KR101512093B1 - 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템 - Google Patents

태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 개시한다. 본 발명은, 양단에 개구부가 형성되어 지면에 수직하게 배치되는 하우징과, 상기 하우징의 외면에 설치되는 태양광 모듈과, 상기 하우징의 상면에 형성되는 개구부에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 1 풍력발전모듈를 포함한다.

Description

태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템{Hybrid using system by photovoltaic and wind}
본 발명은 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 재생 에너지를 이용하여 발전을 수행하는 발전 시스템은 태양광만을 이용하거나 풍력 에너지를만을 이용하는 등과 같이 하나의 재생 에너지만을 사용하여 전력을 생산하고 있다. 이러한 재생 에너지를 사용하는 장치에는 태양광 모듈, 풍력 발전모듈, 조력발전모듈 등이 있을 수 있다. 이때, 태양광 모듈은 태양전지를 사용하여 태양 에너지를 흡수하여 전력을 생산하는 장치이다. 또한, 풍력 발전모듈은 블레이드와 블레이드와 연결되는 발전기를 통하여 블레이드의 회전에 따라 발전기에서 전력을 생산하는 장치이다. 이러한 장치들을 사용하는 경우 별도의 에너지나 화석연료가 소모되지 않으므로 근래에는 다양한 산업에서 이용되고 있다.
한편, 상기와 같은 태양광 모듈을 사용하는 경우 태양광 모듈의 배면에서는 많은 열이 발생하며, 상기 열은 외부로 그대로 배출됨으로써 폐에너지를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기와 같이 버려지는 폐에너지는 전체 발전 시스템에 있어서 효율을 저하시킬 수 있다.
따라서 상기와 같은 폐에너지를 얼마나 회수하느냐에 따라 전체 발전 시스템의 효율이 가변할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 양단에 개구부가 형성되어 지면에 수직하게 배치되는 하우징과, 상기 하우징의 외면에 설치되는 태양광 모듈과, 상기 하우징의 상면에 형성되는 개구부에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 1 풍력발전모듈를 포함하는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 하부에 형성되는 개구부는 격자 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 상기 하우징의 단면적은 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 하부로부터 상기 하우징의 상부로 갈수록 상기 하우징의 단면적은 작아지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 2 풍력발전모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 풍력발전모듈은 복수개 구비되며, 상기 복수개의 제 2 풍력발전모듈은 상기 하우징의 길이 방향으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 하부에 설치되어 상기 하우징의 하부를 설치면으로부터 이격시키는 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 외부에 설치되는 상기 태양광 모듈의 개수는 상기 하우징의 길이 방향에 대해서 상이할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 외부에 설치되는 상기 태양광 모듈의 개수는 상기 하우징 하부로부터 상기 하우징 상부로 갈수록 적어질 수 있다.
또한, 상기 하우징의 길이 방향과 수직한 상기 하우징의 단면적은 원일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 금속 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 태양광과 풍력을 통하여 동시에 전력을 생산할 수 있으므로 시스템 전체의 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템의 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)을 보여주는 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)을 보여주는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 양단에 개구부가 형성되어 지면에 수직하게 배치되는 하우징(110)을 포함할 수 있다. 이때, 하우징(110)에 형성되는 개구부는 하우징(110)의 상면에 형성되는 제 1 개구부(110a) 및 하우징(110)의 하면에 형성되는 제 2 개구부(110b)를 구비할 수 있다. 특히 제 2 개구부(110b)는 외부 공기가 유입되며, 제 1 개구부(110a)로는 하우징(110) 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있다.
상기와 같은 제 2 개구부(110b)는 하우징(110)의 하부에 갓 형태로 형성될 수 있다. 특히 제 2 개구부(110b)는 하우징(110)의 측면 부분에 형성되어 외부의 공기를 하우징(110)의 측면으로부터 내부로 안내할 수 있다. 이때, 제 2 개구부(110b)는 복수개의 갓이 경사지게 서로 이격됨으로써 형성할 수 있다.
상기와 같은 하우징(110)은 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 외면은 단열재질이고 내면은 금속재질로 형성되는 것도 가능하다. 또한, 하우징(110)은 플라스틱으로 형성되는 것도 가능하다.
하우징(110)의 길이 방향에 수직한 하우징(110)의 단면적은 서로 상이하게 형성될 수 있다. 특히 하우징(110)의 단면적은 하우징(110)의 길이 방향을 중심으로 하부로부터 상부로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 하우징(110)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)은 원뿔 형태, 다각뿔 형태, 원기둥 형태, 다각기둥 형태 등으로 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 하우징(110)이 원뿔 형태로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 하우징(110)의 외면에 설치되는 태양광 모듈(120)을 포함할 수 있다. 이때, 태양광 모듈(120)은 태양전지를 구비할 수 있다.
상기와 같은 태양광 모듈(120)은 복수개 구비될 수 있다. 이때, 복수개의 태양광 모듈(120)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 특히 복수개의 태양광 모듈(120)은 하우징(110)의 외주면 상에 정렬되도록 설치될 수 있다.
하우징(110)의 외면에 설치되는 태양광 모듈(120)의 개수는 하우징(110)의 길이 방향에 따라 상이할 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)의 외면에 설치되는 태양광 모듈(120)의 개수는 하우징(110)의 하부로부터 하우징(110)의 상부로 갈수록 적어질 수 있다.
