KR102513013B1 - Energy-independent solar power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
에너지 자립형 태양광 발전 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 전력을 자체 생산하여 신재생에너지로 활용할 수 있는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템이 개시된다.An energy self-sufficient solar power generation system is disclosed. More specifically, an energy self-sufficient photovoltaic power generation system capable of self-producing power and utilizing it as renewable energy is disclosed.
현재 신재생에너지 보급확대 정책에 따라 발전 사업자에게 총 발전량에서 일정 비율을 신재생에너지로 공급하도록 의무화하는 제도, 즉 '신재생에너지 의무할당제(RPS: Renewable Portfolio Standard)'가 시행되고 있다. 이에 따라 발전설비용량이 500MW 이상인 발전사업자로서 선정된 대상 업체들은 매년 2%의 발전량을 신재생에너지원으로 공급해야 하므로, 대상 업체들은 직접 신재생에너지 발전 설비를 도입하거나 다른 신재생에너지 발전 사업자의 인증서(REC-발전량)를 구매해 의무 할당량을 채워야 하는 실정이다.Currently, a system that obliges power generation companies to supply a certain percentage of total power generation as new and renewable energy according to the new and renewable energy supply expansion policy, that is, the 'Renewable Portfolio Standard (RPS)' is being implemented. Accordingly, the target companies selected as power generation operators with a power generation facility capacity of 500MW or more must supply 2% of power generation annually as a new and renewable energy source. It is currently necessary to purchase a certificate (REC-generation amount) to meet the mandatory quota.
따라서, 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지를 이용한 발전 시스템에 대한 연구가 진행되고 있으며, 특히, 이들 발전 시스템의 경우 자연환경에 따라 전기 출력이 변동되므로 전력 수요량 이상의 여유 전력이 발생하는 경우 이를 저장하고 이용하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.Therefore, research on power generation systems using renewable energy, such as solar or wind power, is being conducted. Research on how to use it is ongoing.
예를 들어, 한국특허 등록번호 제10-0776353호에는 태양전지 및 풍력발전 등 재생에너지 발전 설비로부터 나오는 전력 중에서 수요량 이상의 여유 전력이 발생하면 태양광 발전 장치를 사용하여 수소를 생산하여 저장해 두었다가 발전량이 적을 경우 저장된 수소를 이용하여 연료전지에서 전력을 생산 및 공급할 수 있게 하는 수소에너지를 이용한 에너지 자립형 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 상기 에너지 자립형 시스템은 잉여의 전기에너지만을 활용하는 것으로, 사용되는 연료전지는 60~70℃에서 작동하는 저온형 연료전지이다.For example, Korean Patent Registration No. 10-0776353 discloses that when surplus power greater than the demand is generated among the electricity generated from renewable energy power generation facilities such as solar cells and wind power generation, hydrogen is produced and stored using photovoltaic power generation device, and then the amount of power generated An energy self-sufficient system using hydrogen energy that enables generation and supply of electricity from a fuel cell using stored hydrogen is disclosed. However, the energy self-sufficient system utilizes only surplus electrical energy, and the fuel cell used is a low-temperature fuel cell operating at 60 to 70°C.
한편, 각종 산업시설에서 잉여의 열이 발생할 수 있으며, 또한 산업 현장 및 생활 현장에서 배출되는 각종 폐기물을 이용한 잉여의 열이 발생되고 있어, 이를 열원으로 활용하는 기술이 개발되고 있으나 그 활용이 제한적이다.On the other hand, surplus heat may be generated in various industrial facilities, and surplus heat is generated using various wastes discharged from industrial sites and living sites. A technology to utilize it as a heat source is being developed, but its utilization is limited. .
본 발명의 일 구현예는 전력을 자체 생산하여 신재생에너지로 활용할 수 있는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템을 제공한다.One embodiment of the present invention provides an energy-independent photovoltaic power generation system capable of self-producing power and utilizing it as renewable energy.
