KR20160005603A - 전원주택 전력 공급 시스템 - Google Patents

전원주택 전력 공급 시스템 Download PDF

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KR20160005603A
KR20160005603A KR1020140084786A KR20140084786A KR20160005603A KR 20160005603 A KR20160005603 A KR 20160005603A KR 1020140084786 A KR1020140084786 A KR 1020140084786A KR 20140084786 A KR20140084786 A KR 20140084786A KR 20160005603 A KR20160005603 A KR 20160005603A
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박기주
김성만
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주식회사 케이디파워
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Abstract

평상시뿐만 아니라 정전이나 재해시에도 부하로 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 친환경적인 전원주택 전력 공급 시스템이 개시된다. 이를 위해, 본 발명은 태양광을 전기 에너지로 변환하여 제1 직류 전압을 생성하는 태양 전지 모듈부; 지열과 냉매간 열교환을 통해 생성된 열에너지를 전기 에너지로 변환하여 제2 직류 전압을 생성하는 지열발전 모듈부; 상기 제1 직류 전압과 제2 직류 전압을 각각 제1 교류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 변환된 상기 제1 교류 전압을 공급받아 발전 전력을 생산하는 전력 발전부; 및 상기 발전 전력을 공급받아 일반 부하, 소방 부하 및 비상 부하 중 선택적으로 동작하는 부하부를 포함한다.
이로써, 본 발명은 태양열 및 지열을 통해 생산된 전기 에너지를 이용하여 발전 전력을 생산하고, 이를 재해, 정전 및 평상시로 구분하여 전원 주택에 설치된 해당하는 일반 부하, 소방 부하 및 비상 부하로 안정적으로 공급할 수 있다.

Description

전원주택 전력 공급 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM FOR COUNTRY HOUSE}
본 발명은 전원주택 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평상시뿐만 아니라 정전이나 재해시에도 부하로 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 친환경적인 전원주택 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 일정 규모 이상의 건물은 건물 이용자의 안전을 위해 경보설비 , 소방 설비 및 소화설비를 의무적으로 설치하도록 규정되어 왔다. 이러한 안전 설비들은 동작을 위한 전원 공급이 필요로 하며, 이를 위해 비상용 발전기를 설치하여 전원을 공급받아 왔었다.
이러한 종래의 비상용 발전기는 화재, 정전시에만 자동 또는 수동으로 동작하고, 미리 정해진 부하에 대해 전력을 공급함으로써 경보설비, 소방설비 및 소화설비가 운영될 수 있었다. 이때, 상기 부하는 비상부하 및 소방부하 등으로 구분된다. 반면, 평상시에는 한전으로부터 공급되는 전력을 건물안에 있는 부하로 공급하여 왔다. 이때, 상기 부하는 일반부하로 구분된다.
여기서, 상기 일반부하는 건물의 운영, 이용자의 생활에 따라 전력을 소모하는 부하들이고, 비상부하와 소방부하는 화재, 정전 및 재해 등이 발생한 경우 전력을 소모하는 부하들이다.
이중에서, 비상 부하의 일부 예를 들면, 엘리베이터 일부, 조명 일부 및 방송 시설 등은 재해가 발생하지 않은 상황에서는 일반 부하로 이용되고, 재해가 발생되는 경우 비상 부하의 역할도 수행하여 재해 상황을 해소하기 위한 부하로 이용되었다.
이러한 부하들 중 비상용 발전기는 비상부하와 소방부하에 대한 전력을 공급하기 위한 예비전력으로 이용된다. 일반부하는 재해가 발생하지 않은 상황에는 상용 전력원에 의해 동작하고, 재해가 발생하는 경우 비상 부하와 소방 부하는 비상용 발전기에 의한 발전 전력이 선택적으로 공급되어 재해 대응을 위해 동작을 수행하게 된다.
그러나, 위와 같은 종래의 비상용 발전기는 내연 기관에 쓰이는 기름과 같은 석유 연료를 공급받아야만 발전 전력을 생산할 수 있었다. 따라서, 최근에는 석유자원이 부족한 실정에 이르러 새로운 대체 에너지 개발이 필요한 실정이다.
