으로 설치하고 제어장치(80)에는 원격지로 부터 제공된 제어정보에 따라서 상기 각 수단을 제어하는 수단만을 구성할 수 있다.
상기 전력충전공급수단(82)은 태양전지모듈(30)로 부터 발전된 전기를 변환하여 지상장치(100)로 제공하는 수단이다.
전력충전공급수단(82)으로 부터 전력선을 지상장치(100)로 연결하는 일반적인 구성이며, 이에 대한 내용은 도면 및 설명에서 생략하였다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명 수상 태양광 발전시스템의 동작과정 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
수상구조물(10)은 배면에 구성된 다수개의 부표(20)에 의해 적절히 무게중심 분배되어 수면위에 부상한 상태로 유지된다. 상기 부표(20)는 밀폐된 상부(21)와 구멍(22a)이 구성되어 물이 유입될 수 있는 하부(22)로 구성된 이중 구조로 이루어져 있어서, 상부(21)에 의해 부력을 제공하며 하부(22)에 의해 중심을 잡을 수 있도록 작용한다.
또한 수상구조물(10)은 좌회전수단(60), 우회전수단(61)에 의해 지상의 고정수단(110)에 고정되며 상기 좌회전수단(60)과 우회전수단(61)은 엇갈리게 고정수단(110)에 고정되어 와이어의 길이가 조절되면서 수상구조물(10)의 방향이 조절된다.
제어장치(80) 내의 제어수단(81)에서는 좌회전수단(60), 우회전수단(61)을 제어하여 태양의 방향을 향하도록 제어하며, 각도조절수단(40)을 제어하여 태양광이 지각으로 유입될 수 있도록 각도를 유지시킨다.
이와 같이 제어수단(81)에서는 기본적으로 남쪽을 향하면서 시간에 따라서 변화하는 태양의 궤적과, 계절에 따라 변화하는 태양의 높이에 따라서 상기 좌회전수단(60), 우회전수단(61) 및 각도조절수단(40)을 제어하여 태양광이 지각으로 태양전지모듈(30)에 유입될 수 있도록 프로세스를 수행한다.
태양전지모듈(30)로 입사된 태양광은 일반적으로 알려진 바와 같이, 태양전지모듈(30)에서 전압이 생성되고 이와 같이 생성된 전압은 제어장치(80) 내 전력충전공급수단(82)으로 입력되어 전압 변환되어 저장되고 제어수단(81)의 제어에 따라서 지상장치(100)로 전력 공급 된다.
상기 제어수단(81)에서는 물분사수단(70)을 동작시켜 태양전지모듈(30)의 전면유리를 세척하여 이물질을 제거 및 냉각시켜 태양전지모듈(30)의 발전효율을 최대로 유지시킬 수 있도록 하는 바,
도 5는 제어수단(81)에서의 태양전지모듈(30)의 세척 및 냉각 제어과정을 나타낸다.
먼저, 제어수단(81)에서는 세척 및 냉각 이후 시간을 카운트하여 설정된 시간이 될 때마다 세척 및 냉각과정을 수행하는바, 물분사수단(70)을 동작시키기 전에 각도조절수단(40)을 조절하여 도 2에서와 같이, 태양전지모듈(30)이 물분사수단(70)을 향하도록 한다.
이후, 물분사수단(70)을 동작시키게 되며, 물분사수단(70)은 수상구조물(10)의 하부 물을 흡입하여 태양전지모듈(30)의 전면유리에 고압으로 분사하여 태양전지모듈(30)를 세척 및 냉각시킨다.
정해진 세척 및 냉각시간이 완료되면 제어수단(81)에서는 물분사수단(70)의 동작을 정지시키고, 이전에 위치하던 각도정보에 따라서 각도조절수단(40)을 조절하여 원래의 위치로 태양전지모듈(30)을 복귀시킨다.
또한 제어수단(81)에서는 온도감지수단(90)으로 부터 온도정보를 제공받아 정해진 온도 이상 주위 온도가 상승하는 경우 상기에서와 같이 각도조절수단(40) 및 물분사수단(70)을 동작시켜 태양전지모듈(30)의 세척 및 냉각작용을 수행하게 된다. 이는 기온이 높은 여름철인 경우 뜨거운 태양열에 의해 그 내부에 흐르는 전류의 저항 값이 커지게 되어 전력이 손실될 수 있어서, 발전 효율이 저하되기 때문이며, 이로 인한 고장의 염려가 있기 때문에 태양전지모듈(30)의 온도를 낮춰 주어야 하기 때문이다.
