KR20210001090U - 수상 태양광 모듈용 부력체 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 수상 태양광 모듈용 부력체에 관한 것이다.
이를 위하여 본 고안은 수상 태양광 모듈을 설치하기 위한 구조 프레임을 지지하는 부력체에 있어서, 외피부에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부가 마련되되, 하부는 개방되어 하부 개방부가 형성되고, 상기 외피부의 상면에는 구조 프레임을 결합하기 위한 결합부가 형성되는 상부 반체; 및 외피부에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부가 마련되되, 상부는 개방되어 상부 개방부가 형성되는 하부 반체;를 포함하되, 상기 상부 반체의 외피부 하단과 하부 반체의 외피부 상단이 열융착으로 결합되고, 열융착으로 형성된 융착라인은 결합된 부력체의 높이 중심 보다 상부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이로써, 반체의 융착라인이 흘수선의 상부에 위치하여 파손이 발생되더라도 물의 유입이 차단되므로 급격한 침수를 방지할 수 있다.

Description

수상 태양광 모듈용 부력체{Buoyancy for Solar Module Structure}
본 고안은 수상 태양광 모듈용 부력체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외피부의 내부에 중공부가 마련되고, 상면에 구조 프레임을 결합하기 위한 결합부가 형성되는 상부 반체와 외피부의 내부에 중공부가 마련되는 하부 반체가 열융착으로 결합되며, 열융착으로 형성된 융착라인이 부력체의 높이 중심보다 상부에 형성되는 수상 태양광 모듈용 부력체에 관한 것이다.
근래에는 친환경 에너지에 대한 관심이 증가하면서, 태양광 발전의 활용이 더욱 활성화되고 있으며, 이러한 태양광 발전은 지면에 구조 프레임을 형성하고, 상부에 태양광 모듈을 설치하여 발전하는 것이 일반적이다. 한편, 협소한 도심지의 특성상 대부분의 태양광 모듈은 건축물이나 구조물의 상부에 설치되며, 최근에는 교외의 토지에 솔라팜이라는 개념의 태양광 발전도 이루어지는 추세이나, 생산된 에너지의 저장 및 효율적 전송이 어려운 한계가 있다.
위와 같은 지면의 제약을 극복하여 발전 효율을 도모하고자 수상에 태양광 모듈용 구조체를 형성하고, 태양광 모듈을 거치함으로써 보다 적극적으로 발전을 수행하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 통상적으로 수상 태양광 모듈은 수상에 부유하는 부력체(부자, buoy)를 구비하고, 부력체의 상부에 구조체를 설치함으로써 거치된다.
다만, 종래의 부력체는 스티로폼 소재로 제작되는 것이 일반적이었으나, 최근에는 환경 오염의 문제가 대두됨에 따라 합성수지 소재를 이용하여 내부에 중공부를 마련되도록 사출 성형함으로써, 부력이 발생토록 한 부력체가 활발하게 제작되고 있다.
이러한 사출 성형을 통해 제작되는 합성수지 소재의 부력체는 통상적으로 분할된 편체를 상호 열융착하여 제작하므로, 열융착으로 결합된 융착라인에 파손이 발생되기 쉬운 한계가 있으며, 특히 한번 파손이 이루어지는 경우 분할 편체들 사이의 중공부로 물이 유입됨에 따라 부력체로서의 본연의 기능을 완전히 상실하게 되는 문제점이 있었다.
이와 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허 제1990541호 "부자"(2019. 6. 12. 등록, 이하 '선행기술문헌'이라 한다)가 있다. 상기 선행기술문헌은 분할된 한 쌍의 반체를 열융착으로 상호 결합함에 있어서, 각각의 반체 단부에 형성되는 가장자리에 철부와 요부를 형성하여 열융착시 철부가 녹아 요부로 흘러들어가게 함으로써 구조적으로 간단하면서도 결합 강도가 확보되어 파력에 잘 견딜 수 있는 부자를 제안하였다.
그러나, 상기 선행기술문헌은 대칭형으로 형성되는 한 쌍의 반체를 형성함에 따라 융착라인이 부자의 높이 중심에 위치하게 되고, 파력 등의 외력에 의하여 융착라인에 파손이 발생되는 경우에 흘수선이 융착라인과 대응되는 위치(부력을 필요 자중의 2배로 설계시 절반이 잠김)에 마련되므로 물이 중공부로 쉽게 유입되어 부력이 상실되는 문제점이 있다.
