KR100926959B1 - Hybrid Power Generation and Management System for Buoys Using Photovoltaic, Wind, and Wave Power - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템에 관한 것으로, 상세하게는 해수면에 부유되며 상부로 선박의 항로를 안내하는 등명기가 구비된 부상부와, 하부로 해저면에 설치되어 부동상태를 유지하는 침추부를 갖는 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템에 있어서, 상기 부상부에 설치된 태양광 발전장치 및 풍력 발전장치와; 상기 부상부와 침추부 사이에 설치된 파력 발전장치와; 상기 부상부에 설치되고, 이들 각 발전장치에 의하여 생산된 전력을 모아서 하나의 전력으로 통합 조정하고 제어하는 하이브리드 발전 제어장치; 그리고 상기 등부표와 통신하면서 각 장치들로부터 전달되는 감지신호에 근거하여 각종 운전상태를 감시하고, 이 감시정보에 근거하여 통신망을 경유하여 등부표를 관리 감독하는 원격 모니터링 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것으로서, 태양광, 파력, 풍력에너지는 기상에 따라 서로 상반된 발전특성을 나타내므로 일별, 계절별로 생산되는 발전량은 편차가 없이 균일하게 제공할 수 있으며, 무선감시시스템을 이용하여 육상에서 등부표의 상태를 모니터링 및 제어 가능하여 등부표가 효율적으로 운용될 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a hybrid power generation and management system for the tread chart using solar light, wind power and wave power, and more specifically, floating on the sea surface and the floating portion provided with a light guide for guiding the route of the vessel to the top, and to the bottom of the sea bottom. 1. A hybrid power generation and management system for a back table having a invasion unit installed to maintain a floating state, comprising: a solar power unit and a wind power unit installed in the floating unit; A wave power generator installed between the floating part and the invasive part; A hybrid power generation control device installed in the floating part and configured to collectively adjust and control power generated by each of these power generation devices into one electric power; And a remote monitoring device that monitors various driving states based on the detection signals transmitted from the devices while communicating with the register and manages and supervises the register via the communication network based on the monitoring information. As the solar, wave and wind energy show power generation characteristics that are opposite to each other according to the weather, the amount of power produced daily and seasonal can be provided uniformly without any deviation. It is possible to monitor and control the condition so that the buoy can be operated efficiently.
등부표, 태양광, 풍력, 파력, 하이브리드, 발전 Buoy, Solar, Wind, Wave Power, Hybrid
Description
본 발명은 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광을 기본으로 풍력 및 파력을 이용하는 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid power generation and management system for the buoy using solar light, wind power and wave power, and more particularly, to a hybrid power generation and management system for the buoy using wind power and wave power based on solar light.
해상에서 선박의 안전한 항해를 위해서는 주기적으로 선박의 위치를 확인할 필요가 있다. 이를 위해 선박의 교통량이 많은 곳에서는 선박의 운항을 돕기 위한 인공적인 시설을 필요로 하게 되며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 설치된 시설이 항로표지이다. 항로표지에 있어서, 특히 해상의 등명기가 장착된 등부표는 그 현지의 운영 환경이 무인으로 운영되고 지리학적 요인으로 관리가 용이하지 않기 때문에 전원의 안정적인 공급 및 정기적인 유지보수가 가장 큰 문제점으로 대두되어 있다. In order to safely navigate the ship at sea, it is necessary to periodically check the ship's position. For this purpose, where the traffic of a vessel is heavy, an artificial facility is needed to assist the operation of the vessel, and a facility installed to accomplish this purpose is a route mark. In the route sign, especially the buoys equipped with marine light registers, the stable operation and regular maintenance of power are the biggest problems because the local operating environment is operated unattended and it is not easy to manage due to geographical factors. have.
종래의 등부표는 발전시스템으로 오직 태양의 광량에 따라 발전하는 태양광 발전만을 이용하기 때문에, 계절 및 날씨의 변화에 의해 심하게 변동하는 광량에 따라 전력생산량 또한 편차가 크며, 따라서 전력시스템의 안정성이 크게 떨어지고 부조일수가 길어질 경우 등명기를 점등하지 못하는 경우가 발생할 수 있으며 배터리의 수명에도 악영향을 미쳐 유지보수 비용이 증가하는 단점이 있다.Conventional isobu is a power generation system using only photovoltaic power generation that is generated according to the amount of solar light, so the power output also varies greatly depending on the amount of light that is severely changed by the change of seasons and weather, and thus the stability of the power system is greatly increased. If it falls and the number of relief days is long, it may not be possible to turn on the lamp, which has a disadvantage of adversely affecting the life of the battery and increasing maintenance costs.
