KR20110037514A - 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광과 바람을 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치에 관한 것으로, 고정부재와 회전부재로 구성되며 발전설비들을 일정한 장소에 설치할 수 있도록 하는 발전설비 구조물; 상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재에 설치되어 풍력에 의하여 전력을 생산하며 중심축과 블레이드로 구성되는 1개의 터빈에 복수의 발전기를 구비하고 있는 풍력발전 모듈; 상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재와 하측 고정부재에 다수로 설치되며 태양광에 의하여 전력을 생산하는 태양광발전 모듈; 상기 풍력발전 모듈과 태양광발전 모듈로부터 생산된 전력을 변환하고 저장하며 제어하는 전력조절부;로 구성되어 발전효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 것이며, 이에 따라 본 발명은 무공해 에너지원으로서의 태양과 바람 자원과 같은 대체 에너지를 이용하여 전력을 생산함으로써, 자원고갈에 대비하고 환경오염을 줄이는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 소형의 풍력발전기와 태양광 발전시스템을 병렬로 결합하여 발전시스템을 구성함으로써 우천시와 같이 태양광으로 발전이 불가능한 경우에는 풍력자원을 활용하고, 바람이 없는 맑은 날과 같이 풍력으로 발전이 불가능한 경우에는 태양광 자원을 활용하여, 무정전으로 전력을 공급하는 효과가 있다.

풍력발전, 태양광발전, 복합발전, 터빈, 대체에너지

Description

태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치{Hybrid Electric Power Generation System Using Photovoltaics and Wind Power}

본 발명은 태양광과 바람을 이용하여 전력을 생산할 수 있도록 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전설비를 설치하는 구조물 상에 1개의 터빈에 의하여 복수의 발전기를 동시에 구동하는 고효율 풍력발전 모듈과 태양광발전 모듈을 동시에 구비함으로써 태양광발전과 풍력발전의 단일 시스템에 의한 문제점을 상호보완하여 발전효율을 최대한 향상시킬 수 있도록 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치에 관한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 상기한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 이러한 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 량의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 했으므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 수력발전, 화력발전, 원자력발전과 같은 일반적인 발전방법보다는 석유, 석탄자원이 필요없는 친환경에너지를 이용한 발전방법이 요구되고 있다.

이러한 석유, 석탄자원이 필요없는 친환경에너지를 이용하는 발전방법 역시 태양에너지를 이용한 발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 중 가장 쉽게 적용할 수 있는 것은 바람의 힘을 이용한 풍력발전이라 할 것인바, 풍력발전장치는 간단히 설치할 수 있는 이점과 함께 별도의 폐기물이 발생되지 않는 이점은 있지만 주로 커다란 원통형 또는 프로펠라형 임펠러를 이용하여 주축을 회전시키고, 이 주축에 연결된 발전기를 돌려 발전하는 것이므로 기본적으로 넓은 면적의 시설이 필요하여 시설비가 많이 소요되며, 원통형 또는 프로펠라형 임펠러의 형상 자체가 바람이 불지 않을 경우나 미풍일 때에는 회전이 불가능하여 풍력발전이 이루어지지 않고, 반대로 강풍이나 태풍이 발생될 경우에는 발전시설을 가동할 수 없음은 물론 시설이 쉽게 파손될 수 있는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 태양광 발전은 반도체 소자인 태양전지판에 햇빛을 쏘이면 광전자효과를 일으켜 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것으로, 무공해, 무소음, 무한 에너지로서 대표적인 대체에너지 이용 시스템의 하나이다. 일반적인 태양광 발전 시스템은 태양전지로 구성된 모듈과, 제어기, 축전지 및 인버터로 구성되어 있으며 시스템 이용방법에 따라 산간, 벽지 및 섬 등의 원격지와 주택에 설치되는 독립형 시스템과 외부의 전선에 연결하여 사용되고 남은 잉여전력을 전력회사에 판매하는 계통연계형 시스템, 태양광발전기에 디젤발전, 풍력발전 등을 복합적으로 연결하여 발전하는 하이브리드 시스템 등으로 구분할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 태양광 발전은 태양광의 위치에 따라서 전력발생량이 좌우되며, 태양광이 없는 날씨에는 발전이 불가능하여 상시부하에 대한 안정적인 전력공급원으로써 전력공급이 불가능한 문제점이 있게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 발전설비를 설치하는 구조물 상에 1개의 터빈에 의하여 복수의 발전기를 동시에 구동하는 고효율 풍력발전 모듈과 태양광발전 모듈을 함께 구비함으로써 태양광발전과 풍력발전의 단일 시스템에 의한 문제점을 상호보완하여 발전효율을 최대한 향상시킬 수 있도록 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서 추구하는 기술적 수단은 고정부재와 회전부재로 구성되며 발전설비들을 일정한 장소에 설치할 수 있도록 하는 발전설비 구조물; 상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재에 설치되어 풍력에 의하여 전력을 생산하며 중심축과 블레이드로 구성되는 1개의 터빈에 복수의 발전기를 구비하고 있는 풍력발전 모듈; 상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재와 하측 고정부재에 다수로 설치되며 태양광에 의하여 전력을 생산하는 태양광발전 모듈; 상기 풍력발전 모듈과 태양광발전 모듈로부터 생산된 전력을 변환하고 저장하며 제어하는 전력조절부;로 구성되어 발전효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치를 제시한다.

