KR102038910B1 - Hybrid type generating system for solar cell generating and piezoelectric generating - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전 제어방법 및 하이브리드 타입 발전시스템에 관한 것으로, 기존 팬(fan)이나 프로펠러(propeller)의 회전을 이용한 발전방식에서 탈피하여, 본 발명에서는 단위 태양전지 셀에서 전기를 생산하고, 압전장치(압력을 전력으로 발생시키는 소자)를 적용하여 미풍에도 미소 흔들림을 감지하여 나뭇가지 잎의 움직임을 전기에너지로 전환하여 전기를 생산할 수 있으며, 또한, 가스 쇽업소버(가스 완충장치)를 구비하여 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 함은 물론, 바람이 전혀 없는 경우에는 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 기동(起動)시켜서 나뭇잎에서 발전을 하도록 할 수도 있다. 또한, 햇빛만 있고 바람이 없을 때에는 나뭇잎의 태양전지 셀만이 작동하여 전기를 생산하지만, 햇빛과 바람이 동시에 있는 경우 태양전지 셀과 압전 소자를 이용하여 혼합(하이브리드)으로 전기를 생산할 수 있다. 즉, 낮에는 태양전지 발전과 압전장치 발전이 혼합으로 발전 가능하고, 야간에는 압전장치 발전과 가로등의 점등이 가능하다.The present invention relates to a hybrid type power generation control method and a hybrid type power generation system that combines a power generation function using a solar cell of a leaf and a power generation function using a piezoelectric device operating by shaking of a leaf, and a conventional fan or propeller. Breaking away from the power generation method using the rotation of the propeller, in the present invention produces electricity in the unit solar cell, by applying a piezoelectric device (element that generates pressure as power) to detect fine shaking in the breeze, twig leaves It can produce electricity by converting the movement of the gas into electric energy. Also, it is equipped with a gas shock absorber (gas buffer) to prevent fatigue breakdown even in the severe shaking of the leaves. You can also use the absorber to shake the leaves to move them forward have. In addition, when there is only sunlight and there is no wind, only the solar cell of the leaf operates to produce electricity, but when sunlight and wind are simultaneously, the solar cell and the piezoelectric element may be used to produce electricity by mixing (hybrid). That is, during the day, solar cell power generation and piezoelectric power generation can be generated by mixing, and at night, piezoelectric power generation and street lighting are possible.
Description
본 발명은 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용하여 발전기능을 하거나 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용하여 발전기능을 겸용하되, 주간에는 태양전지 셀과 압전장치를 함께 이용하여 발전(發電)을 하도록 하고, 야간에는 압전장치를 이용하여 발전을 하도록 하며, 강풍이나 태풍에 의해서 나뭇잎의 심한 흔들림이 발생하는 경우에도 가스 쇽업소버가 나뭇가지들을 견고하게 잡아주어 피로파괴가 발생하지 않도록 함은 물론, 바람이 전혀 없는 경우에는 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 기동(起動)시킬 수 있는, 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid type power generation system that combines a power generation function using a solar cell of the leaf and a power generation function using a piezoelectric device operated by the shaking of the leaves, and more specifically, using a solar cell of the leaf. It uses the piezoelectric device that functions or operates by the shaking of the leaves, so that the power generation function can be combined with the solar cell and the piezoelectric device during the day, and the piezoelectric device is used during the night. In the event of severe shaking of the leaves due to strong winds or typhoons, the gas shock absorber firmly holds the branches so that fatigue breakage does not occur, and if there is no wind, use the gas shock absorber. Foot using solar cell of leaf which can shake leaf and start up It relates to a hybrid-type power generation system, which combine the power generation function using a piezoelectric device that works by a shake of the function and leaves.
일반적으로 풍력발전기는 고지대 또는 해안가 등의 강풍 수집이 용이한 지역에 설치되고, 몸체의 상단부에 장착된 프로펠러의 회전으로부터 전기를 생산 발전하도록 형성된다. In general, the wind power generator is installed in an area where high winds are easily collected, such as highlands or coasts, and is formed to generate electricity from rotation of a propeller mounted at an upper end of a body.
풍력발전기는 로우터 축의 연결 형태에 따라 크게 수직형과 수평형으로 구별된다. Wind turbines are classified into vertical and horizontal types according to the connection type of the rotor shaft.
기존의 로우터형 풍력발전기는 바람이 가지고 있는 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 과정에서 풍력에너지를 흡수 변환하는 운동량 변환 장치, 동력전달장치, 동력변환장치 그리고 제어장치 등의 여러 기계적인 구성 요소들이 구비된다.Conventional rotor-type wind turbines have various mechanical components such as momentum converters, power trains, power converters, and controllers that absorb wind energy in the process of converting the mechanical energy of the wind into electrical energy. It is provided.
그러나 이와 같은 종래의 풍력발전기는 기본적인 외형 즉, 부피가 크고 가격도 비교적 고가여서 그 보급이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 발전기를 풍속에 관계없이 일정한 속도로 회전시킬 필요가 있으므로 풍속에 따라 풍차 날개의 기울기를 바꾸어야 하는 등의 별도 제어를 추가해야 한다.However, such a conventional wind power generator is not easy to spread because of its basic appearance, that is, bulky and relatively expensive, and it is necessary to rotate the generator at a constant speed regardless of the wind speed, so that the tilt of the windmill blade according to the wind speed. You need to add extra controls, such as changing the.
또한, 상술한 종래의 풍력발전기는 대부분이 로우터 방식으로써, 필요한 전기를 생산하기 위해 지상으로부터 10m 이상 높이의 지지대를 설치하고, 일정한 풍속 이상의 바람을 확보하여야 하며, 설치조건이 매우 한정적이고, 소음발생과 잦은 멈춤으로 별도 태양전지판을 설치하여 전력발전을 시도하기도 하였으나, 효율이 떨어지며 설치비용도 고가이며, 디자인이 안 좋은 경우 도시 미관 해치는 등 우리나라의 풍토 실정에는 부적합한 면이 있다.In addition, the above-mentioned conventional wind power generator is mostly a rotor type, and in order to produce the necessary electricity, a support of 10 m or more from the ground must be installed, and a wind of a certain wind speed or more must be secured, and installation conditions are very limited, and noise is generated. In the past, it has been tried to generate electric power by installing separate solar panels. However, the efficiency is low and installation cost is high. In case of poor design, it is unsuitable for the climate situation in Korea.