또한, 하우징(110)의 외면에 설치되는 태양광 모듈(120)의 면적은 하우징(110)의 길이 방향에 따라 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)의 외면에 설치되는 태양광 모듈(120)의 면적은 하우징(110)의 하부로부터 하우징(110)의 상부로 갈수록 커질 수 있다.
따라서 상기와 같이 태양광 모듈(120)이 하우징(110)에 설치됨으로써 태양광 모듈(120)에서 발생하는 열의 양이 하우징(110)의 길이 방향에 따라 상이하게 형성될 수 있다.
한편, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 하우징(110)의 상면에 형성되는 제 2 개구부(110b)에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 1 풍력발전모듈(130)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 풍력발전모듈(130)은 제 1 블레이드(131) 및 제 1 블레이드(131)의 회전에 따라 전력을 생산하는 제 1 발전기(132)를 구비할 수 있다.
상기와 같은 제 1 발전기(132)는 제 1 개구부(110a)에 방사형으로 배치되어 하우징(110)에 연결되는 리브(110c)에 고정될 수 있다. 이때, 제 1 발전기(132) 및 제 1 블레이드(131)는 일반적인 풍력발전기의 형태와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 하우징(110)의 내부에 설치되는 제 2 풍력발전모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 2 풍력발전모듈은 제 1 풍력발전모듈(130)과 유사하도록 제 2 블레이드(미도시)와 제 2 발전기(미도시)를 구비할 수 있다.
상기와 같은 상기 제 2 풍력발전모듈은 복수개 구비될 수 있다. 이때, 상기 복수개의 제 2 풍력발전모듈은 하우징(110)의 길이 방향으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 구체적으로 상기 각 제 2 풍력발전모듈은 제 1 개구부(110a)로부터 제 2 개구부(110b)의 방향으로 하우징(110) 내부에 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 하우징(110)의 하부에 설치되어 하우징(110)의 하부를 설치면으로부터 이격시키는 지지부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 설치면은 지면일 수 있으며, 다른 장치의 외면 등일 수 있다.
상기와 같은 지지부(150)는 복수개 구비될 수 있으며, 복수개의 지지부(150)는 제 2 개구부(110b)를 설치면으로부터 이격시킴으로써 외부 공기가 원활하게 유입되도록 도와줄 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)을 보여주는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 보여주는 단면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)의 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 태양광이 비추는 장소에 설치될 수 있다. 이때, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 태양광이 비추기 시작할 때 작동할 수 있다.
구체적으로 태양광이 태양광 모듈(120)에 도달하면, 태양광 모듈(120)은 태양광을 통하여 전기를 생산할 수 있다. 상기와 같이 생산된 전기는 태양광 모듈(120)에 연결되는 케이블 또는 전선 등을 통하여 외부 장치에 전달되거나 베터리 등과 같은 전기를 저장하는 장치에 공급될 수 있다.
상기의 과정이 진행되는 동안 태양광으로 인하여 태양광 모듈(120)의 온도가 상승할 수 있다. 이때, 태양광 모듈(120)의 배면, 즉 하우징(110)과 접촉하는 태양광 모듈(120)의 배면은 태양광 모듈(120)에서 발생한 열에 의하여 온도가 상승할 수 있다.
상기와 같이 태양광 모듈(120)의 배면 온도가 상승하는 경우 태양광 모듈(120)이 설치된 하우징(110)의 표면 온도도 상승할 수 있다. 이때, 하우징(110)은 하우징(110) 내부 및 하우징(110) 외부의 공기와 열교환을 통하여 냉각될 수 있으며, 하우징(110) 주변의 공기는 온도가 상승할 수 있다. 특히 하우징(110) 내부에서 온도가 상승한 공기는 하우징(110) 내부의 공기 유동을 발생시킬 수 있다.
구체적으로 상기와 같이 공기의 온도가 상승하는 경우 온도가 상승한 공기는 하우징(110)의 하부로부터 상부로 이동할 수 있다. 이때, 공기의 운동에 따라서 하우징(110) 외부와 하우징(110) 내부 사이에 압력차가 발생하고, 제 2 개구부(110b)를 통하여 외부의 공기가 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있다. 특히 외부의 공기는 하우징(110) 내부의 공기보다 온도가 낮음으로써 하우징(110)에서 발생하는 열을 빼앗아 하우징(110)의 온도를 하강시킬 수 있다. 이때, 하우징(110)의 온도 하강으로 인하여 태양광 모듈(120)의 배면의 온도도 하강할 수 있다.
한편, 상기와 같이 공기가 하우징(110) 내부에서 유동하는 경우 태양광 모듈(120)의 개수에 따라서 하우징(110) 하부에서 많은 열이 발생하게 되고, 공기의 온도가 많이 상승함으로써 하우징(110) 하부의 내부에서는 빠른 공기 유동이 발생할 수 있다.
이때, 상기 공기가 하우징(110)의 상부로 이동하는 경우 하우징(110) 내부의 단면적이 작아짐으로써 공기의 속력을 증가시킬 수 있다. 구체적으로 베르누이 정리에 의하여 단면적이 작은 부분에서의 공기의 속력이 단면적이 큰 부분에서의 공기의 속력보다 커질 수 있다.
상기와 같이 유속이 빨라진 공기는 하우징(110) 내부에서 유동하면서 제 2 풍력발전모듈(140)을 작동시켜 전기를 생산할 수 있다. 또한, 상기 공기는 하우징(110) 내부로부터 제 1 개구부(110a)를 통하여 외부로 배출됨으로써 제 1 풍력발전모듈(130)을 작동시켜 전기를 생산할 수 있다.
따라서 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 태양광을 통하여 태양광 모듈(120)에서 전기를 생산할 뿐만 아니라 태양광 모듈(120)에서 발생하는 열을 통하여 공기의 유동을 발생시킴으로써 제 1 풍력발전모듈(130) 및 제 2 풍력발전모듈(140) 중 적어도 하나를 작동시켜 전기를 생산할 수 있다.
또한, 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 공기의 유동을 발생시켜 태양광 모듈(120)을 냉각시킴으로써 태양광 모듈(120)의 고장 또는 파손을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템(100)은 태양광 모듈(120), 제 1 풍력발전모듈(130) 및 제 2 풍력발전모듈(140)을 사용함으로써 다양한 형태의 발전을 용이하게 하나로 구현 가능하다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템
110: 하우징
110a: 제 1 개구부
110b: 제 2 개구부
120: 태양광 모듈
130: 제 1 풍력발전모듈
131: 제 1 블레이드
132: 제 1 발전기
140: 제 2 풍력발전모듈
150: 지지부

