KR20160001338U - 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기는, 지반에 설치된 기초콘크리트부와, 상기 기초콘크리트부에서 상부로 다층으로 연장되며 각 층의 내부에 회전가능한 수직축과 발전날개가 설치되고, 하부에는 풍력발전부가 설치되고, 상단부상에는 태양광 패널이 설치되어, 풍력 및 태양광에 의하여 이중으로 발전되는 구조를 가지므로 날씨에 거의 관계없이 전기를 생산하는 것이 가능하게 되고 작은 설치면적에도 많은 발전량이 가능하게 되어 발전효율이 제고되며 태양광과 수직축 풍력발전설비를 타워식으로 설치하게 되므로 설치비가 저렴하게 된다.

Description

타워형 풍력 및 태양광 복합발전기{ A generator }

본 고안은 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 타워형으로 설치되어 상부에 태양광 패널이 설치되고 타워형의 내부에는 수직축 풍력발전기가 배치되어 이중으로 발전되는 구조를 가지므로 날씨에 거의 관계없이 전기를 생산하는 것이 가능하게 되고 작은 설치면적에도 많은 발전량이 가능하게 되어 발전효율이 제고되며 태양광과 수직축 풍력발전설비를 타워식으로 설치하게 되므로 설치비가 저렴하게 되는 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기에 관한 것이다.

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 원격

지와 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 있다.

또한, 풍력발전은 자연 상태의 무공해 에너지원으로 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술로써, 풍력발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템이다.

일반적으로 풍력발전장치에는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기가 있다. 수평축 풍력발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 풍력발전시스템으로써 비교적 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받는다. 일반적으로 수평축 풍력발전기는 기동풍속(cut-in wind speed) 4m/s, 정격풍속(rated wind speed) 13.5m/s, 정지풍속(cut-out wind speed) 25m/s를 요구하며, 프로펠라형이 가장 많이 사용된다. 수직축 풍력발전기는 회전축이 바람에 불어오는 방향에 수직인 풍력발전시스템으로써 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평지에도 설치 가능하나 설치비용이 많이 들고 효율이 떨어지므로 보급률이 낮으며, 정지풍속은 높은 편이나 대용량인 경우 초기 기동에 있어 수평축에 비해 높은 풍속을 요구한다. 일반적으로 사용되는 대용량 풍력발전기의 경우 초기기동에 있어 높은 풍속을 요구하는데 비해 평균 풍속 4m/s 이하인 우리나라의 실정에 맞지 않으므로 보급되기 어려운 문제점이 있다.

특히, 고가의 비용을 들여서 설치한 수직축 풍력발전기는 소음이 수평축 풍력발전기보다 훨씬 더 줄어들게 되나 바람이 없는 경우에는 가동되지 않아 발전효율이 항상 불안전하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 태양광 발전기와 소용량의 풍력발전기를 보완하여 함께 사용하여 가로등 등에 전력을 제공하는 하이브리드 발전시스템이 제안되고 있다. 그러나, 상기 태양광발전기와 풍력발전기와 같이 성질이 다른 두 개의 발전기에서 발생한 전력이 동시에 투입되면, 충돌하거나 역전류가 발생하여 고가의 발전설비가 손상되는 문제점이 있다.

또한, 상기 태양광발전기와 풍력발전기의 전력 품질 모니터링, 시스템 진단, 및 차단 시스템이 실시간으로 적절하게 이루어지지 못하면, 유동적으로 대처하지 못하는 문제점이 있다.

등록특허 10-0694485

본 고안의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 타워형으로 설치된 수직축 풍력발전기의 상단에 태양광 패널이 설치되고 하부의 타워본체의 내부에는 수직축 풍력발전기가 설치되어 풍력 및 태양광에 의하여 이중으로 발전되는 구조를 가지므로 날씨에 거의 관계없이 전기를 생산하는 것이 가능하게 되고 작은 설치면적에도 많은 발전량이 가능하게 되어 발전효율이 제고되며 태양광과 수직축 풍력발전설비를 타워식으로 설치하게 되므로 설치비가 저렴하게 되는 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기를 제공하는 것이다.