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is,
태양의 빛 에너지를 전기에너지와 열에너지로 변환시키도록 구성된 태양광 발전 및 열 수집 유닛;a photovoltaic power generation and heat collection unit configured to convert sunlight energy into electrical energy and thermal energy;
상기 열에너지를 회수하여 얻은 온수를 저장하도록 구성된 온수 저장 유닛; a hot water storage unit configured to store hot water obtained by recovering the thermal energy;
상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수와의 열교환을 거친 제1-1 작동유체를 이용하여 전기를 생산하도록 구성된 증기 발전 유닛;
증발 유닛으로서, 상기 제1-1 작동유체가 상기 증기 발전 유닛을 통과하여 제1-2 작동유체로 전환되고, 상기 제1-2 작동유체가 열교환에 의해 별도의 제2 작동유체를 증발시켜 상기 제2 작동유체를 제1-3 작동유체로 전환시키고, 상기 제1-3 작동유체가 상기 온수 저장 유닛을 통과하여 상기 증기 발전 유닛으로 공급되는 상기 제1-1 작동유체를 생산하도록 구성된 증발 유닛; 및
상기 증기 발전 유닛에서 배출된 상기 제1-2 작동유체가 상기 증발 유닛을 통과하여 제1-4 작동유체로 전환되고, 상기 제1-4 작동유체를 압축시켜 제1-5 작동유체를 생산하도록 구성된 압축 유닛을 포함하고,
상기 제1-5 작동유체가 열교환에 의해 상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수를 가열한 후 제1-6 작동유체로 전환되도록 구성된 에너지 자립형 태양광 발전 시스템을 제공한다.a steam power generation unit configured to generate electricity using the 1-1 working fluid that has undergone heat exchange with the hot water stored in the hot water storage unit;
As an evaporation unit, the 1-1 working fluid passes through the steam power generation unit and is converted into a 1-2 working fluid, and the 1-2 working fluid evaporates a separate second working fluid by heat exchange to An evaporation unit configured to convert the second working fluid into a 1-3 working fluid, and the 1-3 working fluid passing through the hot water storage unit to produce the 1-1 working fluid supplied to the steam power generation unit. ; and
The 1-2 working fluid discharged from the steam power generation unit passes through the evaporation unit and is converted into the 1-4 working fluid, and the 1-4 working fluid is compressed to produce the 1-5 working fluid. comprising a compression unit configured;
The first to fifth working fluids heat the hot water stored in the hot water storage unit by heat exchange and then convert to the first to sixth working fluids.
상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛은 태양광 발전 및 열 수집 패널, 상기 태양광 발전 및 열 수집 패널에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 변환시키도록 구성된 인버터, 및 상기 태양광 발전 및 열 수집 패널에서 생성된 열을 온수로 회수하도록 구성된 열교환기를 포함할 수 있다.The photovoltaic power generation and heat collection unit includes a photovoltaic power generation and heat collection panel, an inverter configured to convert DC electricity generated by the photovoltaic power generation and heat collection panel into alternating current electricity, and the photovoltaic power generation and heat collection panel. It may include a heat exchanger configured to recover the generated heat as hot water.
상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛과 상기 온수 저장 유닛 사이에 예열기를 더 포함할 수 있다.The energy self-sufficient photovoltaic power generation system may further include a preheater between the photovoltaic power generation and heat collection unit and the hot water storage unit.
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상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 압축 유닛을 통과한 후 상기 온수와 열교환된 상기 제1-6 작동유체를 제3 작동유체와의 열교환에 의해 응축시켜 제1-7 작동유체로 전환시키도록 구성된 응축 유닛을 더 포함할 수 있다.The energy-independent photovoltaic power generation system is configured to condense the 1-6 working fluids heat-exchanged with the hot water after passing through the compression unit by heat exchange with the 3rd working fluid to convert them into 1-7 working fluids. A condensation unit may be further included.
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상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 응축 유닛에서 배출된 상기 제1-7 작동유체를 팽창시켜 상기 증발 유닛으로 공급되는 상기 제2 작동유체를 생산하도록 구성된 팽창 유닛을 더 포함할 수 있다.The energy-independent photovoltaic power generation system may further include an expansion unit configured to expand the first to seventh working fluids discharged from the condensation unit to produce the second working fluid supplied to the evaporation unit.
상기 응축 유닛으로 공급되는 제3 작동유체는, 지열에 의해, 상기 응축 유닛으로 공급되는 상기 제1-6 작동유체보다 낮은 온도로 유지될 수 있다.The third working fluid supplied to the condensation unit may be maintained at a lower temperature than the first to sixth working fluids supplied to the condensation unit by geothermal heat.
상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 제3 작동유체를 땅속에서부터 땅위로 끌어올려 상기 응축 유닛을 통과시킨 후 다시 땅속으로 내려보내도록 구성된 작동유체 이송라인을 더 포함할 수 있다.The energy-independent photovoltaic power generation system may further include a working fluid transport line configured to raise the third working fluid from the ground to the ground, pass through the condensing unit, and then send the third working fluid down to the ground.
