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KR101968937B1 - 피라미드형 태양광 발전 구조체 - Google Patents

피라미드형 태양광 발전 구조체 Download PDF

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KR101968937B1
KR101968937B1 KR1020170111171A KR20170111171A KR101968937B1 KR 101968937 B1 KR101968937 B1 KR 101968937B1 KR 1020170111171 A KR1020170111171 A KR 1020170111171A KR 20170111171 A KR20170111171 A KR 20170111171A KR 101968937 B1 KR101968937 B1 KR 101968937B1
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김성조
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 피라미드형 태양광 발전 구조체는, 복수의 경사면(111)을 가진 피라미드 형상을 가지도록 형성되며, 상기 복수의 경사면(111) 중 적어도 어느 하나 이상에 구비되어 태양광을 집광하는 태양광 패널(120)을 포함한다.

Description

피라미드형 태양광 발전 구조체{Pyramid Solar PV Structure}
본 발명은 복수의 태양광 패널이 구비된 태양광 발전 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피라미드형으로 형성되어 집광량을 극대화시키고, 태양의 고도가 낮은 시간에도 발전 효율을 향상시키고, 운용시간을 극대화시켜 적산 발전량을 증가시킬 수 있도록 하는 태양광 발전 구조체에 관한 것이다.
태양광 발전은 친환경 환경으로서 최근에는 집광 효율을 향상시키고, 단위면적 당 발전량을 향상시키기 위한 다양한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
또한 최근에는 태양광 발전의 효율을 증대하기 위하여, 집광모듈, 단위 면적의 전지에서의 발전량 극대화, 고효율의 셀 개발 등에 대한 연구가 국, 내외에서 활발하게 진행되고 있는 추세이다. 하지만, 실제 태양광 패널이 설치되는 한정된 공간에 최대한 많은 패널을 배치하여 상대적인 발전단가(LCOE: Levelized Cost of Energy)를 줄이는 개념에 대하여는 상대적으로 연구가 많이 진행이 되지 않고 있다.
특히 종래의 태양광 발전 시스템은 태양의 고도가 가장 높은 시간대에 집중적인 발전을 수행하는 것으로 최적화되어 있으며, 이에 따라 이른 오전 시간과 늦은 오후 시간에는 발전 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1442749호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 설치면적을 최소화하여 대규모 태양광 발전단지 구축을 가능하도록 하기 위한 목적을 가진다.
또한 운용시간을 보다 확대하여 적산 발전량을 극대화시키기 위한 목적을 가진다.
이에 따라 발전 원가를 최적화시키고, 다른 관련 기술에 대한 경쟁력을 제고하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피라미드형 태양광 발전 구조체는, 복수의 경사면(111)을 가진 피라미드 형상을 가지도록 형성되며, 상기 복수의 경사면(111) 중 적어도 어느 하나 이상에 구비되어 태양광을 집광하는 태양광 패널(120)을 포함한다.
그리고 상기 경사면(111)은, 상기 태양광 패널(120)이 장착되는 패널장착영역(111a) 및 상기 태양광 패널(120)이 미장착되어 태양광을 다른 태양광 발전 구조체 측으로 반사시키는 반사영역(111b)을 포함할 수 있다.
또한 상기 태양광 발전 구조체는, 서로 인접한 상기 경사면(111) 사이에 구비되며, 태양광을 다른 태양광 발전 구조체 측으로 반사시키는 반사면(112)을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 태양광 패널(120)은, 직사각형 형태로 형성되고, 태양광을 집광하는 한 쌍의 태양광 흡수패널(121) 및 상기 한 쌍의 태양광 흡수패널(121) 사이에 구비되어 태양광을 반사하는 반사패널(122)을 포함하여, 정사각형 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
또한 태양광을 직사하는 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도와, 반대 측인 타측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도가 서로 다르게 형성될 수 있다.
그리고 태양광을 직사하는 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도는, 반대 측인 타측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도보다 크게 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 피라미드형 태양광 발전 구조체는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 복수의 경사면을 가진 피라미드 형상을 가지도록 형성된 태양광 발전 구조체에 의해 태양광의 집광효율을 집광효율을 극대화하고, 설치면적을 최소화하여 대규모 태양광 발전단지 구축이 가능하다는 장점이 있다.
둘째, 이른 오전 시간과 늦은 오후 시간의 발전 효율을 크게 증가시켜 운용시간을 확대함에 따라 적산 발전량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 부지 단위면적 당 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
넷째, 피라미드 구조의 태양광 발전 구조체로 인해 우수한 구조적 안정성을 가질 수 있는 장점이 있다.
