KR20180080836A - 풍력­태양광 발전장치 및 그 작동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력-태양광 발전장치 및 그 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 인가되는 풍력에 의해 회전되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 복수의 회전날개와, 상기 회전날개 표면에 구비되어 입사되는 태양광 복사에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광 전지모듈과, 상기 회전축 끝단을 지면에 고정시키는 베이스와, 상기 풍력에 의한 회전력을 전기에너지로 변환시키는 기어박스-발전기를 갖는 회전장치부; 및 상기 태양광 전지모듈에서 발생한 전기의 전압과 전류를 최대출력으로 제어해주는 최대출력추적 기능을 갖는 제어부와, 직류를 교류로 전환하는 직류-교류 인버터와 직류를 직류로 전환해주는 직류-직류 인버터를 갖는 제어장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치에 관한 것이다.

Description

풍력­태양광 발전장치 및 그 작동방법{Wind Power­Solar Power generating apparatus and Operation method thereof}
본 발명은 풍력-태양광 발전장치 및 그 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 첫째, 태양광 전지모듈을 회전날개에 부착함으로서 풍력과 태양력을 동시에 이용하여 발전을 할 수 있으며 둘째, 바람이 불지 않는 날에도 발전이 가능하며 셋째, 흐린 날에도 바람을 이용한 발전이 가능하며 넷째, 설치 단위 면적당 발전량을 극대화할 수 있으며 다섯째, 날개가 회전함에 따라 강제 대류 냉각 효과가 발생하여 태양광 전지모듈 표면온도를 낮출 수 있어 태양광 전지모듈의 변환효율을 향상시킬 수 있으며 여섯째, 시간에 따른 태양의 일사 방향 변화와 상관없이 일출부터 일몰까지 태양광 발전량을 일정하게 유지할 수 있으며 일곱째, 태양광 전지모듈이 지면에 수직방향으로 설치되어 회전을 하기 때문에 외부 오염물질에 의한 태양광 전지모듈의 표면 오염을 최소화할 수 있는 풍력-태양광 발전 장치에 관한 것이다.
전기를 대량 소비하는 대도시의 경우 가구당 주거인구가 감소하면서 소형아파트 또는 좁은 공간을 활용한 협소주택이 인기를 끌고 있다. 소형 주택의 경우 이용할 수 있는 공간이 넉넉하지 않아 발코니, 베란다, 옥상 공간 등을 생활 공간으로 활용하는 방법에 관심이 매우 높다.
인구밀집 지역에서 풍력이나 태양에너지와 같은 신재생에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법이 적용되어지고 있다. 도 1a, 도 1b는 소형 주택 등의 발코니, 베란다, 옥상 공간 등에 설치되어지는 소형 풍력발전기(1)의 사시도를 도시한 것이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 소형 풍력발전기(1)는 회전축(11), 다수의 터빈날개(2), 기어박스와 발전기(17) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 소형 풍력발전기(1)는 바람의 인가에 의해 회전축이 회전되면서 운동에너지를 통해 전기에너지를 생산하게 된다.
또한, 도 2는 주택 옥상 등에 설치된 태양광 발전시스템 사진을 도시한 것이다. 주지된 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 태양광을 집광하여 전기 에너지로 변환시켜 주는 기본 단위 소자인 태양전지 셀(Photovoltaic Cell or Solar Cell) 다수가 직렬 또는 병렬 구조로 연결되어 태양전지 모듈(PV:Photovoltaics Module)을 이루도록 패키징된 솔라 패널(solar pannel, 3)이 기본 단위의 태양전지수단으로 구비되며, 통상적으로 필요한 만큼의 전력을 얻기 위해 여러 매수의 솔라 패널(solar pannel, 3)이 연결된 어레이(array)구조로 설치된다.
