KR20110083945A - 풍력-태양광 복합 발전 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력-태양광 복합 발전 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 하중 지지만을 위해 사용되던 풍력 터빈의 중공 타워에 태양광 발전을 위한 집광판을 통합하여 결합함으로서 풍력과 태양광 발전을 동시에 수행할 수 있는 풍력-태양광 복합 발전 설비에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 설비의 체적 변화 없이, 풍력과 태양광 각각의 발전이 동시에 진행됨에 따라 발전 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 구조적 안정성 및 유지 보수의 장점을 가지는 중공 타워를 공용으로 이용하여 풍력, 태양광 복합 발전 장치를 구성함에 따라 자연 환경이 유동적인 모든 환경에 적합한 고효율의 발전 장치를 구성할 수 있다.

Description

풍력-태양광 복합 발전 설비{Wind and solar hybrid power system}
본 발명은 풍력-태양광 복합 발전 설비에 관한 것으로, 구체적으로는 종래 하중 지지만을 위해 사용되던 풍력 터빈의 중공 타워에 태양광 발전을 위한 집광판을 통합하여 결합함으로서 풍력과 태양광 발전을 동시에 수행할 수 있는 풍력-태양광 복합 발전 설비에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면 설비의 체적 변화 없이, 풍력과 태양광 각각의 발전이 동시에 진행됨에 따라 발전 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 구조적 안정성 및 유지 보수의 장점을 가지는 중공 타워를 공용으로 이용하여 풍력, 태양광 복합 발전 장치를 구성함에 따라 자연 환경이 유동적인 모든 환경에 적합한 고효율의 발전 장치를 구성할 수 있다.
일반적으로, 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여 바람의 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 바람을 이용하여 풍력 터빈의 블레이드를 회전시키고, 상기 블레이드의 회전력으로 전기를 생산한다.
상기 풍력 발전은 낙도 등의 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하며, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치 가능함으로서 국내 토지이용 합리화의 장점을 가지며, 이로 인해 화석 연료를 이용한 화력 발전 또는 원자력 발전 등의 대체 수단으로 크게 각광받는 발전 방식이다.
도 1은 종래의 풍력 터빈과 중공 타워의 사시도로서, 종래의 풍력 터빈(100)은 중공 타워(200) 상에 배치되는 나셀(110, nacelle)과, 샤프트(shaft)에 의해 상기 나셀(110) 내에 지지되는 로터(120) 및 상기 로터(120)에 결합된 블레이드(130)를 포함하여 구성되며, 나셀(110) 내에는 통상의 베어링, 증속기, 발전기 및 전력변환장치 등이 구비된다.
아울러, 중공 타워는 3 내지 6개의 타워 섹션(210)으로 구성되며, 각 타워 섹션(210)은 통상적으로 서로 연결되어 용접, 볼트를 함께 사용하는 플랜지 또는 다른 공지의 기계적인 패스너(fastener)를 통해 중공 타워(200)를 형성한다.
또한, 상기 각 타워 섹션(210)은 상부영역으로부터 기초(foundation) 및 지면까지의 강건한 구조적 하중 경로(a robust structural load-path)를 제공할 뿐만 아니라 시스템에 의해 요구될 수도 있는 임의의 기계적 또는 전기적 내장 요소에 대한 지지를 제공한다.
상기 풍력 터빈(100)의 중공 타워(200)는 비교적 설계에 대한 고급 기술을 요하지 않고 쉽게 최적화 될 수 있는 요소이며, 다른 요소부품에 비해 비용절감을 위한 설계의 융통성이 매우 크다.
아울러, 풍력터빈(100) 총 제작비용중 중공 타워(200)가 차지하는 비중이 크기 때문에 중공 타워(200)의 최적설계는 풍력터빈(100) 제작의 중요한 부분이다.
한편, 풍력발전에 있어서 효율은 통상적으로 수평형 풍력 터빈의 경우 45%, 수직형 풍력 터빈은 25~35% 정도로 알려져 있다.
하지만, 미풍 또는 바람이 불지 않을 경우, 풍력발전의 사용효율이 극히 감소하는 문제점이 있었다.
따라서, 도 2에 도시된 대한민국 등록실용신안공보 제20-0297497호 또는 도 3에 도시된 등록실용신안공보 제20-0316706호 또는 도 4에 도시된 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0104434호에서와 같이, 풍력 발전 설비에 태양광 집광판 등의 부가 시설을 부착하여 발전 효율을 개선하고 하는 노력을 지속해왔다.
하지만, 상기 도 2에 도시된 대한민국 등록실용신안공보 제20-0297497호 또는 도 3에 도시된 등록실용신안공보 제20-0316706호는 설비의 체적만 증가시킬 뿐 발전 효율에 대한 가시적인 성과는 거두지 못했을 뿐만 아니라, 도 4에 도시된 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0104434호에 제안된 바와 같이, 풍력과 태양광의 복합 발전을 위해 태양광 집광판을 회전 날개에 설치하게 될 경우, 블레이드의 운동에 악영향을 미침으로써 풍력 자체의 발전 효율을 저하시키게 될 뿐만 아니라 블레이드의 면적이 협소하여 대형 집광판을 설치하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 하중 지지만을 위해 사용되던 풍력 터빈의 중공 타워에 태양광 발전을 위한 집광판을 통합하여 결합함으로서 체적 변화 없이, 풍력과 태양광 각각의 발전이 동시에 진행됨에 따라 발전 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 구조적 안정성 및 유지 보수의 장점을 가지는 중공 타워를 공용으로 이용하여 풍력, 태양광 복합 발전 장치를 구성함에 따라 자연 환경이 유동적인 모든 환경에 적합한 고효율의 풍력-태양광 복합 발전 설비를 제공함을 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 태양광 집광판이 결합된 중공 타워 및 상기 중공 타워의 상부에 구비되는 풍력 터빈을 포함하여 구성되는 풍력-태양광 복합 발전 설비를 제공한다.