또한, 기존의 등부표는 원격지의 해양에 설치되어 있으며, 배터리의 잔량과 태양전지판, 점멸등의 이상 유무의 상태를 수시 또는 정기적으로 점검하여, 이상 여부에 따라 파손 여부를 확인하기 위해서 관리자가 수시로 등부표가 있는 곳으로 이동한 후 교체 또는 보수해야 하는데, 관리자가 현장에서 직접 확인 및 조작해야 하는 불편함이 있었다. 무엇보다도 점검자가 등부표에 승선하여 업무를 수행해야 하는 위험한 작업의 하나로 산업 재해의 가능성을 항상 내포하고 있으며, 등부표의 관리를 위한 비용 및 인적낭비가 커지게 되는 문제점이 있는 것이다.In addition, the existing buoys are installed in the offshore of the remote place, and the managers frequently check the battery packs, solar panels, flashing lights, etc. at any time or regularly to check whether they are damaged or not. After moving to the place where it is necessary to replace or repair, the administrator had to check and operate on site. Above all, it is one of the dangerous tasks that the inspector has to carry out work by boarding the buoy, which always includes the possibility of an industrial accident, and the cost and human waste for the management of the buoy are increased.
또한, 등부표의 고장여부를 즉시 판단하지 못하므로, 등부표의 고장에 따른 해양선박 사고의 우려가 있는 문제점이 있었다.In addition, since it is not possible to immediately determine whether or not the failure of the buoy, there was a problem that there is a risk of marine vessel accident due to the failure of the buoy.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 태양광 발전시스템으로만 구성된 등부표용 전력시스템에서 전력부족 문제를 해결하기 위하여 태양광발전, 수직형 풍차를 이용한 풍력발전, 진동수주형 파력발전을 이용하여 지속적인 전력을 생산하며, 지역별 기상조건에 따라 태양광발전을 기본으로 하고 풍력발전기 및 파력발전기를 부가적으로 탈부착할 수 있는 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, in order to solve the power shortage problem in the power system for the back buoy consisting only of the existing solar power generation system, solar power generation, wind power generation using a vertical windmill, frequency Produces continuous power by using template wave power generation, and based on solar power according to local weather conditions, hybrid power generation for solar energy, wind power and wave power that can additionally attach and detach wind generators and wave generators. The purpose is to provide a management system.
본 발명은 발전장치별 전력생산량에 따라 회로를 연결 및 차단하고 주배터리 충전 후의 잉여전력은 보조배터리에 충전하여 더미(Dummy) 및 방오(Antifouling) 시스템에 이용하는 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.The present invention connects and cuts the circuit according to the power generation output of each power generation device, and surplus power after charging the main battery is charged to the auxiliary battery, and is used for back light using solar, wind, and wave power used in dummy and antifouling systems. Another aim is to provide a hybrid generation and management system.
본 발명은 원격지에서 등부표의 이상 유무를 확인할 수 있는 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a hybrid power generation and management system for a buoy using solar light, wind power and wave power, which can confirm abnormalities of the buoy in a remote location.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템은, 해수면에 부유되며 상부로 선박의 항로를 안내하는 등명기가 구비된 부상부와, 하 부로 해저면에 설치되어 부동상태를 유지하는 침추부를 갖는 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템에 있어서, 상기 부상부에 설치된 태양광 발전장치 및 풍력 발전장치와; 상기 부상부와 침추부 사이에 설치된 파력 발전장치와; 상기 부상부에 설치되고, 이들 각 발전장치에 의하여 생산된 전력을 모아서 하나의 전력으로 통합 조정하고 제어하는 하이브리드 발전 제어장치; 그리고 상기 등부표와 통신하면서 각 장치들로부터 전달되는 감지신호에 근거하여 각종 운전상태를 감시하고, 이 감시정보에 근거하여 통신망을 경유하여 등부표를 관리 감독하는 원격 모니터링 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Hybrid power generation and management system for the buoy using solar light, wind power and wave power in accordance with a preferred embodiment of the present invention for achieving the object as described above, is equipped with a brighter that floats on the sea surface and guides the route of the vessel to the top A hybrid power generation and management system for a back table having a floating part and a lower part installed on the sea bottom to maintain a floating state, the hybrid power generation and management system installed in the floating part; A wave power generator installed between the floating part and the invasive part; A hybrid power generation control device installed in the floating part and configured to collectively adjust and control power generated by each of these power generation devices into one electric power; And a remote monitoring device that monitors various driving states based on the detection signals transmitted from the devices while communicating with the register and manages and supervises the register via the communication network based on the monitoring information. It is done.