상기 작동유체 이송라인은 땅속의 상부 및 땅위에 위치하는 단열부, 및 땅속의 하부에 위치하는 열전도부를 포함할 수 있다.The working fluid transfer line may include an insulating part positioned above and above the ground, and a heat conduction part positioned below the ground.
상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수는 60~70℃의 온도로 유지되고, 상기 작동유체 이송라인의 상기 열전도부는 15~17℃의 온도로 유지될 수 있다.The hot water stored in the hot water storage unit may be maintained at a temperature of 60 to 70°C, and the heat conducting portion of the working fluid transfer line may be maintained at a temperature of 15 to 17°C.
상기 증기 발전 유닛은 터빈 및 이에 연결된 교류 발전기를 포함할 수 있다.The steam power unit may include a turbine and an alternator connected thereto.
상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 증기 발전 유닛에서 생산된 전기를 저장하도록 구성된 에너지 저장 유닛을 더 포함할 수 있다.The energy self-sufficient photovoltaic power generation system may further include an energy storage unit configured to store electricity generated by the steam power generation unit.
상기 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 상기 증기 발전 유닛에서 생산된 전기를 단독으로 또는 외부 전력과 함께 상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛의 유입전력으로 사용하도록 구성될 수 있다.
상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체, 상기 제2 작동유체 및 상기 제3 작동유체 중 적어도 하나는 HFC계 작동유체를 포함할 수 있다.The energy self-sufficient photovoltaic power generation system may be configured to use electricity generated by the steam power generation unit alone or together with external power as input power for the photovoltaic power generation and heat collection unit.
At least one of the 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid, the second working fluid, and the third working fluid may include an HFC-based working fluid.
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본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 자립형 태양광 발전 시스템은 전력을 자체 생산하여 신재생에너지로 활용할 수 있으며, 이에 따라 전력 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 신재생에너지 의무할당제에도 적절히 대처할 수 있다. The energy self-sufficient photovoltaic power generation system according to one embodiment of the present invention can produce power itself and use it as new and renewable energy, thereby reducing power costs as well as appropriately coping with the new and renewable energy mandatory quota system.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 자립형 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing an energy independent photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 자립형 태양광 발전 시스템을 상세히 설명한다. Hereinafter, an energy independent photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 명세서에서, “상부”란 중력의 역방향을 의미하고, “하부”란 중력방향을 의미한다.In the present specification, “upper” means a reverse direction of gravity, and “lower” means a direction of gravity.
또한 본 명세서에서, “작동유체(working fluid)”란 증기 발전 유닛을 작동시키는 유체로서, 액체, 기체, 액체와 기체의 혼합물 또는 이들의 조합을 의미한다.Also, in this specification, “working fluid” is a fluid that operates a steam power generation unit, and means a liquid, a gas, a mixture of a liquid and a gas, or a combination thereof.
또한 본 명세서에서, “전기”와 “전력”은 동일한 의미로 사용된다.Also, in this specification, “electricity” and “power” are used in the same meaning.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing an energy independent photovoltaic
본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 및 열 수집 유닛(110), 온수 저장 유닛(120) 및 증기 발전 유닛(130)을 포함한다.An energy self-sufficient photovoltaic
태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)은 태양의 빛 에너지를 전기에너지와 열에너지로 변환시키도록 구성될 수 있다. The photovoltaic power generation and
