KR200234406Y1 - 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발전 시스템에 관한것으로서, 보다 상세하게는 상용 전원의 가설 여건이 어렵거나, 또는 자체 전력을 보유하여야 하는 비상용 전력 설비와 같은 용도에 적합하면서도 전력 생산 효율을 극대화 시킨 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템에 관한 것이다.

본 고안은 태양의 위치를 추적하고 태양전지판넬이 태양을 추종케하여 발전효율을 극대화 할 수 있도록 이루고, 동일한 발전 시설을 사용하더라도 발전 효율이 개선됨에 따라 소형화가 가능하여 시설 및 유지 보수면에서 경제성이 높은 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템을 제공하고자, 풍력으로 발전을 이루는 풍력 발전기(1)와 태양광으로 발전을 이루는 태양전지판넬(2)과 상기 풍력과 태양광 발전 전력을 부하에 공급하고 충전하기 위하여 전원을 제어하는 전원조정부(70)와 상기 태양전지판넬(2)을 태양 위치에 추종시키기 위하여 마련된 태양위치 센서(50)와 태양위치 센서의 신호로서 태양위치를 추적 제어하는 태양위치 추적부(90)와 상기 태양위치 추적부의 출력으로 상기 태양전지판넬(2)을 태양에 추종하여 회동시키는 로테이터(60)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템{Complex power generation system for minor electric capacity}

본 고안은 발전 시스템에 관한것으로서, 보다 상세하게는 상용 전원의 가설 여건이 어렵거나, 또는 자체 전력을 보유하여야 하는 비상용 전력 설비와 같은 용도에 적합하면서도 전력 생산 효율을 극대화 시킨 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템에 관한 것이다.

본 고안에서 복합 발전이라함은 적어도 발전 형식이 상이한 하나 이상의 발전 설비가 운용되는 것으로서 여기서는 태양광을 이용한 발전과 풍력을 이용한 발전을 말한다.

일반적으로 벽지, 오지, 낙도 등에 전력을 공급하기에는 시설 비용이 많이들어가면서도 전력 배전 설비의 이용면에서는 극히 일부의 시설이나 일부 수용가만이 이용하므로 시설 비용 대비 이용률에서 굉장히 비싼 시설이 되고만다.

상기 문제로 벽지, 오지, 낙도 등에는 전력 공급이 원활하지 못하며 전력 부족은 곳 여러 시설물의 설치에도 부정적인 영향을 준다.

예컨데 무선 통신에 이용되는 중계기와 같은 경우에도 통화 사각지역을 배제하려면 산간 오지에도 많은 중계기를 세워두어야 하지만 전력 공급이 어렵거나 여의치 아니한 경우에는 시설이 불가한 경우가 많아 좋은 통화 품질을 이루기 어렵다.

상기 문제를 해소하고자 종래에도 자연력을 이용한 발전 설비를 시설하여 이용하는 제안이 있었으며 대한민국 공개 특허 제 2000-33477호가 공지되어 있다.

상기 선원 기술은 태양열과 풍력을 이용한 발전수단을 구비하고 있는 복합 발전 시스템이기는 하나 태양열을 이용한 발전 수단과 풍력을 이용한 발전수단에서각각 발생되는 전력을 비교하여 어느 일방의 전력을 부하측으로 공급하도록 이루어진 이동통신 시스템에서의 중계기 전원 백업 장치를 구성한 것이다.

이는 태양열을 이용한 발전이 단순히 태양열 집열판 만으로 이루어짐에 따라 발전 효율이 저하 됨은 물론이고 태양의 궤적을 따라서 움직이지 못하고 단순고정 설치됨에 의하여 발전 효율이 더욱더 나쁘다.

이와 같이 종래의 기술들은 대부분 고정형의 태양광 발전장치와 풍력 발전장치로 이루어져 태양광의 경우 하루 중에서 3-4시간 정도 밖에는 최대 발전을 할 수 없는 제한이 발생하므로 시설비 대비 효율은 극히 저급한 수준의 것이다.