또한, 선행기술문헌을 포함한 종래의 부력체들은 풍압에 의하여 양력이 발생되는 경우에 구조적으로 취약한 문제점이 있었으며, 풍압에 의하여 구조체 자체가 회전함에 따라 태양광 모듈의 발전 효율이 저하되는 한계가 있었다. 이를 해소하기 위하여 별도의 결속 와이어를 구비하는 경우도 있으나, 시공이 번거롭고 공기가 길어질 수밖에 없었다.
나아가, 바람에 의하여 수면에 흐름이 발생되는 경우에 부력체의 형상에 의하여 저항을 받아 수면의 흐름을 따라 위치가 이동되는 추가적인 문제점도 있었다.
본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반체의 융착라인이 흘수선의 상부에 위치하여 파손이 발생되더라도 급격한 침수를 방지하고, 장시간 부력을 확보할 수 있으며, 유수의 흐름에 따른 저항을 최소화하여 구조체를 정위치에 안정적으로 구속시킬 수 있고, 풍압에 의하여 구조체가 전도되거나 회전되는 것을 방지할 수 있는 수상 태양광 모듈용 부력체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 고안의 수상 태양광 모듈을 설치하기 위한 구조 프레임(F)를 지지하는 부력체(B)는, 외피부(110)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(120)가 마련되되, 하부는 개방되어 하부 개방부(130)가 형성되고, 상기 외피부(110)의 상면(111)에는 구조 프레임(F)을 결합하기 위한 결합부(140)가 형성되는 상부 반체(100); 및 외피부(210)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(220)가 마련되되, 상부는 개방되어 상부 개방부(230)가 형성되는 하부 반체(200);를 포함하되, 상기 상부 반체(100)의 외피부(110) 하단과 하부 반체(200)의 외피부(210) 상단이 열융착으로 결합되고, 열융착으로 형성된 융착라인(300)은 결합된 부력체(B)의 높이 중심(C)보다 상부에 형성된다.
또한, 상기 상부 반체(100)의 중공부(120)에는 복수의 격벽(121)이 형성되어 상기 격벽(121)에 의하여 복수의 격실(122)이 마련되며, 상기 하부 반체(200)의 중공부(220)에는 복수의 격벽(221)이 형성되어 상기 격벽(221)에 의하여 복수의 격실(222)이 마련될 수 있다.
또한, 상기 상,하부 반체(100)(200)의 외피부(110)(210)는 측면(112)(212)의 수평 방향 단면이 유선형을 지니도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면(112)(212)의 수직 방향 단면은 유선형을 지니도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 측면(212)에는 한 쌍의 수평날개(240)가 외측으로 돌출 형성될 수 있다.
그리고 상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 저면(211)에는 적어도 하나의 수직판(250)이 하부로 돌출 형성될 수 있다.
본 고안의 수상 태양광 모듈용 부력체에 의하면, 반체의 융착라인이 흘수선의 상부에 위치하여 파손이 발생되더라도 물의 유입이 차단되므로 급격한 침수를 방지할 수 있다.
또한, 반체의 중공부에는 각각 복수의 격벽이 형성되어 파손이 발생되더라도 일정 시간 물이 유입되는 것이 차단되므로 장시간 부력을 확보할 수 있다.
나아가, 반체의 외피부를 유선형으로 형성하여 유수의 흐름에 따른 저항을 최소화하여 구조체를 정위치에 안정적으로 구속시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 하부 반체의 측면에 수중에 잠기도록 한 쌍의 수평날개가 외측으로 돌출 형성되어 풍압에 의하여 양력이 발생되더라도 수압에 의하여 구조체가 전도되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 하부 반체의 저면에는 적어도 하나의 수직판이 돌출 형성되어 풍압에 의하여 구조체가 회전되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 부력체를 구비한 태양광 발전 구조체를 도시한 사시도.
도 2 및 도 3는 본 고안의 일 실시예에 따른 수상 태양광 모듈용 부력체를 도시한 사시도 및 그 분해 사시도.
도 4는 본 고 안의 일 실시예에 따른 태양광 모듈용 부력체의 작동 원리를 도시한 개념도.
도 5a 및 도 5b는 본 고안의 다른 실시예에 따른 수상 태양광 모듈용 부력체를 도시한 사시도 및 그 분해 사시도.
도 6a 및 도 6b는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 수상 태양광 모듈용 부력체를 도시한 사시도 및 작동 원리를 도시한 개념도.
