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KR200442088Y1 - 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치 - Google Patents

수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치 Download PDF

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KR200442088Y1
KR200442088Y1 KR2020070016195U KR20070016195U KR200442088Y1 KR 200442088 Y1 KR200442088 Y1 KR 200442088Y1 KR 2020070016195 U KR2020070016195 U KR 2020070016195U KR 20070016195 U KR20070016195 U KR 20070016195U KR 200442088 Y1 KR200442088 Y1 KR 200442088Y1
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Abstract

본 고안은 수상에서 이용 가능한 레저 시설, 극장 및 카페와 함께 숙박이 동시에 이루어지는 수상 구조물을 구비하고, 상기한 수상 구조물 상에 태양으로부터 전달되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환을 실시하기 위한 태양전지 모듈을 사용하되, 상기한 태양전지 모듈을 틸팅 시키기 위한 별도의 틸팅 장치 및 고가의 센서 없이 상기한 수상 구조물을 시간 단위별로 태양을 향해 수면상에서 회전 가능하게 함으로서, 수상 구조물에 탑승한 사용자에게 최적의 휴식 공간 제공과 함께 태양전지 모듈을 통해 발전을 실시하여 수상 구조물 상에 위치한 레저 시설, 극장 및 카페 등에 전기를 공급하고, 발전된 여분의 잉여 전기는 판매를 실시하여 경제적인 창출 효과를 갖는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치를 제공한다.
수상 구조물, 태양광, 에너지, 발전

Description

수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치{Solar Energy Generating Device}
본 고안은 저수지 또는 강가에 태양전지 모듈이 구비된 수상 구조물을 설치하고, 상기한 수상 구조물에서 레저 여가와 함께 태양광을 이용한 발전이 이루어지는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전이라 함은 태양 전지에 의하여 태양광을 직접 전력으로 변환하는 발전 방식을 말한다. 태양빛을 받아 열을 이용하여 에너지를 발생하는 태양열 발전과 달리, 태양광 발전은 태양빛을 받아 반도체 물질로 이루어진 태양전지에서 바로 전기 생성이 이루어지는 점에서 차이가 있다.
상기한 태양광 발전은 빛이 조사(照射)되면 광전효과에 의해 광 기전력을 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식으로서 일반적인 구성은 태양전지(Solar Cell)로 구성된 모듈(Module)과, 축전지 및 전력변환장치로 구성된다. 또한, 태양전지의 종류로는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌 광전지 및 아황산구리 광전지, 반도체 pn접합을 사용한 실리콘광전지 등이 있다.
상기한 태양광 발전은 태양전지 모듈의 설치 형태에 따라 고정식, 고정식 가변형, 단축형, 양축형으로 분류된다.
상기한 고정식은 태양전지 모듈이 남쪽을 향해 고정 설치된 형태로서 일조량이 우수한 오후에 효과적으로 태양 빛에 대한 발전이 이루어지나, 측벽에서의 조사되는 햇빛에 대한 발전이 부족한 문제점을 안고 있으며, 비용은 저렴하나 원하는 만큼의 발전 효율이 기대하기 어려운 문제점을 동시에 안고 있다.
고정식 가변형의 경우에는 태양전지 모듈이 남쪽을 향해 고정되고, 일년에 몇 차례씩 나누어서 상기한 태양전지 모듈의 각도를 변화시켜 사용하는 방식이다.
단축형은 태양전지 모듈이 동에서 서쪽 방향을 향해 시간 단위로 각도가 변화되는 방식을 이용한 것이며, 양축형은 태양전지 모듈이 태양의 궤적을 따라 자동으로 틸팅 가능하도록 별도의 센서를 부착하여 사용하는 방식이다.
상기한 태양광 발전 방식은 효율의 관점에서 보았을 때는 양축형〉단축형〉고정식 가변형〉고정식 순으로 효율이 우수하나, 설치 비용 측면에서 보았을 때는 역순의 관계를 갖게 되어 저렴한 설치비로 높은 효율의 태양광 발전을 위한 대처 방안이 모색되었다.
