KR20130019247A - 소용량 발전 시스템 - Google Patents

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KR20130019247A
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Abstract

본 발명은 소용량 발전시스템에 관한 것이다. 이는 인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나의 구동력을 입력받아 발전하는 소규모의 발전 시스템(10, 20)에 있어서, 인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나가 회전력으로서 입력되는 구동력 입력부(11)와; 상기 구동력 입력부로부터의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기(12)와; 상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지의 전압을 감지하는 전압조정장치(13)와; 상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지를 정류하는 정류기(14)와; 상기 정류기로부터 출력되는 전기에너지를 변환하여 미리 결정된 범위의 출력값을 가지도록 하는 출력부(15, 16, 17; 21, 22); 및 상기 정류기와 상기 출력부 사이에서, 상기 전압조정장치(13)가 감지한 전압이 상기 미리 결정된 범위의 출력값을 넘는 경우에, 상기 출력부와 병렬로 별도의 부하(19)를 연결하는 고전압 부하회로(18)를 포함한다. 이에 따라 구동력의 변화가 심한 인력, 물레방아 등의 소수력 또는 소형 풍력 발전에 있어서 원하는 출력 발전량을 초과하는 잉여분을 별도 부하에 공급하도록 구성함으로써, 발전 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 등의 현저한 효과를 제공한다.