도 1a, 도 1b에 도시된 바와 같이, 주거지역에서 풍력발전은 소음이 매우 중요하므로 발전효율이 낮더라도 소음이 작은 소형 수직형 풍력 발전기를 주로 사용한다. 더욱이 도시에서의 바람은 풍력발전에 적합하지 않기 때문에 풍력발전기의 경제성이 떨어져 사용이 외면되고 있는 실정이다.
태양광 발전의 경우에는 태양광 전지 모듈을 바닥면에 일정 각도로 고정 설치하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 경우 설치에 넓은 공간이 요구되기 때문에 여유 공간이 없는 건물의 경우 태양광 전지모듈을 설치하는 것이 용이하지 않다.
따라서 생활 공간으로 사용이 어려운 쓸모없는 공간 또는 협소한 공간에 풍력-태양광 발전 장치 설치가 가능하다면 전력수급구조 개선측면에서 도시와 같이 전력소비량이 많은 인구밀집지역에 풍력-태양광 발전 시스템을 널리 보급하는 것이 가능할 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1630366호 대한민국 등록특허공보 제10-1146117호 대한민국 등록특허공보 제10-1265690호 대한민국 등록특허공보 제10-1273292호 대한민국 등록특허공보 제10-1294950호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 매우 협소한 공간에서도 풍력과 태양광 발전을 동시에 할 수 있는 풍력-태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 전지모듈의 표면온도를 냉각시켜 변환효율을 향상시킬 수 있고, 시간에 따라 태양의 고도각이 변화하더라도 태양광 전지모듈이 받는 일사량을 하루 종일 일정하게 유지할 수 있는 풍력-태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 먼지 등과 같은 외부 오염물질에 의해 태양광 전지모듈의 표면이 오염되는 정도를 감소시킬 수 있으며, 바람이 불지 않는 날에도 발전이 가능한 풍력-태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 흐린 날에도 발전이 가능하며, 반사판을 이용하여 주위에서 반사되는 태양 복사에너지를 수집하여 태양광 전지모듈에 조사시킴으로서 발전량을 향상시킬 수 있는 풍력-태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, 풍력-태양광 발전장치에 있어서, 인가되는 풍력에 의해 회전되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 복수의 회전날개와, 상기 회전날개 표면에 구비되어 입사되는 태양광 복사에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광 전지모듈과, 상기 회전축 끝단을 지면에 고정시키는 베이스와, 상기 풍력에 의한 회전력을 전기에너지로 변환시키는 기어박스-발전기를 갖는 회전장치부; 및 상기 태양광 전지모듈에서 발생한 전기의 전압과 전류를 최대출력으로 제어해주는 최대출력추적 기능을 갖는 제어부와, 직류를 교류로 전환하는 직류-교류 인버터와 직류를 직류로 전환해주는 직류-직류 인버터를 갖는 제어장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치로서 달성될 수 있다.