본 고안의 이러한 목적은, 지반에 설치된 기초콘크리트부와, 상기 기초콘크리트부에서 상부로 다층으로 연장되며 각 층의 내부에 회전가능한 수직축과 발전날개가 설치되고, 하부에는 풍력발전부가 설치되고, 상단부상에는 태양광 패널이 설치된 본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기에 의하여 달성된다.

본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기는, 지반에 설치된 기초콘크리트부와, 상기 기초콘크리트부에서 상부로 다층으로 연장되며 각 층의 내부에 회전가능한 수직축과 발전날개가 설치되고, 하부에는 풍력발전부가 설치되고, 상단부상에는 태양광 패널이 설치되어, 풍력 및 태양광에 의하여 이중으로 발전되는 구조를 가지므로 날씨에 거의 관계없이 전기를 생산하는 것이 가능하게 되고 작은 설치면적에도 많은 발전량이 가능하게 되어 발전효율이 제고되며 태양광과 수직축 풍력발전설비를 타워식으로 설치하게 되므로 설치비가 저렴하게 되는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 제1실시예에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기의 사시도
도 2는 본 고안의 제1실시예에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기의 정면도
도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기의 풍력발전부의 측면도

본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지반에 설치된 기초콘크리트부(1)와, 상기 기초콘크리트부(1)에서 상부로 다층으로 연장된 타워본체(2)와, 상기 타워본체(2)의 각 층의 내부에 회전가능한 수직축과 날개를 갖는 회전부(3)가 설치되고, 타워본체(2)의 하부에는 상기 회전부(3)의 회전력을 전기로 변환시키는 풍력발전부(4)가 설치되고, 타워본체(2)의 상단부상에는 태양광 패널(5)이 설치되어 있다.

상기 타워본체(2)는 4개의 원통형의 철골파이프(21)가 수직으로 연장되고 상기 철골파이프(21)의 중간 중간에는 수직축을 지지하는 분할지지판(22)이 다수개가 이격되게 설치되어 있다. 이격설치된 상하의 상기 분할지지판(22)들 사이에는 회전부(3)가 설치되는 수납공간층(23)이 형성되고, 본 실시예에서는 3개의 수납공간층(23)이 형성되어 있다.

상기 각 수납공간층(23)내에는 바람을 받아서 회전되는 회전부(3)가 각기 설치되어 있다. 상기 회전부(3)는 수직축(31)과 상기 수직축(31)에 부착된 날개(32)를 포함하며, 상기 수직축(31)은 연속된 1개가 사용되며, 후술되는 전자클러치(41)까지 연장되어 있고, 상기 수직축에 부착된 날개(32)는 이미 공지된 부분으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 풍력발전부(4)는 타워본체(2)의 하부에 설치되며, 상기 풍력발전부(4)는, 상기 수직축(31)의 하단에 밀착되어 수직축(31)의 회전력을 전달받는 전자 클러치(41)와, 상기 전자클러치(41)에 연결되어 회전력을 전달받은 증속기(42)와, 상기 증속기에 맞물리며 회전되며 증속기에 연결되어 증속기보다 3배로 회전되는 피니언(45)이 연결된 발전기(43)를 포함한다. 상기 증속기(42)는 증속기테이블(44)상에 배치되어 회전작동되고, 이러한 풍력발전부(4)의 작동은 이미 공지된 것으로서 상세한 설명은 생략한다.

상기 풍력발전부(4)는 교류가 발전되고 이를 제어부(도시되지 않음)를 통하여 직류로 변화시키고 태양광 패널(5)에서 발생된 직류와 함께 인버터(도시되지 않음)를 통하여 교류 220V 또는 교류 380V 로 변환하여 사용하거나, 직류로 변환되고 직류로 생산된 전기를 충전지(도시되지 않음)에 저장하여 필요시에 직류로 사용할 수가 있다.