다섯째, 별도의 태양광 추적장치가 요구되지 않으므로 설치 비용과 운전 비용을 최소화할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 발전 구조체의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 발전 구조체를 통해 태양광이 반사되는 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 패널의 구조를 나타낸 도면;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 배치 형태를 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 배치 형태를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 패널의 구조를 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 반사판의 각도를 조절하는 모습을 나타낸 도면;
도 12은 본 발명의 제5실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 배치 형태를 나타낸 도면; 및
도 13은 본 발명에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템과 종래기술의 발전량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 태양광 발전 구조체(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 구조체는 베이스(110)와, 상기 베이스(110) 상에 구비된 복수 개의 태양광 발전 구조체(100)를 포함한다.
상기 태양광 발전 구조체(100)는 복수의 경사면(111)을 가진 피라미드 형상을 가지도록 형성되며, 상기 베이스(110)로부터 일 방향으로 돌출된 형태를 가진다.
그리고 상기 태양광 발전 구조체(100)는 상기 복수의 경사면(111) 중 적어도 어느 하나 이상에 구비되어 태양광을 집광하는 태양광 패널(120)을 포함할 수 있다. 상기 태양광 패널(120)은 상기 경사면(111) 상에 복수 개가 배열될 수 있으며, 노출면을 통해 태양광을 집광하게 된다.
본 실시예에서 상기 태양광 발전 구조체(100)는 총 4개의 경사면(111)을 가지는 사각뿔과 유사한 형태로 형성되며, 상기 4개의 경사면(111)의 사이사이에는 반사면(112)이 구비된 형태를 가진다.
즉 상기 반사면(112)은 서로 인접한 상기 경사면(111) 사이에 구비될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 입사되는 태양광을 다른 태양광 발전 구조체(100) 측으로 반사시키는 역할을 수행한다.
특히 본 실시예에서 상기 반사면(112)은 상기 경사면(111) 사이에 삼각형의 형태를 가지도록 형성되며, 또한 상기 태양광 발전 구조체(100)의 최상부에는 상기 반사면(112)들에 의해 둘러싸여 사각형 형태롤 가지는 보조면(113)이 형성된다. 상기 보조면(113)에는 추가적인 태양광 패널(120)이 더 구비될 수도 있을 것이다.
또한 상기 경사면(111)은, 상기 태양광 패널(120)이 장착되는 패널장착영역(111a)과, 상기 태양광 패널(120)이 미장착되어 태양광을 다른 태양광 발전 구조체(100) 측으로 반사시키는 반사영역(111b)을 포함할 수 있다. 즉 상기 경사면(111)은 일부 영역이 태양광을 수광할 수 있도록 형성되며, 나머지 일부 영역이 태양광을 반사시킬 수 있도록 형성된다.
이와 같이 하는 이유는 상기 반사면(112) 과 다른 각도에서도 태양광을 반사시켜 최대한 넓은 영역으로 태양광을 분산시킬 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 상기 경사면(111)의 하부 영역에는 상기 태양광 패널(120)이 구비되지 않도록 하여 상기 반사영역(111b)을 형성하는 것으로 하였다.
또한 상기 경사면(111)은 양측 각도가 45˚인 이등변삼각형 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 하는 이유는 상기 경사면(111) 상에 태양광 패널(120)을 효율적으로 배치하는 한편 태양광의 입사 각도를 최적화하기 위한 것이다.
이때 상기 태양광 패널(120)은 태양광을 흡수하는 것 외에도 단지 내에 설치된 다른 태양광 발전 구조체(100)의 반사면(112), 보조면(113) 및 태양광 패널(120)과 함께 서로에서 반사되어 나오는 태양광을 재반사시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명은 해당 단지 내에서 태양광 발전 구조체(100) 상호 간 반사 효과를 얻을 수 있어 전체적으로 보았을 경우 종래에 비해 보다 높은 적산 발전량을 얻을 수 있게 된다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양광 패널(120)은 한 쌍의 태양광 흡수패널(121) 및 한 쌍의 태양광 흡수패널(121) 사이에 구비되는 반사패널(122)을 포함할 수 있다. 이는 일반적으로 태양광 흡수패널(121)이 제조 상의 이유로 직사각형 형태로 형성되기 때문에, 상기 태양광 흡수패널(121)을 상기 반사패널(122)과 함께 구성하여 상기 태양광 패널(120)이 전체적으로 정사각형 형상을 가지도록 하기 위해서이다. 이에 따라 정사각형 형상의 상기 태양광 패널(120)을 상기 경사면(111) 상에 효율적으로 배치할 수 있게 된다.
상기 태양광 발전 구조체(100)는 이상과 같이 설명된 본 실시예와 같은 형태 외에도 저면이 육각형 형상, 원형 등 다양한 기하학적 형태를 가질 수 있으며, 상기 반사면(112), 상기 보조면(113) 및 상기 경사면(111)의 배치 및 개수 역시 다양한 방법으로 구성될 수 있음은 물론이다.