이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 바탕으로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 수상 태양광 모듈용 부력체(B)를 구비한 태양광 발전 구조체를 도시한 것으로, 복수의 프레임(F)이 상기 부력체(B)에 의하여 지지된 상태로 수상에 구비되는 형상을 도시한 것이며, 도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 부력체(B)를 상세하게 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 부력체(B)는 상부 반체(100)와 하부 반체(200)로 구성되며 합성수지 소재를 사출하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상부 반체(100)는 외피부(110)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(120)가 마련되어 부력이 확보되도록 제작된다. 다만, 상기 외피부(110)의 하부는 개방되어 하부 개방부(130)가 형성되며, 상기 외피부(110)의 상면(111)에는 결합부(140)가 형성되어 발전 구조체를 형성하는 구조 프레임(F)이 결합되어 본 고안의 부력체(B)에 의하여 수상에 부유하게 된다.
또한, 상기 하부 반체(200)는 외피부(210)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(220)가 마련되어 부력이 확보되도록 제작되며, 상부는 개방되어 상부 개방부(230)가 형성된다.
한편, 상기 상부 반체(100)의 외피부(110) 하단과 하부 반체(200)의 외피부(210) 상단은 상호 열융착으로 결합된다. 이로써, 상기 상부 반체(100)의 중공부(120)와 하부 반체(200)의 중공부(220)가 밀실하게 차단된 상태로 마련될 수 있으므로 부력을 안정적으로 확보할 수 있다.
통상적으로 부력체는 열융착 방식으로 제작됨에 따라 대칭형의 구조를 취하는 것이 생산단가를 절약하고, 작업성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 이 경우에 완성되는 부력체는 열융착에 의하여 형성되는 융착라인이 높이의 중심에 위치하게 된다.
그런데, 통상적으로 부력체를 제작함에 있어서 부력을 필요 자중의 2배로 설계하므로, 반체가 대칭형으로 형성된다는 전제에서는 융착라인이 형성된 절반만큼이 잠기므로, 흘수선이 부력체의 높이 중심에 위치하게 된다. 이로 인하여, 구조적으로 취약한 융착라인에 파력에 의한 파손이 발생시, 중공부로 물이 유입되어 본연의 기능인 부력을 상실하게 된다.
이에 본 고안의 부력체(B)는 상,하부 반체(100)(200)의 단부가 열융착되어 형성되는 융착라인(300)은 결합된 부력체(B)의 높이 중심(C)보다 상부에 형성되도록 상부 반체(100)와 하부 반체(200)를 비대칭형으로 제작하고, 상부 반체(100)의 높이가 하부 반체(200)의 높이 보다 낮게 형성되도록 함으로써, 열융착에 의하여 형성되는 융착라인(300)이 상대적으로 높이 중심(C) 보다 상부에 위치하게 된다.
이로써, 상부 반체와 하부 반체가 열융착되어 형성되는 융착라인(300)에 일부 파손이 발생되더라도 물의 유입이 차단되므로 부유체(B)의 급격한 침수에 따른 구조체의 망실을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 상기 하부 반체(200)의 중공부(220)에는 복수의 격벽(221)이 형성되어 상기 격벽(221)에 의하여 복수의 격실(222)이 마련될 수 있다. 상기 격벽(221)은 격자형을 지니도록 횡,종방향으로 배치되는 일반적인 형상을 채택할 수도 있으나, 곡선형 내지는 허니컴 형상을 채택함으로써 보다 구조적으로 견고하도록 제작하는 것이 바람직하다.
상기 격벽(221)은 구조적으로 취약한 하부 반체(200)의 중공부(220)를 보강하는 기능을 수행함과 동시에 융착라인(300)에 파손이 발생되어 일부 침수현상이 발생하더라도 파손이 발생된 부위에 근접한 격실(222)에만 우선적으로 물이 유입되도록 함으로써 파손된 부유체(B)에 물이 유입되는 시간을 최대한으로 지연시킬 수 있다.
이를 위하여 상기 중공부(220)에 구비되는 격벽(221)은 외주변을 따라 격실(222)이 구비되고, 외주변의 내측에 추가적인 격실(222)이 구비되도록 제작함으로써 부유체(B)에 물이 유입되는 시간을 더욱 지연시킬 수 있다.
특히, 상기 하부 반체(200)에 열융착되는 상기 상부 반체(100)의 중공부(120)에도 상기 하부 반체(200)에 형성되는 격벽(221)에 대응되는 형상으로 복수의 격벽(121)이 형성됨으로써, 상기 격벽(121)에 의하여 복수의 격실(122)이 마련될 수 있다.
상기 하부 반체(200)와 상부 반체(100) 모두에 대응되는 형상으로 격벽(221)(121)을 형성함으로써, 격실(222)(122)이 인접된 격실과 완전히 차단된 상태로 일체로 형성될 수 있으므로 파손이 발생되더라도 파손이 발생된 부분의 격실(122)(222)에만 물이 유입되므로 부력의 상실되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 물이 유입된 격실(122)(222)의 물을 제거하고, 파손 부위를 보수함으로써 부력체(B)의 영속적인 활용이 가능한 이점이 있다.