본 고안의 목적은 수상 구조물 상에 전기 발전이 가능한 태양전지 모듈을 설치하고, 상기한 태양전지 모듈에서 발생된 전기 에너지를 수상 구조물에 설치된 레저 시설 및 기타 시설에 공급함은 물론, 고정식 태양전지 모듈 형태를 사용하면서도 효율은 단축형에 못지 않는 전기 에너지 발생을 실시하여 잉여 전력을 통한 경제적인 효과까지 달성 가능한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치는 수면위에 위치하며 수상에서 이용 가능한 레저 시설, 극장 및 카페와 함께 숙박이 동시에 이루어지는 수상 구조물이 구비되되, 상기한 수상 구조물 상에 다수개의 태양전지가 상호 간에 연결되어 태양으로부터 조사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(Solar Cell Module)과; 상기 수상 구조물에 설치되어 상기한 태양전지 모듈과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각에 가깝게 유지 가능하도록 태양의 궤도를 따라 상기한 수상 구조물의 위치를 회전시키는 가동부; 및 상기 태양전지 모듈로부터 입력되는 전기 에너지의 발전 상태와 상기 수상 구조물의 위치가 태양의 궤도를 따라 최적의 위치로 회전 가능하도록 가동부를 콘트롤 하는 제어부를 포함하여 구성된다.
태양전지 모듈은 수상 구조물의 상측에 천정이 형성된 천정 구조물의 상측 또는 측벽에 설치되도록 구성된다.
상기 가동부는 수상 구조물의 외측으로 이격되어 수중에 고정된 고정바에 일단이 연결되고 타단은 수상 구조물에 위치한 롤러에 다수회 권취된 와이어(Wire), 상기 롤러와 연결 설치된 모터축을 매개로 하여 정, 역 방향으로 회전 작동되는 구동모터를 포함하여 구성된다.
상기 제어부는 시간 단위로 가동부에 제어 신호를 출력하여 수상 구조물을 회전 작동시키도록 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치는 고정형태의 태양전지 모듈을 사용함으로써 상기 태양전지 모듈을 자동으로 작동시키기 위한 별도의 센서 및 부속 부품이 삭제 가능하고, 태양전지 모듈과 태양 상호 간에 최적의 각도로 빛 에너지에 대한 조사가 이루어져 효율적인 발전이 이루어지는 효과가 있다.
또한 수상 구조물에서 레저 시설을 이용함과 동시에 태양광을 이용한 전기 발전을 통해 수상 구조물에 구비된 시설물에 전기 공급을 가능하게 하고, 여분의 잉여 전력은 판매를 실시하여 경제적인 이윤 창출 효과가 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1은 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치를 도 시한 도면이고, 첨부된 도 2a 내지 도 2d는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치의 작동 상태도이며, 첨부된 도 3은 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치와 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교한 그래프이고, 첨부된 도 4는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치의 다른 실시예에 따른 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교한 그래프이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 수면위에 위치하며 수상에서 이용 가능한 레저 시설, 극장 및 카페와 함께 숙박이 동시에 이루어지는 수상 구조물(2)이 구비되되, 상기한 수상 구조물(2) 상에 다수개의 태양전지가 상호 간에 연결되어 태양으로부터 조사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(Solar Cell Module)(100)이 상기한 수상 구조물(2)에 설치된다.
첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 상기 수상 구조물(2)은 직사각형 형태 또는 타원형태 및 원형형태로 다양하게 변경 가능하며 특정 형태 및 형상에 한정하지는 않는다. 태양전지 모듈(100)은 수상 구조물(2)의 크기에 따라 설치 갯수는 다양하게 변경 가능하다.
수상 구조물(2)에 설치되어 상기한 태양전지 모듈(100)과 태양(3)이 상호 간에 이루는 각도가 직각에 가깝게 유지 가능하도록 태양의 궤도를 따라 상기한 수상 구조물(2)의 위치를 회전시키는 가동부(200)가 구비된다.