그리고, 본 발명에 따른 상기 태양광 발전장치는, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지판으로 이루어진 태양광발전기와; 상기 태양광발전기에서 발생한 직류전력을 충전하는 축전지; 및 상기 축전지의 과충전 및 과방전을 보호하는 충방전제어기;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the photovoltaic device according to the present invention includes a photovoltaic generator made of a solar panel for converting solar energy into electrical energy; A battery for charging DC power generated by the solar generator; And a charge / discharge controller for protecting overcharge and overdischarge of the storage battery.
여기서 상기 충방전제어기는, 상기 태양광발전기의 일사량 및 일사각에 따라 최대 발전 효율로 충전하기 위한 MPPT 제어기와; 상기 태양광발전기에서 생성된 직류전력을 충전전압으로 바꾸어주는 전압조정부와; 상기 전압조정부와 축전지 사이에 구성되어 전류가 축전지에서 전압조정부를 통하여 태양광발전기로 흐르는 것을 방지하는 역전류방지 다이오드; 및 상기 태양광발전기에서 전기적 신호를 검출하여 축전지의 과충전 및 과방전을 제어하는 충방전제어부;를 포함하여 구성되는 것이 더욱 바람직하다.Here, the charge and discharge controller, MPPT controller for charging at the maximum power generation efficiency according to the solar radiation amount and insolation of the solar generator; A voltage adjusting unit which converts the DC power generated by the solar generator into a charging voltage; A reverse current prevention diode configured between the voltage adjusting unit and the storage battery to prevent current from flowing from the storage battery to the solar generator through the voltage adjusting unit; And a charge / discharge controller configured to detect an electrical signal from the solar generator and control overcharging and overdischarging the battery.
그리고, 본 발명에 따른 상기 풍력 발전장치는, 풍력에 의해 회전되도록 수 직형 프로펠러를 갖는 풍차와; 상기 풍차와 연결되어 전력을 생산하는 풍력발전기;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the wind turbine generator according to the present invention, the windmill having a vertical propeller to be rotated by the wind; It is preferably configured to include; a wind turbine that is connected to the windmill to produce power.
그리고, 본 발명에 따른 상기 파력 발전장치는, 해양파로부터 파랑의 운동에너지 및 위치에너지를 기계적으로 변환가능한 에너지 형태로 변환시켜주는 진동수주형 챔버와; 상기 진동수주형 챔버 내에서 파도와 챔버의 상하운동에 의해 챔버 내 공기가 내외부로의 유입 및 유출에 의하여 공기가 터빈을 회전시키고 이 터빈과 연결되어 전력을 생산하는 파력발전기;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 공기터빈은 웰스(WELLS) 터빈인 것이 더욱 바람직하다. In addition, the wave power generation apparatus according to the present invention includes a vibration receiving type chamber for converting the kinetic energy and potential energy of the wave from the ocean wave into a form of mechanically convertible energy; And a wave generator in which the air rotates the turbine by the inflow and outflow of the air in and out of the chamber by the up-and-down movement of the chamber and the wave within the oscillating chamber. desirable. The air turbine is more preferably a Wells turbine.
