KR101389009B1 - 유리창에 부착 가능한 발전 패널 및 이를 포함하는 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 재질의 고정 패널; 풍력에 의하여 상기 고정 패널에 대하여 이동되는 투명 재질의 가동 패널; 상기 고정 패널과 상기 가동 패널사이의 공간부를 밀봉시키는 연질의 밀봉재; 상기 고정 패널 및 상기 가동 패널 중 하나에 돌출 설치되는 압전 소자; 상기 압전 소자에 대하여 충격을 가하기 위한 돌출부; 및 상기 공간부에 채워져서 외기에 대하여 단열효과를 부여하는 불활성 기체를 포함하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널 및 이를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.

Description

유리창에 부착 가능한 발전 패널 및 이를 포함하는 발전 시스템{POWER GENERATION PANEL CAPABLE OF BEING ATTACHED ON WINDOW AND POWER GENERATION SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 건물의 벽면이나 유리창 등에 설치되어 풍력 또는 태양광으로 전력을 생산하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널과, 상기 발전 패널을 이 생산하는 전력을 부하에 공급하는 발전 시스템에 관한 것이다.
에너지의 의존도가 높은 화력 발전 및 원자력 발전 등은 화석 연료의 고갈, 에너지 수입 의존도 증가 및 기후 변화 협약의 온실가스 배출 규제 의무화 등의 문제들로 인해 새로운 재생 에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
자연 에너지로부터 전기 에너지를 얻기 위한 하나의 예로, 풍력 발전기가 알려져 있다.
상기 풍력 발전기는 자연의 바람을 이용하여 전력을 생산하는 친환경적인 에너지원으로서 원자력 발전소와 같이 환경을 오염시키지 않으면서도 구조 및 설치가 간단하고, 또한 밤낮 구분 없이 바람이 불기만 하면 언제든지 전력을 생산할 수 있다는 점에서 그 실용성이 다른 어떠한 발전 장치보다 우수하여 널리 사용되고 있다.
종래의 풍력 발전기는 설치 장소에 세움 고정된 기둥 상단부에 불어오는 바람에 저항하여 회전하는 회전 날개가 장착되고, 상기 회전 날개의 샤프트는 그 후방에 설치된 발전기의 샤프트와 기어로 치합되게 연결되어 상기 발전기를 회전시키고, 상기 날개에 의해 샤프트가 회전하는 발전기는 전기를 발생하여 사용자에게 직접 공급하거나 축전기 등과 같은 2차 전지에 공급하여 전력 충전시키게 된다.
그러나 상기 회전 날개를 구비하는 풍력 발전기는 자연적인 바람이 많이 부는 높고, 넓은 공간에 설치해야 되는 것으로서 설치 장소가 매우 제한된다.
기계적 에너지를 손쉽게 전기적 에너지로 변환하기 위해 압전 소자를 이용하는 방식이 있다. 압전 소자를 이용하여 에너지를 수확을 위해서 3가지 단계를 필요로 한다.
첫째, 이용 가능한 자연에너지 자원으로부터 주기적인 응력을 만들고 압전 소자로 전달 할 수 있어야 한다.
둘째, 압전 효과(piezoelectric effect)를 이용해 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여야 한다.
셋째, 전력 에너지를 가공하고 저장할 수 있어야 한다.
하지만 일상 생활에서 얻을 수 있는 자연 에너지는 그 힘을 제어하여 이용하기가 힘들다. 압전 소자를 이용하여 에너지를 수확하기 위해서는 주기적인 응력을 필요로 하지만 바람은 큰 변화 없이 일정한 세기의 속력을 가지고 있어 그 힘을 이용하기가 힘들다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 건물의 외벽이나 유리창에 부착하여 풍력과 태양광에 의해 전력을 생산하는 유리창에 부착 가능한 발전 패널 및 이를 포함하는 발전 시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 유리창에 부착 가능한 발전 패널은, 투명 재질의 고정 패널; 풍력에 의하여 상기 고정 패널에 대하여 이동되는 투명 재질의 가동 패널; 상기 고정 패널과 상기 가동 패널사이의 공간부를 밀봉시키는 연질의 밀봉재; 상기 고정 패널 및 상기 가동 패널 중 하나에 돌출 설치되는 압전 소자; 상기 압전 소자에 대하여 충격을 가하기 위한 돌출부; 및 상기 공간부에 채워져서 외기에 대하여 단열효과를 부여하는 불활성 기체를 포함할 수 있다.