그리고, 태양광 전지모듈에서 발생한 전기를 상기 제어부로 전달하는 슬립링; 및 태양광 복사에너지를 반사시켜 상기 태양광전지모듈로 입사시키는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 태양광 전지모듈의 표면 일측에 구비되어 태양광 전지모듈의 표면온도를 실시간으로 측정하여 제어부에 전송하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 회전축을 회전시키는 모터를 더 포함하고, 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 온도값이 설정된 온도값 이상인 경우, 상기 측정된 온도값이 상기 설정된 온도값 이하가 될 때까지 상기 모터를 구동하여 상기 회전축이 설정된 회전속도로 회전되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 태양광 전지모듈은, 평면방향이 상기 지면에 수직으로 설치되고, 상기 회전장치부의 직경은 상기 태양광 전지모듈의 높이보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 회전날개는 직사각형 모양의 평면이고, 상기 회전날개는 상기 회전축의 원주방향으로 서로 균등한 이격거리로 3 ~ 4개 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 태양광 전지모듈은 양면이 외부에 노출되도록 양면 태양광 전지모듈로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 반사판으로 입사되는 태양광 복사에너지가 상기 태양광전지모듈 측으로 입사되도록 상기 반사판의 위치를 조절하는 위치조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력-태양광 발전 장치는 설치 공간을 최소화하여 쓸모없거나 매우 협소한 공간에도 풍력-태양광 발전장치 설치가 가능하며, 태양광 전지모듈을 회전시켜 강제 대류 냉각을 통해 태양광 전지모듈의 표면온도를 낮춤으로서 태양광-전기 변환효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 일사량이 많아 태양광 전지모듈의 표면 온도가 매우 높아지는 환경 조건에서 기존의 태양광 전지모듈보다 전기를 더 많이 생산할 수 있다. 또한 태양의 일사 방향이 시간에 따라 변하더라도 태양광 전기 생산량을 일정하게 유지할 수 있어 전기 생산량 예측이 어느 정도 가능하므로 부하에 유연하게 대처할 수 있다. 또한 태양광 전지모듈이 지면에 수직방향으로 설치되어 회전하는 구조이기 때문에 외부 오염물질에 의한 표면 오염도를 줄일 수 있어 유지, 관리가 편한 효과가 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a, 도 1b는 종래 기술에 따른 수직형 풍력발전기의 사시도,
도 2는 종래 기술에 따른 태양광 전지 모듈이 옥상에 설치된 사진,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치의 구성도,
도 4a는 종래 기술에 따른 태양광 전지모듈 면과 태양의 일사각 방향과의 관계를 나타낸 모식도,
도 4b는 본 발명에 따른 태양광 전지 모듈 면과 태양의 일사각 방향과의 관계를 도시한 모식도,
도 5는 종래 기술에 따른 태양광 전지 모듈의 설치 형상을 나타낸 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 효과와 성능향상을 설명하기 위한 회전하는 태양광 전지모듈의 사시도,
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따라 아파트 벽면에 설치되는 풍력-태양광 발전 장치의 모식도,
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 옥상에 설치되는 풍력-태양광 발전 장치의 모식도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)의 구성, 기능 및 그 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)는 전체적으로 회전장치부(10)와, 제어장치부(20)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
회전장치부(10)는, 회전축(11), 다수의 회전날개(12), 태양광 전지모듈(13), 슬립링(16), 베이스(15), 기어박스 및 발전기(17), 모터(18), 반사판(19) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 회전축(11)은 인가되는 풍력에 의해 길이방향 축을 기준으로 회전되게 되며, 이러한 회전축(11)에는 복수의 회전날개(12)가 설치되게 된다.
또한, 태양광전지모듈(13)은 회전날개(12) 표면에 설치되어 입사되는 태양광 복사에너지를 전기에너지로 변환하게 된다. 그리고, 베이스(15)는 회전축(11) 끝단을 지면에 고정시키게 되며, 기어박스-발전기(17)는 풍력에 의한 회전력을 전기에너지로 변환시키게 된다.
그리고 슬립링(16)은 태양광 전지모듈(13)에서 발생한 전기를 제어부(21)로 전달하게 된다. 또한, 반사판(19)은 태양광 복사에너지를 반사시켜 태양광 전지모듈(13)로 입사시키게 하고, 또한, 위치조절부는 반사판(19)으로 입사되는 태양광 복사에너지가 태양광전지모듈(13) 측으로 입사되도록 반사판(19)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어장치부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(21)와, 인버터를 포함하여 구성되며, 제어부(21)는 태양광 전지모듈(13)에서 발생한 전기의 전압과 전류를 최대출력으로 제어해주는 최대출력추적 기능 등을 갖도록 구성된다. 또한, 인버터는 직류를 교류로 전환하는 직류-교류 인버터(22)와 직류를 직류로 전환해주는 직류-직류 인버터(23)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)는 태양광 전지모듈(13)의 표면 일측에 온도센서(14)가 구비되어 태양광 전지모듈(13)의 표면온도를 실시간으로 측정하여 제어부(21)에 전송하도록 구성될 수 있다.