본 발명에 적용한 상기 발전설비 구조물의 회전부재에는 태양광발전 모듈이 구비되며 바람을 터빈으로 유도하는 바람유도판과, 바람이 부는 방향을 따라 자유롭게 회전하는 상기 풍력발전 모듈의 터빈이 항상 최적의 각도를 유지할 수 있도록 하는 풍향조절날개가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치를 제시한다.

본 발명은 무공해 에너지원으로서의 태양과 바람 자원과 같은 대체 에너지를 이용하여 전력을 생산함으로써, 자원고갈에 대비하고 환경오염을 줄이는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 소형의 풍력발전기와 태양광 발전시스템을 병렬로 결합하여 발전시스템을 구성함으로써 우천시와 같이 태양광으로 발전이 불가능한 경우에는 풍력자원을 활용하고, 바람이 없는 맑은 날과 같이 풍력으로 발전이 불가능한 경우에는 태양광 자원을 활용하여, 무정전으로 전력을 공급하는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치의 전기적 구성을 예시한 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치는 발전설비들을 일정한 장소에 설치할 수 있도록 하는 발전설비 구조물(100)을 구비한다.

상기 발전설비 구조물(100)은 고정부재(10)와 회전부재(20)로 구성되는데, 상기 고정부재(10)는 설치되는 풍력발전 모듈이나 태양광발전 모듈 등의 발전설비들을 견고하게 지지할 수 있도록 충분한 강도를 유지할 수 있는 철탑의 형태로 구 성하는 것이 바람직하며, 풍력발전모듈이 설치되는 상기 회전부재(20)는 상기 고정부재(10)와의 연결부위를 베어링 등을 매개체로 하여 연결함으로써,고정부재(10)에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 구성되는 한편, 상기 회전부재(20)에 설치되는 풍력발전모듈의 터빈이 바람의 방향에 대하여 정면으로 항상 최적의 각도를 유지할 수 있도록 방향을 조절하는 풍향조절날개(21)와, 바람의 이동경로를 터빈의 위치로 유도하며 상면에 태양광발전 모듈을 설치한 바람유도판(22)이 구비된다.

상기 발전설비 구조물(100)의 상측 회전부재(10)에 설치되어 풍력에 의하여 전력을 생산하는 풍력발전 모듈(30)은 터빈(31)을 구비한다. 상기 터빈(31)은 중심축(32)과 상기 중심축(32)의 길이 중심에 원주상으로 부착되는 다수의 블레이드(33)로 구성된다. 더불어, 상기 중심축(32)의 양단에는 발전기(34)가 각각 연결된다. 따라서, 상기 풍력발전 모듈(30)은 중심축(32)과 블레이드(33)로 구성되는 1개의 터빈(31)에 복수의 발전기(34)를 구비함으로써, 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 풍력발전 모듈(30)은 상기 실시예와 같이 발전기(34)를 상기 터빈(31)의 중심축(32)에 직접연결할 수도 있으나, 상기 실시예와는 달리 상기 발전기(34)를 구동하는 터빈(31)이 풍력이 약할 때에도 원활하게 발전기(34)를 구동할 수 있도록 다수의 기어로 구성되는 변속기를 매개체로 하여 연결하는 것이 보다 바람직하고, 이러한 상기 풍력발전 모듈(30)은 본 발명의 실시예에 있어서는 1개의 풍력발전 모듈(30)만 배치한 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 상기 풍력발전 모듈(30)은 장소나 주위환경에 따라 적어도 1개 이상 다수의 다층/다열의 배열이 가 능하다.

