KR102407453B1 - 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 - Google Patents

태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 수단과 풍력 발전 수단을 유기적으로 연계하고, 발전 효율을 높일 수 있는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치에 관한 것이다.
본 발명은 「서포트(110); 상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120); 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140); 상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135); 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130); 상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150); 선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155); 상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및 상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100)」를 제공한다.

Description

태양광-풍력 하이브리드 발전 장치{Solar-wind hybrid power generation device}
본 발명은 태양광 발전 수단과 풍력 발전 수단을 유기적으로 연계하고, 발전 효율을 높일 수 있는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치에 관한 것이다.
신재생 에너지에 대한 관심과 필요성이 높아지는 가운데, 태양광 발전 수단과 풍력 발전 수단을 혼용하는 기술이 다수 공개되어 있다.
태양광-풍력 혼용 발전에 관한 배경 기술의 설명은 아래 [특허문헌] 리스트 제시로 갈음한다.
다만, 종래의 태양광-풍력 혼용 발전 기술들은,
1) 태양광 발전과 풍력 발전 간의 유기적 연계성이 부족하고,
2) 컴팩트한 공간 구성 및 다양한 활용처에 적용할 수 있는 가변성이 부족하며,
3) 태양광 발전 효율과 풍력 발전 효율을 함께 높일 수 있는 기술 구성이 제시되어 있지 않다.
1. 공개특허 10-2009-0112930 "태양광풍력 하이브리드 발전기" 2. 공개특허 10-2015-0137160 "지주에 설치되는 풍력태양광에너지 발생장치" 3. 공개특허 10-2008-0104434 "태양광과 풍력발전의 복합 발전장치" 4. 등록특허 10-1064086 "풍력 및 태양광 발전을 이용한 독립형 전원 공급 시스템 및 그 방법" 5. 등록특허 10-1776573 "발전 효율이 증대된 태양광 및 풍력 발전 장치" 6. 등록특허 10-2142365 "풍력발전과 태양광 발전이 같은 회전축에 형성되는 발전장치 회전축의 부력장치" 7. 등록특허 10-1512093 "태양광 및 풍력 하이브리드 이용 시스템"
본 발명은 종래 기술들의 문제점을 극복하여, 태양광 발전과 풍력 발전 간의 유기적 연계성이 확보되고, 컴팩트한 공간 구성 및 다양한 활용처에 적용할 수 있는 가변성을 확보하며, 태양광 발전 효율과 풍력 발전 효율을 함께 높일 수 있는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 「서포트(110); 상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120); 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140); 상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135); 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130); 상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150); 선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155); 상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및 상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100)」를 제공한다.
또한, 본 발명은 상단이 오픈된 하우징(10); 을 더 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 상기 하우징(10) 바닥에 결합되며, 상기 회전체(140)가 상기 하우징(10) 상단을 커버하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100)를 함께 제공한다.
본 발명으로부터 아래의 효과를 기대할 수 있다.
1. 구형 또는 반구형 회전체의 외연을 따라 유연성(flexible) 태양광막을 결합시키므로 태양의 고도 및 방위에 관계없이 태양광 수광이 가능하여 태양광 발전 효율을 높일 수 있다.
2. 회전체의 회전축이 슬립링을 관통하도록 구성하여, 태양광막과 연결된 케이블의 꼬임없이 원활한 풍력발전이 이루어지도록 할 수 있다.
3. 다수의 풍력 저항 블레이드를 구형(求刑) 또는 반구형(半球形)으로 조합하여, 벤츄레이터 형태의 회전체를 구성할 수 있으며, 이에 따라 태양광 발전, 풍력 발전과 함께 환기 기능이 수행되도록 할 수 있다.
4. 회전체 내부 공간을 케이블, 발전기, 제1,2충전 컨트롤러, 축전기, 인버터 등의 배치공간으로 활용할 수 있다.
[도 1]은 구형 회전체가 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 일 실시예의 단면도이다.
[도 2]는 반구형 회전체에 측방으로 저항판이 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 3]은 반구형 회전체 하부에 저항판이 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 4]는 구형 회전체에 저항판이 종방향으로 둘러진 형태로 결합된 실시예의 외형도이다.
[도 5]는 다수의 풍력 저항 블레이드가 구형으로 조합된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 6]은 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 일 실시예의 내부 구성을 하부에서 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 「서포트(110); 상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120); 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140); 상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135); 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130); 상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150); 선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155); 상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및 상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100)」를 제공한다.
상기 서포트(110)는 지면, 구조물 등에 독립적으로 또는 타 부재와의 결합관계에 의해 세워져 고정된 부재이다. [도 1]에 도시된 바와 횡지지대(115) 위에 상기 서포트(110)를 결합시킬 수 있으며, [도 2] 내지 [도 6]에 도시된 바와 같이 별도의 하우징(10)을 구성하여, 상기 하우징(10) 내부 바닥에 상기 서포트(110)를 세워 결합시킬 수 있다.