한편, 첨부된 도 1의 종래 기술에 따르면 풍력 발전기(1)와 태양전지판넬(2)을 발전 설비로서 구비하고, 풍력 발전기의 출력을 정류하는 풍차 정류기(10), 발전 시스템을 제어하는 제어부(20)를 통하여 충전제어부(4)를 통해 축전지(40)에 충전을 이루도록 구성하며, 상기 풍차 정류기(10)의 출력을 외부 상용 전원과 연계하여 선택적으로 절체하는 연계부(11)를 통해 직교류 변환을 이루는 인버터(30)로서 상기 정류된 전원 또는 축전지 전원을 부하(35) 측에 공급하도록 이루어진 것이다.

그러나 이러한 종래 기술에 따르면 상용전원과 연계하여 작동되도록 이루어져 상용 전원에 대한 의존도가 매우 높아 상용전원 정전시 충전 전력이 부족한 경우 정상적인 시스템 운용이 어려운 문제가 있으며, 상용전원과 연계하여 작동하도록 마련된 이유는 결과적으로 발전 시스템의 효율이 높지 않다는 문제에 귀착된다.

따라서 상용전원과 연계치 아니하는 경우에는 발전 설비의 발전 용량을 크게 설계하여야 하며 이러한 경우에는 경제성이 떨어지고 외형 또한 커지게되어 시설설치 및 유지 관리에 불합리한 문제가 발생되는 문제가 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 고안은 태양의 위치를 추적하고 태양전지판넬이 태양을 추종케하여 발전효율을 극대화 할 수 있도록 이루어진 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 고안은 동일한 발전 시설을 사용하더라도 발전 효율이 개선됨에 따라 소형화가 가능하여 시설 및 유지 보수면에서 경제성이 높은 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 고안은 발전 효율이 높아 외부 전원과 연계치 아니하고 독립적이고 실질적으로 사용가능한 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 구현하고자 이루어지는 본 고안은 풍력으로 발전을 이루는 풍력 발전기와 태양광으로 발전을 이루는 태양전지판넬과 상기 풍력과 태양광 발전 전력을 부하에 공급하고 충전하기 위하여 전원을 제어하는 전원조정수단과 상기 태양전지판넬을 태양 위치에 추종시키기 위하여 마련된 태양위치 센서와 태양위치 센서의 신호로서 태양위치를 추적하는 추적수단과 추적 수단의 출력으로 상기 태양전지판넬을 태양에 추종하여 회동시키는 로테이터를 포함하여 이루어지는 것에 의한다.

도 1은 종래 복합 발전 시스템의 구성을 도시한 개요도.

도 2는 본 고안의 복합 발전 시스템의 구성을 도시한 개요도.

도 3은 본 고안의 태양 위치 추적과정을 도시한 제어 순서도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 풍력 발전기 2 : 태양전지 판넬

50 : 태양위치 센서 60 : 로테이터

70 : 전원조정부 71 : 풍차 정류부

72 : 인버터 73 : 충방전제어부

80 : 축전지 90 : 태양위치 추적부

91 : 광기전력 아날로그/디지탈 변환부

92 : 태양추적 경로 판단부 94 : 광기전력 설정부

93 : 구동신호 발생부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 기술 사상에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 고안은 첨부 도 2에 도시한 바와 같이 풍력으로 발전을 이루는 풍력 발전기(1)와 태양광으로 발전을 이루는 태양전지판넬(2)과 상기 풍력과 태양광 발전 전력을 부하에 공급하고 충전하기 위하여 전원을 제어하는 전원조정부(70)와 상기 태양전지판넬(2)을 태양 위치에 추종시키기 위하여 마련된 태양위치 센서(50)와 태양위치 센서의 신호로서 태양위치를 추적 제어하는 태양위치 추적부(90)와 상기 태양위치 추적부의 출력으로 상기 태양전지판넬(2)을 태양에 추종하여 회동시키는 로테이터(60)로 이루어진다.

상기 전원조정부(70)는 풍력발전기(1) 출력 전원을 정류하는 풍차정류부(71)와 정류된 전원을 축전지에 충전하거나 충전된 축전지 전원의 방전을 제어하는 충방전 제어부(73)와 부하에 전원 공급을 위한 역변환 인버터(72)를 포함하여 이루고, 전원조정부(70)의 충방전 제어부(73)에 부동 충전을 위한 축전지(80)를 결합하며, 인버터(72) 출력을 부하에 연결하여 이루어진다.