그리고, 본 발명에 따른 상기 하이브리드 발전 제어장치는, 상기 풍력발전기 및 파력발전기의 교류성분의 전력을 직류성분의 전력으로 정류하는 정류회로부와; 상기 풍력발전기 또는 파력발전기 중 전력생산이 0인 발전기의 회로를 차단하여 불필요한 회로 손실을 줄이는 차단기 제어부와; 상기 태양광발전기, 풍력발전기 및 파력발전기에서 생산된 전력을 축전지에 우선 충전하고, 축전지가 완충전되면 더미 시스템 및 방오 시스템에 전원을 공급하는 보조축전지에 충전을 시작하도록 제어하고 등명기의 구동을 제어하는 중앙제어부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the hybrid power generation control apparatus according to the present invention includes a rectifier circuit unit for rectifying the power of the AC component of the wind power generator and wave generator with the power of the DC component; A circuit breaker control unit for reducing unnecessary circuit loss by cutting off a circuit of a generator whose power generation is zero among the wind turbine or wave generator; First, the electric power produced by the solar generator, the wind generator, and the wave generator is charged to the storage battery, and when the battery is fully charged, the charging control is started to start the charging of the auxiliary storage battery supplying the dummy system and the antifouling system. It is preferably configured to include a; central control unit for controlling.
그리고, 본 발명에 따른 상기 원격 모니터링 장치는, 각 발전장치의 동작상태를 검출하는 센서부와; 상기 센서부로부터 입력되는 아날로그 신호들을 각 센서별로 조절하는 신호조절부와; 복수 개의 센서들로부터 센싱된 데이터를 수신하고 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키기 위한 데이터 획득유닛과; 상기 데이터 획득유닛에서 제공된 디지털 데이터에 응답하여 디지털센서신호를 발생시키는 신호처리유닛과; 상기 등부표와 통신하면서 각 장치들을 관리 감독하는 중앙관리서버; 및 상기 중앙관리서버로부터 등부표의 상태를 입력받아 데이터베이스에 저장 및 모니터로 표시하고, 관리자의 제어신호를 입력받아 중앙관리서버로 출력하는 컴퓨터 단말기;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the remote monitoring device according to the present invention includes a sensor unit for detecting an operating state of each power generation device; A signal control unit for adjusting the analog signals input from the sensor unit for each sensor; A data acquisition unit for receiving data sensed from the plurality of sensors and converting analog data into digital data; A signal processing unit for generating a digital sensor signal in response to the digital data provided by said data acquisition unit; A central management server for managing and supervising each device while communicating with the register; And a computer terminal that receives the state of the register from the central management server, stores it in a database and displays it as a monitor, and receives a control signal of an administrator and outputs it to the central management server.
여기서 상기 센서부는, 태양광 발전장치에 설치되어 온도 및 일사량을 검출하는 태양광 발전 검출센서와, 풍력 발전장치에 설치되어 풍속 및 블레이드 회전속도를 검출하는 풍력 발전 검출센서와, 파력 발전장치에 설치되어 터빈양단의 차압 및 터빈 회전속도 등을 검출하는 파력 발전 검출센서 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.Here, the sensor unit is installed in the solar power generation device for detecting the temperature and solar radiation photovoltaic power generation detection sensor, installed in the wind power generation device for detecting the wind speed and blade rotation speed, and installed in the wave power generation device It is more preferable to include any one or more of the wave power generation detection sensor for detecting the differential pressure and the turbine rotational speed, etc. across the turbine.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 발전시스템에 이용된 태양광, 파력, 풍력에너지는 기상에 따라 서로 상반된 발전특성을 나타내므로 일별, 계절별로 생산되는 발전량은 편차가 없이 균일하게 제공할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, since the solar, wave, and wind energy used in the power generation system exhibit power generation characteristics opposite to each other according to the weather, the amount of power produced daily and seasonally can be provided uniformly without deviation. It works.
또한, 본 발명에 따르면 더미(dummy) 시스템 및 방오(Antifouling) 시스템 등의 부가시스템을 적용하여 전체 발전시스템이 효율적으로 운용될 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention there is an effect that the entire power generation system can be efficiently operated by applying additional systems such as a dummy system and an antifouling system.
