KR20190033768A - 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에 관한 것으로, 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있고, 특히, 태양열증폭집열장치의 태양열집열부에서 태양열을 집열시 집열소자가 구비된 진공 상태의 집열관을 구성함으로써 태양열이 집열소자에 의해 가열되기 때문에 집열 효율을 향상시키며, 송풍관의 일측에 열원센서를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템{Combined power generation system using solar and wind power}
본 발명은 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에 관한 것이다.
현재 인류는 화석에너지의 고갈 및 지구의 기후변화 등으로 인해 화석에너지를 대체할 새로운 에너지원을 개발하고 있으며, 이러한 대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한하게 이용할 수 있는 태양에너지, 풍력, 수력, 조력 등의 신재생 에너지 분야에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다.
이중 풍력을 이용한 풍력발전장치(또는 시스템)는 지상에 고정 설치되는 단부의 상측에 탑을 수직으로 설치하고, 탑의 상단에는 풍력을 받아 회전하는 블레이드장치를 장착하여 블레이드가 회전하면서 얻게 되는 회전력에 의해 발전기를 작동시켜 전기를 발생시키도록 된 것이다.
그리고 태양에너지를 이용한 태양발전은 화력이나 원자력 같은 기존 발전설비와 달리 연료비가 소요되지 않으며, 소음과 공해가 발생하지 않는 장점이 있고, 태양발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않으며, 소규모발전이 가능하기 때문에 가정용으로 설치되어 사용할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 태양광과 풍력을 이용한 종래의 기술로는 특허문헌 1은 도 1에 도시된 바와 같이 가이드 레일(167) 상에서 구동되는 턴테이블(161)에 프로펠러(173)와 집광판(120)이 설치된 구조의 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치에 관한 발명으로, 태양광 발전부와 풍력 발전부를 복합 구성함에 따라 계절에 상관없이 일정 수준의 전기에너지를 생산할 수 있고 이에 우수한 발전효율을 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
특허문헌 2는 도 2에 도시된 바와 같이 프레임(10)의 상부에 태양전지패널(20)이 설치되고, 그 하부에 풍력 터빈(31)이 구비된 풍력발전기(30)와 그 하부에 컨트롤 시스템(40) 및 발전기(50)가 구비된 구조의 태양광발전과 풍력발전이 결합된 발전기에 관한 발명으로, 태양광발전을 위한 태양전지 패널을 설치하기 위하여 반드시 필요한 면적에, 그에 준한 내접원의 크기를 가지는 풍력 터빈과, 이에 연결된 발전기로 구성된 풍력발전기를 함께 설치할 수 있어서 단위면적당 발전량이 그만큼 증가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 특허문헌 3은 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 탱크(80)의 상부에 회전 가능하게 설치된 수직 프레임(55)에 장착한 좌,우측 집열판(10) 및 태양추적 센서(30)로 이루어진 구조의 태양열 발전기 겸용 풍력발전기에 관한 발명으로, 좌우 한 쌍의 집열판을 회전 가능하게 지지프레임에 부착함으로써 한 쌍의 집열판을 서로 다른 방향을 보게 하여 풍력발전의 날개로 변환하고 서로 같은 방향을 보면서 태양 고도를 추적할 수 있도록 하여 낮에는 태양열 발전을 하고 밤에는 풍력발전이 가능한 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 특허문헌 1 내지 3은 모두 태양광과 풍력 에너지를 이용하는 발전 시스템에 관한 발명들이지만, 자연 에너지를 이용한 발전을 통해 생산한 전기 에너지를 다시 열 에너지로 변환시켜 사용하는 과정에서 에너지의 변환에 따른 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 국내등록특허공보 제10-1146117호(2012년 05월 08일 등록) 풍력과 태양광을 이용한 복합발전장치 특허문헌 2 : 국내공개특허공보 제10-2012-0080155호(2012년 07월 16일 공개) 태양광발전과 풍력발전이 결합된 발전기 특허문헌 3 : 국내등록특허공보 제10-1294950호(2013년 08월 02일 등록) 태양열 발전기 겸용 풍력발전기
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템을 제공하기 위한 것을 과제로 한다.
즉, 종래의 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템은 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지를 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 사용하고자 할 경우에도 자연에너지를 전기적 에너지로 변환 후 다시 열 에너지로 변환하여 사용함에 따라 에너지의 변환 과정에서 에너지의 손실이 많은데 반해, 본 발명은 태양열 에너지의 일부는 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 직접 사용하고, 태양열 에너지의 일부는 발전을 시켜 전기적 에너지로 변환시켜 사용함으로써, 태양열과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높인 것이 특징이다.