아울러, 위와 같은 석유 연료는 자연친환경적이 못하여 환경 오염을 유발시키는 원인을 제공하였다. 무엇보다도, 전기가 공급되지 않는 외딴곳에 위치한 시설물(전원주택)들은 전기가 공급되지 않게 되면 석유 연료를 이용하거나 전기를 이용하여 비상용 발전기를 동작시킬 수 없는 문제점이 있었다.
1. 한국공개특허 : 제2014-0068663호, 공개일자 : 2014년 06월 09일, 발명의 명칭 : 무산소 또는 저산소 환경에 산소 및 전력 공급을 위한 재생 에너지 시스템. 2. 한국등록특허 : 제1060642호, 등록일자 : 2011년 08월 24일, 발명의 명칭 : 태양광을 이용한 가정용 전자기기의 전력공급 시스템.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반 부하, 소방 부하와 비상 부하에 상관없이 해당하는 모든 부하에 자연 친화적인 신재생 에너지(지열, 태양광)를 이용하여 생산된 발전 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 전원주택 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전기 공급없이도 자연 친화적인 신재생 에너지를 이용하여 전원주택에 안정적으로 공급할 수 있는 전원주택 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 태양광을 전기 에너지로 변환하여 제1 직류 전압을 생성하는 태양 전지 모듈부; 지열과 냉매간 열교환을 통해 생성된 열에너지를 전기 에너지로 변환하여 제2 직류 전압을 생성하는 지열발전 모듈부; 상기 제1 직류 전압과 제2 직류 전압을 각각 제1 교류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 변환된 상기 제1 교류 전압을 공급받아 발전 전력을 생산하는 전력 발전부; 및 상기 발전 전력을 공급받아 일반 부하, 소방 부하 및 비상 부하 중 어느 하나로 선택적으로 동작하는 부하부를 포함하는 신재생 에너지를 이용한 전원주택 전력 공급 시스템이 제공된다.
여기서, 본 발명의 일 관점에 따른 전원주택 전력 공급 시스템은 안전 시설에서 발생되는 화재를 감시하여 화재 신호를 생성하는 화재 신호 감지부;를 더 포함할 경우 상기 전력 발전부는 상기 화재 신호를 제공받을 경우에 가동되어 상기 발전 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 전력 발전부는 상기 전압 변환부에서 변환된 제1 교류 전압을 제공받아 상기 발전 전력을 생산하고 잉여 전력을 충전시키는 에너지 충전부;를 포함하고, 상기 상기 전압 변환부에서 변환된 제1 교류 전압을 제공받지 못할 경우 상기 잉여 전력을 상기 부하부로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전원주택 전력 공급 시스템은 상기 부하부와 전력 발전부간 연결을 중계하도록 절체기를 가지는 수배전반를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 전원주택 전력 공급 시스템은 상기 수배전반과 부하부의 사이에 구비되어 상기 발전 전력을 직류 전압으로 변환하여 상기 부하부로 공급하는 정류기를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 지열발전 모듈부는 지면으로부터 소정의 깊이로 매설되어 지중의 지열수를 통해 지열을 흡수하여 지상으로 열을 방출하는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 상기 지열수의 발열 또는 응축열을 냉매와 열교환하여 전기 에너지를 생산하는 히트펌프를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 지열발전 모듈부는 상기 열교환 파이프 및 히트펌프와 연결되어 상기 히트펌프에 일정한 온도로 냉매를 공급하는 축열조를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 태양 전지 모듈부는 서로 다른 면적 또는 서로 다른 입광각을 가지도록 배치되어, 상기 전기 에너지를 생산하는 상기 태양전지를 복수개로 구비하는 태양전지 어레이를 포함하여 이루어질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 태양열 및 지열을 통해 생산된 전기 에너지를 이용하여 발전 전력을 생산하고, 이를 재해, 정전 및 평상시로 구분하여 전원 주택에 설치된 해당하는 일반 부하, 소방 부하 및 비상 부하로 안정적으로 공급할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 전기 공급없이도 친환경적인 신재생 에너지를 활용하여 전원 주택에 공급되는 전력을 생산하므로 전력 생산 