Description

소용량 발전 시스템 {Small Power Generator}
본 발명은 인력, 소수력 또는 풍력과 같은 구동력을 이용하는 소형 발전 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구동력의 변화가 심한 인력, 물레방아 등의 소수력 또는 소형 풍력 발전에 있어서 원하는 출력 발전량을 초과하는 잉여분을 별도 부하에 공급하도록 구성함으로써, 발전 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 한 새로운 소용량 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 건강을 위한 운동기구와 연결되어 인력을 구동력을 입력받는 발전시스템이나, 시내물을 끌어들여 물레방아에 흐르도록 하는 소수력 발전시스템, 또는 바람의 양이 일정치 않은 지대의 풍력 발전 시스템 등이 알려져 있으나, 이들 시스템에서 발전기를 정속으로 운전하는 것은 구동력의 변화가 심하기 때문에 현실적으로 불가능하다. 또한 구동력을 발생시키는 인력, 소수력, 풍력의 변화를 인위적으로 일정하게 유지하는 것도 역시 어려운 일이기 때문에, 출력되는 에너지의 변화폭이 심하다는 문제가 있었다.
따라서 이들 시스템에서는 에너지의 일부만을 출력으로 사용하게 된다. 이에 따라 미리 정해진 출력 이상의 에너지는 버리게 되고, 너무 작은 에너지가 출력되는 경우에도 버리게 되므로, 에너지 효율이 낮다는 문제가 있었다.
그러므로, 구동력의 변화가 심한 인력, 소수력, 풍력 등을 이용하는 소규모의 발전 시스템에 있어서, 미리 정해진 출력 에너지보다 큰 에너지 또는 너무 작은 에너지를 이용할 수 있게 하여 에너지 효율을 높이도록 한다면 유리할 것이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선 및 보완하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위하여 발명된 것이다. 특히 본 발명은 구동력의 변화가 심한 인력, 소수력, 풍력 등을 이용하는 소규모의 발전 시스템에 있어서, 원하는 출력 발전량을 초과하는 잉여분을 별도 부하에 공급하도록 구성함으로써, 미리 정해진 출력 에너지보다 큰 에너지 또는 너무 작은 에너지를 이용할 수 있게 하여 에너지 효율을 높이도록 하는 새로운 소용량 발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 소용량 발전시스템에 의하여 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 소용량 발전시스템은, 인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나의 구동력을 입력받아 발전하는 소규모의 발전 시스템에 있어서, 인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나가 회전력으로서 입력되는 구동력 입력부와; 상기 구동력 입력부로부터의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기와; 상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지의 전압을 감지하는 전압조정장치와; 상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지를 정류하는 정류기와; 상기 정류기로부터 출력되는 전기에너지를 변환하여 미리 결정된 범위의 출력값을 가지도록 하는 출력부; 및 상기 정류기와 상기 출력부 사이에서, 상기 전압조정장치가 감지한 전압이 상기 미리 결정된 범위의 출력값을 넘는 경우에, 상기 출력부와 병렬로 별도의 부하를 연결하는 고전압 부하회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 출력부는 상기 정류기로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리, 및 상기 배터리로부터 직류 전원을 출력하는 출력단자를 구비한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 출력부는 상기 정류기로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리, 상기 배터리로부터 직류 전원을 교류로 변환하는 인버터, 및 상기 인버터로부터 출력된 교류를 출력하는 출력단자를 구비한다.
그리고 또 다른 실시예에 있어서, 상기 발전기와 상기 전압조정장치 사이에서, 상기 전압조정장치가 감지한 전압이 상기 미리 결정된 범위의 출력값보다 낮은 경우에, 상기 발전기의 결선을 변화시켜 동일 구동력에 대해 발전 전압이 높아지도록 조정하는 저전압 조정회로를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 구동력의 변화가 심한 인력, 소수력, 풍력 등을 이용하는 소규모의 발전 시스템에 있어서, 원하는 출력 발전량을 초과하는 잉여분을 별도 부하에 공급하도록 구성함으로써, 미리 정해진 출력 에너지보다 큰 에너지 또는 너무 작은 에너지를 이용할 수 있게 하여 에너지 효율을 높이도록 하는 등의 현저한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 인력에 의해 구동되며 충전을 위한 컨버터를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성을 예시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 인력에 의해 구동되며 컨버터와 인버터를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성을 예시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 소수력 또는 풍력에 의해 구동되며 컨버터와 인버터를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성을 예시하는 개략도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 소수력 또는 풍력에 의해 구동되며 그리드 타이 인버터(grid tie inverter)를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성을 예시하는 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 소용량 발전시스템은, 구동력의 변화가 심한 인력, 소수력, 풍력 등을 이용하는 소규모의 발전 시스템에 있어서, 원하는 출력 발전량을 초과하는 잉여분을 별도 부하에 공급하도록 고전압 부하회로를 구성하고, 또한 원하는 출력 발전량보다 낮은 발전량이 감지되는 경우에는 발전기의 결선 구조를 조절하여 발전 전압이 상승되도록 함으로써, 미리 정해진 출력 에너지보다 큰 에너지 또는 너무 작은 에너지를 이용할 수 있게 하여 에너지 효율을 높이는 것을 장점으로 한다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 인력에 의해 구동되며 충전을 위한 컨버터를 구비하는 소용량 발전시스템(10)의 구성이 예시되어 있다.
도시된 소용량 발전시스템(10)은, 구동력 입력부(11), 발전기(12), 전압조정장치(13), 정류기(14), 출력부(15, 16, 17)가 차례로 연결되고, 및 정류기와 출력부 사이에 병렬 연결된 고전압 부하회로(18)와 부하(19)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동력 입력부(11)는 도시된 예에서, 예컨대 손 또는 발로 구동하는 바퀴를 가진 운동기구와 같이 인력에 의한 회전력으로서 구동력이 입력되는 장치일 수 있다.
발전기(12)는 이 구동력 입력부(11)로부터의 회전력을 예컨대 증속기(미도시됨)를 통해 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전 장치이다.
전압조정장치(13)는 발전기(12)로부터 출력되는 전기에너지의 전압을 감지하고, 미리 결정된 출력값의 범위보다 낮은지 및/또는 높은지를 판별하고, 더 나아가 아래에서 설명하는 바와 같은 제어 동작을 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
정류기(14)는 발전기(12)로부터 출력되는 전기에너지를 정류하는 회로이다.
출력부(15, 16, 17)는 정류기(14)로부터 출력되는 전기에너지를 변환하여 미리 결정된 범위의 출력값을 가진 상태로 출력되도록 하는 부분이다. 도시된 예에서, 이 출력부는 직류 전원을 출력하는 구성을 가질 수 있는데, 즉 정류기(14)로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터(15), 컨버터(15)로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리(16), 및 배터리(16)로부터 직류 전원을 출력하는 출력단자(17)를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 따라 정류기(14)와 출력부 즉 컨버터(15) 사이에서 고전압 부하회로(18)가 더 포함된다. 위에서 언급한 전압조정장치(13)가 감지한 전압이 미리 결정된 범위의 출력값을 넘는 경우에 이를 기초로 제어신호가 전압조정장치(13)로부터 고전압 부하회로(18)에 전달될 수 있다. 이 제어신호를 통지받은 고전압 부하회로(18)는 출력부 즉 컨버터(15)와 병렬로 예컨대 저항과 같은 별도의 부하(19)를 연결하도록 동작할 수 있다. 이때 전압에 따라 연결하는 부하를 여러 단으로 구성하여 접점이나 무접점으로 연결함으로써, 연결시 충격을 완하시킬 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 인력에 의해 구동되며 컨버터와 인버터를 구비하는 소용량 발전시스템(20)의 구성이 예시되어 있다.
도시된 소용량 발전시스템(20)은, 도 1의 경우와 마찬가지로 구동력 입력부(11), 발전기(12), 전압조정장치(13), 정류기(14), 및 고전압 부하회로(18)와 부하(19)를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 1의 경우와는 달리 직류 전원이 아니라 교류 전원을 출력하기 위한 출력부(15, 16, 21, 22)를 구비한다.
도 2에 도시된 시스템의 출력부는 정류기(14)로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터(15), 컨버터(15)로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리(16), 배터리(16)로부터 직류 전원을 교류로 변환하는 인버터(21), 및 인버터(21)로부터 출력된 교류를 출력하는 출력단자(22)를 구비할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것을 참조하면, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 소수력 또는 풍력에 의해 구동되며 컨버터와 인버터를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성이 예시되고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 소수력 또는 풍력에 의해 구동되며 그리드 타이 인버터(grid tie inverter)를 구비하는 소용량 발전시스템의 구성을 예시한다.
도시된 소용량 발전시스템(30, 40)은, 도 2의 경우와 마찬가지로 구동력 입력부(31, 32), 발전기(33), 전압조정장치(34), 정류기(34), 및 고전압 부하회로(38)와 부하(39)를 포함하여 구성될 수 있으며, 교류 전원을 출력하기 위한 출력부(37, 41, 42, 43, 44, 45)를 구비하며, 다만 다른 점은 발전기(33)의 출력 전압이 낮은 경우 발전기의 결선을 조정하여 출력 전압을 높이기 위한 저전압 조정회로(35)를 더 포함한다는 것이다.
이 소용량 발전시스템(30, 40)은 도시된 예에서 풍력 또는 소수력에 의해 회전하는 바람개비 또는 물레방아와 같은 구동력 입력부(31, 32)를 구비할 수 있다.
발전기(33)에서는 구동력 입력부(31, 32)로부터의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하게 되는데, 전압조정장치(34)에서 감지한 발전기로부터 출력되는 전기에너지의 전압이, 미리 결정된 범위의 출력값보다 낮은 경우에, 발전기의 결선을 예컨대 2 star 결전에서 1 star 결선으로 변화시켜 동일 구동력에 대해 발전 전압이 높아지도록 저전압 조정회로(35)가 조정한다. 저전압 조정회로(35)는 발전기(33)와 전압조정장치(34) 사이에 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 시스템의 출력부(37, 41, 42, 43, 44)는, 정류기(36)로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터(37), 컨버터(37)로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리(41), 배터리(41)로부터 직류 전원을 교류로 변환하는 인버터(42), 및 인버터(43)로부터 출력된 교류의 전압을 계측하는 전압계(43) 및 인버터(43)로부터 전달되는 교류를 출력하는 출력단자(44)를 구비할 수 있다.
도 4에 도시된 시스템의 출력부(37, 45, 43, 44)는, 정류기(36)로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터(37), 컨버터(37)로부터 출력되는 직류를 별도의 배터리가 추가될 필요없이 교류로 변환하는 그리드타이 인버터(45), 및 인버터(45)로부터 출력된 교류의 전압을 계측하는 전압계(43) 및 그리드타이 인버터(45)로부터 전달되는 교류를 출력하는 출력단자(44)를 구비할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양하고 변형된 구성이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.
10, 20, 30, 40 : 소용량 발전시스템
11, 31, 32 : 구동력 발생부
12, 34 : 발전기
13, 34 : 전압조정장치
35 : 저전압 조정회로
14, 36 : 정류회로
15, 37 : 컨버터
16, 41 : 배터리
17, 22, 44 : 출력단자
18, 38 : 고전압 부하회로
19, 39 : 부하(저항)
21, 42 : 인버터
43 : 전압계
45 : 그리드타이 인버터