한편, 태양의 위치를 추적하는 추적부(90)는 태양의 위치를 검출하는 센서(50)와 센서에서 검출된 신호인 광기전력을 디지탈 레벨로 변환하는 광기전력 아날로그/디지탈 변환부(91)와 기상 상태와 시간별 광기전력값을 샘플링하여 프로그램한 데이타를 기준값으로 제공하는 광기전력 설정부(94), 상기 검출된 변환부(91) 출력과 상기 광기전력 설정부(94)의 기준값을 비교하여 출력하는 태양추적경로 판단부(92)와 연산된 태양추적경로 판단부(92)의 출력으로 태양추적을 위한 로테이터 구동 신호를 발생하는 구동신호 발생부(93)로 이루지며, 구동신호는 태양전지 판넬(2)을 실질적으로 태양의 위치에 추종되도록 구동시키는 로테이터(60)에 구동 방향과 구동값을 제어하도록 연결한다.

상기 태양전지 판넬이 회동하면 연속적으로 센서가 그 광량을 검출하여 반복적으로 제어하고 구동신호발생부(93)로 제어 출력을 발생하므로 태양의 위치를 따라가게 된다.

상기 전원조정부(70)에 형성된 부하(35)는 본 고안을 통하여 전원을 필요로하는 요소를 모두 포함하며, 로테이터(60) 또한 부하의 하나로 이해하면 된다.

상술한 바와 같은 본 고안의 제 작용을 이하 좀더 상세하게 살펴보기로 한다.

본 고안은 풍력에 의한 발전과 태양광에 의한 발전을 이루어 오지등의 전기 시설이 불가한 지역에서 활용도가 매우 높다.

또한 풍력과 태양광은 상호 보완적이면서 동시 발전도 가능하며 이러한 발전을 효과적으로 이용하기 위한 축전지(80)가 구비되어 부동 충전을 이루게 된다.

충전된 전원은 발전 설비를 필요로하는 부하(35)에 공급되며 부하는 무선통신의 중계 장비 또는 기타의 전력 소요 설비에 공급되는 것으로 부하 전력에 따라서 일정한 교류 전원을 형성하는 역변환 장치로서 인버터(72)를 경유하여 공급된다.

한편, 태양광 발전을 위한 태양전지 판넬(2)은 적어도 태양이 뜨고 지는 궤적에 따라서 연동하여 태양을 추종케함이 발전효율을 극대화하게 된다.

즉, 본 고안은 태양의 위치를 검출하기 위하여 마련된 태양위치센서(50)를 통하여 태양광의 강도를 측정하고 이 검출된 태양광 크기의 값을 광기전력 아날로그/디지탈 변환부(91)를 통하여 디지탈 레벨로 변환한다.

디지탈 값으로 변환된 태양광 레벨은 기상과 시간에 따라서 사전에 조사되어 프로그램화되어 기록된 광 기전력 설정부(80)의 기준값과 함께 태양추적 경로 판단부(92)에서 상호 값의 비교가 이루어지고 비교 연산된 값에 따라서 로테이터(60)의 구동 출력이 구동신호 발생부(93)를 통하여 출력된다.

상기 구동신호 발생부(93)의 출력에 의하여 로테이터(60)는 태양전지 판넬(2)을 실질적으로 회동시키고 이에 태양전지 판넬은 태양의 위치를 그대로 추종하면서 가장 효율적으로 발전을 이룰 수 있는 위치에 항시 위치하게되는 것이다.

상기 태양을 추종하면서 발전을 이루는 결과에 따라서 하루중 최대 발전 출력으로 발전할 수 있는 시간이 평균 6~8시간 정도로 늘어나 발전 효율은 대략 40% 정도 증대되는 작용을 한다.

한편, 상기 태양광을 받아들이는 태양위치 센서(50)는 다수의 감광 센서로 이루어지며 태양의 궤적을 따라 일정하게 배치하여 센서 상호간의 검출 전압의 차이를 연산하여 정확한 위치 식별을 이루며 태양이 지고 뜨는 경계에서도 태양의 위치를 용이하게 식별할 수 있는 것이다.