상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재와 하측 고정부재에는 태양광에 의하여 전력을 생산하는 태양광발전 모듈(40)이 다수로 설치되는데, 상기 회전부재(20)에는 발전기(34)와 바람유도판(22)의 상부에 다수개를 설치한 구조로 되어 있는 한편, 상기 고정부재(10)에는 북쪽을 제외한 동/서/남의 3면에 설치하는 구조로 되어 있는데, 이러한 태양광발전 모듈(40)의 설치장소는 상기 위치에 한정되는 것이 아니라 설치환경에 따라 다양한 위치로의 변경적용이 가능함은 물론이다.

더불어, 상기 풍력발전 모듈(30)과 태양광발전 모듈(40)로부터 생산된 전력을 변환하고 저장하며 제어하는 전력조절부(50)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 태양광발전 모듈(40)이나 풍력발전 모듈(30)에서 발전 된 전기 즉, 직류 또는 교류전압을 직류에서 교류, 또는 교류에서 직류로 변환하여 전력계통으로 공급하거나 잉여전력을 배터리에 저장할 수 있도록 하는 직류/교류변환기(51)와, 교류를 직류로 변환하는 정류기(52), 그리고, 상기 변환기(51)와 정류기(52) 및 배터리(53)를 제어하는 제어기(54)로 구성되는데, 상기 태양광발전 모듈과 변환기로 구성되는 태양광발전 시스템과, 상기 풍력발전 모듈과 정류기로 구성되는 풍력발전 시스템은 서로가 완전히 독립된 병렬운전방식으로 구성되어 그 어느 한쪽이 문제가 발생하더라도 다른 한쪽의 전력생산기능에는 전혀 영향을 받지 않고 그 다른 한쪽에 의하여 전원공급기능을 계속 수행할 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치는 무공해 에너지원으로서의 태양과 바람 자원과 같은 대체 에너지를 이용 하여 전력을 생산함으로써, 자원고갈에 대비하고 환경오염을 줄이는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 소형의 풍력발전기와 태양광 발전시스템을 병렬로 결합하여 발전시스템을 구성함으로써 우천시와 같이 태양광으로 발전이 불가능한 경우에는 풍력자원을 활용하고, 바람이 없는 맑은 날과 같이 풍력으로 발전이 불가능한 경우에는 태양광 자원을 활용하여, 무정전으로 전력을 공급하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치의 사시도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치의 전기적 구성을 예시한 블록도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

100: 발전설비 구조물 10: 고정부재

20: 회전부재 21: 풍향조절날개

22: 바람유도판 30: 풍력발전 모듈

31: 터빈 32: 중심축

33: 블레이드 34: 발전기

40: 태양광발전 모듈 50: 전력조절부

51: 직류/교류변환기 52: 정류기

53: 배터리 54: 제어기

Claims (2)

1. 태양광과 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 복합발전장치에 있어서,

   고정부재와 회전부재로 구성되며 발전설비들을 일정한 장소에 설치할 수 있도록 하는 발전설비 구조물;

   상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재에 설치되어 풍력에 의하여 전력을 생산하며 중심축과 블레이드로 구성되는 1개의 터빈에 복수의 발전기를 구비하고 있는 풍력발전 모듈;

   상기 발전설비 구조물의 상측 회전부재와 하측 고정부재에 다수로 설치되며 태양광에 의하여 전력을 생산하는 태양광발전 모듈;

   상기 풍력발전 모듈과 태양광발전 모듈로부터 생산된 전력을 변환하고 저장하며 제어하는 전력조절부;로 구성되어 발전효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 발전설비 구조물의 회전부재에는 태양광발전 모듈이 구비되며 바람을 터빈으로 유도하는 바람유도판과, 바람이 부는 방향을 따라 자유롭게 회전하는 상기 풍력발전 모듈의 터빈이 항상 최적의 각도를 유지할 수 있도록 하는 풍향조절날개가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광과 풍력을 이용한 복합발전장치.

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