또한, 풍속이 너무 약하거나 과하면 원활한 발전을 할 수가 없으며 여러 종류의 기계적 요소가 결합하여 유지 보수가 용이하지 않으며 로우터 회전에 따른 소음 등의 문제가 완전히 해결되지 않고 있다.In addition, if the wind speed is too weak or excessive, it is not possible to generate power smoothly, and various kinds of mechanical elements are combined, so that maintenance is not easy, and problems such as noise due to rotor rotation are not completely solved.
한편, 태양의 복사 에너지를 효율적으로 모아 열기관과 발전기를 움직여 전기 에너지를 만드는 방식은, 태양열 발전은 넓은 의미로 바람을 일으키거나 물이 이동하도록 하는 대기권의 기상현상을 일으키는 에너지원이 태양 에너지라 할 수 있으므로 수력발전이나 풍력발전을 모두 태양열 발전이라고도 할 수 있으나, 대부분은 태양열을 직접 이용하는 발전방식을 가리킨다.On the other hand, solar energy is efficiently collected by moving heat engines and generators to make electrical energy. Solar energy is a solar energy source that causes wind or weather in the atmosphere that causes water to move in a broad sense. Both hydro and wind power can be referred to as solar power, but most of them refer to the direct generation of solar power.
태양광 발전방식에서 태양전지를 사용하는 방법이 있으며, 이는 인공위성과 우주탐사선에 부착되어 자체적으로 전력을 공급하는 중요한 기능을 담당하고 있으나, 태양전지를 이용하는 방법은 일사량이 많은 사막지역 같은 곳에 대규모로 건설되어 시험하고 있지만 아직까지 효율이 낮아 완전한 실용화 단계에 이르지는 못한 상태이다. There is a method of using solar cells in the solar power generation method, which is attached to satellites and space probes and plays an important function of supplying power by itself, but the method of using solar cells is used in large-scale places such as desert areas where solar radiation is heavy. Although it has been built and tested, its efficiency is still low, so it has not reached the point of full practical use.
종래의 불투명한 태양전지를 사용하는 기존 태양광 발전방식은 거치식 평판에 태양전지를 일렬로 정렬한 후 입사된 빛을 전기로 변경하는 방식이 대부분이다.Conventional photovoltaic power generation method using a conventional opaque solar cell is mostly a method of changing the incident light into electricity after aligning the solar cells in a row on a stationary plate.
이와 같은 방법은 넓은 설치 면적이 필요하거나 설치된 태양전지 후면 용지는 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.Such a method has a problem in that a large installation area is required or the installed solar cell back sheet cannot be used.
현재에는 태양광 발전방식과 풍력발전기의 장점은 가지면서도 단점을 해결한 신개념의 발전시스템이 절실히 요구되고 있는 실정에 있다.At present, there is an urgent need for a new concept of power generation system which has the advantages of the solar power generation method and the wind power generator but solves the disadvantages.
본 발명은 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용하여 발전기능을 하거나 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용하여 발전기능을 겸용하되, 주간에는 태양전지 셀과 압전장치를 함께 이용하여 발전을 하고 야간에는 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용하여 발전기능을 제어할 수 있도록 함에 있다.The present invention is a power generation function using the solar cell of the leaf or by using a piezoelectric device using a piezoelectric device operating by shaking the leaves, the daytime power generation using the solar cell and the piezoelectric device together at night and The piezoelectric device operated by the shaking of the leaves can be used to control the power generation function.
또, 본 발명은 강풍이나 태풍에 의해서 나뭇잎의 심한 흔들림이 발생하는 경우 가스 쇽업소버가 나뭇가지들을 견고하게 잡아주어 피로파괴가 발생하지 않도록 함은 물론, 바람이 전혀 없는 경우에는 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 초기 기동(起動)시킬 수 있도록 함에 있다.In addition, the present invention in the case of severe shaking of the leaves due to strong winds or typhoons to ensure that the gas shock absorber firmly hold the branches so that fatigue failure does not occur, as well as use the gas shock absorber when there is no wind at all To shake the leaves so that they can be activated early.
또, 본 발명은 인조나무가 설치되므로, 설치가 쉽고 나무를 키우기 위한 물이나 비료가 필요 없고, 가을에 낙엽으로 인한 청소가 불필요하며, 가을엔 가을 색으로 맞추어 색 변환 가능하도록 온도감응 색상 페인팅을 하여 사계절에 맞게 나뭇가지 색상을 변환할 수 있도록 함에 있다.In addition, since the artificial tree is installed in the present invention, it is easy to install and does not need water or fertilizer to grow the tree, and does not need cleaning due to fallen leaves in autumn. It is to be able to convert the color of the branches to suit the four seasons.
또한, 본 발명은 에너지 저장장치 내에 전기차용 무선 충전부를 설치하거나, 전기차가 무선 충전 패드 위에 올라오면 자동으로 충전할 수 있도록 구성하여 에너지 저장장치에 저장된 전기를 전기차에 활용할 수 있도록 함에 있다.In addition, the present invention is to install a wireless charging unit for the electric vehicle in the energy storage device, or to configure the electric vehicle to be automatically charged when the electric charge is on the wireless charging pad to utilize the electricity stored in the energy storage device in the electric vehicle.
본 발명은 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전 제어방법 및 하이브리드 타입 발전시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides a hybrid type power generation control method and hybrid type power generation system that combines the power generation function using the solar cell of the leaf and the power generation function using the piezoelectric device operated by the shaking of the leaf.
본 발명의 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전시스템은, 나뭇가지에 다수의 나뭇잎이 구비되는 탄소 복합재질의 인조나무; 태양광을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 상기 나뭇잎에 설치되는 단위 태양전지 셀; 미풍(微風)에 의해 움직이는 상기 나뭇잎의 미동(微動)을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 상기 나뭇가지와 상기 나뭇잎의 연결 부분에 설치되는 압전장치; 상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 생산한 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치(인버터); 및 상기 전력변환장치에서 변환한 교류를 직류로 변환하여 저장하는 전기 저장장치를 포함한다.Hybrid type power generation system that combines the power generation function using the solar cell of the leaves of the present invention and the power generation function using a piezoelectric device operated by the shaking of the leaves, artificial wood of carbon composite material having a plurality of leaves on the branches ; A unit solar cell installed on the leaves to produce electricity using sunlight; A piezoelectric device installed at a connection portion of the branch and the leaf to generate electricity by using the fine movement of the leaf moving by a breeze; A power converter (inverter) for converting direct current produced by the unit solar cell and the piezoelectric device into alternating current; And an electrical storage device for converting and storing the alternating current converted by the power converter into direct current.