또한, 본 발명에 따르면 원격 감시 시스템을 도입함으로써 원격지에 설치된 다수의 등부표에 대한 고장여부를 감시하고 통합관리함과 동시에 중앙에서 실시간으로 원격지의 등부표에 대한 작동을 제어함으로써, 해양의 등부표에 대한 별도의 보수비용 및 인적손실을 방지하고, 등부표의 수명을 연장할 수 있으며, 잦은 등부 표의 교체로 인한 추가비용의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by introducing a remote monitoring system, by monitoring the integrated status of a plurality of buoys installed in a remote site and integrated management and at the same time by controlling the operation of the remote buoys in the remote real time, a separate to the marine buoys It is possible to prevent maintenance costs and human losses, to extend the life of the register, and to prevent the occurrence of additional costs due to frequent replacement of the register.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 등부표를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a hybrid power generation and management system for a buoy using solar light, wind power and wave power according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram showing a buoy according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템은 크게 등부표(100)와 원격 모니터링 장치(200)를 포함한다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the hybrid power generation and management system for the buoy using solar light, wind power, and wave power according to the present invention includes a buoy 100 and a remote monitoring device 200.
상기 등부표(100)는 해수면에 부유되며 상부로 선박의 항로를 안내하는 등명기(102)가 구비된 부상부(101)와, 하부로 해저면에 설치되어 부동상태를 유지하는 침추부(103)로 구성되어 있다. 상기 부상부(101)에는 태양광 발전장치(110)와, 풍력 발전장치(120) 및 하이브리드 발전 제어장치(140)가 구비되어 있으며, 상기 부상부(101)와 침추부(103) 사이에는 파력 발전장치(130)가 설치되어 있다.The back table 100 is floated on the sea surface and the floating
먼저, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(110)에 관하여 설명하기로 한다.First, the
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치(110)의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 태양광 발전장치(110)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지판을 필요한 수만큼 직병렬로 연결하여 전기를 생산하는 태양광발전기(112)와, 상기 태양광발전기(112)로부터 공급된 직류전원을 충전 하는 축전지(114)와, 상기 태양광발전기(112)에서 전기적 신호를 검출하여 축전지(114)의 과충전 및 과방전을 보호하는 충방전제어기(116) 및 부하단(118)을 포함한다. As shown in FIG. 3, the
상기 충방전제어기(116)는 MPPT 제어기(1160)와, 전압조정부(1162)와, 역전류방지 다이오드(1164) 및 충방전제어부(1166)로 구성된다. 상기 MPPT 제어기(Maximum Power Point Tracking;최대 전력점 추종기)(1160)는 전력공급의 신뢰도 측면에서 열악한 환경에 놓여있는 등부표와 같은 독립형 전력시스템에서 태양광 발전기(112)의 일사량 및 일사각에 따라 최대 발전 효율로 충전하기 위하여 MPPT 제어 알고리즘을 이용하여 발전 가능한 최대 전력을 출력하도록 태양광발전기(112)를 제어한다. 기존의 MPPT 제어 알고리즘은 높은 일사량에서는 MPPT가 비교적 잘 동작하지만 저 일사량에서는 MPPT 제어가 원활히 동작하지 않아 발전량이 저감되는 특성을 가지고 있다. 따라서 본 발명에 따른 MPPT 제어 알고리즘은 태양광 발전시스템의 효율을 높이기 위해 전력변화량(△P)에 따라서 수행된다. △P가 '0'이 아닌 경우에는 PWM 스위칭 기법을 활용하여 기준전압을 조절하여 최대 출력점을 추적하게 된다.The charge /