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 신재생 에너지 장치의 고장, 재해 또는 밤인 경우에 전기를 전력 발전부로 공급하지 못하더라도 에너지 충전부에 미리 충전시킨 잉여 전력을 24시간 동안 풀(full)로 부하부로 발전 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력 발전부와 부하 사이에 배치된 수배전반의 절체기를 통해 신재생 에너지에 의해 생성된 발전 전력을 전원주택의 부하로 공급함으로써, 재해나 정전시에도 안정적으로 발전 전력을 전원주택의 부하로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열교환 파이프, 히트펌프 및 축열조를 이용하여 생성된 열 에너지로부터 많은 전기 에너지를 획득할 수 있기 때문에 전력 발전부를 통해 전원주택으로 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 면적과 각도가 다른 태양전지 어레이 형태로 태양전지를 제조함으로써 태양광을 보다 많이 흡수하여 전기 에너지를 획득할 수 있기 때문에 전력 발전부를 통해 전원주택으로 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원주택 전력 공급 시스템(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈부(110)의 태양전지 어레이(11)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른의 지열발전 모듈부(120)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환 파이프(121)의 구조를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원주택 전력 공급 시스템(100)을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈부(110)의 태양전지 어레이(11)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른의 지열발전 모듈부(120)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원주택 전력 공급 시스템(100)은 태양 전지 모듈부(110), 지열발전 모듈부(120), 전압 변환부(130), 전력 발전부(140), 부하부(150), 화재 신호 감지부(160), 에너지 충전부(170) 및 수배전반(180)를 포함한다.
먼저, 태양 전지 모듈부(110)는 태양광을 전기 에너지로 변환하기 위하여 복수개의 태양전지를 구비한다. 이때, 상기 태양전지는 주로 실리콘과 복합재료로 제작된다. 구체적으로, 상기 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전 효과를 이용하는 것이다.
이와 같이, 대면적의 P-N 접합 다이오드로 제작되면, P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결할 수 있게 되어 태양광을 전기 에너지로 쉽게 변환할 수 있게 된다.
이러한 태양전지는 복수개의 셀(Cell) 단위로 제작되는데, 실제 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 볼트(V) 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문에 다수의 셀 단위의 태양전지들을 직렬 또는 병렬 연결하여 매우 높은 전기 에너지를 생산할 수 있게 된다. 이때, 생산되는 전기 에너지를 가리켜 '제1 직류 전압'으로 총칭한다.
여기서, 제1 직륜 전압을 크게 생성하고자 태양 전지 모듈부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 태양전지로 이루어진 태양전지 어레이(11 : 11a, 11b, 11c)를 구비한다. 상기 태양전지 어레이(11)는 복수개의 태양전지를 직렬로 연결하는 태양전지 스트링을 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 태양전지 스트링은 일정 수준 이상의 제1 직륜 전압을 확보하기 위하여 직렬로 연결하여 구성될 수 있다. 이러한 태양전지 어레이(11)는 각각 다른 각도, 다른 패널 면적, 다른 설치 방향으로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 태양전지 어레이(111)는 도 2에 도시된 바와 같이 설치 대상 또는 장소의 표면을 따라 발전면적 또는 입광각(θ)을 달리하여 설치되는 복수의 태양전지를 포함한다. 이때, 상기 입광각(θ)은 태양 전지의 발전면과 발전면에 입사되는 광이 이루는 각을 의미한다. 이 입광각(θ)는 광의 세기를 비롯한 다른 조건이 일정할 때 수직에 가까울수록 발전량이 증가한다.