한편, 상기 중공 타워는 태양광 집광판이 부착된 타워쉘과 플랜지를 결합한 하나 이상의 타워 섹션을 구비하고, 상기 각 타워 섹션을 상기 플랜지를 매개로 결합하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 타워쉘은 태양광이 입사되는 일부 면에만 태양광 집광판이 결합될 수 있다.
또한, 상기 중공타워는, 수평 단면이 다각형으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 중공타워는 하부 수평 단면적이 상부 수평 단면적보다 크게 구성될 수 있다.
발명에 의하면, 체적 변화 없이, 풍력과 태양광 각각의 발전이 동시에 진행됨에 따라 발전 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 구조적 안정성 및 유지 보수의 장점을 가지는 중공 타워를 공용으로 이용하여 풍력, 태양광 복합 발전 장치를 구성함에 따라 자연 환경이 유동적인 모든 환경에 적합한 고효율의 풍력-태양광 복합 발전 설비를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 풍력 발전 장치의 사시도
도 2 내지 도 4은 종래 풍력-태양광 복합 발전 설비의 개략도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력-태양광 복합 발전 설비의 사시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력-태양광 복합 발전 설비의 분해사시도
상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력-태양광 복합 발전 설비의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력-태양광 복합 발전 설비의 분해사시도로서, 본 발명은 태양광 집광판(11c,11c')이 결합된 중공 타워(10) 및 상기 중공 타워(10)의 상부에 구비되는 풍력 터빈(20)을 포함하여 구성된다.
상기 중공 타워(10)는 풍력 터빈(20)을 일정 높이에 위치시켜 지지하는 동시에, 외면에 결합된 태양광 집광판(11c,11c')을 통해 태양광을 집광하는 것으로, 하나 이상의 타워 섹션(11,11')이 결합하여 구성된다.
아울러, 상기 중공 타워(10)는 하부 수평 단면적이 상부 수평 단면적보다 점차 크게 구성되는 형태로서, 상기 풍력 터빈(20)을 구조적으로 견고히 지지할 수 있다.
한편, 상기 타워 섹션(11,11')은 태양광 집광판(11c,11c')이 부착된 타워쉘(11a,11a')과 플랜지(11b,11b')를 결합한 하나의 단위체로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각 타워 섹션(11,11')이 플랜지(11b,11b')를 통해 결합하여 중공 타워(10)를 형성한다.
상기 태양광 집광판(11c,11c')이 부착되는 타워쉘(11a,11a')은, 태양광 집광판(11c,11c')과의 결합 용이성을 고려할 때, 곡면이 아닌 평면을 가지는 다각형으로 형성되는 것이 바람직하며, 태양광 집광효율, 중공 타워(10)의 구조적 안정성 및 조립 용이성 등을 고려할 때, 6각 또는 8각면으로 구성되는 것이 가장 효과적이다.
따라서, 상기 중공 타워(10) 또한 다각형의 평면, 바람직하게는 6각 또는 8각면으로 구성된다.
한편, 상기 태양광 집광판(11c,11c')은 6각 또는 8각면으로 이루어지는 타워쉘(11a,11a')의 전체 면에 결합될 수 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 태양광이 입사되는 일부 면에만 결합하는 것이 효율적이다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명은 체적 변화 없이, 풍력과 태양광 각각의 발전이 동시에 진행됨에 따라 발전 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 구조적 안정성 및 유지 보수의 장점을 가지는 중공 타워(10)를 공용으로 이용하여 풍력, 태양광 복합 발전 장치를 구성함에 따라 자연 환경이 유동적인 모든 환경에 적합한 고효율의 발전 장치를 구성할 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 중공 타워 20 : 풍력 터빈
11,11' : 타워섹션 11a,11a' : 타워쉘
11b,11b' : 플랜지 11c,11c' : 태양광 집광판

Claims (5)

  1. 태양광 집광판이 결합된 중공 타워 및
    상기 중공 타워의 상부에 구비되는 풍력 터빈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 복합 발전 설비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중공 타워는,
    태양광 집광판이 부착된 타워쉘과 플랜지를 결합한 하나 이상의 타워 섹션을 구비하고,
    상기 각 타워 섹션을 상기 플랜지를 매개로 결합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 복합 발전 설비.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 타워쉘은,
    태양광이 입사되는 일부 면에만 태양광 집광판이 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 복합 발전 설비.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중공타워는,
    수평 단면이 다각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 복합 발전 설비.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 중공타워는,
    하부 수평 단면적이 상부 수평 단면적보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 복합 발전 설비.
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