한편, 태양전지판을 비롯한 각 발전장치에 의하여 발생되는 전압은 변동율이 심하므로 안정된 전원을 공급하기 위하여 정전압 회로가 필요한데 상기 전압조정부(1162)에서 상기 태양광발전기(112)를 비롯한 각 발전장치에서 의하여 발생되는 직류전압을 충전전압으로 바꾸어준다. 상기 역전류방지 다이오드(1164)는 상기 전압조정부(1162)와 축전지(114) 사이에 구성되어 전류가 축전지(114)에서 전압조정 부(1162)를 통하여 태양광발전기(112)를 비롯한 각 발전장치로 흐르는 것을 방지한다. 그리고 상기 충방전제어부(1166)는 상기 태양광발전기(112)에서 전기적 신호를 검출하여 축전지의 과충전 및 과방전을 제어한다.On the other hand, since the voltage generated by each of the generators, including the solar panel is a fluctuation rate is severe, a constant voltage circuit is required to supply a stable power, the
다음으로, 본 발명에 따른 풍력 발전장치(120)에 관하여 설명하기로 한다.Next, the
본 발명에 따른 상기 풍력 발전장치(120)의 기본설계 용량은 40W규모로 초소형 풍력발전에 속하며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 수직형 프로펠러식으로, 풍차(122)와, 상기 풍차(122)와 연결되어 전력을 생산하는 풍력발전기(124)를 포함한다. 한편, 풍력발전용 풍차(122)는 자연현상에 그대로 노출되므로 태풍이나 돌풍과 같은 천재지변에 대응할 수 있는 보호장치가 중요한데, 대형 풍차의 경우 안전보호 장치의 구성은 최신 메카트로닉스 기술의 적용으로 극복하지만, 소형의 경우는 시스템의 단순화로 최소의 기구장치(Mechanism)로 이를 대신하며, 본 발명의 풍력 발전장치(120) 또한 일정 풍속이상에서는 풍차가 회전하지 않도록 기계적으로 제동을 하는 것으로, 이는 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The basic design capacity of the
도 4는 본 발명에 따른 파력 발전장치(130)의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파력 발전장치(130)은 크게 나누어 진동수주형 챔버(132)와 파력발전기(134)로 구성되며, 상기 진동수주형 챔버(132)는 해양파로부터 파랑의 운동에너지 및 위치에너지를 기계적으로 변환가능한 에너지 형태로 바꾸어주는 장치이다. 그리고, 상기 파력발전기(134)는 진동수주형 챔버(132)에서 흡수한 에너지를 전기적 에너지 형태로 변환시켜주는 장치로, 회 전하는 터빈에 연결되어 구동되는데, 본 발명에서의 터빈은 상반된 공기의 유동방향에서도 한 방향으로 회전가능한 웰스 터빈(WELLS tubine)(1340)이 구비된다.As shown in FIG. 4, the wave
따라서, 상기 진동수주형 챔버(132) 내에서 파도와 챔버의 상하운동에 의해 챔버 내 공기가 내외부로 유입 및 유출됨으로써 공기가 터빈(1340)을 회전시키고 이 터빈(1340)과 연결된 파력발전기(134)를 통하여 전력을 생산한다.Accordingly, air in the chamber is introduced into and out of the chamber by waves and vertical movements of the chamber in the
여기서, 파력 발전장치(130) 설계의 요점은 진동수주형 챔버(132)의 본체 내부의 파도가 외부의 입사파의 영향으로 특정주파수에서 공진을 일으키는 것으로서, 공진이 일어나면 수주의 상하 운동진폭이 커지게 되어 챔버 내 공기실에서 노즐을 통하여 대기중에 유출되는 유량이 커지고 따라서 공기터빈에서의 에너지 흡수도 커지게 된다. 즉, 챔버 내에서의 운동특성에 따라, 공진 주파수 또한 변하게 된다.Here, the point of the design of the
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 발전 제어장치(140)의 계통도이다.5 is a system diagram of the hybrid power
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 발전 제어장치(140)는 각 발전장치(110,120,130)의 전력발생량, 축전지(114)의 충전량, 부하용량 등을 감시하고 상태에 따라 각각의 발전장치(110,120,130)를 연결하고 차단하는 것으로, 정류회로부(142)와, 차단기 제어부(144)와, 중앙제어부(146)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the hybrid power
먼저, 상기 정류회로부(142)는 풍력발전기(124)와 파력발전기(134)에서 생성된 전력은 교류전원이므로, 풍력 및 파력발전기의 교류전원은 정류회로부(142)를 통해 직류전원으로 정류된다.First, since the power generated by the
또한, 바람이 없거나 파도가 치지 않는 상태로 인해 전력생산이 0인 풍력 발 전장치(120) 또는 파력 발전장치(130)은 차단기 제어부(144)를 통하여 회로를 차단하여 불필요한 회로 손실을 줄인다. In addition, the
상기 중앙제어부(146)는 태양광발전기(112), 풍력발전기(124) 및 파력발전기(134)에서 생산된 전력을 수집하여 주 축전지(114)를 우선하여 충전시켰다가 각 부하로 다시 전송하고, 주 축전지(114)가 완충전되면 보조축전지(115)에 충전을 시작한다. 즉, 주축전지(114)는 등명기(102)와 같은 등부표용 주부하에 우선적으로 전원을 공급하게 되고, 보조축전지(115)에 충전된 잉여전력은 더미(Dummy) 시스템(1460) 및 방오(Antifouling) 시스템(1462) 등의 보조부하를 우선적으로 구동하는데 이용된다. 또한 장기간의 부조일수 등으로 주 축전지의 충전량이 부족할 경우 보조 축전지를 이용하여 주 부하를 가동하고, 보조 축전지의 충전량이 부족할 경우 주 축전지를 이용하여 보조 부하를 구동한다.The