예를 들면, 태양광(L)에 대해 각각 다른 입광각(θ : θd, θe, θf, θg)이 형성되도록 태양전지 어레이(111)가 배치될 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 입광각(θ)을 가지도록 태양전지 어레이(111)를 배치함으로써 동일한 시간에 동일한 장소에서 발전을 하더라도 발전 전력량(제1 직류 전압)의 크기가 서로 달라지게 된다. 특히, 각 태양전지 어레이(11)는 발전 전력량 입광각(θ) 외에도 복수개의 태양전지의 면적이 서로 다르게 구성함으로써 비교적 큰 제1 직류 전압을 생산할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 지열발전 모듈부(120)는 지중에서 올라오는 지열수를 열교환 파이프를 통해 지열수의 온도를 높여서 생성된 지열과 냉매간 열교환한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 지열발전 모듈부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 열교환 파이프(121), 히트펌프(122) 및 축열조(123)를 포함한다. 상기 열교환 파이프(121)는 지중에 매립된 파이프, 예컨대 U자형의 파이프로 구성되고 상기 파이프로부터 연장된 지열 회수관을 따라 지열수를 이후에 설명될 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 순환시킬 수 있도록 펌프를 구비할 수 있다.
이러한 열교환 파이프(130)는 지표면을 100~150M의 깊이로 천공하여 시추공을 형성하고, 상기 시추공 내부에 U자형의 열교환 파이프(121)를 삽입하여 구성될 수도 있다.
한편, 상기 열교환 파이프(121)를 구성하는 U자 형태의 파이프 중에서 일측과 타측의 지름을 상이하게 구성하여 지열수의 유속을 달리할 수도 있다. 예를 들면, 지열수가 지중으로 흘러가는 쪽의 파이프 지름을 히트펌프(122) 또는 축열조(123)쪽으로 지열수가 유입되는 파이프 지름보다 작게 구성하여 사용된 지열수의 유속을 빠르게 진행함으로써 히트펌프(122) 또는 축열조(123)로 공급되는 지열수의 유속을 느리게 하여 지열수의 온도를 높일 수 있다.
이와 같이, 펌프에 의해 지열수가 열교환 파이프(121)의 지열 회수관을 따라 순환됨으로써 열교환 파이프(121)는 지열과의 열교환을 통해 지중으로부터 열을 흡수하여 지열을 회수하거나 일정 온도(15~21℃) 낮아지거나 높아진 지열수를 히트펌프(122) 또는 축열조(123)로 공급하게 된다.
예를 들면, 열교환 파이프(121)로부터 유입되는 지열수의 온도가 10℃일 때 축열조(123)는 가열을 통해 15~21℃로 지열수의 온도를 올려 히트펌프(122)에 공급하게 된다.
반면, 상기 히트 펌프(122)는 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 증발된 냉매를 압축시켜 고온 고압의 냉매를 토출시키는 압축기 및, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 유입되어 응축되는 응축기 및 팽창밸브를 구비한다. 이러한 구성은 통상적으로 널리 알려진 구성이므로 그 설명은 생략하기로 한다.
이러한 히트 펌프(122)는 냉매의 발열 또는 응축열과 냉매간 열교환을 통해 고온의 열원을 생성하여 이를 전기 에너지로 변환하게 된다. 이때, 고온의 열원을 전기 에너지로 변환하기 위한 별도의 장치가 구비될 수도 있으며, 전기 에너지로 변환된 결과를 가리켜 제2 직류 전압이라 지칭한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 축열조(123)는 열교환 파이프(121)에서 유입된 지열수를 저장하거나 히트펌프(122)에서 열교환된 지열수를 저장하는 곳으로, 상술한 바와 같이 지열 회수관을 통해 열교환 파이프(121)와 연결됨과 함께 히트펌프(122)에 연결된다.
상기 열교환 파이프(121)를 통해 축열조(123)로 유입되는 지열수를 일정한 온도로 가열하여 히트펌프(121)에 공급하게 된다.
예를 들어, 상기 축열조(123)에 온도감시센서(도시되지 않음)를 부착하고 상기 온도감지센서를 통해 상기 축열조(123) 내부로 유입된 지열수의 온도가 15도 미만일 경우에는 상기 축열조(123)에 유입된 지열수를 가열하여 15도 이상으로 배출할 수 있게 된다.