태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)은 태양광 발전 및 열 수집 패널(111), 인버터(112) 및 열교환기(113)를 포함할 수 있다.The photovoltaic power generation and
태양광 발전 및 열 수집 패널(111)은 태양의 빛에너지를 흡수하여 전기에너지와 열에너지를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)은, 비록 도 1에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 반사 방지 유리/봉합재(encapsulant)/광전지(photovoltaic cell)/봉합재/백시트/패널 내장형 열교환기/단열재의 구성을 가질 수 있다.The photovoltaic power generation and
인버터(112)는 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 변환시키도록 구성될 수 있다. 인버터(112)에서 생성된 유출전력(PW) 은 배터리와 같은 에너지 저장 유닛(미도시)에 저장될 수 있다.The
열교환기(113)는 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)에서 생성된 열을 온수(HW)로 회수하도록 구성될 수 있다. The
이하, 도 1을 참조하여 태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)의 작동 메커니즘을 상세히 설명한다.Hereinafter, referring to FIG. 1 , an operating mechanism of the photovoltaic power generation and
먼저, 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)은 태양으로부터 빛에너지를 흡수하고 외부로부터 열매체(미도시)를 공급받을 수 있다. 상기 흡수된 빛에너지는 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)에서 전기와 열로 전환될 수 있다.First, the photovoltaic power generation and
다음으로, 상기 생성된 전기는 직류 전기로서 인버터(112)를 거쳐 교류 전기로 변환될 수 있다. 또한, 상기 생성된 열은 3방향 밸브(V)의 작용으로 열매체 이송라인(L11), 열매체 이송라인(L13), 열매체 이송라인(L14), 펌프(P1) 및 열매체 이송라인(L15)을 차례로 거쳐 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)로 순환되거나(이는 열매체의 온도가 일정 수준 미만인 경우에 실시되는 바이패스 운전임), 열매체 이송라인(L11), 열매체 이송라인(L12), 열교환기(113), 열매체 이송라인(L14), 펌프(P1) 및 열매체 이송라인(L15)을 차례로 거쳐 태양광 발전 및 열 수집 패널(111)로 순환될 수 있다(이는 열매체의 온도가 일정 수준 이상인 경우에 실시되는 정상 운전임). 이때, 열교환기(113)로는 외부에서 냉수(CW)가 공급되고, 이 냉수(CW)가 열매체 이송라인(L11)의 내부를 흐르는 열매체와 열교환되어 온수(HW)로 전환될 수 있다.Next, the generated electricity may be converted into AC electricity through the
상기 열매체는 기체 또는 액체일 수 있다. 일례로서, 상기 열매체는 공기일 수 있다. 다른 예로서, 상기 열매체는 물 또는 부동액일 수 있다. The heating medium may be gas or liquid. As an example, the heating medium may be air. As another example, the heat medium may be water or antifreeze.
다음으로, 열교환기에서 배출된 온수(HW)는 펌프(P2)를 거쳐 온수 저장 유닛(120)으로 공급될 수 있다.Next, the hot water HW discharged from the heat exchanger may be supplied to the hot
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)과 온수 저장 유닛(120) 사이에 예열기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 예열기는 태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)에서 생성된 온수(HW)의 온도가 기준온도(예를 들어, 60~70℃)보다 낮을 경우에 온수(HW)를 추가로 가열하여 상기 기준온도까지 승온시키는 역할을 수행한다. In addition, the energy self-sufficient photovoltaic
온수 저장 유닛(120)은 온수(HW)를 저장하도록 구성될 수 있다.The hot
또한, 온수 저장 유닛(120)에 저장되는 온수(HW)의 양은 원하는 만큼 증가될 수 있다.In addition, the amount of hot water (HW) stored in the hot
또한, 온수 저장 유닛(120)에 저장되는 온수(HW)의 양이 증가할수록 후술하는 증기 발전 유닛(130)에서 생산되는 전기의 양도 증가할 수 있다. 따라서, 온수 저장 유닛(120)에 저장되는 온수(HW)의 양을 원하는 만큼 증가시킴으로써 증기 발전 유닛(130)에서 생산되는 전기의 양도 원하는 만큼 증가시킬 수 있다.In addition, as the amount of hot water (HW) stored in the hot
또한, 온수 저장 유닛(120)에 저장되는 온수(HW)는 후술하는 바와 같이 제1-3 작동유체를 가열시키는 역할을 수행할뿐만 아니라 온수(HW) 중 일부는 생활 온수 또는 난방용 온수로도 활용될 수 있다.In addition, the hot water (HW) stored in the hot
또한, 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)는 60~70℃의 온도로 유지될 수 있다.In addition, the hot water (HW) stored in the hot
증기 발전 유닛(130)은 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)와의 열교환을 거친 제1-1 작동유체를 이용하여 전기를 생산하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 증기 발전 유닛(130)에서 생성된 전기는 주로 온수(HW) 및 지열을 이용한 것이어서 화석연료나 원자력을 이용한 것이 아니므로 신재생에너지에 해당한다. The steam
구체적으로, 증기 발전 유닛(130)은 터빈(미도시) 및 이에 연결된 교류 발전기(미도시)를 포함할 수 있다.Specifically, the steam