특히, 본 발명은 태양열증폭집열장치의 태양열집열부에서 태양열을 집열시 집열소자가 구비된 진공 상태의 집열관을 구성함으로써 태양열이 집열소자에 의해 가열되기 때문에 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 새로운 형태의 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 다른 과제로 한다.
또한, 본 발명은 송풍관의 일측에 열원센서를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용하도록 하는 새로운 형태의 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 또 다른 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 태양의 고도에 따라 추적하고, 진공 상태의 집열관(112)을 통해 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부(110)와, 상기 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열 중 일부를 축열하여 저장하기 위한 축열저장부(120)와, 상기 축열저장부(120)에 축열된 태양열을 제외한 나머지 태양열을 전기에너지로 변환하기 위한 열전발전부(130)를 포함하는 태양열증폭집열장치(100)와; 바람에 의해 회전되는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 회전으로 전력을 생산하고, 상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)로 바람을 공급하는 송풍팬(221)을 갖는 발전부(220)와, 상기 발전부(220)와 열전발전부(130)에서 생산된 전력을 저장하기 위한 축전부(230)를 포함하는 풍력발전장치(200)를 포함하여, 상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)를 통해 집열된 태양열 중 저온은 사용처에 공급되도록 하고, 고온은 상기 축열저장부(120)에 저장되며, 상기 축열저장부(120)에 저장된 고온의 태양열은 상기 열전발전부(130)를 통해 전기에너지로 변환되어 상기 풍력발전장치(200)의 축전부(230)로 공급되고, 상기 축전부(230)에서 사용처에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)는 원호 형상으로 이루어져 태양열을 반사시키기 위한 반사판(1111)을 갖고, 상기 반사판(1111)을 태양의 고도에 따라 회전시키기 위한 회전부(1112)를 갖는 태양열추적수단(111)과; 상기 태양열추적수단(111)의 반사판(1111)의 내측에 배치되고, 상기 반사판(1111)을 통해 반사되는 태양열을 집열하기 위한 진공상태의 집열관(112)과; 상기 집열관(112)을 관통하고, 일측이 상기 풍력발전장치(200)의 송풍팬(221)을 통해 바람이 공급되며, 타측이 상기 축열저장부(120)와 연결되는 송풍관(114)과; 양측단이 상기 열전발전부(130)와 연결되고, 내측이 상기 집열관(112)의 내부에 위치되는 히트파이프(115)와; 상기 집열관(112)의 내부에서 상기 송풍관(114) 및 히트파이프(115)를 감싸도록 형성되는 나선형의 집열파이프(113)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상기 집열관(112)은 내부에 태양열의 흡수율을 높이기 위한 복수개의 집열소자(1121)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상기 집열관(112)은 내부에 축열에 필요한 온도를 측정하기 위한 열원센서(1122)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상시 송풍관(114)의 일측에는 상기 열원센서(1122)를 통해 측정된 온도값을 통해 상기 송풍팬(221)에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단(116)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상기 태양열집열부(110)의 축열저장부(120)와 연결되는 송풍관(114)의 타측에는 저온은 통과시켜 사용처에 공급하도록 하고, 고온은 상기 축열저장부(120)로 공급하도록 하는 송풍전환수단(117)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 상기 풍력발전장치(200)의 발전부(220)에서 생산된 전력은 상기 축전부(230)로 공급되고, 상기 축전부(230)에 공급된 전력은 상기 송풍팬(221)으로 공급되어 상기 송풍팬(221)이 구동하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에 의하면, 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있고, 특히, 태양열증폭집열장치의 태양열집열부에서 태양열을 집열시 집열소자가 구비된 진공 상태의 집열관을 구성함으로써 태양열이 집열소자에 의해 가열되기 때문에 집열 효율을 향상시키는 효과가 있다.
즉, 종래의 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템은 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지를 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 사용하고자 할 경우에도 자연에너지를 전기적 에너지로 변환 후 다시 열 에너지로 변환하여 사용함에 따라 에너지의 변환 과정에서 에너지의 손실이 많은데 반해, 본 발명은 태양열 에너지의 일부는 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 직접 사용하고, 태양열 에너지의 일부는 발전을 시켜 전기적 에너지로 변환시켜 사용함으로써, 태양열과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높일 수 있는 효과가 있다.