상기 단위 태양전지 셀은 염료감응형 태양전지 셀 또는 플렉서블 태양전지 셀중 어느 하나로 구성될 수 있다.The unit solar cell may be configured of any one of a dye-sensitized solar cell or a flexible solar cell.
상기 나뭇가지에는 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 하기 위하여 상기 나뭇가지에는 가스 쇽업소버가 설치되며, 바람이 전혀 없는 경우에 상기 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 기동(起動)시켜서 상기 나뭇잎의 압전장치에서 전기를 생산하도록 할 수 있다.The branch is provided with a gas shock absorber is installed in the tree branch so that fatigue destruction does not occur even in the severe shaking of the leaves, and when the wind is not at all, the leaf is shaken and started by using the gas absorber. The piezoelectric device in the leaves can be used to produce electricity.
햇빛만 있고 바람이 없는 경우는 상기 나뭇잎의 단위 태양전지 셀만이 작동하여 전기를 생산하지만, 햇빛과 바람이 동시에 있는 경우는 상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치를 이용하여 혼합으로 전기를 생산할 수 있다.If there is only sunlight and no wind, only the unit solar cell of the leaf operates to produce electricity, but when sunlight and wind are simultaneously, the unit solar cell and the piezoelectric device may be used to produce electricity by mixing. .
상기 전기 저장장치의 전력을 전기차에 활용하기 위하여 상기 인조나무에 전기 자동차용 무선 충전부가 설치되거나, 상기 전기 자동차가 무선 충전 패드 위로 올라오면 자동으로 충전하도록 하는 것 중 어느 하나로 구성될 수 있다.In order to utilize the electric power of the electric storage device in an electric vehicle, the artificial tree wireless charging unit may be installed in the artificial tree, or may be configured to automatically charge the electric vehicle when it comes up over the wireless charging pad.
한편, 본 발명은 태양광을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 나뭇잎에 설치되는 단위 태양전지 셀과, 미풍에 의해 움직이는 상기 나뭇잎의 미동을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 상기 나뭇가지와 상기 나뭇잎의 연결 부분에 설치되는 압전장치를 구비하는 하이브리드 타입 발전시스템에서, 상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 전기를 생산하는 제1단계; 전력변환장치(인버터)에서 상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 생산한 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 제2단계; 상기 전력변환장치에서 변환한 교류를 전기 저장장치에 저장하는 제3단계; 강풍이나 태풍에 의하여 상기 나뭇잎이 과도하게 흔들리어 과전류와 과전압이 발생하는 지를 판단하는 제4단계; 및 과전류와 과전압이 발생하지 않는 경우, 상기 제1단계를 계속 진행하고, 과전류와 과전압이 발생하는 경우, 가스 쇽업소버를 작동시켜서 상기 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 안전 모드를 수행하는 제5단계; 를 포함하는, 나뭇잎의 단위 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 갖는 하이브리드 타입 발전 제어방법을 제공한다.On the other hand, the present invention is a unit of the solar cell is installed on the leaves to produce electricity using sunlight and the connection portion of the branches and the leaves to produce electricity by using the fine movement of the leaves moving by the breeze In a hybrid type power generation system having a piezoelectric device is installed in, the first step of producing electricity in the unit solar cell and the piezoelectric device; A second step of converting direct current (DC) produced by the unit solar cell and the piezoelectric device into alternating current (AC) in a power converter (inverter); A third step of storing the alternating current converted by the power converter in an electrical storage device; A fourth step of judging whether the current is excessively shaken by the leaves due to strong wind or typhoon; And if overcurrent and overvoltage do not occur, continue to the first step, and if overcurrent and overvoltage occur, operating a gas shock absorber to perform a safe mode so that fatigue failure does not occur even under severe shaking of the leaves. The fifth step; It provides a hybrid type power generation control method having a power generation function using a power generation function using the unit solar cell of the leaf and a piezoelectric device operating by shaking the leaves.
이상에서 설명한 바와 같이, 기존 팬(fan)이나 프로펠러(propeller)의 회전을 이용한 발전방식에서 탈피하여, 본 발명에서는 단위 태양전지 셀에서 전기를 생산하고, 압전장치(압력을 전력으로 발생시키는 소자)를 적용하여 미풍에도 미소 흔들림을 감지하여 나뭇가지 잎의 움직임을 전기에너지로 전환하여 전기를 생산할 수 있으며, 작은 면적에도 그리드(Grid)로 연결되어 미소전력을 효율적으로 생산할 수 있다.As described above, in order to escape from the conventional method using the rotation of the fan (propeller) or propeller (propeller), in the present invention to produce electricity in a unit solar cell, a piezoelectric device (element generating pressure as power) It can detect the small shaking in the breeze and convert the movement of twig leaves into the electric energy to produce electricity, and it can be connected to the grid in a small area to produce the small power efficiently.
또한, 나뭇잎에는 염료감응형 태양전지 셀 또는 플렉서블 태양전지 셀이 구성될 수 있으며, 방수 및 부식 방지 기술이 적용되어 빗물이 침투하지 않고, 장시간 사용에도 부식되지 않는 효과가 있다.In addition, the leaves may be composed of a dye-sensitized solar cell or a flexible solar cell, the waterproof and anti-corrosion technology is applied, rain water does not penetrate, there is an effect that does not corrode even long-term use.
또한, 가스 쇽업소버(가스 완충장치)를 구비하여 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 함은 물론, 바람이 전혀 없는 경우에는 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 기동(起動)시켜서 나뭇잎에서 발전을 하도록 할 수도 있다.It is also equipped with a gas absorber (gas buffer) to prevent fatigue from aggravating the leaves, and when there is no wind, by using the gas absorber to shake the leaves and start them from the leaves. You can also make progress.
또한, 나뭇가지와 인조나무 본체를 부러지지 않은 탄소 복합재로 구성하여 강풍이나 태풍에도 부러지거나 파손되는 현상을 방지할 수 있고, 강풍이나 태풍 시 안전센서가 발전 모드를 중단시켜서 시스템의 손상 및 파손을 신속하게 보호할 수 있다.In addition, branches and artificial wood are made of an unbroken carbon composite material to prevent breakage or damage in strong winds or typhoons, and the safety sensor stops the power generation mode during strong winds or typhoons to promptly damage or break the system. Can be protected.