상기 가동부(200)는 수상 구조물(2)의 외측으로 이격되어 수중에 고정된 고정바(10)에 일단이 연결되고 타단은 수상 구조물(2)에 위치한 롤러(202)에 다수회 권취된 와이어(Wire)(210)와, 상기 롤러(202)와 연결 설치된 모터축을 매개로 하여 정, 역 방향으로 회전 작동되는 구동모터(220)를 포함하여 구성된다. 상기 고정바(10)에는 각각 와이어(210)가 연결되어 수상 구조물(2)에 설치된 롤러(202)를 향해 연장 설치되었으며, 수상 구조물(2)의 폭 방향 양측에 각각 설치되도록 구성된다. 가동부(200)의 롤러(202)에 권취된 와이어(210)는 수상 구조물(2)과 적어도 수십 미터 외측으로 연장되어 고정바(10)에 고정된 상태로 위치한다.
태양전지 모듈(100)로부터 입력되는 전기 에너지의 발전 상태와 상기 수상 구조물(2)의 위치가 태양(3)의 궤도를 따라 최적의 위치로 회전 가능하도록 가동부(200)를 콘트롤 하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다. 상기한 제어부(300)는 태양전지 모듈(100) 각각의 발전량을 입력받아 이를 컨트롤 하고, 구동모터(220)의 알피엠(rpm)과 구동모터(220)에 설치된 모터축의 구동 방향에 대한 전반적인 컨트롤을 하게 된다.
태양전지 모듈(100)은 수상 구조물(2)의 상측에 천정이 형성된 천정 구조물(20)의 상측 또는 측벽에 설치되도록 구성된다.
제어부(300)는 시간 단위로 가동부(200)에 제어 신호를 출력하여 수상 구조물(2)을 회전 작동시키도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1 내지 도 2a를 참조하면, 호수, 하천 또는 저수지 상에 위치한 수상 구조물(2)은 수상스키, 극장 및 카페와 함께 숙박도 가능한 다기능 복합 수상 레저 공간으로서 작게는 수십 명의 인원이 탑승 가능한 크기로 제작되고, 크게는 수백 명의 인원이 동시에 탑승하여 수상 레저 및 다양한 용도로 사용된다. 본 고안에서 수상 구조물(2)은 2층 구조물로 이루어진 것으로 도시하였으나, 다층 형태로 제작 가능하며 특별히 층수에 한정하지는 않는다.
본 고안에 의한 수상 구조물(2)은 최초 남쪽을 향하도록 태양전지 모듈(100)이 위치하게 된다. 즉, 본 고안에 의한 태양전지 모듈(100)은 천정 구조물(220)의 상측에 위치가 고정된 형태로 사용이 이루어진다.
첨부된 도 2a를 참조하면, 태양(3)(도 1 참조)이 떠올라 태양전지 모듈(100)과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각이 유지되지 않을 경우에는 상기한 태양전지 모듈(100)을 통해 발전되는 발전량이 저하되므로 상기한 태양이 떠오르는 동쪽을 향해 수상 구조물(2) 전체를 수면상에서 회전시켜야 한다.
제어부(300)는 아침에 태양(3)이 동쪽(East)에서 떠오르므로, 태양(3)과 태양전지 모듈(100) 상호 간의 이루는 각도가 직각에 가깝도록 하기 위해 가동부(200)를 작동시킨다. 본 고안에 의한 수상 구조물(2)의 회전은 단일 고정바(10)에 와이어(210)가 각각 분기된 형태로 설치되므로 한쪽의 와이어는 당기고 다른 한쪽의 와이어는 당기게 되면 수상 구조물(2)이 일측 방향으로 회전되는 원리를 이용한다.