그리고 송풍관의 일측에 열원센서를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 송풍관의 일측에 열원센서를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용하도록 하는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템의 개념도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템의 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에서 태양열집열부를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 도 4 내지 도 6에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템(10)은 태양열을 집열하여 열에너지와 전기에너지를 발전하는 태양열증폭집열장치(100)와, 풍력을 이용하여 전기에너지를 발전하는 풍력발전장치(200)를 포함하여 사용처에 열 또는 전기를 공급하도록 한다. 여기서, 사용처라 함은 일반 가정 또는 공공기관, 건물 등을 통칭하는 것이다.
태양열증폭집열장치(100)는 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부(110)와, 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열을 축열하고, 저장하기 위한 축열저장부(120)와, 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열을 전기에너지로 변환하여 저장하기 위한 열전발전부(130)를 포함하여 이루어진다.
태양열집열부(110)는 도 6에서 보는 바와 같이 태양열추적수단(111), 집열관(112), 송풍관(114), 히트파이프(115), 집열파이프(113)를 포함하여 이루어진다.
태양열추적수단(111)은 태양의 고도에 따라 회전하기 위한 것으로, 원호 형상으로 이루어져 태양열을 반사시키기 위한 반사판(1111)을 갖고, 반사판(1111)을 태양의 고도에 따라 회전시키기 위한 회전부(1112)를 갖는다. 이때, 회전부(1112)는 도시하지 않았지만 지면에 고정 설치되는 지지대에 고정 설치되도록 한다.
집열관(112)은 태양열을 집열하기 위한 것으로, 태양열추적수단(111)의 반사판(1111)의 내측에 배치되고, 반사판(1111)을 통해 반사되는 태양열을 집열하도록 한다.
집열관(112)은 반사판(1111)을 통해 반사되는 태양열의 집열 효율을 높이기 위해 진공 상태의 내부에 복수개의 집열소자(1121)가 구비되고, 내부 온도를 측정하기 위한 열원센서(1122)가 구비된다. 여기서, 집열소자(1122)는 바람직하게는 금속재질로 이루어져 집열되는 태양열의 온도를 신속하게 가열시켜 집열 효과를 높일 수 있을 것이다.
집열파이프(113)는 집열관(112)의 내부에서 나선형으로 이루어져 태양열의 유동경로를 길게하여 열전달시간을 증대시킴으로써 고온생성이 용이한 이점이 있다.
송풍관(114)은 집열관(112)에서 집열된 태양열을 이동시키기 위한 관으로써 집열파이프(113)의 양측에 결합되고, 일측이 풍력발전장치(200)의 송풍팬(221)을 통해 바람이 공급되며, 타측이 축열저장부(120)와 연결된다.
그리고, 송풍관(114)의 일측에는 집열관(112)의 열원센서(1122)에 의해 측정된 온도값을 바탕으로 풍력발전장치(200)의 송풍팬(221)에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단(116)이 설치되고, 송풍관(114)의 타측은 분기되어 분기된 한쪽은 축열저장부(120)와 연결되고, 분기된 나머지 한쪽은 사용처에 직접 연결되어 진다. 이때, 분기되는 부분에는 송풍전환수단(117)이 설치되어 집열관(112)에서 집열된 태양열 중 저온은 사용처에 직접 공급하도록 하고, 고온은 축열저장부(120)로 이동시켜 축열저장부(120)에서 저장하도록 한다.
본 발명에서는 300℃를 기준으로 저온과 고온으로 나누도록 한다.
축열저장부(120)에 저장된 고온은 시간이 흐름에 따라 온도가 낮아지면 사용처로 연결되는 송풍관(114)으로 저온을 이동시켜 사용처에서 사용이 가능하도록 송풍관(114)에는 'U'턴 유입수단(118)이 설치되고, 'U'턴 유입수단(118)과 사용처 사이에는 외부의 공기가 유입되어 사용처에 공급되는 열원의 온도를 조절하기 위한 온도조절수단(119)이 설치되어 진다. 여기서, 온도조절수단(119)은 냉각 또는 히팅장치로 구성될 수 있을 것이다.
히트파이프(115)는 집열파이프(113)의 내부에 위치되고, 집열관(112)에서 집열된 태양열을 열 손실없이 열전발전부(130)로 이동시키게 되는 것으로, 양측단이 열전발전부(130)와 연결된다.
한편, 히트파이프(115)는 일사량이 적을 경우 집열관(112)의 내부로 열을 공급하도록 축열저장부(120)와 연결되는 보조히트 파이프(1151)를 포함하여 이루어진다.
이와 같이 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)에서 태양열을 집열시 집열소자(1121)가 구비된 진공 상태의 집열관(112)을 구성함으로써 태양열이 집열소자(1121)에 의해 가열되기 때문에 집열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 송풍관(114)의 일측에 열원센서(1122)를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬(221)에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단(116)을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬(221)을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관(112)에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.