또한, 압전장치를 이용하여 미소전력을 생산한 후, 그 전력을 전기 저장장치에 저장할 수 있으며, 전력변환장치에서 저장된 전력을 변환하여, 예를 들어, 컨버터와 인버터로 상용전원 380V 승압후 송전(220V)하여 수요처에 공급할 수 있으며, 산정상 및 대피소의 전력 발생장치로도 사용할 수 있다.In addition, after producing a small power by using a piezoelectric device, the power can be stored in the electrical storage device, by converting the stored power in the power conversion device, for example, the converter and inverter after power-up (380V) 220V) can be supplied to the customer, and can also be used as a power generator for mountaintops and shelters.
또한, 본 발명은 기존 산정상, 야산, 야영지, 기타 그늘이 필요한 모든 곳, 예를 들어 사막, 밭, 해변, 도심 공원에서 그늘을 제공하면서 나뭇잎의 발전전력을 이용하여 야간에 가로등을 켤 수도 있다.In addition, the present invention may be used to turn on the street lamp at night by using the power generation of the leaves while providing a shade in the existing mountaintop, night mountain, campsite, other places where the shade is necessary, for example, desert, field, beach, city park. .
또한, 햇빛만 있고 바람이 없을 때에는 나뭇잎의 태양전지 셀만이 작동하여 전기를 생산하지만, 햇빛과 바람이 동시에 있는 경우 태양전지 셀과 압전 소자를 이용하여 혼합(하이브리드)으로 전기를 생산할 수 있다. 즉, 낮에는 태양전지 발전과 압전장치 발전이 혼합으로 발전 가능하고, 야간에는 압전장치 발전과 가로등의 점등이 가능하다.In addition, when there is only sunlight and there is no wind, only the solar cell of the leaf operates to produce electricity, but when sunlight and wind are simultaneously, the solar cell and the piezoelectric element may be used to produce electricity by mixing (hybrid). That is, during the day, solar cell power generation and piezoelectric power generation can be generated by mixing, and at night, piezoelectric power generation and street lighting are possible.
또한, 본 발명은 인조나무가 설치되므로, 시공과 설치가 용이하고, 나무를 키우기 위한 물이나 비료가 필요 없고, 가을에 낙엽으로 인한 청소가 불필요하며, 가을엔 가을 색으로 맞추어 색 변환 가능하도록 온도감응 색상 페인팅을 하여 사계절에 맞게 나뭇잎 색상을 변환할 수도 있다.In addition, the present invention is because the artificial tree is installed, it is easy to construct and install, do not need water or fertilizer to grow the tree, do not need cleaning due to the leaves in autumn, fall in autumn color to adjust the color to fall color You can also change the color of the leaves to match the four seasons by painting insensitive colors.
또한, 본 발명은 에너지 저장장치 내에 전기차용 무선 충전부를 설치하거나, 전기차가 무선 충전 패드 위에 올라오면 자동으로 충전할 수 있도록 하여 에너지 저장장치에 저장된 전기를 전기차에 활용할 수 있다.In addition, the present invention can install the wireless charging unit for the electric vehicle in the energy storage device, or can be automatically charged when the electric vehicle is on the wireless charging pad to utilize the electricity stored in the energy storage device in the electric vehicle.
도 1은 본 발명의 하이브리드 타입 발전시스템의 구성도
도 2a, 2b는 본 발명의 하이브리드 타입 발전시스템에서, 단위 태양전지 셀 및 압전장치를 도시한 구성도로서, 플런저의 작동 전후를 설명하는 도면
도 3은 염료감응형 태양전지 셀의 개념을 설명하기 위한 도면
도 4는 전기 자동차가 무선 충전 패드 위로 올라오면 자동으로 충전되는 구성을 설명하는 도면
도 5는 본 발명의 하이브리드 타입 발전 제어방법을 설명하는 흐름도1 is a block diagram of a hybrid type power generation system of the present invention
2A and 2B are diagrams illustrating unit solar cells and piezoelectric devices in the hybrid type power generation system of the present invention, illustrating the plunger before and after operation.
3 is a view for explaining the concept of a dye-sensitized solar cell
4 is a view for explaining a configuration in which the electric vehicle is automatically charged when raised over the wireless charging pad
5 is a flowchart illustrating a hybrid type power generation control method of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전 제어방법 및 하이브리드 타입 발전시스템에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a hybrid type power generation control method and a hybrid type power generation system that combine a power generation function using a solar cell of a leaf according to the present invention and a power generation function using a piezoelectric device operated by leaf shake. Explain.
도 1은 본 발명의 하이브리드 타입 발전시스템의 구성도, 도 2a, 2b는 본 발명의 하이브리드 타입 발전시스템에서, 단위 태양전지 셀 및 압전장치를 도시한 구성도로서, 플런저의 작동 전후를 설명하는 도면, 도 3은 염료감응형 태양전지 셀의 개념을 설명하기 위한 도면, 및 도 4는 전기 자동차가 무선 충전 패드 위로 올라오면 자동으로 충전되는 구성을 설명하는 도면이다.1 is a configuration diagram of a hybrid type power generation system of the present invention, Figures 2a, 2b is a configuration diagram showing a unit solar cell and a piezoelectric device in the hybrid type power generation system of the present invention, illustrating the before and after operation of the plunger 3 is a view for explaining the concept of the dye-sensitized solar cell, and FIG. 4 is a view for explaining a configuration that is automatically charged when the electric vehicle is raised over the wireless charging pad.