도 6은 본 발명에 따른 더미 시스템(1460)의 계통도이고, 도 7은 본 발명에 따른 방오 시스템(1462)의 계통도이다.6 is a schematic diagram of a
상기 더미(Dummy) 시스템(1460)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 실제 부하(Load)로 쓰이진 않지만 실제 부하와 비슷한 역할을 함으로써 주변회로에 도움을 주는 회로를 말하는데, 본 발명에서는 전체 발전량이 등부표(100)의 부하를 초과하는 잉여전력을 보조축전지(115)에 충전하고 이를 더미용 저항에 흘림으로써 시스템의 과충전을 방지하고, 또한 저항에서의 발열을 이용하여 시스템에 악영향을 미칠 수 있는 습기를 제거한다.As shown in FIG. 6, the
또한, 상기 방오(旁午,Antifouling) 시스템(1462)은 선박ㆍ해양구조물 등의 밑바닥에 동식물이 부착되는 것을 방지하는 회로로서, 본 시스템에서는 도 7과 같은 전기적 방식을 이용하여 파력발전용 챔버의 효율저하를 방지한다.In addition, the
즉, 상기 챔버의 상부에 구비된 방오 시스템(1462)은 애노드(+) 및 캐소드(-)가 각각 구비되어 있다. 이때, 상기 캐소드(-) 쪽에는 상기 챔버에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 상기 애노드(+) 쪽에는 상기 챔버에 축선방향을 따라 2개의 양극단자에 각각 전기적으로 연결되어 있다. That is, the
다음에는 본 발명에 따른 원격 모니터링 장치(200)에 관하여 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명에 따른 원격 모니터링 장치(200)의 세부 구조를 나타낸 계통도이다.Next, the remote monitoring apparatus 200 according to the present invention will be described. 8 is a schematic diagram showing a detailed structure of a remote monitoring apparatus 200 according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 원격 모니터링 장치(200)는 전체 시스템의 효율적인 관리를 위해 측정센서를 두고 그 결과를 소정의 통신망을 이용하여 무선 신호전송으로 육상의 컴퓨터 단말기(270)에 의해 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템의 운전상태 제어 및 감시가 가능하며, 신호전송 체계는 도 6에 나타나 있다. As shown in FIG. 8, the remote monitoring apparatus 200 has a measurement sensor for efficient management of the entire system, and the result is read by the
상기 원격 모니터링 장치(200)는 센서부(210), 신호조절부(220), 데이터 획득유닛(230), 신호처리유닛(240), 통신부(250), 중앙관리서버(260) 및 컴퓨터 단말기(270)를 포함하여 구성된다. The remote monitoring apparatus 200 includes a
상기 센서부(210)는 등부표(100)에 설치된 각각의 발전장치(110,120,130)별로 검출센서를 장착하여 상기 센서로부터 각각의 발전장치별 전압 및 전류를 검출하여 충전전력 확인이 가능하다. 특히, 상기 센서부(210)에 의해 수신되는 데이터 들로는 발전장치(110,120,130)별 특성을 감안하여 태양광 발전장치(110)에서는 온도 및 일사량을 검출하는 태양광 발전 검출센서(212)와, 풍력 발전장치(120)에서는 풍속 및 블레이드 회전속도를 검출하는 풍력 발전 검출센서(214) 및 파력 발전장치(130)에서는 터빈양단의 차압 및 터빈 회전속도 등을 검출하는 파력 발전 검출센서(216)가 구비될 수 있고, 또한 각 발전장치(110,120,130)의 동작상태, 충방전 전력, 사용 부하량, 회로 연결 및 차단상태 확인 및 제어가 가능하며, 아날로그 신호 형태를 갖는다.The
또한, 상기 센서부(210)로부터 입력되는 아날로그 신호들을 각 센서별로 조절하는 신호조절부(Signal Conditioning System)(220)와, 복수 개의 센서들로부터 센싱된 데이터를 수신하고 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키기 위한 상기 데이터 획득유닛(Data Acquisition Unit)(230)과, 상기 데이터 획득유닛(230)에서 제공된 디지털 데이터에 응답하여 디지털센서신호를 발생시키는 신호처리유닛(Signal Processing Unit)(240)이 구비된다. 이러한 각 발전장치(110,120,130)의 동작상태와, 축전지(114)의 충방전 전력, 사용 부하량, 회로 연결 및 차단상태에 관한 디지털센서신호는 통신부(250)에서 무선 송신용 신호로 변환시켜 원격지의 중앙관리서버(260)에서 취합된다.In addition, a