따라서, 회전축(11)을 회전시키는 모터(18)를 더 포함하여, 제어부(21)는 온도센서(14)에서 측정된 온도값이 설정된 온도값 이상인 경우, 측정된 온도값이 설정된 온도값 이하가 될 때까지 모터(18)를 구동하여 회전축(11)이 설정된 회전속도로 회전되도록 제어하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)는 주거밀집지역과 같이 태양관 패널을 설치할 수 있는 공간 확보가 용이하지 않은 지역에서 한정된 공간에서 최대 효율을 갖기 위하여, 태양광 전지모듈(13)은, 평면방향이 지면에 수직으로 설치되게 된다. 또한, 태양광 전지모듈(13)의 면적 대비 설치면적을 줄이기 위하여, 회전장치부(10)의 직경이 태양광 전지모듈(13)의 높이보다 작게 구성됨이 바람직하다.
또한, 회전날개(12)는 직사각형 모양의 평면으로 구성되며, 회전축(11)의 원주방향으로 서로 균등한 이격거리로 3 ~ 4개 설치됨이 바람직하다.
제작의 용이성, 실용성 등을 고려할 때 태양광 전지모듈(13)이 부착되는 회전날개(12) 형상은 아래 표 1과 같이 4가지 종류를 생각해 볼 수 있다. 표 1에서 D를 태양광 패널의 회전직경으로 하고 H를 태양광 패널의 높이라고 할 때, “I"자형의 경우 소요태양광패널면적은 단면의 경우 2DH, 양면의 경우 DH가 되며, 이때, 태양광 노출면적의 최소는 0, 최대는 DH가 되어 평균적으로 0.64DH가 됨을 알 수 있다. 즉 “I"자형의 경우 태양광 전지모듈(13)에 소요되는 비용은 가장 작으나 태양광 전지모듈(13)이 회전함에 따라 태양광에 노출되는 패널 면적이 최소 0~최대 100%까지 변동이 심해 전기 발전의 변동폭이 너무 크다는 문제점이 존재한다. 따라서 회전날개(12)는 회전축(11)의 원주방향으로 서로 균등한 이격거리로 3 ~ 4개 설치됨이 바람직하다.
날개형상
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
소요태양광패널면적
(단면 패널 )		 2DH 3DH 4DH 5DH
소요태양광패널면적
(양면패널)		 DH 1.5DH 2DH 2.5DH
태양광
노출면적		 최소 0 0.75DH 0.707DH 0.951DH
최대 DH 0.866DH DH DH
평균 0.64DH 0.825DH 0.9DH 0.935DH
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)는, 설치 공간을 최소화하여 쓸모없거나 매우 협소한 공간에도 설치가 가능하며, 태양광 전지모듈(13)을 회전시켜 강제 대류 냉각을 통해 태양광 전지모듈(13)의 표면온도를 낮춤으로써 태양광-전기 변환효율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 일사량이 많아 태양광 전지모듈(13)의 표면 온도가 매우 높아지는 환경 조건에서 기존의 태양광 전지모듈(13)보다 전기를 더 많이 생산할 수 있으며, 태양광 전지모듈(13)이 지면에 수직방향으로 설치되어 회전하는 구조이기 때문에 외부 오염물질에 의한 표면 오염도를 줄일 수 있어 유지, 관리가 편한 효과를 갖게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)는 태양의 일사 방향이 시간에 따라 변하더라도 태양광 전기 생산량을 일정하게 유지할 수 있어 전기 생산량 예측이 어느 정도 가능하므로 부하에 유연하게 대처할 수 있는 특징을 갖는다. 