본 발명의 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 겸용하는 하이브리드 타입 발전시스템(100)은, 나뭇가지(111)에 다수의 나뭇잎(113)이 구비되는 탄소 복합재질의 인조나무(110); 태양광을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 나뭇잎(113)에 설치되는 다수의 단위 태양전지 셀(120); 미풍(微風)에 의해 움직이는 나뭇잎(113)의 미동(微動)을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 나뭇가지(111)와 나뭇잎(113)의 연결 부분에 설치되는 압전장치(130); 단위 태양전지 셀(120)과 압전장치(130)에서 생산한 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치(인버터)(140); 및 전력변환장치(140)에서 변환한 교류를 직류로 변환하여 저장하는 전기 저장장치(150)를 포함한다.The hybrid type
인조나무(110)의 상부에는 가로등(115)이 설치될 수 있다. 가로등(115)은 전기 저장장치(150)에 저장된 전기를 사용할 수 있다.The
단위 태양전지 셀(120)은 염료감응형 태양전지 셀 또는 플렉서블 태양전지 셀 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The unit
단위 태양전지 셀(120)은 나뭇잎(113)에 별도로 설치되거나 나뭇잎(113) 자체가 단위 태양전지 셀로 구성될 수도 있다.The unit
도 3을 참조하면, 염료감응형 태양전지 셀은 나뭇잎에 투명 염료감응형 태양전지 Ge-Si 화합물 용액 등을 페인팅하는 방법을 사용할 수 있는데, 식물의 광합성 원리를 응용한 소자로 엽록체에서 빛에너지를 흡수하는 기능의 색소를 고분자와 결합시켜서 태양전지에 적용한 경우이다. 염료감응형 태양전지는 태양광 흡수용 연료고분자, n형 반도체 역할을 하는 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 산화물, p형 반도체 역할을 하는 전해질, 촉매용 상대전극, 태양광 투과용 투명전극을 기본으로 한다. 이 전지가 기존의 기존 태양전지와 다른 근본적인 차이점은 기존에서는 태양 에너지 흡수과정과, 이 과정에서 형성된 전자-정공 상이 분리/이송되는 과정이 전지 내부의 전위차에 의해 반도체 내에서 동시에 일어난다는 것이다. 이에 반해 염료감응형 태양전지 경우는 태양 에너지의 흡수가 염료가 담당하고 생성된 전자의 분리/이송은 전자 농도 차에 의해 확산되는 방식으로 반도체 나노입자에서 이루어지는 것이다.Referring to FIG. 3, the dye-sensitized solar cell may use a method of painting a transparent dye-sensitized solar cell Ge-Si compound solution on a leaf, and the like. This is a case where a dye having an absorbing function is combined with a polymer and applied to a solar cell. Dye-sensitized solar cell is based on fuel polymer for solar absorption, semiconductor oxide with wide band gap acting as n-type semiconductor, electrolyte acting as p-type semiconductor, counter electrode for catalyst and transparent electrode for solar transmission . The fundamental difference from the conventional solar cell is that the solar energy absorption process and the separation / transfer of the electron-hole phase formed in this process occur simultaneously in the semiconductor due to the potential difference inside the battery. On the other hand, in the dye-sensitized solar cell, the absorption of solar energy is in charge of the dye, and the separation / transfer of the generated electrons is performed in the semiconductor nanoparticles in a manner that is diffused by the difference in electron concentration.
염료감응형 태양전지는 투명기판의 샌드위치 구조를 가지며, 전지 내부는 투영기판 위에 코팅된 투명전극, 그 위에 접착되어 있는 나노입자로 구성된 다공질 TiO2, TiO2 입자의 표면에 단분자 층으로 코팅된 염료 고분자, 두 전극 사이에 30-100㎛ 두께의 공간을 채우고 있는 산화/환원용 전해질 용액, 그리고 전해질 환원용 상대전극으로 구성된다. 태양광이 전지에 입사되면 투명기판과 투명전극을 통과한 광양자는 염료 고분자에 의해 흡수된다. 염료는 태양광 흡수에 의해 여기상태가 되면 전자를 생성하고, 이렇게 생성된 전자는 TiO2 전도대로 이송되어 투명전극을 통해 외부회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하게 된다.The dye-sensitized solar cell has a sandwich structure of a transparent substrate, and the inside of the cell is coated with a monolayer on the surface of the porous TiO 2 and TiO 2 particles composed of a transparent electrode coated on a projection substrate and nanoparticles adhered thereon. It consists of dye polymer, oxidation / reduction electrolyte solution filling a space of 30-100㎛ thickness between two electrodes, and counter electrode for reducing electrolyte. When sunlight is incident on the cell, the photons passing through the transparent substrate and the transparent electrode are absorbed by the dye polymer. The dye generates electrons when excited by solar absorption, and the generated electrons are transferred to the TiO 2 conduction band and flow to the external circuit through the transparent electrode to transfer electrical energy.
염료감응형 태양전지 셀에 태양빛이 도달하여 셀 안에서 이온의 움직임으로 전자들이 (-)극에서 (+) 극으로 이동하여 전기를 생성하고, 그 전기는 후술하는 제1 커넥터(114) 및 제2 커넥터(136)를 통해서 압전장치(130)의 전기회로를 통해서 역류 전압 발생 없이 발전 미소전력을 전력변환장치(인버터)(140)에 전달되어 변환된 후 전기 저장장치(150)에 저장될 수 있다.The sunlight reaches the dye-sensitized solar cell, and electrons move from the (-) pole to the (+) pole to generate electricity by the movement of ions in the cell, and the electricity is described below with the
나뭇잎과 같이 광합성 원리를 적용한 유무기 복합형 염료감응형 태양전지 셀의 전극은 20nm 크기의 anatase 상 TiO2 투명전극으로 밴드 갭(3.2eV)으로 할 수 있다.The electrode of the organic-inorganic hybrid dye-sensitized solar cell applying the photosynthesis principle, such as a leaf, is a 20 nm-sized anatase phase TiO 2 transparent electrode, which can have a band gap (3.2 eV).
염료는 루테늄계와 비슷한 효율의 silane 계가 가능하며, 전해질로는 I-(요드 이온)는 염료분자에 전자를 제공하는 역할을 하고 산화된 I3-는 상대 전극에 도달한 전자를 받아 다시 I-로 환원된다. 광전변환 효율이 높은 LiI + I2 + MPN + (PVDF - HFP) 전해질이 모든 특성에서 우수하다. 염료감응형은 셀 효율이 14% 이내이고, 페로브스카이트 구조는 23% 이내로 한다.Dye can be a silane system with efficiency similar to that of ruthenium, and I- (iodine) serves as an electrolyte to provide electrons to dye molecules, and oxidized I3- receives electrons reaching the counter electrode and is converted back to I-. Reduced. LiI + I2 + MPN + (PVDF-HFP) electrolyte with high photoelectric conversion efficiency is excellent in all properties. Dye-sensitized cells have cell efficiencies of less than 14% and perovskite structures of less than 23%.