Claims (4)

  1. 인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나의 구동력을 입력받아 발전하는 소규모의 발전 시스템에 있어서,
    인력, 소수력, 또는 풍력 중 어느 하나가 회전력으로서 입력되는 구동력 입력부와;
    상기 구동력 입력부로부터의 회전력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기와;
    상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지의 전압을 감지하는 전압조정장치와;
    상기 발전기로부터 출력되는 전기에너지를 정류하는 정류기와;
    상기 정류기로부터 출력되는 전기에너지를 변환하여 미리 결정된 범위의 출력값을 가지도록 하는 출력부; 및
    상기 정류기와 상기 출력부 사이에서, 상기 전압조정장치가 감지한 전압이 상기 미리 결정된 범위의 출력값을 넘는 경우에, 상기 출력부와 병렬로 별도의 부하(19)를 연결하는 고전압 부하회로를
    포함하는 것을 특징으로 하는 소용량 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 출력부는 상기 정류기로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리, 및 상기 배터리로부터 직류 전원을 출력하는 출력단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 소용량 발전시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 출력부는 상기 정류기로부터 출력된 전기에너지를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 출력되는 직류에 의해 충전되는 배터리, 상기 배터리로부터 직류 전원을 교류로 변환하는 인버터, 및 상기 인버터로부터 출력된 교류를 출력하는 출력단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 소용량 발전시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 발전기와 상기 전압조정장치 사이에서, 상기 전압조정장치가 감지한 전압이 상기 미리 결정된 범위의 출력값보다 낮은 경우에, 상기 발전기의 결선을 변화시켜 동일 구동력에 대해 발전 전압이 높아지도록 조정하는 저전압 조정회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소용량 발전시스템.
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WO2014204176A1 (ko) 2013-06-17 2014-12-24 연세대학교 산학협력단 무고통 및 무패치의 슈팅 마이크로구조체
WO2024019282A1 (ko) * 2022-07-22 2024-01-25 송진숙 발전 장치

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