또한 제어수단(81)에서는 전력충전공급수단(82)에 충전되는 전력량의 변화를 감지하여 그 전력량이 정해진 변화 값 이상으로 감소하면 상기에서와 같이, 각도조절수단(40) 및 물분사수단(70)을 동작시켜 태양전지모듈(30)의 세척 및 냉각작용을 수행하게 된다. 이는 태양전지모듈(30)에서 생성되는 전력량이 급격하게 줄었다는 것을 의미하는 것으로, 태양광이 정상적으로 입력되고 있지 않음을 의미하는 것이기 때문이다.
여기서, 상기 태양전지모듈(30)이 전면유리는 나노코팅이 되어 있어서, 평상시 먼지나 이물질이 잘 달라붙지 않으며, 상기에서와 같이 정기적으로 또는 온도, 전력변화 등의 이벤트 발생 시에 세척을 수행하게 됨으로써, 태양전지모듈(30)의 전면유리는 태양광 입사를 위한 최적의 조건을 유지할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 수면위에 구성되며 태양광의 방향에 회전할 수 있도록 회전수단을 구성하는 수상구조물(10)에 태양전지모듈(30)을 포함하는 수상 태양광 발전시스템에 있어서,
    상기 태양전지모듈(30)의 전면부 위치에 설치되며 수상구조물(10)의 하부로 부터 물을 흡입하여 태양전지모듈(30)의 전면유리에 분사하여 전면유리 세척 및 태양전지모듈(30)의 열을 식혀주기 위한 물분사수단(70)과, 상기 태양전지모듈고정수단(50)의 각도조절수단(40) 및 회전수단을 제어하여 태양전지모듈(30)의 방향 및 태양광 입사각도를 제어 및 태양전지모듈(30)의 발전 전력을 저장 및 지상장치(100)로 공급 제어하며 물분사수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 방열 및 전면유리세척 및 냉각 과정을 제어하는 제어수단(81), 태양전지모듈(30)로 부터 발전된 전기를 변환하여 지상장치(100)로 제공하는 전력축전공급수단(82)을 포함하는 제어장치(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 태양전지모듈(30)의 전면유리는 나노 코팅 되어있는 강화유리로 구성된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 수상구조물(10)의 부상수단으로는 부표(20)가 수상구조물(10)의 배면으로 다수 개 배열 구성되며, 상기 부표(20)는 상부(21)와 하부(22)가 차단되어 있는 이중 구조로 상부(21)는 밀폐된 구조로 이루어지며 하부(22)는 무게중심을 잡을 수 있도록 물의 유입과 배출이 이루어질 수 있도록 구멍(22a)이 구성된 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단(81)은 물분사수단(70)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 전면을 세척 및 태양전지모듈(30)의 열을 식혀주는 방열 및 세척 제어프로세스수단을 포함하며,
    상기 제어수단(81)의 제어프로세스수단은 설정된 시간마다 물분사수단(70)을 제어하여 태양전지모듈(30)의 전면을 세척하며, 세척과정진행 시 상기 각도조절수단(40)을 제어하여 물분사수단(70)의 방향으로 태양전지모듈(30)이 향하도록 제어하는 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어수단(81)의 제어프로세스수단은 전력충전공급수단(82)의 전력축전정보를 제공받아 전압이 급격히 변동(감소)되는 경우 상기 물분사수단(70) 및 각도조절수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)을 세척하는 프로세스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 수상구조물(10)에 주위 온도를 감지하고 그 감지정보를 제어수단(81)으로 제공하는 온도감지수단(90)을 더 포함하고,
    상기 제어수단(81)의 제어프로세스수단은 상기 온도감지수단(90)으로 부터 입력되는 온도감지정보를 확인하여 일정한 온도이상 증가하는 경우 상기 물분사수단(70) 및 각도조절수단(40)을 제어하여 태양전지모듈(30)을 세척하는 프로세스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 발전시스템.

















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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102548086B1 (ko) * 2022-06-08 2023-06-27 주식회사 비에스텍 수상 태양광 발전 시스템

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