여기서, 상기 축열조(123)는 지중에서 유입되는 지열수의 온도를 측정하여 설정값보다 지열수 온도가 낮거나 높을 경우에 가열을 통해 지열수의 온도를 15~21℃의 온도로 보상하여 히트펌프(121)로 공급할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 전압 변환부(130)는 앞서 설명한 태양 전지 모듈부(110)에 의해 생성된 제1 직류 전압과 지열발전 모듈부(120)에 의해 생성된 제2 직류 전압을 각각 제1 교류 전압으로 변환하는 역할을 한다.
이러한 전압 변환부(130)는 인버터 회로부인 것이 바람직하다. 이러한 전압 변환부(130)에 의해 변환된 제1 교류 전압은 이후에 설명될 전력 발전부(140)로 공급된다.
즉, 본 발명에 따른 전력 발전부(140)는 앞서 설명한 전압 변환부(130)에 의해 변환된 제1 교류 전압을 공급받아 발전 전력을 생산하는 역할을 한다. 이때, 생산되는 발전 전력은 220V 및 380V의 교류 전압일 수 있으며, 그러나 반드시 이에 한정되지 않는다. 이러한 전력 발전부(140)는 차단기, 절체기 및 부하 차단기와 같은 구성을 구비하여 재해 발생시 발전 전력을 생산하는 비상 발전기일 수도 있다.
이러한 전력 발전부(140)는 전압 변환부(130)에서 공급된 제1 교류 전압을 이용하는 교류 발전기일 수 있으며, 운전반 탑재형, 운전반 별치형, 공냉식, 매연저감장치 탑재형, 저소음형(방화구획이 불필요한 외함 구조 적용) 및 옥외형을 하나 또는 복수의 병렬 운전형으로 설치하여 구성할 수도 있다.
이때, 상기 전력 발전부(140)는 수배전반(180)의 중계를 통해 부하부(150)로 발전 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 그 이유로는, 기존에 미리 설치된 수배전반(180)을 최대한 활용하기 위함이다.
상기 수배전반(180)은 통상 주전력원을 제어하는 역할을 하였지만, 본 실시예에서는 전력 발전부(140)에서 생산된 발전 전력을 재해의 발생 유무에 상관없이 부하부(150)로 안정적으로 공급할 있도록 전력 발전부(140)와 부하부(150)간 생산된 발전 전력을 중계 역할을 한다. 이를 위해, 상기 수배전반(180)은 부하부(150)와 전력 발전부(140)간 연결을 중계하는 절체기를 구비할 수 있다.
이러한 절체기의 중계에 의해, 본 발명에 따른 발전 전력부(140)는 수배전반(160)이 주전력원의 제어를 잠시 미루도록 조치하고, 상기 수배전반(160)의 절체기를 통해 발전 전력을 부하부(150)로 안정적으로 공급하게 된다.
예를 들면, 상기 발전 전력부(140)는 재해시 발전 전력을 소방부하(151)에 우선 공급하도록 수배전반(180)의 연결을 제어하고, 발전 전력의 여유에 따라 비상 부하(152) 및 일반 부하(153)를 순차적으로 연결되도록 수배전반(180)의 연결을 더 제어하여 발전 전력을 소방부하(151), 비상 부하(152) 및 일반 부하(153)의 순서로 발전 전력을 안정적으로 공급하게 되는 것이다.
다음으로, 본 발명에 따른 부하부(150)는 경보설비 , 소방 설비 및 소화 설비와 같은 안전 설비가 필수적으로 설치된 시설(시설물), 예컨대 전원주택에 존재하는 전력 공급원으로서, 전기 공급에 의해 동작되지 않고 앞서 설명한 전력 발전부(140)로부터 생산된 발전 전력을 제공받아 동작된다.