한편 이와 같이 복수의 태양광 발전 구조체(100)를 포함하는 태양광 발전 시스템의 배치 형태 역시 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 배치 형태를 나타낸 도면이다.
도 5의 경우 황도 상을 따른 궤적을 가지는 태양(S)이 남중고도 상에 위치되는 시점에서 상기 태양광 발전 구조체(100)의 경사면(111)에 태양광이 수직으로 입사되는 방향을 가지도록 상기 태양광 발전 시스템을 배치한 것이다.
또한 도 6의 경우 황도 상을 따른 궤적을 가지는 태양(S)이 남중고도 상에 위치되는 시점에서 상기 태양광 발전 구조체(100)의 반사면(112)에 태양광이 수직으로 입사되는 방향을 가지도록 상기 태양광 발전 시스템을 배치한 것이다.
도 5와 같은 배치 구조의 경우, 태양의 일조량이 최대인 시점에서 집광량을 최대로 유지할 수 있어 집중적인 발전 작업을 수행할 수 있으며, 도 6와 같은 배치 구조의 경우에는 방위각에 대한 영향을 최소화할 수 있어 일중 비교적 균일한 발전량을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한 도 7은 상기 베이스(110)가 설치 지역의 위도에 따라 소정 각도(θ)를 가지도록 경사지게 배치되어, 태양광을 직사하는 경사면(111) 측으로 태양광이 보다 직사되도록 할 수 있도록 하고, 또한 반사광 및 산란광이 주로 입사되는 반대 측의 경사면(111) 측으로도 태양광이 도달할 수 있도록 하여 상기 태양광 발전 구조체(100)의 집광량을 보다 향상시킬 수 있도록 하였다. 이때 상기 베이스(110)는 해당 단지의 위도에 따라 그 각도를 설정하여 태양광이 보다 직사되도록 할 수 있을 것이다.
이와 같이 상기 태양광 발전 시스템은 발전 효율을 향상시키기 위해 다양한 형태로 배치될 수 있다.
그리고 상기 베이스(110)는 상황에 따라 상기 태양광 발전 구조체(100)의 배치를 변경할 수 있도록 둘레 방향으로 회전 가능하게 형성될 수도 있다. 이에 따라 다양한 환경에서 최대의 효율을 가질 수 있도록 배치 형태를 다양하게 변경할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 제1실시예에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 구조체의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예 역시 전술한 제1실시예와 마찬가지로 베이스(110) 상에 복수의 태양광 발전 구조체(100)가 구비된다는 점은 동일하다. 다만, 본 실시예의 경우 상기 태양광 발전 구조체(100)가 일렬로 배열된 형태의 임의의 열(A~D 중 어느 하나)은 각각 설치 지역의 위도에 따라 소정 각도(θ)를 가지도록 경사지게 배치되어, 상기 태양광 발전 구조체(100)의 집광량을 보다 향상시킬 수 있도록 하였다. 이때 각 열(A~D 중 어느 하나)는 해당 열에 따라 그 각도를 다르게 설정할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 피라미드형 태양광 발전 구조체(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 피라미드형 태양광 발전 구조체(100)에서 태양광을 직사하는 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도(θ1)와, 이의 반대 측인 타측 경사면(111')이 지면과 이루는 각도(θ2)가 서로 다르게 형성된다. 이때 상기 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도(θ1)는 상기 타측 경사면(111')이 지면과 이루는 각도(θ2)보다 클 수 있다.
이와 같이 할 경우, 전술한 제1실시예 또는 제2실시예와 마찬가지로 태양광을 직사하는 경사면(111) 측으로 태양광이 보다 직사되도록 할 수 있도록 하고, 또한 반사광 및 산란광이 주로 입사되는 반대 측의 경사면(111') 측으로도 태양광이 도달할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템에 있어서, 반사판(130)의 각도를 조절하는 모습을 나타낸 도면이다.
역시 전술한 실시예들과 마찬가지로 베이스(110) 상에 복수의 태양광 발전 구조체(100)가 구비된다는 점은 동일하다. 다만, 본 실시예의 경우 서로 인접한 태양광 발전 구조체(100) 사이에 구비되어 태양광을 상기 복수의 태양광 발전 구조체(100) 중 적어도 어느 하나 이상에 반사시키는 반사판(130)을 더 포함한다.
즉 본 실시예에서 상기 반사판(130)은 상기 복수의 태양광 발전 구조체(100)에 의해 형성되는 골 부분에 구비되며, 특히 골의 길이 방향을 따라 길이 방향으로 길게 형성된 형태를 가진다.