도 4a는 종래 기술에 따른 태양광 전지모듈(13) 면과 태양의 일사각 방향과의 관계를 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 도 4b는 본 발명에 따른 태양광 전지 모듈 면과 태양의 일사각 방향과의 관계를 도시한 모식도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5는 종래 기술에 따른 태양광 전지 모듈의 설치 형상을 나타낸 모식를 도시한 것이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 효과와 성능향상을 설명하기 위한 회전하는 태양광 전지모듈(13)의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 7a는 본 발명의 일실시예에 따라 아파트 벽면에 설치되는 풍력-태양광 발전 장치의 모식도를 도시한 것이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 옥상에 설치되는 풍력-태양광 발전 장치의 모식도를 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 기존의 태양광 발전 장치는 태양의 위치에 따라 태양광 전지모듈(13) 면과 태양광이 조사되는 각도가 변해 태양 전지모듈(13)에 입사되는 에너지량이 달라지게 됨을 알 수 있다. 즉, 도 4a의 1번 또는 3번 위치에 태양이 떠있을 때 태양광 전지모듈(13)이 태양광을 흡수하는 에너지가 가장 작고 2번 위치에 있을 때 가장 크다. 즉 시간때 별로 태양광 발전량이 일정하지 않으며 해뜰 무렵이나 해질 무렵에는 태양광 발전을 기대할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 별도 고가의 태양광 추적기를 설치하여 태양광의 위치에 따라 태양광 전지모듈(13)의 위치, 각도를 변경해야하기 때문에 협소한 공간에서 적용할 수 없고 경제적이지 못한 단점이 존재한다.
그러나 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력-태양광 발전장치(100)에서는 태양광 전지모듈(13)이 회전날개(12)와 함께 회전하기 때문에 태양에너지를 흡수하는 태양광 전지모듈(13)의 유효면적이 시간에 따라 크게 변하지 않는다. 해뜰 무렵에 태양광에 수직한 유효 태양 전지모듈(13) 면적은 A이고 태양이 태양광 전지모듈(13) 위에 위치한 한낮에 유효 태양광 전지모듈(13) 면적은 B이다. 두 경우의 유효 태양광 전지모듈(13) 면적은 같음을 알 수 있다.
도 5는 종래 기술에 따른 태양광 전지 모듈의 전형적인 설치 형상이다. 도 5와 같이 설치된 경우에는 바닥면에서 반사되어 태양광 전지모듈(13)로 유입되는 태양 복사 에너지는 거의 없으며 산란 복사(diffusion solar radiation) 에너지만을 흡수할 수 있다. 또한 최근들어 태양광 전지모듈(13)의 앞면과 뒷면, 양면 모두에서 태양광을 흡수할 수 있는 양면 태양광 전지모듈(13)이 개발되어 사용되고 있는데 기존의 설치 방법으로는 양면 태양광 전지 모듈 효과를 볼 수 없게 된다.
그러나 도 3, 도 6 또는 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 반사판(19)이 설치되는 경우에는 풍력-태양광 발전장치(100) 주위에서 반사되는 복사에너지를 효과적으로 흡수할 수 있어 발전량을 향상시킬 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 위치조절부를 구비하여 이러한 반사판(19)의 위치를 조절하여 태양광 전지모듈(13)로 입사되는 태양복사에너지를 양을 증대시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 일실시예에서는 양면 태양광 전지모듈(13)을 설치하여 사용하면 효과적인 발전을 할 수 있게 된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 회전날개(12)에 부착된 태양광 전지모듈(13)의 “A"면은 ①번 위치에서는 태양광을 마주보지 않지만 ②번 위치로 회전하면 태양광을 마주보게 된다.
따라서 회전하는 태양광 전지모듈(13)에서는 양면 태양광 전지모듈(13)의 모든 면이 동등한 비율로 태양광 직접 노출되어 효과적인 발전을 할 수 있다. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광 전지모듈(13)의 효율은 온도와 밀접한 관계가 있다.