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 증발 유닛(140)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy self-sufficient solar
상기 제1-1 작동유체는 증기 발전 유닛(130)을 통과하여 제1-2 작동유체로 전환되고, 증발 유닛(140)은 상기 제1-2 작동유체와의 열교환에 의해 후술하는 제2 작동유체를 증발시켜 상기 제2 작동유체를 제1-3 작동유체로 전환시키고, 상기 제1-3 작동유체는 온수 저장 유닛(120)을 통과하여 증기 발전 유닛(130)으로 공급되는 상기 제1-1 작동유체를 생산할 수 있다.The 1-1 working fluid passes through the steam
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 증발 유닛(140)에서 배출된 상기 제1-3 작동유체를 증기 발전 유닛(130)으로 펌핑하도록 구성된 펌프(P4)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy independent photovoltaic
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 증기 발전 유닛(130)에서 배출된 상기 제1-2 작동유체를 증발 유닛(140)으로 펌핑하도록 구성된 펌프(P5)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy-independent photovoltaic
상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-3 작동유체와, 후술하는 제1-4 작동유체 내지 제1-7 작동유체와, 상기 제2 작동유체는 동일한 물질일 수 있으며, 이 경우 상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체는 기체이고, 상기 제2 작동유체는 액체일 수 있다. 따라서, 상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체는 상기 제2 작동유체보다 더 높은 온도를 가질 수 있다.The 1-1 working fluid to the 1-3 working fluid, the 1-4 working fluid to 1-7 working fluid described later, and the second working fluid may be the same material. The 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid may be a gas, and the second working fluid may be a liquid. Accordingly, the 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid may have a higher temperature than the second working fluid.
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 압축 유닛(150)을 더 포함할 수 있다.
증기 발전 유닛(130)에서 배출된 상기 제1-2 작동유체는 증발 유닛(140)을 통과하여 제1-4 작동유체로 전환되고, 압축 유닛(150)은 증기 발전 유닛(130)(구체적으로, 터빈) 및 증발 유닛(140)을 차례로 통과하여 생성된 상기 제1-4 작동유체를 압축시켜 제1-5 작동유체를 생산하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1-4 작동유체는 압축 유닛(150)에서 압축되어 고온 및 고압의 기체(즉, 상기 제1-5 작동유체)로 전환될 수 있다.In addition, the energy self-sufficient photovoltaic
The 1-2 working fluid discharged from the steam
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또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 상기 제1-4 작동유체가 압축 유닛(150)에서 압축되어 생성된 상기 제1-5 작동유체와의 열교환에 의해 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)를 가열하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)는 증발 유닛(140)에서 배출된 저온의 상기 제1-3 작동유체에 빼앗긴 열을 압축 유닛(150)에서 배출된 고온의 상기 제1-5 작동유체로부터 보충받을 수 있다. 또한, 상기 제1-5 작동유체는 열교환에 의해 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)를 가열한 후 제1-6 작동유체로 전환될 수 있다.In addition, the energy independent photovoltaic
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 응축 유닛(160)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy self-sufficient photovoltaic
응축 유닛(160)은 압축 유닛(150)에서 배출된 상기 제1-5 작동유체가 온수 저장 유닛(120)에 저장된 온수(HW)와 열교환되어 생성된 상기 제1-6 작동유체를 후술하는 제3 작동유체와 열교환에 의해 응축시켜 제1-7 작동유체로 전환시키도록 구성될 수 있다.The
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 팽창 유닛(170)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy self-sufficient solar
팽창 유닛(170)은 응축 유닛(160)에서 배출된 상기 제1-7 작동유체를 팽창시켜 증발 유닛(140)으로 공급되는 제2 작동유체를 생산하도록 구성될 수 있다.The
팽창 유닛(170)에서 배출된 후 증발 유닛(140)으로 공급되는 제2 작동유체는 응축 유닛(160)에서 배출된 후 팽창 유닛(170)으로 공급되는 상기 제1-7 작동유체보다 낮은 온도를 가질 수 있다.The second working fluid discharged from the
예를 들어, 팽창 유닛(170)은 팽창 밸브일 수 있다.For example,
응축 유닛(160)으로 공급되는 제3 작동유체는, 지열에 의해, 당해 응축 유닛(160)으로 공급되는 상기 제1-6 작동유체보다 낮은 온도로 유지될 수 있다.The third working fluid supplied to the
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 제3 작동유체를 땅속(ER)에서부터 응축 유닛(160)으로 펌핑하도록 구성된 펌프(P3)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy-independent photovoltaic