이에 따라 본 실시예의 경우 상기 반사판(130)이 상기 태양광 발전 구조체(100)의 반사면(112), 보조면(113) 및 경사면(111)의 반사영역(111b)과 함께 입사되는 태양광을 다양한 방향으로 반사시켜 집광 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
특히 본 실시예에서 상기 반사판(130)은 상기 태양광 발전 구조체(100)가 일렬로 배열된 서로 인접한 열에 각각 구비되어 한 쌍이 서로 반대 측을 향해 경사진 형태를 가지며, 이들은 도 11과 같이 베이스(110) 또는 상기 태양광 발전 구조체(100)에 대해 힌지 방식으로 회전 가능하게 형성될 수도 있다.
이와 같이 할 경우 상기 반사판(130)은 일측의 회전축에 의해 회전 가능하게 형성되어 태양광의 반사각을 가변시킬 수 있도록 형성되므로, 계절 및 시간에 따라 집광량을 최대로 유지시킬 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 피라미드형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 상기 태양광 발전 구조체(100)가 일렬로 배열된 형태의 임의의 열(A~D 중 어느 하나)에 포함된 태양광 발전 구조체(100)와, 이에 대해 인접한 다른 열(A~D 중 임의의 열과 인접한 어느 하나)에 포함된 태양광 발전 구조체(100)는 서로 어긋난 위치로 배열된다는 특징을 가진다.
이와 같은 형태를 가지는 본 실시예의 경우 각 태양광 발전 구조체(100)의 경사면(111)이 인접한 열에 구비된 태양광 발전 구조체(100)에 의해 가려지는 것을 최소화할 수 있다. 즉 어느 하나의 태양광 발전 구조체(100)의 중심은 인접한 열의 한 쌍의 태양광 발전 구조체(100) 사이에 형성되는 골 부분에 대응되도록 배치되므로, 상기 태양광 발전 구조체(100)의 경사면(111)에 입사되는 태양광의 양을 극대화할 수 있게 된다.
또한 본 실시예의 경우 상기 반사면(112)에 의해 반사되는 태양광이 보다 많은 태양광 발전 구조체(100) 측으로 입사될 수 있으므로, 적산 발전량을 크게 향상시킬 수 있음은 물론이다.
이상으로 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으며, 이하에서는 도 13을 통해 상기와 같은 본원발명과 종래기술의 발전량을 그래프를 통해 비교하도록 한다. 구체적으로 도 13의 경우 본원발명과 종래기술의 발전 효율을 시간대 별로 정리하여 그래프로 나타낸 것이다.
해당 그래프에 나타난 바와 같이, 종래기술의 경우 태양의 고도가 충분히 높은 정오 근처의 시간대에서는 발전 효율이 높긴 하지만 그 외의 시간대에서의 발전 효율이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 본원발명의 경우 전 시간대에서 높은 발전 효율을 균일하게 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로 그래프 하부의 전체 면적, 즉 적산 발전량이 종래기술에 비해 보다 높게 나타남을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 태양광 발전 구조체 110: 베이스
111: 경사면 111a: 패널장착영역
111b: 반사영역 112: 반사면
113: 보조면 120: 태양광 패널
130: 반사판

Claims (6)

  1. 복수의 경사면(111)을 가진 피라미드 형상을 가지도록 형성되며,
    상기 복수의 경사면(111) 중 적어도 어느 하나 이상에 구비되어 태양광을 집광하는 태양광 패널(120)을 포함하고,
    상기 경사면(111)은,
    상기 태양광 패널(120)이 장착되는 패널장착영역(111a) 및 상기 태양광 패널(120)이 미장착되어 태양광을 다른 태양광 발전 구조체 측으로 반사시키는 반사영역(111b)을 포함하며,
    상기 태양광 발전 구조체는,
    서로 인접한 상기 경사면(111) 사이에 구비되며, 태양광을 다른 태양광 발전 구조체 측으로 반사시키는 반사면(112)을 더 포함하고,
    상기 반사면(112)의 상부에는 상기 반사면(112)들에 둘러싸이는 보조면(113)이 형성되고, 상기 보조면에는 태양광 패널이 구비되며,
    상기 태양광 패널(120)은,
    직사각형 형태로 형성되고, 태양광을 집광하는 한 쌍의 태양광 흡수패널(121); 및
    상기 한 쌍의 태양광 흡수패널(121) 사이에 구비되어 태양광을 반사하는 반사패널(122);
    을 포함하여, 정사각형 형상을 가지도록 형성되는 피라미드형 태양광 발전 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    태양광을 직사하는 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도와, 반대 측인 타측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도가 서로 다르게 형성되는 피라미드형 태양광 발전 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    태양광을 직사하는 일측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도는, 반대 측인 타측 경사면(111)이 지면과 이루는 각도보다 크게 형성되는 피라미드형 태양광 발전 구조체.
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