이와 같이 작동되기 위해서는 제어부(300)가 가동부(200)의 구동모터(220)에 작동 신호를 인가하여 모터축을 회전시킨다. 상기한 구동모터(220)의 작동에 의해 롤러(202)가 연동하여 회전되고, 상기한 롤러(202)에 권취된 와이어(210, 210', 210'', 210''')는 각기 서로 다른 방향으로 당겨지거나 풀어지되, 도 2a에 도시된 바와 같이, 와이어(210)는 점선으로 도시된 화살표 방향으로 고정바(10)를 향해 풀리게 되고, 다른 와이어(210')는 화살표 방향으로 구동모터(220)에 의해 감기게 된다.
이와 동시에 다른 와이어(210'')는 점선의 화살표 방향으로 당겨지게 되고, 또 다른 와이어(210''')는 점선의 화살표 방향으로 풀어지게 됨으로써 수상 구조물(2)의 좌, 우 양측에 굵은 실선으로 도시된 화살표 방향으로 수상 구조물(2) 전체가 수면위에서 동쪽(East)을 향해 회전된다.
첨부된 도 2b를 참조하면, 수상 구조물(2)이 동쪽을 향해 회전됨으로써 태양전지 모듈(100)과 태양(3)은 θ1의 각도를 이루면서 태양(3)에서 조사되는 빛이 태양전지 모듈(100)에 전달된다. 상기한 θ1의 각도는 직각 내지 직각에 가까운 각도를 갖음으로써 태양(3)에서 조사되는 태양빛을 태양전지 모듈(100)에 설치된 태양전지(110)를 통해 발전이 이루어지게 되며, 상기한 수상 구조물(2)이 최초에 위치해 있던 방향보다 더 많은 태양광의 발전이 이루어지게 된다. 본 고안의 실시예에서는 수상 구조물(2)의 위치가 동쪽을 향해 한번에 회전된 것으로 설명하였지만 제어부(300)에 의해 시간 단위로 수상 구조물(2)이 최적의 상태로 위치 이동이 이루어질 수도 있다.
이와 같이 수상 구조물(2)의 위치가 태양(3)을 따라 이동됨으로써 상기한 수상 구조물(2)에 탑승한 탑승객(미도시)은 주변의 다양한 풍경을 편안하게 감상 할 수 있게 된다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 태양전지 모듈(100)은 천 청 구조물(20)의 상측에 설치되어 사용할 수 있으며, 별도로 측벽에 설치하여 측면에서 조사되는 태양광에 대한 발전을 실시할 수도 있다.
첨부된 도 2c를 참조하면, 시간이 경과 하여 태양의 위치가 서쪽으로 이동할 경우에는 상기한 태양의 위치 이동에 따라 수상 구조물(2)을 회전시켜야 된다.
이와 같이 작동되기 위해서는 제어부(300)가 가동부(200)의 구동모터(220)에 작동 신호를 인가하여 모터축을 회전시킨다. 상기한 구동모터(220)의 작동에 의해 롤러(202)가 연동하여 회전되고, 상기한 롤러(202)에 권취된 와이어(210, 210', 210'', 210''')는 각기 서로 다른 방향으로 당겨지거나 풀어지되, 도 2c에 도시된 바와 같이, 와이어(210)는 점선으로 도시된 화살표 방향으로 감기게 되고, 다른 와이어(210')는 고정바(10)를 향해 풀리게 된다.
이와 동시에 다른 와이어(210'')는 점선의 화살표 방향으로 풀리게 되고, 또 다른 와이어(210''')는 점선의 화살표 방향으로 당겨지게 됨으로써 수상 구조물(2)의 좌, 우 양측에 굵은 실선으로 도시된 화살표 방향으로 수상 구조물(2) 전체가 수면위에서 서쪽(West)을 향해 회전된다.
첨부된 도 2d를 참조하면, 수상 구조물(2)이 서쪽을 향해 회전됨으로써 태양전지 모듈(100)과 태양(3)은 θ2의 각도를 이루면서 태양(3)에서 조사되는 빛이 태양전지 모듈(100)에 전달된다. 상기한 θ2의 각도는 직각 내지 직각에 가까운 각도를 갖음으로써 태양(3)에서 조사되는 태양빛을 태양전지 모듈(100)에 설치된 태양전지(110)를 통해 발전이 이루어지게 되며, 상기한 수상 구조물(2)이 최초에 위치해 있던 방향보다 더 많은 태양광의 발전이 이루어지게 된다.