나뭇잎(113)의 하부에는 제1커넥터(114)가 설치될 수 있으며, 제1커넥터(114)와 착탈 가능하게 연결하도록 압전장치(130)에도 제2커넥터(136)가 설치될 수 있다.The
제1커넥터(114)와 제2커넥터(136)가 착탈 가능하게 연결됨으로써, 나뭇잎(113)을 새것으로 교체할 수 있도록 구성된다.The
압전장치(130)는 태양전지 셀의 나뭇잎이 미풍으로 움직이면서 액추에이터 상하 또는 좌우 운동에너지를 압전에너지로 전환하여 주는 압전 발전장치를 내장하는 것으로, 역류 발생방지 다이오드를 구비한다.The
압전장치(130)는 케이싱을 역할을 하는 하우징(131); 하우징(131) 안에 설치되는 스프링(132); 스프링(132)을 기준으로 상하에 배치되는 압전소자(133); 압전소자(133)를 가압하는 가압판(134); 하우징(131)의 상부에 회동 가능하게 설치되며 힌지(135a)를 구비하는 액추에이터(135); 액추에이터(135)의 회전시에 하방으로 눌리면서 가압판(134)을 가압하는 플런저(136); 제1커넥터(114)와 착탈 가능한 제2커넥터(137)를 구비한다.The
압전소자(133)는 압전현상을 나타내는 소자이며 피에조 전기소자라고도 한다. 수정, 전기석, 로셀염 등이 압전소자 재료로 이용되고 있으며, 근래에는 타이타늄산바륨, 인산이수소암모늄, 티타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다. The
액추에이터(135)는 힌지(135a)를 중심으로 탄력적으로 미세하게 회동할 수 있으며, 일정각도 범위에서만 회동할 수 있도록 구성되는데, 회동하면서 플런저(136)를 가압하며, 이때 플런저(136)는 압전소자(133)를 하방으로 가압하게 된다. 여기서 액추에이터(135)는 힌지(135a)를 중심으로 회동하되, 좌우 방향은 물론 전후 방향으로 회동하도록 한다.
스프링(132)은 탄성력을 제공하여 가압판(134)이 플런저(136)에 항상 탄력적으로 접촉하도록 하는 역할을 한다. The
나뭇가지(111)에는 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 하기 위하여 가스 쇽업소버(160)가 설치되며, 바람이 전혀 없는 경우에 가스 쇽업소버(160)를 이용하여 나뭇잎(113)을 흔들어 기동(起動)시켜서 나뭇잎(113)의 압전장치(130)에서 전기를 생산하도록 할 수 있다.A
햇빛만 있고 바람이 없는 경우는 나뭇잎(113)의 단위 태양전지 셀(120)만이 작동하여 전기를 생산하지만, 햇빛과 바람이 동시에 있는 경우는 태양전지 셀(120)과 압전소자(130)를 이용하여 혼합으로 전기를 생산할 수 있다.If there is only sunlight and no wind, only the unit
전기 저장장치(150)의 전력을 전기차에 활용하기 위하여 인조나무(110)에 전기 자동차용 무선 충전부(170)가 설치되거나(도 1 참조), 전기 자동차(10)가 무선 충전 패드(117) 위로 올라오면 자동으로 충전하도록 하는 것 중 어느 하나로 구성될 수 있다(도 4 참조).In order to utilize the electric power of the
한편, 본 발명은 나뭇잎(113)의 태양전지 셀(120)을 이용한 발전기능과 나뭇잎(113)의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치(130)를 이용한 발전기능을 갖는 하이브리드 타입 발전 제어방법을 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a hybrid type power generation control method having a power generation function using the
도 5는 본 발명의 하이브리드 타입 발전 제어방법을 설명하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a hybrid type power generation control method of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 타입 발전 제어방법은, 태양광을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 나뭇잎(112)에 설치되는 단위 태양전지 셀(120)과, 미풍에 의해 움직이는 나뭇잎(113)의 미동을 이용하여 전기를 생산하기 위하여 나뭇가지(111)와 나뭇잎(113)의 연결 부분에 설치되는 압전장치(130)를 구비하는 하이브리드 타입 발전시스템(100)에서, 다수의 단위 태양전지 셀(120)과 압전장치(130)에서 전기를 생산하는 제1단계(S110); 전력변환장치(인버터)(140)에서 단위 태양전지 셀(120)과 압전장치(130)에서 생산한 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 제2단계(S120); 전력변환장치(140)에서 변환한 교류를 직류로 변환하여 전기 저장장치(150)에 저장하는 제3단계(S130); 강풍이나 태풍에 의하여 나뭇잎(113)이 과도하게 흔들리어 과전류와 과전압이 발생하는 지(creep 발생 여부)를 판단하는 제4단계(S140); 및 과전류와 과전압이 발생하지 않는 경우, 제1단계(S110)를 계속 진행하고, 과전류와 과전압이 발생하는 경우, 가스 쇽업소버(160)를 작동시켜서 나뭇잎(113)의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 안전 모드를 수행하는 제5단계(S150); 나뭇잎(113)이 과도하게 흔들리어 크리프 현상(creep)이 계속되는 지를 판단하는 제6단계(S160); 및 크리프 현상이 계속 지속되는 경우 전 단계로 이동하며, 크리프 현상이 없는 경우 다시 다수의 단위 태양전지 셀(120)과 압전장치(130)에서 전기를 생산하는 제7단계(S170)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the hybrid type power generation control method of the present invention includes a unit
상기 안전 모드에서는, 나뭇잎(113)의 과도한 크리프(CREEP) 상태가 되면, 기설정 값에 의해서 자동 모니터링을 하면서 안전 모드(초속 20~30m/s)로 동작할 수 있도록 셀프진단 모드(15m/s) 및 안전 모드 운영, 30m/s 발전중지(자동 차단, 단 우기의 경우는, 누전, 단락 가능성으로 누전 모니터링을 통하여도 안전 차단) 하도록 한다.In the safety mode, when the excessively creep (CREEP) state of the
한편, 압전장치(130)의 작동에 의한 발전(發電)을 살펴보면, 미풍에 의해 나뭇잎(113)이 흔들리면, 액추에이터(135)가 전후 또는 좌우로 스윙하여 기동시키며, 점차 흔들림이 커지면서 액추에이터(135)가 플런저(136)를 하방으로 밀어 넣으며, 이때 플런저(136)는 가압판(134)을 하방으로 가압하며, 가압판(134)이 압전소자(133)를 가압하여 압전소자(133)에서 전기를 생산한다.On the other hand, when looking at the power generation (압 電) by the operation of the
압전장치(130)에서 생산한 전기는 직류이므로 전력변환장치(인버터)(140)에서는 직류를 교류로 변환한 후에 전기 저장장치(150)에 전기를 저장한다. 잉여 전력은 사용 전력과 연결된 전력변환장치를 통하여 송전할 수 있으며, 가로등 점등과 조도 및 타이머 설정에 따라 점등과 소등이 가능하다.Since the electricity produced by the
전기 저장장치(150)의 전기는 인조나무(110)의 상부에 설치된 가로등(115)이나 혹은 전기 자동차 유무선 충전에 활용할 수 있다.Electricity of the
전기 저장장치(150)의 전력을 전기차에 활용하기 위하여, 인조나무(110)에 전기 자동차용 무선 충전부(170)가 설치되거나, 전기 자동차(10)가 무선 충전 패드(117) 위로 올라오면 자동으로 충전하도록 할 수도 있다.In order to utilize the electric power of the