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 작동유체 이송라인(L21) 및 작동유체 이송라인(L22)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy independent solar
작동유체 이송라인(L21)은 응축 유닛(160)에서부터 시작하여, 팽창 유닛(170), 증발 유닛(140) 및 온수 저장 유닛(120)을 차례로 거쳐 증기 발전 유닛(130)까지 연결된 배관일 수 있고, 작동유체 이송라인(L22)은 증기 발전 유닛(130)에서부터 시작하여, 증발 유닛(140), 압축 유닛(150) 및 온수 저장 유닛(120)을 차례로 거쳐 응축 유닛(160)까지 연결된 배관일 수 있다.The working fluid transfer line (L21) may be a pipe connected from the
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 작동유체 이송라인(L23)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy independent photovoltaic
작동유체 이송라인(L23)은 상기 제3 작동유체를 땅속(ER)에서부터 땅위로 끌어올려 응축 유닛(160)을 통과시킨 후 다시 땅속(ER)으로 내려보내도록 구성될 수 있다.The working fluid transfer line (L23) may be configured to raise the third working fluid from the ground (ER) to the ground, pass through the
또한, 작동유체 이송라인(L23)은 단열부(IS) 및 열전도부(CD)를 포함할 수 있다.In addition, the working fluid transfer line L23 may include a heat insulating part IS and a heat conducting part CD.
단열부(IS)는 땅속(ER)의 상부 및 땅위에 위치할 수 있다. 예를 들어, 단열부(IS)는 작동유체 이송라인(L3) 중 주변 땅속(ER)의 온도가 17℃를 초과하는 부분 및 땅위의 모든 부분에 설치될 수 있다.Insulation (IS) may be located above the ground (ER) and above the ground. For example, the heat insulation unit (IS) may be installed in all parts of the working fluid transfer line (L3) where the temperature of the surrounding ground (ER) exceeds 17 ° C. and on the ground.
열전도부(CD)는 땅속(ER)의 하부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 열전도부(CD)는 작동유체 이송라인(L3) 중 주변 땅속(ER)의 온도가 17℃ 이하인 부분에 설치될 수 있다. 예를 들어, 열전도부(CD)는 15~17℃의 온도로 유지될 수 있다.The heat conduction unit (CD) may be located below the ground (ER). For example, the heat conduction unit (CD) may be installed in a portion where the temperature of the surrounding ground (ER) is 17° C. or less of the working fluid transfer line (L3). For example, the heat conducting part CD may be maintained at a temperature of 15 to 17°C.
작동유체 이송라인(L23)의 내부를 흐르는 제3 작동유체는 열전도부(CD)에서 차가운 지열과 열교환되어 냉각된 후 단열부(IS)를 통과하여 응축 유닛(160)으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 제3 작동유체는 단열부(IS)의 존재로 인하여 주변 땅속(ER) 및 공기에 의해 다시 가열되지 않고 열전도부(CD)에서 냉각된 상태 그대로 응축 유닛(160)으로 공급될 수 있다.The third working fluid flowing inside the working fluid transfer line L23 may be supplied to the
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 에너지 저장 유닛(180)을 더 포함할 수 있다.In addition, the energy self-sufficient solar
에너지 저장 유닛(180)은 증기 발전 유닛(130)에서 생산된 전기를 저장하도록 구성될 수 있다.The
또한, 에너지 저장 유닛(180)은 생략될 수 있으며, 이 경우 에너지 저장 유닛(180)은 증기 발전 유닛(130)에서 생산된 전기를 외부로 전송(송전)하도록 구성될 수 있다.Also, the
또한, 에너지 자립형 태양광 발전 시스템(100)은 증기 발전 유닛(130)에서 생산된 전기(즉, 신재생에너지)를 단독으로 또는 외부 전력(화석연료 및/또는 원자력 기반 에너지)과 함께 태양광 발전 및 열 수집 유닛(110)의 유입전력(예를 들어, 펌프(P1, P2), 3방향 밸브(V) 및/또는 예열기의 가동 전력)으로 사용하도록 구성될 수 있다.
상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체, 상기 제2 작동유체 및 상기 제3 작동유체 중 적어도 하나는 HFC계 작동유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체, 상기 제2 작동유체 및 상기 제3 작동유체 중 적어도 하나는 R32일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the energy self-sufficient photovoltaic
At least one of the 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid, the second working fluid, and the third working fluid may include an HFC-based working fluid. For example, at least one of the 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid, the second working fluid, and the third working fluid may be R32, but the present invention is not limited thereto.