이를 위해, 상기 부하부(150)는 재해 상황에서 방재 및 인명의 구조를 위한 비상 부하(152)와 소방 부하(151) 및 평상시를 위한 일반 부하(153)를 포함한다. 상기 소방부하(151) 및 비상부하(152)는 관련법규, 규칙 등에 의해 정의되는 부하로 소방, 방재, 대피와 같은 재해 대응을 위해 필요한 부하를 의미한다. 일례로, 소방부하는 소방펌프, 각종 감지기, 피난을 위한 조명 등 재해시 필수적으로 운영되어야 하는 부하를 의미한다.
반면, 상기 일반부하(153)는 재해가 발생하지 않은 상황 속에 시설의 안전 유지 보조, 시설 이용자의 편의 제공을 위한 용도로 이용되고, 재해 상황하에서는 대피, 방재를 위한 보조 용도로 이용되는 부하, 예컨대 엘리베이터 조명과 같은 부하를 의미한다. 이러한 일반 부하(153)도 발전 전력부(140)로부터 발전 전력을 공급받게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 부하부(140)는 재해 상황이나 정전시 또는 평상시에 발전 전력부(140)로부터 발전 전력을 공급받아 소방 부하(151)와 비상 부하(152) 및 일반 부하(153)중 어느 하나로 선택적으로 동작하게 된다.
이와 같이, 비상시나 평상시의 구분에 따라 통상 한전에서 공급하는 전기를 공급받지 않고서도 태양광, 지열과 같은 재생 에너지를 이용하여 생산된 발전 전력을 활용하여 안정적으로 시설물, 예컨대 전원 주택의 부하부(150)로 전기를 공급할 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 전력 공급 시스템(100)은 수배전반(180)과 부하부(150)의 사이에 형성되는 정류기(190)를 더 구비할 수 있다. 상기 정류기(190)는 발전 전력부(140)로부터 공급되는 발전 전력(교류 전압)을 직류 전압으로 변환하는 역할을 한다.
이로 인해, 변환된 직류 전압은 부하부(150)로 공급된다. 이러한 정류기(190)는 부하부(150)에서 직류 전압, 예컨대 110V, 24V 및 12V와 같은 전압을 필요로 할 경우에 수배전반(180)과 부하부(150)의 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 위와 같은 직류 전압이 아니고 교류 전압을 부하부(150)로 공급하는 경우에는 앞서 설명한 정류기(190)는 생략할 수 있을 것이다.
한편, 앞서 설명한 전력 발전부(140)는 태양 전지 모듈부(110) 및/또는 지열발전 모듈부(120)에서 생산된 전기를 전압 변환부(130)를 통해 제공받지 못할 수도 있다. 예를 들면, 밤인 경우, 재해인 경우 또는 고장인 경우에는 태양 전지 모듈부(110)에서 전기를 생산할 수 없기 때문에 전압 변환부(130)로부터 제1 교류 전압을 제공받지 못한다.
이런 경우를 대비하여, 상기 전력 발전부(140)는 전압 변환부(130)에서 변환된 제1 교류 전압을 제공받아 발전 전력을 생산하고 잉여 전력을 충전시키는 에너지 충전부(170)를 구비한다. 상기 에너지 충전부(170)는 ESS(Energy Storage System) 저장 장치인 것이 바람직하다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다른 형태의 에너지 저장 장치일 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 잉여 전력이 에너지 충전부(170)에 저장되면, 밤인 경우, 재해인 경우 또는 고장인 경우의 태양 전지 모듈부(110) 및/또는 지열발전 모듈부(120)로부터 전기 에너지를 제공받지 못하더라도 에너지 충전부(170)에 저장된 잉여 전력을 앞서 설명한 부하부(150)로 24시간 동안 풀 가동으로 공급할 수 있게 된다.