본 실시 예에서 예를 들어, 단위 태양전지 셀: 1000개(1W, 효율 20%), 200W이며, 탄소복합재 인조 나뭇잎+나뭇가지: 1000개(1.65W, 효율 20%), 전력변환장치 효율 90%의 경우, 본 발명의 하이브리드 타입 발전 제어시스템에 적용하면, 발전양은 0.9 x 200 x 1.65 = 163WH로 산출되며, 25W LED가로등 6개를 점등할 수 있다.In this embodiment, for example, a unit solar cell: 1000 (1W, 20% efficiency), 200W, carbon composite artificial leaves + tree branches: 1000 (1.65W, 20% efficiency), power converter efficiency 90 In the case of%, when applied to the hybrid type power generation control system of the present invention, the amount of power generation is calculated as 0.9 x 200 x 1.65 = 163WH, it is possible to light six 25W LED street lights.
이상에서 설명한 바와 같이, 기존 팬(fan)이나 프로펠러(propeller)의 회전을 이용한 발전방식에서 탈피하여, 본 발명에서는 단위 태양전지 셀에서 전기를 생산하고, 압전장치(압력을 전력으로 발생시키는 소자)를 적용하여 미풍에도 미소 흔들림을 감지하여 나뭇가지 잎의 움직임을 전기에너지로 전환하여 전기를 생산할 수 있으며, 작은 면적에도 그리드(Grid)로 연결되어 미소전력을 효율적으로 생산할 수 있다.As described above, in order to escape from the conventional method using the rotation of the fan (propeller) or propeller (propeller), in the present invention to produce electricity in a unit solar cell, a piezoelectric device (element generating pressure as power) It can detect the small shaking in the breeze and convert the movement of twig leaves into the electric energy to produce electricity, and it can be connected to the grid in a small area to produce the small power efficiently.
또한, 나뭇잎에는 염료감응형 태양전지 셀 또는 플렉서블 태양전지 셀이 구성될 수 있으며, 방수 및 부식 방지 기술이 적용되어 빗물이 침투하지 않고, 장시간 사용에도 부식되지 않는 효과가 있다.In addition, the leaves may be composed of a dye-sensitized solar cell or a flexible solar cell, the waterproof and anti-corrosion technology is applied, rain water does not penetrate, there is an effect that does not corrode even long-term use.
또한, 가스 쇽업소버(가스 완충장치)를 구비하여 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 함은 물론, 바람이 전혀 없는 경우에는 가스 쇽업소버를 이용하여 나뭇잎을 흔들어 기동(起動)시켜서 나뭇잎에서 발전을 하도록 할 수도 있다.It is also equipped with a gas absorber (gas buffer) to prevent fatigue from aggravating the leaves, and when there is no wind, by using the gas absorber to shake the leaves and start them from the leaves. You can also make progress.
또한, 나뭇가지와 인조나무 본체를 부러지지 않은 탄소 복합재로 구성하여 강풍이나 태풍에도 부러지거나 파손되는 현상을 방지할 수 있고, 강풍이나 태풍 시 안전센서가 발전 모드를 중단시켜서 시스템의 손상 및 파손을 신속하게 보호할 수 있다.In addition, branches and artificial wood are made of an unbroken carbon composite material to prevent breakage or damage in strong winds or typhoons, and the safety sensor stops the power generation mode during strong winds or typhoons to promptly damage or break the system. Can be protected.
또한, 압전장치를 이용하여 미소전력을 생산한 후, 그 전력을 전기 저장장치에 저장할 수 있으며, 전력변환장치에서 저장된 전력을 변환하여, 예를 들어, 컨버터와 인버터로 상용전원 380V 승압 후 송전(220V)하여 수요처에 공급할 수 있으며, 산정상 및 대피소의 전력 발생장치로도 사용할 수 있다.In addition, after producing a small power by using a piezoelectric device, the power can be stored in the electrical storage device, by converting the power stored in the power conversion device, for example, the converter and inverter after boosting the commercial power 380V power transmission ( 220V) can be supplied to the customer, and can also be used as a power generator for mountaintops and shelters.
또한, 본 발명은 기존 산정상, 야산, 야영지, 기타 그늘이 필요한 모든 곳, 예를 들어 사막, 밭, 해변, 도심 공원에서 그늘을 제공하면서 나뭇잎의 발전전력을 이용하여 야간에 가로등을 켤 수도 있다.In addition, the present invention may be used to turn on the street lamp at night by using the power generation of the leaves while providing a shade in the existing mountaintop, night mountain, campsite, other places where the shade is necessary, for example, desert, field, beach, city park. .
또한, 햇빛만 있고 바람이 없을 때에는 나뭇잎의 태양전지 셀만이 작동하여 전기를 생산하지만, 햇빛과 바람이 동시에 있는 경우 태양전지 셀과 압전 소자를 이용하여 혼합(하이브리드)으로 전기를 생산할 수 있다. 즉, 낮에는 태양전지 발전과 압전장치 발전이 혼합으로 발전 가능하고, 야간에는 압전장치 발전과 가로등의 점등이 가능하다.In addition, when there is only sunlight and there is no wind, only the solar cell of the leaf operates to produce electricity, but when sunlight and wind are simultaneously, the solar cell and the piezoelectric element may be used to produce electricity by mixing (hybrid). That is, during the day, solar cell power generation and piezoelectric power generation can be generated by mixing, and at night, piezoelectric power generation and street lighting are possible.