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이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings above, but this is only exemplary, and those skilled in the art can understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. There will be. Therefore, the scope of protection of the present invention should be defined by the appended claims.
100: 에너지 자립형 태양광 발전 시스템
110: 태양광 발전 및 열 수집 유닛 111: 태양광 발전 및 열 수집 패널
112: 인버터 113: 열교환기
120: 온수 저장 유닛 130: 증기 발전 유닛
140: 증발 유닛 150: 압축 유닛
160: 응축 유닛 170: 팽창 유닛
180: 에너지 저장 유닛 L11~L14: 열매체 이송라인
P1~P5: 펌프 V: 3방향 밸브
PW: 유출전력 L21~L23: 작동유체 이송라인
IS: 단열부 CD: 열전도부
ER: 땅속100: Energy self-sufficient solar power system
110: solar power generation and heat collection unit 111: solar power generation and heat collection panel
112: inverter 113: heat exchanger
120: hot water storage unit 130: steam power generation unit
140: evaporation unit 150: compression unit
160: condensation unit 170: expansion unit
180: energy storage unit L11 to L14: heat medium transfer line
P1~P5: Pump V: 3-way valve
PW: Outflow power L21~L23: Working fluid transfer line
IS: Insulation part CD: Heat conduction part
ER: underground
Claims (16)
상기 열에너지를 회수하여 얻은 온수를 저장하도록 구성된 온수 저장 유닛;
상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수와의 열교환을 거친 제1-1 작동유체를 이용하여 전기를 생산하도록 구성된 증기 발전 유닛;
증발 유닛으로서, 상기 제1-1 작동유체가 상기 증기 발전 유닛을 통과하여 제1-2 작동유체로 전환되고, 상기 제1-2 작동유체가 열교환에 의해 별도의 제2 작동유체를 증발시켜 상기 제2 작동유체를 제1-3 작동유체로 전환시키고, 상기 제1-3 작동유체가 상기 온수 저장 유닛을 통과하여 상기 증기 발전 유닛으로 공급되는 상기 제1-1 작동유체를 생산하도록 구성된 증발 유닛; 및
상기 증기 발전 유닛에서 배출된 상기 제1-2 작동유체가 상기 증발 유닛을 통과하여 제1-4 작동유체로 전환되고, 상기 제1-4 작동유체를 압축시켜 제1-5 작동유체를 생산하도록 구성된 압축 유닛을 포함하고,
상기 제1-5 작동유체가 열교환에 의해 상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수를 가열한 후 제1-6 작동유체로 전환되도록 구성된 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.a photovoltaic power generation and heat collection unit configured to convert sunlight energy into electrical energy and thermal energy;
a hot water storage unit configured to store hot water obtained by recovering the thermal energy;
a steam power generation unit configured to generate electricity using the 1-1 working fluid that has undergone heat exchange with the hot water stored in the hot water storage unit;
As an evaporation unit, the 1-1 working fluid passes through the steam power generation unit and is converted into a 1-2 working fluid, and the 1-2 working fluid evaporates a separate second working fluid by heat exchange to An evaporation unit configured to convert the second working fluid into a 1-3 working fluid, and the 1-3 working fluid passing through the hot water storage unit to produce the 1-1 working fluid supplied to the steam power generation unit. ; and
The 1-2 working fluid discharged from the steam power generation unit passes through the evaporation unit and is converted into the 1-4 working fluid, and the 1-4 working fluid is compressed to produce the 1-5 working fluid. comprising a compression unit configured;
The energy self-sufficient solar power generation system configured such that the first-fifth working fluid heats the hot water stored in the hot water storage unit by heat exchange and then is converted into the first-sixth working fluid.
상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛은 태양광 발전 및 열 수집 패널, 상기 태양광 발전 및 열 수집 패널에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 변환시키도록 구성된 인버터, 및 상기 태양광 발전 및 열 수집 패널에서 생성된 열을 온수로 회수하도록 구성된 열교환기를 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
The photovoltaic power generation and heat collection unit includes a photovoltaic power generation and heat collection panel, an inverter configured to convert DC electricity generated by the photovoltaic power generation and heat collection panel into alternating current electricity, and the photovoltaic power generation and heat collection panel. An energy self-contained photovoltaic system comprising a heat exchanger configured to recover generated heat as hot water.