이와 같이 태양전지 모듈(100)에서 발전된 전기는 수상 구조물(2)에 설치된 레저 시설, 극장 및 카페에 사용 가능한 전력으로 변환되어 공급이 이루어지고, 여분의 잉여 전기는 별도의 변환기(미도시)를 거쳐 일반적으로 사용되는 교류 전원으로 변환이 이루어져 전기 에너지를 필요로 하는 공급처에 공급이 이루어지게 된다.
첨부된 도 3을 참조하여 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치와 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 고정식의 발전량을 100%로 가정했을 때 고정식 가변형은 104%의 발전량을 갖고, 본 고안은 113%의 발전량을 갖으며, 단축형은 115%의 발전량을 나타내며, 가장 발전량이 우수한 양축형은 125%의 발전량을 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치는 고정식의 형태를 취하면서도 발전량에 있어서는 단축형과 유사한 발전량을 갖게 되는 것을 알 수 있어 보다 효율적인 태양광 발전이 이루어지게 된다.
첨부된 도 4는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치의 다른 실시예에 따른 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교한 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 고안에 의한 태양전지 모듈(100)은 위에서 설명한 바와 같이 고정식으로 사용할 수 있으며, 계절 또는 분기별로 태양을 향해 경사각을 조절할 수 있는 고정식 가변형의 형태로 변경 설치하고 수상 구조물(2)을 시간 단위로 회전시킬 경우에는 단축형과 양축형의 발전량 사이에 본 고안이 위치하게 되어 위에서 설명한 고정식의 형태보다 더 우수한 발전량을 갖게 되어 보다 많 은 잉여 전기 생산이 이루어질 수 있다.
첨부된 도 1은 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치를 도시한 도면.
첨부된 도 2a 내지 도 2d는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치의 작동 상태도.
첨부된 도 3은 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치와 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교한 그래프.
첨부된 도 4는 본 고안에 의한 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치의 다른 실시예에 따른 기존의 태양광 발전 장치의 발전량을 상호 비교한 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 수상 구조물 3 : 태양
100 : 태양전지 모듈 200 : 가동부
210 : 와이어 220 : 구동모터
300 : 제어부

Claims (4)

  1. 수면위에 위치하며 수상에서 이용 가능한 레저 시설, 극장 및 카페와 함께 숙박이 동시에 이루어지는 수상 구조물이 구비되되, 상기한 수상 구조물 상에 다수개의 태양전지가 상호 간에 연결되어 태양으로부터 조사되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(Solar Cell Module);
    상기 수상 구조물에 설치되어 상기한 태양전지 모듈과 태양이 상호 간에 이루는 각도가 직각에 가깝게 유지 가능하도록 태양의 궤도를 따라 상기한 수상 구조물의 위치를 회전시키는 가동부; 및
    상기 태양전지 모듈로부터 입력되는 전기 에너지의 발전 상태와 상기 수상 구조물의 위치가 태양의 궤도를 따라 최적의 위치로 회전 가능하도록 가동부를 콘트롤 하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은 수상 구조물의 상측에 천정이 형성된 천정 구조물의 상측 또는 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가동부는 수상 구조물의 외측으로 이격되어 수중에 고정된 고정바에 일단이 연결되고 타단은 수상 구조물에 위치한 롤러에 다수회 권취된 와이어(Wire), 상기 롤러와 연결 설치된 모터축을 매개로 하여 정, 역 방향으로 회전 작동되는 구동모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 시간 단위로 가동부에 제어 신호를 출력하여 수상 구조물을 회전 작동시키는 것을 특징으로 하는 수상 구조물에 설치된 태양광 발전 장치.
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