상기 슬립링(Slip Ring, 120)은 상기 서포트(110) 상부에 배치된다. 슬립링은 로터리 조인트, 로터리 커넥터 등으로도 불리는 전기 부품으로서, 회전하는 장비에 전원 또는 신호라인을 공급할 때 전선의 꼬임없이 전달 가능한 회전형 커넥터이다. 본 발명에서 상기 슬립링의 적용에 관한 구체적 사항은 후술하기로 한다.
상기 회전축(130)은 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 축회전이 이루어질 수 있는 구조(볼 베어링 등)로 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성되어 있다.
상기 대 기어(131)는 풍력발전에 이용되며 후술할 소 기어(161)와의 상대적 크기면에서 비교 우위를 갖는다는 의미이다. 상기 대 기어(131)는 상기 소 기어(161)와 맞물려 회전하되, 대-소 기어비에 따라 회전수가 증가한다. 이에 따라 상기 발전기(160)에서는 상기 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용한 발전(發電)이 이루어진다.
상기 회전체(140)는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연을 갖도록 구성된 것으로서, 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전한다. 상기 회전축(130)이 상기 회전체(140)의 종방향 중심축이 되는 것이다.
상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 유연성 태양광막(150)이 결합되며, 결과적으로 상기 회전체(140)는 플렉시블한 태양광막을 조합하여 구형 또는 반구형으로 형성시키기 위한 베이스 프레임 역할을 한다. 상기 태양광막(150)은 빛 에너지를 전기로 바꾸는 광기전 효과(photovoltaic effect)를 일으키는 것으로서, 상기 태양광막(150)이 구형 또는 반구형으로 형성됨으로써, 태양의 고도와 방위에 관계없이 태양광 수광이 가능하게 된다.
다만, 상기 회전체(140)가 구형(求刑)인 경우 하반구에는 태양광이 도달하기 어려울 수 있는데, 이 경우 상기 구형의 회전체(140) 하부에 반사판(30)을 배치함으로서 하반구 부분에서도 태양광 수광 및 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 반사판(30)에 도달한 태양광이 상기 회전체(140)의 하반구로 고르게 반사되도록, 상기 반사판(30)의 형태를 상기 하반구를 향해 확공되는 형태로 구성할 수 있다. 또한, 상기 반사판(30)의 판면은 반사율이 높은 은박지 등으로 커버할 수 있다.
상기 회전체(140)에는 풍력을 받아 상기 회전체(140)의 회전을 유도하는 저항판(20)을 결합시킬 수 있다. 상기 저항판(20)은 [도 2]에 도시된 바와 같이 선풍개 날개와 같이 굴곡면을 갖는 날개형으로 구성하여 회전체(140)의 측방에 결합시키거나, [도 3]에 도시된 바와 같이 벤츄레이터 블레이드처럼 굴곡면을 갖는 블레이드형으로 구성하여 회전체(140)의 하방에 결합시킬 수 있다. 또한, [도 4]에 도시된 바와 같이, 상기 저항판(20)을 굴곡면을 갖는 블레이드형으로 구성하되, 상기 회전체(140)에 종방향으로 둘러진 형태로 결합시킬 수 있다. 상기 저항판(20)의 굴곡면은 모든 방향의 바람에 저항할 수 있도록 설계하여, 상기 회전체(140)의 원활한 축회전이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, [도 5]에 도시된 바와 같이, 다수의 풍력 저항 블레이드를 구형(求刑) 또는 반구형(半球形)으로 조합하여, 벤츄레이터 형태의 회전체를 구성할 수 있다. 이 경우 기존의 벤츄레이터 설치 부위에 본 발명 장치를 적용함으로써 환기 기능을 수행함과 동시에 태양광 발전 및 풍력 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 케이블(155)은 상기 태양광막(150)에 의해 생성된 전류를 제2축전지(180)까지 흘려보내기 위한 것이다. 상기 케이블(155)의 선단은 상기 태양광막(150)에 결합되어 있으므로 상기 회전체(140)가 축회전할 때 함께 회전한다. 그러나, 상기 케이블(155)의 말단은 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치되어 있어, 상기 케이블(155)이 꼬이지 않게 된다.
상기 접전 상태는 상기 케이블(155)의 말단과 전도체 링이 직접 접하거나 타 전도체 부재를 매개로 간접적으로 접하는 상태를 포함하고, 상기 케이블(155) 말단과 전도체 링이 이격된 상태에서 비접촉식 전류 전달이 이루어지는 모든 상태를 포함한다.
한편, 상기 케이블(155)은 상기 회전축(130)에 구비된 대 기어(131)를 관통한 후 슬립링(120)의 전도체 링에 접전(接電)되도록 구성함으로써 상기 회전체(140) 내부에서 케이블이 얽히지 않도록 정리할 수 있다.
상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 풍력에 의해 상기 발전기(160)에서 생성된 전력은 상기 축전기(190)에 축전된다. 전류가 상기 축전기(190)에서 상기 태양광막(150)으로 역류하는 것을 방지하기 위한 제1충전 컨트롤러(170) 및 상기 축전기(190)에서 발전기(160)로 역류하는 것을 방지하기 위한 제2충전 컨트롤러(180)를 함께 구성할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.
100 : 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치
110 : 서포트 115 : 횡지지대 120 : 슬립링
130 : 회전축 131 : 대 기어 135 : 연결보강부재
140 : 회전체 150 : 태양광막 155 : 케이블
160 : 발전기 161 : 소 기어 170 : 제1충전 컨트롤러
180 : 제2충전 컨트롤러 190 : 축전기
10 : 하우징 20,20',20" : 저항판 30 : 반사판

Claims (2)

  1. 서포트(110);
    상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120);
    회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140);
    상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135);
    하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130);
    상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150);
    선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155);
    상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및
    상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고,
    상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100).
  2. 제1항에서,
    상단이 오픈된 하우징(10); 을 더 포함하고,
    상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 상기 하우징(10) 바닥에 결합되며,
    상기 회전체(140)가 상기 하우징(10) 상단을 커버하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100).
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