상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛과 상기 온수 저장 유닛 사이에 예열기를 더 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
The energy self-sufficient solar power generation system further comprising a preheater between the photovoltaic power generation and heat collection unit and the hot water storage unit.
상기 압축 유닛을 통과한 후 상기 온수와 열교환된 상기 제1-6 작동유체를 제3 작동유체와의 열교환에 의해 응축시켜 제1-7 작동유체로 전환시키도록 구성된 응축 유닛을 더 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
An energy independent type further comprising a condensation unit configured to condense the 1st-6th working fluids heat-exchanged with the hot water after passing through the compression unit by heat exchange with the 3rd working fluid to convert them into 1-7th working fluids. solar power system.
상기 응축 유닛에서 배출된 상기 제1-7 작동유체를 팽창시켜 상기 증발 유닛으로 공급되는 상기 제2 작동유체를 생산하도록 구성된 팽창 유닛을 더 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 7,
The energy self-sufficient photovoltaic system further comprises an expansion unit configured to expand the first to seventh working fluids discharged from the condensation unit to produce the second working fluid supplied to the evaporation unit.
상기 응축 유닛으로 공급되는 제3 작동유체는, 지열에 의해, 상기 응축 유닛으로 공급되는 상기 제1-6 작동유체보다 낮은 온도로 유지되는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 7,
The third working fluid supplied to the condensation unit is maintained at a lower temperature than the first to sixth working fluids supplied to the condensation unit by geothermal heat.
상기 제3 작동유체를 땅속에서부터 땅위로 끌어올려 상기 응축 유닛을 통과시킨 후 다시 땅속으로 내려보내도록 구성된 작동유체 이송라인을 더 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 9,
The energy-independent photovoltaic power generation system further comprising a working fluid transfer line configured to raise the third working fluid from the ground to the ground, pass through the condensation unit, and then send the third working fluid down to the ground.
상기 작동유체 이송라인은 땅속의 상부 및 땅위에 위치하는 단열부, 및 땅속의 하부에 위치하는 열전도부를 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 10,
The energy self-sufficient solar power generation system, wherein the working fluid transfer line includes an insulation part located above and above the ground, and a heat conduction part located below the ground.
상기 온수 저장 유닛에 저장된 온수는 60~70℃의 온도로 유지되고, 상기 작동유체 이송라인의 상기 열전도부는 15~17℃의 온도로 유지되는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 11,
The hot water stored in the hot water storage unit is maintained at a temperature of 60 to 70 ° C, and the heat conducting part of the working fluid transfer line is maintained at a temperature of 15 to 17 ° C.
상기 증기 발전 유닛은 터빈 및 이에 연결된 교류 발전기를 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
The steam power generation unit includes a turbine and an alternator connected thereto.
상기 증기 발전 유닛에서 생산된 전기를 저장하도록 구성된 에너지 저장 유닛을 더 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
Energy self-sufficient photovoltaic power generation system further comprising an energy storage unit configured to store electricity generated by the steam power generation unit.
상기 증기 발전 유닛에서 생산된 전기를 단독으로 또는 외부 전력과 함께 상기 태양광 발전 및 열 수집 유닛의 유입전력으로 사용하도록 구성된 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.According to claim 1,
An energy self-sufficient photovoltaic power generation system configured to use the electricity generated by the steam power generation unit alone or together with external power as input power of the photovoltaic power generation and heat collection unit.
상기 제1-1 작동유체 내지 상기 제1-7 작동유체, 상기 제2 작동유체 및 상기 제3 작동유체 중 적어도 하나는 HFC계 작동유체를 포함하는 에너지 자립형 태양광 발전 시스템.
According to claim 8,
At least one of the 1-1 working fluid to the 1-7 working fluid, the second working fluid, and the third working fluid includes an HFC-based working fluid.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020220107800A KR102513013B1 (en) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | Energy-independent solar power generating system |
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KR1020220107800A KR102513013B1 (en) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | Energy-independent solar power generating system |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
KR20120042921A (en) * | 2009-09-24 | 2012-05-03 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Heat pump power generation system |
JP2016127755A (en) * | 2015-01-07 | 2016-07-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Generation power smoothing system |
KR102060667B1 (en) * | 2018-09-12 | 2019-12-30 | 지에스건설 주식회사 | Heat supply system |
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2022
- 2022-08-26 KR KR1020220107800A patent/KR102513013B1/en active IP Right Grant
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