일반적으로 태양광 전지모듈(13)의 온도가 1℃ 올라가면 0.4~0.5%의 변환효율 감소가 발생한다고 알려져 있다. 따라서 태양광 전지모듈(13)의 온도가 높아지는 것을 방지해야 한다. 태양고도가 높아 태양광 전지모듈(13)이 최대의 전기를 생산할 수 있는 더운 여름철에 불행히도 태양광 전지모듈(13)의 온도 또한 가장 높게 올라가 변환효율을 저하시키므로 적절한 냉각 수단이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 앞서 언급한 바와 같이, 온도센서(14)를 태양광 전지모듈(13)의 일면에 부착하여 태양광 전지모듈(13)의 온도를 모니터링할 수 있으며 풍력에 의해 회전날개(12)가 회전할 수 있으므로 회전에 따른 강제대류 냉각효과를 얻을 수 있어 온도 상승에 의해 태양광 전지모듈(13)의 변환효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 바람이 불지 않아 태양광 전지모듈(13)을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 회전속도로 회전날개(12)가 회전을 할 수 없는 경우 모터(18)를 사용하여 최적의 회전속도로 회전날개(12)를 회전시킴으로서 항상 태양광 전지모듈(13)의 변환효율을 최상의 값으로 유지할 수 있다. 냉각효과에 의해 태양광 전지모듈(13)의 온도가 설정 온도 이하로 내려가면 컨트롤러를 통해 모터(18) 동작을 정지시킨다.
또한, 도 7a와 7b에 도시한 바와 같이 주택, 아파트 등의 벽면과 옥상 등의 협소한 공간에도 설치가 가능하므로 버려진 공간이나 최소의 공간을 사용하여 효과적으로 풍력-태양광 발전을 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:종래 수직형 풍력발전기
2:터빈날개
3:솔라패널
10:회전장치부
11:회전축
12:회전날개
13:태양광 전지모듈
14:온도센서
15:베이스
16:슬립링
17:기어박스 및 발전기
18:모터
19:반사판
20:제어장치부
21:제어부
22:직류-교류인버터
23:직류-직류인버터
100:풍력-태양광 발전장치

Claims (8)

  1. 풍력-태양광 발전장치에 있어서,
    인가되는 풍력에 의해 회전되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되는 복수의 회전날개와, 상기 회전날개 표면에 구비되어 입사되는 태양광 복사에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광 전지모듈과, 상기 회전축 끝단을 지면에 고정시키는 베이스와, 상기 풍력에 의한 회전력을 전기에너지로 변환시키는 기어박스-발전기를 갖는 회전장치부; 및
    상기 태양광 전지모듈에서 발생한 전기의 전압과 전류를 최대출력으로 제어해주는 최대출력추적 기능을 갖는 제어부와, 직류를 교류로 전환하는 직류-교류 인버터와 직류를 직류로 전환해주는 직류-직류 인버터를 갖는 제어장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 전지모듈에서 발생한 전기를 상기 제어부로 전달하는 슬립링; 및
    태양광 복사에너지를 반사시켜 상기 태양광전지모듈로 입사시키는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 태양광 전지모듈의 표면 일측에 구비되어 태양광 전지모듈의 표면온도를 실시간으로 측정하여 제어부에 전송하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회전축을 회전시키는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 온도값이 설정된 온도값 이상인 경우, 상기 측정된 온도값이 상기 설정된 온도값 이하가 될 때까지 상기 모터를 구동하여 상기 회전축이 설정된 회전속도로 회전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 전지모듈은, 평면방향이 상기 지면에 수직으로 설치되고, 상기 회전장치부의 직경은 상기 태양광 전지모듈의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전날개는 직사각형 모양의 평면이고,
    상기 회전날개는 상기 회전축의 원주방향으로 서로 균등한 이격거리로 3 ~ 4개 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 전지모듈은 양면이 외부에 노출되도록 양면 태양광 전지모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 반사판으로 입사되는 태양광 복사에너지가 상기 태양광전지모듈 측으로 입사되도록 상기 반사판의 위치를 조절하는 위치조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력-태양광 발전장치.
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