상기 압전 소자는 상기 고정 패널의 일면에 매트릭스 형태로 복수 개 설치되고, 상기 돌출부는, 상기 가동 패널의, 상기 압전 소자에 대응되는 위치에 설치될 수 있다.
상기 가동 패널에 대하여 복원력을 부여하기 위하여 상기 가동 패널과 상기 고정 패널 사이에 설치되는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재는 스프링을 포함할 수 있다.
상기 가동 패널의 외측면에 부착되는 태양광 패널을 더 포함할 수 있다.
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그리고 본 발명의 발전 시스템은 발전 패널과, 상기 발전 패널로부터 발생되는 전력을 변환하는 전력 변환부와, 상기 전력 변환부에서 변환된 전력을 충전하는 2차 전지를 포함할 수 있다.
본 발명의 유리창에 부착 가능한 발전 패널 및 이를 포함하는 발전 시스템에 따르면, 건물의 외벽이나, 유리창 등에 부착하여 풍력 및 태양광으로 발전하는 것으로서 제조가 간단하고, 도심지에 있는 건물에서 간편하게 전력을 생산할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 발전 시스템의 구성을 보인 도면,
도 2는 본 발명의 발전 패널의 일 실시 예의 구성을 보인 종단면도, 및
도 3은 본 발명의 발전 패널의 다른 실시 예의 구성을 보인 종단면도이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 본 발명의 발전 시스템의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 110은 본 발명에 따라 전력을 발생하는 복수 개의 발전 패널이다. 상기 복수 개의 발전 패널(110)은 횡방향 및 종방향으로 복수 개가 배열되고, 소정 건물의 외벽이나 유리창에 부착되어 전력을 발생한다.
여기서, 상기 도 1의 도면에서는 횡방향으로 5개의 발전 패널(110)이 구비되고, 종방향으로 4개의 발전 패널(110)이 구비되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명을 실시함에 있어서는 건물의 외벽 넓이나, 건물에 부착되어 있는 유리창의 크기에 따라 횡방향 및 종방향으로 배열되는 발전 패널(110)의 개수는 가변될 수 있다.
또한 상기 도 1의 도면에서는 복수 개의 발전 패널(110)이 직사각형을 이루면서 배열되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명을 실시함에 있어서는 건물의 외벽이나 유리창의 형태에 따라 원형, 타원형 또는 다양한 형상의 다각형 등으로 배열할 수도 있다.
상기 복수 개의 발전 패널(110)이 생성하는 전력은 배터리 등의 2차 전지(130)에 충전되어 소정의 부하에 동작전력으로 공급된다.
그리고 상기 복수 개의 발전 패널(110)과 상기 2차 전지(130)의 사이에는 전력 변환부(120)가 구비된다.
상기 전력 변환부(120)는, 상기 복수 개의 발전 패널(110)이 생성하는 전력을 상기 2차 전지(130)에 충전시킬 수 있는 적정한 레벨의 전력으로 변환하여 상기 2차 전지(130)로 출력한다.
도 2는 본 발명에 따른 발전 패널(110)의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 200은 고정 패널이다. 상기 고정 패널(200)은 예를 들면, 소정 건물의 외벽이나 유리창 등에 고정 부착된다.
부호 210은 가동 패널이다. 상기 가동 패널(210)은 상기 고정 패널(200)의 전면에 소정의 간격을 유지하면서 배치되고, 풍력에 의하여 상기 가동 패널(200)의 방향으로 이동된다.
부호 220은 복수 개의 압전 소자이다. 상기 복수 개의 압전 소자(220)들은 상기 고정 패널(200)에 균일하게 배열된다. 예를 들면, 상기 복수 개의 압전 소자(220)들은 상기 고정 패널(200)에 매트릭스 형태로 균일하게 배열된다.
부호 230은 복수 개의 돌출부이다. 상기 복수 개의 돌출부(230)들은 상기 가동 패널(210)의, 상기 복수 개의 압전 소자(220)들과 마주 바라보는 위치에 배치되고, 풍력에 의해 상기 가동 패널(210)이 고정 패널(200)의 방향으로 이동될 경우에 상기 복수 개의 압전 소자(220)들 각각에 충격을 가하여 상기 복수 개의 압전 소자(220)들 각각이 전력을 생성하게 배열된다.
부호 240은 복수 개의 탄성부재이다. 상기 탄성부재(240)는 예를 들면, 스프링으로서 상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210)의 사이에 복수 개가 설치되고, 상기 가동 패널(210)이 풍력에 의하여 상기 고정 패널(200)의 방향으로 이동할 경우에 상기 이동한 가동 패널(210)을 원상 복귀시켜 상기 복수 개의 압전 소자(220)들과 상기 복수 개의 돌출부(230)들이 소정의 간격을 유지할 수 있도록 한다.