또한, 본 발명은 인조나무가 설치되므로, 시공과 설치가 용이하고, 나무를 키우기 위한 물이나 비료가 필요 없고, 가을에 낙엽으로 인한 청소가 불필요하며, 가을엔 가을 색으로 맞추어 색 변환 가능하도록 온도감응 색상 페인팅을 하여 사계절에 맞게 나뭇잎 색상을 변환할 수도 있다.In addition, the present invention is because the artificial tree is installed, it is easy to construct and install, do not need water or fertilizer to grow the tree, do not need cleaning due to the leaves in autumn, fall in autumn color to adjust the color to fall color You can also change the color of the leaves to match the four seasons by painting insensitive colors.
또한, 본 발명은 에너지 저장장치 내에 전기차용 무선 충전부를 설치하거나, 전기차가 무선 충전 패드 위에 올라오면 자동으로 충전할 수 있도록 하여 에너지 저장장치에 저장된 전기를 전기차에 활용할 수 있다.In addition, the present invention can install the wireless charging unit for the electric vehicle in the energy storage device, or can be automatically charged when the electric vehicle is on the wireless charging pad to utilize the electricity stored in the energy storage device in the electric vehicle.
본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various permutations, modifications, and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. It will be clear to those who have it.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에서는 나뭇잎에 다수의 단위 태양전지 셀을 설치하는 것을 예시하고 있으나, 나뭇잎 자체를 태양전지 셀로 구성할 수도 있고, 또한, 본 실시 예에서는 나뭇잎의 미동을 플런저의 상하 운동으로 전환하고, 그 플런저의 상하 운동으로 압전소자를 가압하는 방식을 일 예로 설명하고 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며 다른 형태를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 나뭇가지나 나뭇잎의 형상은 도면에 도시한 것에 국한되지 않으며, 발전효율을 높이기 위하여 다양한 형상으로 구성할 수도 있다. 또한, 액추에이터는 힌지를 중심으로 좌우로 회동하는 것을 일례로 설명하고 있으나, 힌지가 조인트 구조로 구성되어 좌우 방향은 물론 전후 방향으로 회동하도록 할 수도 있다.For example, although the embodiment of the present invention illustrates the installation of a plurality of unit solar cells in the leaves, the leaves themselves may be constituted by solar cells, and in the present embodiment, the fine movement of the leaves is performed by the top and bottom of the plunger. The method of switching to the movement and pressing the piezoelectric element by the vertical movement of the plunger has been described as an example, but is not limited thereto. It is also possible to use other forms. In addition, the shape of the branches or leaves is not limited to those shown in the drawings, may be configured in various shapes in order to increase the power generation efficiency. In addition, the actuator has been described as rotating the left and right around the hinge as an example, the hinge is configured as a joint structure may be rotated in the front and rear direction as well as the left and right directions.
100: 하이브리드 타입 발전시스템
110: 인조나무
111: 나뭇가지
113: 나뭇잎
114: 제1 커넥터
115: 가로등
120: 단위 태양전지 셀
130: 압전장치
131: 하우징
132: 스프링
133: 압전소자
134: 가압판
135: 액추에이터
135a: 힌지
136: 플런저
137: 제2커넥터
140: 전력변환장치(인버터)
150: 전기 저장장치
170: 전기 자동차용 무선 충전부100: hybrid type power generation system
110: artificial tree
111: tree branches
113: leaves
114: first connector
115: street light
120: unit solar cell
130: piezoelectric device
131: housing
132: spring
133: piezoelectric element
134: pressure plate
135: actuator
135a: hinge
136: plunger
137: second connector
140: power converter (inverter)
150: electrical storage device
170: wireless charging unit for the electric vehicle
Claims (6)
상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 전기를 생산하는 제1단계;
전력변환장치(인버터)에서 상기 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 생산한 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 제2단계;
상기 전력변환장치에서 변환한 교류를 직류로 변환하여 전기 저장장치에 저장하는 제3단계;
강풍이나 태풍에 의하여 상기 나뭇잎이 과도하게 흔들리어 과전류와 과전압이 발생하는 지를 판단하는 제4단계;
과전류와 과전압이 발생하지 않는 경우, 상기 제1단계를 계속 진행하고, 과전류와 과전압이 발생하는 경우, 가스 쇽업소버를 작동시켜서 상기 나뭇잎의 심한 흔들림에도 피로파괴가 발생하지 않도록 안전 모드를 수행하는 제5단계;
상기 나뭇잎이 과도하게 흔들리어 크리프 현상(creep)이 계속되는 지를 판단하는 제6단계; 및
크리프 현상이 계속 지속되는 경우, 전 단계로 이동하며, 크리프 현상이 없는 경우 다시 다수의 단위 태양전지 셀과 상기 압전장치에서 전기를 생산하는 제7단계를 포함하는, 나뭇잎의 태양전지 셀을 이용한 발전기능과 나뭇잎의 흔들림에 의해 작동하는 압전장치를 이용한 발전기능을 갖는 하이브리드 타입 발전 제어방법.
A unit solar cell installed on a leaf to produce electricity by using sunlight, and a piezoelectric device installed on a branch part of the leaf to produce electricity by using the fine movement of the leaf moved by a breeze. In the hybrid type power generation system provided,
A first step of producing electricity in the unit solar cell and the piezoelectric device;
A second step of converting direct current (DC) produced by the unit solar cell and the piezoelectric device into alternating current (AC) in a power converter (inverter);
A third step of converting the alternating current converted by the power converter into direct current and storing the alternating current in an electrical storage device;
A fourth step of judging whether the current is excessively shaken by the leaves due to strong wind or typhoon;
If overcurrent and overvoltage do not occur, continue with the first step, and if overcurrent and overvoltage occur, operate the gas shock absorber to perform a safe mode so that fatigue failure does not occur even under severe shaking of the leaves. Step 5;
A sixth step of determining whether the leaf is excessively shaken and creep continues; And
If the creep phenomenon continues, it moves to the previous stage, and if there is no creep phenomenon, power generation using a solar cell of leaves, including a seventh step of producing electricity from the plurality of unit solar cells and the piezoelectric apparatus again. Hybrid type power generation control method with power generation function using piezoelectric device operated by function and shaking of leaf.
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