이러한 태양 위치 추적에 관련한 제어는 첨부 도 3에 도시된 바와 같이 다수로 형성된 태양위치 센서로 태양광을 검출하는 단계와 태양광이 검출되면 태양광 레벨에 따라서 어느 센서축에 태양이 위치하는지를 검출하는 태양위치 판단단계와,태양위치 판단이 이루어지면 태양전지 판넬이 태양광선과 정면방향으로 위치하도록 조정하는 단계와 조정된 후 태양광 축이 이동되는 일정한 시간 경과하는지를 검출하여 일정시간이 경과되지 아니한 경우에는 현 위치를 유지하고 일정시간이 경과되면 다시 태양광 위치 검출을 이루는 상기 초기 단계로 리턴되도록 제어한다.

또한 기상과 시간에 따른 본 고안의 설치 지역에 대한 태양광 데이터를 기초로 검출된 태양광 레벨이 설정된 상기 태양광 데이터의 기준값과 동일할 때 까지 태양전지 판넬을 조정하는 단계로 이루어지는 것이다.

이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 고안에 따르면 태양의 위치를 추적하고 태양전지판넬이 태양을 추종케하여 발전효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있고, 동일한 발전 시설을 사용하더라도 발전 효율이 개선됨에 따라 소형화가 가능하여 시설 및 유지 보수면에서 경제성이 높은 효과를 갖으며, 발전 효율이 높아 외부 전원과 연계치 아니하고 독립적이고 실질적으로 사용가능한 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 기존의 계통 연계형 복합발전시스템의 문제점과 최대 태양광 발전 시간이 3~4 시간에 머물던 한계를 대폭 개선하여 안정적이고 지속적으로 오지, 벽지 시설에 전력공급이 가능하도록 이루어지는 여러 우수한 효과를 갖는 매우 우수한 고안인 것이다.

Claims (5)

1. 풍력으로 발전을 이루는 풍력 발전기와 태양광으로 발전을 이루는 태양전지판넬을 포함하여 이루어지는 복합 발전 시스템에 있어서,

   상기 풍력과 태양광 발전 전력을 부하에 공급하고 충전하기 위하여 전원을 제어하는 전원조정수단과,

   상기 전원조정수단의 발전 전력을 부동 충전하는 축전지와,

   상기 태양전지판넬을 태양 위치에 추종시키기 위하여 마련된 태양위치 센서와,

   상기 태양위치 센서의 신호로서 태양위치를 추적하는 추적수단과

   상기 추적 수단의 출력으로 상기 태양전지판넬을 태양에 추종하여 회동시키는 로테이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전원조정부는 풍력발전기(1) 출력 전원을 정류하는 풍차정류부(71)와 정류된 전원을 축전지에 충전하거나 충전된 축전지 전원의 방전을 제어하는 충방전 제어부(73)와 부하에 전원 공급을 위한 역변환 인버터(72)를 포함하여 이루고, 전원조정부(70)의 충방전 제어부(73)에 부동 충전을 위한 축전지(80)를 결합하며, 인버터(72) 출력을 부하에 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 태양의 위치를 추적하는 추적부는 태양의 위치를 검출하는 센서(50)와 센서에서 검출된 신호인 광기전력을 디지탈 레벨로 변환하는 광기전력 아날로그/디지탈 변환부(91)와 기상 상태와 시간별 광기전력값을 샘플링하여 프로그램한 데이타를 기준값으로 제공하는 광기전력 설정부(94), 상기 검출된 변환부(91) 출력과 상기 광기전력 설정부(94)의 기준값을 비교하여 출력하는 태양추적경로 판단부(92)와 연산된 태양추적경로 판단부(92)의 출력으로 태양추적을 위한 로테이터 구동 신호를 발생하는 구동신호 발생부(93)로 이루지며, 구동신호는 태양전지 판넬(2)을 실질적으로 태양의 위치에 추종되도록 구동시키는 로테이터(60)에 구동 방향과 구동값을 제어하도록 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 태양전지 판넬이 회동하면 연속적으로 센서가 그 광량을 검출하여 반복적으로 제어하고 구동신호발생부(93)로 제어 출력을 발생하므로 태양의 위치를 추종하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 태양위치를 검출하는 센서는 태양의 궤적에 따라 배치된 다수의 감광소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적에 따른 소용량 복합 발전 시스템.