상기 태양광 패널(5)은 상기 타워본체(2)의 상단부에 설치되며, 상기 태양광 패널(5)은 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조로 이루어지며 직류를 생산하고 생산된 직류는 인버터(도시되지 않음)를 통하여 교류 220V 또는 교류 380V 로 변환하여 사용하거나, 직류로 변환되고 직류로 생산된 전기를 충전지(도시되지 않음)에 저장하여 필요시에 직류로 사용할 수가 있다.

이러한 태양광 패널(5)은 이미 공지된 부분으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하여도 무방하다고 할 것이며, 본 고안의 특징은 풍력발전부(4)가 설치된 타워본체(2)의 상단부에 태양광 패널(5)이 설치된 것이 특징적이라고 할 것이므로 이러한 정도의 기술만으로도 적당하다고 할 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)의 작동을 이하에 상세하게 설명한다.

우선, 바람이 없고 날이 맑아 햇볕이 비출 경우에, 본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)의 태양광 패널(5)에서 햇볕은 받아 발전을 하게 되며 이와 같이 발전된 직류전기는 바로 사용되거나 축전지(도시되지 않음)에 저장되어 필요한 경우에 사용되게 되는 것이다.

태양이 없고 바람이 많이 부는 날씨에서는, 풍력발전부(4)의 날개(32)가 바람을 받아 회전되게 되어 발전을 하게 되며, 이와 같이 발전된 교류전력은 바로 사용되거나 축전지(도시되지 않음)에 저장되어 필요한 경우에 사용되게 되는 것이다.

그리고, 햇볕도 있고 바람도 불 경우에는, 본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)의 태양광 패널(5)에서 햇볕은 받아 발전을 하게 되며 이와 동시에 풍력발전부(4)의 날개(32)가 바람을 받아 회전되게 되어 발전을 하게 되므로 동시에 발전을 하게 되어 발전량이 많게 되는 것이다.

이와 같이 본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)는 거의 날씨에 관계없이 태양광 또는 바람을 통하여 발전이 가능하게 되어 서로 보완적으로 작동되어 전기의 상시적인 공급이 가능하게 되면서도, 지상의 작은 면적을 차지하면서도 수직으로 설치가 되므로 설치비용이 획기적으로 절감되어 대단히 경제적이고, 평지나 비탈이나 어느 경우에도 설치가 가능하게 되어 장소에 구애받지 않고 설치가 가능하게 되는 것이다.

본 고안에 따른 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기는 일반적인 타워형 풍력발전기의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 고안이라고 할 것이다.

1. 기초콘크리트부 2. 타워본체
3. 회전부 4. 풍력발전부
5. 태양광 패널

Claims (1)

1. 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)에 있어서,
   상기 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기(A)는, 지반에 설치된 기초콘크리트부(1)와, 상기 기초콘크리트부(1)에서 상부로 다층으로 연장된 타워본체(2)와, 상기 타워본체(2)의 각 층의 내부에 회전가능한 수직축과 날개를 갖는 회전부(3)가 설치되고, 타워본체(2)의 하부에는 상기 회전부(3)의 회전력을 전기로 변환시키는 풍력발전부(4)가 설치되고, 타워본체(2)의 상단부상에는 태양광 패널(5)이 설치되고,
   상기 타워본체(2)는 복수의 철골파이프(21)가 수직으로 연장되고 상기 철골파이프(21)의 중간 중간에는 수직축을 지지하는 분할지지판(22)이 다수개가 이격설치되고, 상기 상하의 분할지지판(22)들 사이에는 회전부(3)가 설치되는 수납공간층(23)이 형성되고,
   상기 각 수납공간층(23)내에는 바람을 받아서 회전되는 회전부(3)가 각기 설치되고,
   상기 풍력발전부(4)는 타워본체(2)의 하부에 설치되며, 상기 풍력발전부(4)는, 상기 수직축(31)의 하단에 밀착되어 수직축(31)의 회전력을 전달받는 전자 클러치(41)와, 상기 전자클러치(41)에 연결되어 회전력을 전달받은 증속기(42)와, 상기 증속기에 맞물리며 회전되며 증속기에 연결되어 증속기보다 3배로 회전되는 피니언(45)이 연결된 발전기(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기

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