부호 250은 실리콘 등과 같은 연질의 밀봉재이다. 상기 연질의 밀봉재(250)는 상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210)의 외주연에 설치되어 상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210) 사이의 공간부(260)를 기밀하게 밀봉하고, 상기 공간부(260)내에는 아르곤 가스, 헬륨 가스 및 네온 가스 등과 같은 불활성 기체가 충진된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 발전 패널은 고정 패널(200)이 건물의 벽면이나 유리창 등에 부착된다.
이와 같은 상태에서 풍력에 의해 가동 패널(210)이 탄성 부재(240)의 탄성력을 이기고 고정 패널(200)의 방향으로 이동하게 되면, 상기 가동 패널(210)에 부착되어 있는 복수 개의 돌출부(230)가 고정 패널(200)의 방향으로 함께 이동하게 되고, 이로 인하여 상기 복수 개의 돌출부(230)는 복수 개의 압전 소자(220)들 각각에 부딪치면서 충격을 주게 된다.
상기 복수 개의 압전 소자(220)들 각각은 충격이 발생할 경우에 전력을 발생하고, 발생한 전력은 전력 변환부(120)에 입력되어 2차 전지(130)에 충전할 수 있는 레벨의 전력으로 변환된다.
상기 전력 변환부(120)에서 레벨이 변환된 전력은 2차 전지(130)에 충전되고, 상기 2차 전지(130)에 충전된 전력은 부하에 동작전력으로 공급된다.
이러한 본 발명의 발전패널은 건물의 유리창에 부착될 경우에 상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210)을 투명 재질로 형성할 수 있다.
상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210)을 투명 재질로 형성할 경우에 건물에 입주하고 있는 입주자들은 유리창 및 본 발명의 발전 패널을 통해 외부의 전망을 볼 수 있다.
또한 본 발명은 상기 고정 패널(200) 및 상기 가동 패널(210)의 사이를 기밀하게 밀봉하고, 내부에는 불활성 기체를 충전시킴으로써 불활성 기체에 의한 단열효과를 기대할 수 있다.
도 3은 본 발명의 발전 패널의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예는 상기 가동 패널(210)의 전면에, 태양광에 의해 발전하는 태양광 패널(300)을 구비한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 발전 패널이 상술한 바와 같이 풍력에 의하여 전력을 발생하면서 태양광이 태양광 패널(300)에 입사되고, 태양광이 입사된 태양광 패널(300)은 전력을 발생한다.
상기 태양광 패널(300)이 발생하는 전력은 상기 전력 변환부(120)에서 전력이 변환되고, 2차 전지(130)에 충전되어 부하에 동작전력으로 공급된다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 발전 패널 110 : 전력 변환부
120 : 2차 전지 200 : 고정 패널
210 : 가동 패널 220 : 복수 개의 압전 소자
230 : 복수 개의 돌출부 240 : 탄성 부재
250 : 밀봉 260 : 공간부
300 : 태양광 패널

Claims (8)

  1. 투명 재질의 고정 패널;
    풍력에 의하여 상기 고정 패널에 대하여 이동되는 투명 재질의 가동 패널;
    상기 고정 패널과 상기 가동 패널사이의 공간부를 밀봉시키는 연질의 밀봉재;
    상기 고정 패널 및 상기 가동 패널 중 하나에 돌출 설치되는 압전 소자;
    상기 압전 소자에 대하여 충격을 가하기 위한 돌출부; 및
    상기 공간부에 채워져서 외기에 대하여 단열효과를 부여하는 불활성 기체를 포함하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 고정 패널의 일면에 매트릭스 형태로 복수 개 설치되고,
    상기 돌출부는, 상기 가동 패널의, 상기 압전소자에 대응되는 위치에 설치되는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 패널에 대하여 복원력을 부여하기 위하여 상기 가동 패널과 상기 고정 패널 사이에 설치되는 탄성부재를 더 포함하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링을 포함하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 패널의 외측면에 부착되는 태양광 패널을 더 포함하는, 유리창에 부착 가능한 발전 패널.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 기재된, 발전 패널;
    상기 발전 패널로부터 발생되는 전력을 변환하는 전력변환부; 및
    상기 전력 변환부에서 변환된 전력을 충전하는 2차 전지;를 포함하는, 풍력 발전 시스템.
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