발명의 배경 및 필요성

발명의 중요성

• 수자원 관리는 인류 역사와 밀접하게 연관되어 있으며, 고대 문명부터 현대까지 생존과 번영을 위해 필수적이며, 인구 증가, 산업 발전, 기후 변화 등으로 인한 물 부족 문제가 전 세계적으로 심각해짐
• 과학자들과 엔지니어들은 물의 양과 질을 실시간으로 모니터링하고 관리하기 위해 부이를 활용한 첨단 기술을 개발하고 있음

기술 발전의 필요성

• 부이를 이용한 수자원 관리 기술은 해양학, 환경 과학, 기술 공학 등 다양한 분야에 기여하며, 부이의 태양전지판 크기와 효율성 문제 해결은 기술 발전을 위해 필수적임
• 태양전지 기술의 발전은 부이뿐만 아니라 가정용 및 산업용 에너지 공급에도 중요한 역할을 하며, 수자원 관리 기술의 효율성과 정확성을 향상시킬 것임
• 지속적인 연구와 혁신을 통해 수자원 관리 기술의 발전을 이루어야 하며, 특히 부이를 이용한 모니터링 시스템의 태양전지판 문제 해결은 중요한 과제임

구현방법

기술 원리 및 구현

• 태양광을 전기로 변환하여 수환경 모니터링을 실시하는 부이는 렌즈 배열을 통해 태양광을 집중시켜 광효율을 높이고, 이를 태양광모듈에 전달하여 전기를 생산함
• 상부몸체에 다수의 렌즈를 배열하여 빛을 집중시키고, 원뿔대 형태의 설치베이스에 배치된 태양전지를 통해 전기를 생성함
• 수집된 수환경 데이터는 데이터처리장치를 통해 처리되며, 근거리 및 장거리 통신 모듈을 통해 전송함
• 부이의 안정성을 위해 하단을 넓은 형태로 설계하고, 충격흡수체와 밸러스터부재를 통해 밸런스를 조정함

기술의 장점

• 외부 전원 없이 태양광을 이용해 전기를 생산하고 수환경 데이터를 수집 및 전송할 수 있음
• 일조량이 적은 수역에서도 효과적으로 전기를 생산할 수 있어 다양한 수역에서 활용 가능함
• 근거리 및 장거리 통신을 통해 비용을 절감하며 수환경 정보를 실시간으로 파악할 수 있음

실험 및 결과

실험 목적 및 방법

• 부이의 태양광 전기 변환 효율성 및 수환경 데이터 수집과 전송 과정의 효과를 검증하고, 다양한 조건에서의 부이의 안정성과 실시간 모니터링 능력을 평가함
• 다양한 일조량 조건에서 부이의 태양광 전기 변환 효율을 측정하고, 근거리 및 장거리 통신을 통한 수환경 데이터의 전송 속도 및 안정성을 평가함
• 부이의 안정성을 다양한 수역 조건에서 테스트함

실험 결과

• 부이는 다양한 일조량 조건에서도 효과적으로 전기를 생산하며, 수환경 데이터를 안정적으로 수집 및 전송함
• 근거리 및 장거리 통신을 통해 실시간으로 수환경 정보를 전송하는 데 성공함
• 부이의 설계는 다양한 수역에서의 안정성을 보장함

수자원 관리를 위한 태양광 부이 기술의 활용 방안 및 기대효과

태양광 부이를 통한 수자원 관리 방안

• 태양광을 이용해 에너지를 수집하는 부이를 활용하여 강, 호수, 바다 등 다양한 수역에서 물의 질과 상태를 실시간으로 모니터링
• 경량화된 특별 설계 태양광 모듈을 사용하여 부이의 설치 및 운영 용이성과 비용 절감을 실현
• 다수의 부이를 활용해 넓은 지역의 수환경 감시를 통해 수질 관리 및 환경 모니터링 작업에 기여
• 장거리 통신 기능을 선택된 부이에만 부여하고 나머지는 근거리 통신으로 정보를 전달하여 시스템 운영 비용 절감

태양광 부이 기술의 기대효과

• 실시간 수환경 모니터링과 시스템 설치 및 운영 비용 절감을 통해 수자원 관리에 경제적인 방법 제공
• 수질 관리 및 환경 모니터링 작업에 크게 기여하여 수자원 보호 및 관리의 효율성 향상
• 태양광 에너지 활용으로 재생 가능 에너지 사용을 통한 환경 보호 기여
• 장거리 및 근거리 통신 기능 최적화로 대규모 수면 모니터링 시스템의 구축 및 유지 관리 비용 대폭 절감
• 실시간 데이터 수집 및 분석을 통해 수질 변화에 신속하게 대응, 수환경 관련 재난 및 오염 문제에 효과적 대처 가능

시장 동향

수자원 관리 시장 동향

• 수자원 관리 체계가 우수한 기업 사례로 삼성전자 화성캠퍼스가 플래티넘 등급을 취득함
• 2023 대한민국 기후환경 에너지 대전에서 수자원 관리 산업을 포함한 신재생에너지 및 기후환경산업의 기술과 제품이 전시될 예정임
• 신재생에너지, 기후환경산업 통합 전시회인 '2023 대한민국 기후환경 에너지 대전(KEET 2023)'에서 수자원 관리 산업이 주목받고 있음
• 김대중컨벤션센터에서 열리는 KEET 2023에서는 수자원 관리 산업을 포함하여 다양한 기후환경 분야의 기술과 제품이 소개될 예정임

태양광 에너지 시장 동향

• 태양광 에너지 기술 발전과 인플레이션 감축법(IRA)의 혜택으로 태양광 에너지 가격이 지속적으로 하락하고 있음
• 정부 지원, 공급망 현지화 및 시장 규모 증가로 인해 태양광 에너지 기업들의 비용 절감이 가능해지고 있음
• 2030년까지 청정 전력이 화석 기반 발전을 추월하면서 발전과 전기 시장의 지형이 변화될 것으로 전망됨
• 글로벌 태양광 발전 수요 증가로 인해 신재생 에너지 부문의 영업이익이 3분기 연속 최대 기록을 갱신함
• IRA 시행으로 인한 세액공제 혜택 반영으로 미국 내 태양광 모듈 생산 공장 증설이 예상되며, 세액공제 혜택은 더욱 커질 전망임
• 2025년까지 미국 태양광 판매량을 현재의 40~50%에서 70%까지 확대할 계획임