열교환 파이프의 구조 예
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환 파이프(121)의 구조를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환 파이프(121)는 폴리에틸렌 재질의 직관 파이프로 제작될 수 있다. 이러한 열교환 파이프(121)의 표면에는 일정한 간격으로 감겨진 열전도 코일(124)를 구비한다. 상기 열전도 코일(124)은 열전도성이 우수하여 지중 온도를 이용할 경우 열교환 파이프(121)의 내부에서 순환하는 물을 보다 빠르게 냉각시킬 수 있게끔 도와준다. 다시말해, 지중 온도와 물과의 열교환을 돕도록 열전도 코일(124)를 열교환 파이프(121)의 표면에 반복적으로 감는 것이다.
이러한 열전도 코일(124)은 열교환 파이프(121)의 표면에 소정 깊이 만큼 홈(도시되지 않음)이 파져 있을 경우, 그 홈안에 일정 부분 삽입되는 구조를 가질 수도 있다. 이럴 경우, 더욱더 빠르게 지중 온도와 물과의 열교환이 이루어질 수 있도록 구조적으로 도와줄 수 있다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 전원주택 전력 공급 시스템 110 : 태양 전지 모듈부
111 : 태양전지 어레이 120 : 지열발전 모듈부
121 : 열교환 파이프 122 : 히트펌프
123 : 축열조 130 : 전압 변환부
140 : 전력 발전부 150 : 부하부
151 : 소방부하 152 : 비상 부하
153 : 일반 부하 160 : 화재 신호 감지부
170 : 에너지 충전부 180 : 수배전반
190 : 정류기

Claims (8)

  1. 태양광을 전기 에너지로 변환하여 제1 직류 전압을 생성하는 태양 전지 모듈부;
    지열과 냉매간 열교환을 통해 생성된 열에너지를 전기 에너지로 변환하여 제2 직류 전압을 생성하는 지열발전 모듈부;
    상기 제1 직류 전압과 제2 직류 전압을 각각 제1 교류 전압으로 변환하는 전압 변환부;
    변환된 상기 제1 교류 전압을 공급받아 발전 전력을 생산하는 전력 발전부; 및
    상기 발전 전력을 공급받아 일반 부하, 소방 부하 및 비상 부하 중 어느 하나로 선택적으로 동작하는 부하부;
    를 포함하는 신재생 에너지를 이용한 전원주택 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    안전 시설에서 발생되는 화재를 감시하여 화재 신호를 생성하는 화재 신호 감지부;를 더 포함할 경우,
    상기 전력 발전부는,
    상기 화재 신호를 제공받을 경우에 가동되어 상기 발전 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 발전부는,
    상기 전압 변환부에서 변환된 제1 교류 전압을 제공받아 상기 발전 전력을 생산하고 잉여 전력을 충전시키는 에너지 충전부;를 포함하고,
    상기 상기 전압 변환부에서 변환된 제1 교류 전압을 제공받지 못할 경우 상기 잉여 전력을 상기 부하부로 공급하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부하부와 전력 발전부간 연결을 중계하도록 절체기를 가지는 수배전반;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수배전반과 부하부의 사이에 구비되어 상기 발전 전력을 직류 전압으로 변환하여 상기 부하부로 공급하는 정류기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지열발전 모듈부는,
    지면으로부터 소정의 깊이로 매설되어 지중의 지열수를 통해 지열을 흡수하여 지상으로 열을 방출하는 열교환 파이프; 및
    상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 상기 지열수의 발열 또는 응축열을 냉매와 열교환하여 전기 에너지를 생산하는 히트펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지열발전 모듈부는,
    상기 열교환 파이프 및 히트펌프와 연결되어 상기 히트펌프에 일정한 온도로 냉매를 공급하는 축열조;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈부는,
    서로 다른 면적 또는 서로 다른 입광각을 가지도록 배치되어, 상기 전기 에너지를 생산하는 상기 태양전지를 복수개로 구비하는 태양전지 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원주택 전력 공급 시스템.
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KR102239545B1 (ko) * 2020-06-16 2021-04-12 허광식 매립형 항온장치가 적용된 배전반

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140068663A (ko) 2012-11-28 2014-06-09 전남대학교산학협력단 무산소 또는 저산소 환경에 산소 및 전력 공급을 위한 재생 에너지 시스템

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