Claims (11)

  1. 양단에 개구부가 형성되어 지면에 수직하게 배치되는 하우징;
    상기 하우징의 외면에 설치되는 태양광 모듈; 및
    상기 하우징의 상면에 형성되는 개구부에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 1 풍력발전모듈;를 포함하고,
    상기 하우징의 하부에 형성되는 개구부는 격자 형태로 형성되며, 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 상기 하우징의 단면적은 상이하게 형성되되 상기 하우징의 하부로부터 상기 하우징의 상부로 갈수록 상기 하우징의 단면적이 작아지도록 형성하여 상기 하우징 내부의 공기의 속력을 증가시킴으로써 상기 제 1 풍력발전모듈을 작동하여 전기를 생산하며,
    상기 하우징의 길이 방향과 수직한 상기 하우징의 단면적은 원이며, 상기 하우징의 외부에 설치되는 상기 태양광 모듈의 개수는 상기 하우징의 길이 방향에 대해서 상이하며, 상기 하우징 하부로부터 상기 하우징 상부로 갈수록 적어지는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되어 전력을 생산하는 제 2 풍력발전모듈;을 더 포함하고, 상기 제 2 풍력발전모듈은 복수개 구비되어 상기 하우징의 길이 방향으로 서로 이격되도록 배치되는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 하부에 설치되어 상기 하우징의 하부를 설치면으로부터 이격시키는 지지부;를 더 포함하는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 금속 재질로 형성되는 태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템.
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