한편, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상기 상,하부 반체(100)(200)의 외피부(110)(210)는 측면(112)(212)의 수평 방향 단면이 유선형을 지니도록 형성될 수 있다. 상기 상부 반체(100)와 하부 반체(200)의 측면(112)(212)이 유선형을 지니도록 제작됨에 따라 수면에 작용되는 흐름에 의한 부력체(B)의 마찰 간섭을 최소화하여 상기 부력체(B)가 흐름을 따라 정위치에서 벗어나 이동하는 것을 방지함으로써 구조체를 정위치에 안정적으로 구속시킬 수 있다.
또한, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상기 측면(112)(212)의 수직 방향 단면도 유선형을 지니도록 형성될 수 있다. 이로써, 수면에 파동이 발생되더라도 부력체(B)가 상기 파동의하여 전복되거나 크게 유동함이 없이 안정적으로 파동의 흐름을 수용할 수 있는 효과가 있다.
한편, 종래의 부력체들은 풍압에 의하여 양력이 발생되는 경우에 구조적으로 취약한 문제점이 있었으며, 풍압에 의하여 구조체 자체가 회전함에 따라 태양광 모듈의 발전 효율이 저하되는 한계가 있었다.
필연적으로 종래의 부력체를 구비한 구조체들은 풍력에 의한 양력에 구조체를 안정적으로 결속하기 위하여 별도의 결속 와이어를 구비할 수밖에 없는 한계가 있었다.
이에 본 고안의 수상 태양광 모듈용 부력체(B)는 수중에 잠기는 상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 측면(212)에 한 쌍의 수평날개(240)를 외측으로 돌출 형성함으로써, 상기 부력체(B)에 양력이 발생하더라도, 상기 수평날개(240)는 수면의 하부에 잠긴 상태로 위치하므로 수압을 바탕으로 부력체(B)가 상부로 양력에 저항하는 고정력을 제공할 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 수평날개(240)는 수면의 불규칙한 유동으로부터 부력체(B)가 안정적으로 부유하도록 균형을 잡아주는 역할도 수행한다.
한편, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 저면(211)에는 적어도 하나의 수직판(250)이 하부로 돌출 형성될 수 있다. 상기 수직판(250)은 풍압이 작용하더라도 부력체(B)가 풍압에 의하여 회전하는 것이 방지되도록 물과의 저항을 바탕으로 회전을 방지하여 태양광 모듈이 원하는 방향으로 배치될 수 있도록 기능한다.
이상에서 설명한 본 고안에 따른 수상 태양광 모듈용 부력체(B)는, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 고안의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
B:부력체 F:구조 프레임
100:상부 반체 200:하부 반체
110,210:외피부 111:상면
211:저면 112,212:측면
120,220:중공부 121,221:격벽
122,222:격실 130:하부 개방부
230:상부 개방부 140:결합부
240:수평날개 250:수직판
300:융착라인

Claims (6)

  1. 수상 태양광 모듈을 설치하기 위한 구조 프레임(F)를 지지하는 부력체(B)에 있어서,
    외피부(110)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(120)가 마련되되, 하부는 개방되어 하부 개방부(130)가 형성되고, 상기 외피부(110)의 상면(111)에는 구조 프레임(F)을 결합하기 위한 결합부(140)가 형성되는 상부 반체(100); 및
    외피부(210)에 의하여 전체적으로 에워싸여 내부에 중공부(220)가 마련되되, 상부는 개방되어 상부 개방부(230)가 형성되는 하부 반체(200);를 포함하되,
    상기 상부 반체(100)의 외피부(110) 하단과 하부 반체(200)의 외피부(210) 상단이 열융착으로 결합되고, 열융착으로 형성된 융착라인(300)은 결합된 부력체(B)의 높이 중심(C)보다 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 반체(100)의 중공부(120)에는 복수의 격벽(121)이 형성되어 상기 격벽(121)에 의하여 복수의 격실(122)이 마련되며,
    상기 하부 반체(200)의 중공부(220)에는 복수의 격벽(221)이 형성되어 상기 격벽(221)에 의하여 복수의 격실(222)이 마련되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상,하부 반체(100)(200)의 외피부(110)(210)는 측면(112)(212)의 수평 방향 단면이 유선형을 지니도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면(112)(212)의 수직 방향 단면은 유선형을 지니도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 측면(212)에는 한 쌍의 수평날개(240)가 외측으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 반체(200)의 외피부(210) 저면(211)에는 적어도 하나의 수직판(250)이 하부로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 수상 태양광 모듈용 부력체.
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