상기 중앙관리서버(260)는 이러한 디지털센서신호를 입출력모듈부(I/O Module)(262)를 통하여 컴퓨터 단말기(270)로 전송하고, 관리자는 컴퓨터 단말기(270)를 통해 해수면에 부유되는 등부표(100)와 통신하면서 등부표(100)의 상태를 실시간으로 입력 및 제어하고 데이터베이스(Power Generation System Database)(272)에 본 발명의 구현을 위한 각종 데이터들을 저장하고 모니터(274)로 표시한다. 또한, 상기 컴퓨터 단말기(270)는 관리자의 제어신호를 입력받아 중앙관리서버(260)로 출력한다.The
이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments thereof are possible. The true technical scope of the invention should be defined only by the appended claims.
본 발명에 따른 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템은 등대나 등표, 바다에 떠있는 등부표, 해상교통의 안전을 지키는 항로 표지로서 적합하게 이용될 수 있다.Hybrid power generation and management system for light buoy using solar light, wind power and wave power according to the present invention can be suitably used as a lighthouse or a light tag, a floating buoy floating in the sea, a route marker to ensure the safety of maritime traffic.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광과 풍력 및 파력을 이용한 등부표용 하이브리드 발전 및 관리시스템의 구성도.1 is a block diagram of a hybrid power generation and management system for the buoy using solar light, wind power and wave power according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 등부표를 나타낸 도면2 is a diagram showing an isometric table according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 개략적인 구성도.3 is a schematic configuration diagram of a photovoltaic device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 파력 발전장치의 단면도.4 is a cross-sectional view of the wave power generator according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 발전 제어장치의 계통도.5 is a system diagram of a hybrid power generation control device according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 더미회로의 계통도.6 is a schematic diagram of a dummy circuit according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 전기방식의 방오회로의 계통도.7 is a system diagram of the antifouling circuit of the electric method according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 원격 모니터링 장치의 세부 구조를 나타낸 계통도.8 is a schematic diagram showing a detailed structure of a remote monitoring apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명** Explanation of symbols on main parts of the drawings *
100. 등부표 101. 부상부100. Back Table 101. Floating Part
102. 등명기 103. 침추부102.
110. 태양광 발전장치 112. 태양광발전기110.
114. 축전지 115. 보조축전지114.
116. 충방전제어기 120. 풍력 발전장치116. Charge and discharge
122. 풍차 124. 풍력발전기122.
130. 파력 발전장치 132. 진동수주형 챔버130.
134. 파력발전기 140. 하이브리드 발전 제어장치134.
142. 정류회로부 144. 차단기 제어부142.
146. 중앙제어부 200. 원격 모니터링 장치146. Central control unit 200. Remote monitoring device
210. 센서부 220. 신호조절부210.
230. 데이터획득유닛 240. 신호처리유닛230.
250. 통신부 260. 중앙관리서버250.
262. 입출력모듈부 270. 컴퓨터 단말기262. I /
272. 데이터베이스 274. 모니터272.
1160. MPPT 제어기 1162. 전압조정부1160.MPPT Controller 1162.Voltage Adjustment Unit
1164. 역전류방지 다이오드 1166. 충방전제어부1164. Reverse
1460. 더미 시스템 1462. 방오 시스템1460.
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