축열저장부(120)는 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열 중 일부를 저장하기 위한 것으로, 송풍관(114)을 통해 이동되는 열을 저장하고, 저장된 열은 일사량이 적은 경우 또는 야간에 열전발전부(130)로 이동시켜 열전발전부(130)에서 풍력발전장치(200)의 축전부(230)로 이동하도록 한다. 이때, 송풍관(114)을 통해 이동되는 열 중에서 저장되는 열은 송풍관(114) 상에 설치되는 송풍전환수단(117)에 의해 고온의 열만 저장하도록 한다. 그리고, 저장된 고온은 시간이 흐름에 따라 온도가 낮아지게 되는데, 온도가 낮아져 저온이 되면 이를 'U'턴 유입장치(118)를 통해 이동시켜 사용처에 공급하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 축열저장부(120)에서 열을 저장하기 위한 수단으로는 젤을 이용하여 열을 저장하도록 한다.
열전발전부(130)는 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열 중 축열저장부(120)로 이동된 열을 제외한 열을 전기에너지로 변환하여 저장하는 것으로, 축열저장부(120)를 통해 공급받은 열을 전기에너지로 변환시키고, 이 전기에너지와 태양열집열부(110)에서 집열된 열을 전기에너지로 변환한 전기에너지를 합하여 풍력발전장치(200)의 축전부(230)로 이동시키게 된다.
풍력발전장치(200)는 바람을 이용하여 전기에너지를 생산하기 위한 것으로, 블레이드(210), 발전부(220), 축전부(230)를 포함하여 이루어진다.
블레이드(210)는 바람에 의해 회전되는 것으로, 블로워 또는 풍차 등 다양하게 형성될 수 있을 것이다.
발전부(220)는 블레이드(210)와 연결되어 블레이드(210)의 회전으로 전력을 생산하는 것으로, 블레이드(210)와 연결되는 복수개의 기어(222)와, 복수개의 기어(222)와 연결되어 전력을 생산하여 축전부(230)로 생산된 전력을 이동시키는 발전기(223)와, 발전기(223)와 연결되고 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)에 구비된 송풍관(114)으로 바람을 공급하기 위한 송풍팬(221)을 포함하여 이루어진다. 이때, 송풍팬(221)은 축전부(230)로부터 전력을 공급받아 바람을 태양열집열부(110)의 송풍관(114)으로 공급하게 된다.
축전부(230)는 전기를 저장하기 위한 것으로, 발전부(220)에서 생산된 전기와 태양열증폭집열장치(100)의 열전발전부(130)의 전기를 공급받아 저장하여 사용처에 공급하도록 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템에 의하면, 태양열과 풍력을 이용하여 태양열 증폭집열장치와 풍력발전장치가 서로 연계되어 구동되도록 하여 열에너지와 전기에너지를 생산 또는 발전시킴으로써, 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높이고, 흐린 날, 야간과 같이 일사량이 적은 날 또는 바람이 불지 않는 날씨와 같은 환경에서도 에너지를 효율적으로 생산 또는 발전시킬 수 있고, 특히, 태양열증폭집열장치의 태양열집열부에서 태양열을 집열시 집열소자가 구비된 진공 상태의 집열관을 구성함으로써 태양열이 집열소자에 의해 가열되기 때문에 집열 효율을 향상시키는 효과가 있다.
그리고 종래의 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템은 태양열과 풍력과 같은 자연 에너지를 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 사용하고자 할 경우에도 자연에너지를 전기적 에너지로 변환 후 다시 열 에너지로 변환하여 사용함에 따라 에너지의 변환 과정에서 에너지의 손실이 많은데 반해, 본 발명은 태양열 에너지의 일부는 건물의 난방 등과 같은 용도의 열 에너지로 직접 사용하고, 태양열 에너지의 일부는 발전을 시켜 전기적 에너지로 변환시켜 사용함으로써, 태양열과 같은 자연 에너지의 이용 효율을 최대한 높일 수 있을 것이다.
또한 송풍관의 일측에 열원센서를 통해 측정된 온도값을 통해 송풍팬에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단을 구성함으로써 일사량이 적을 경우에 송풍팬을 통해 공급되는 바람의 공급량을 조절하여 바람을 공급하기 때문에 집열관에서 집열되는 태양열은 외부의 영향을 받지 않고 집열되어 집열된 태양열을 열에너지 또는 전기에너지로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템(10)이 운영되는 과정을 살펴보면, 태양열집열부(110)의 태양열추적수단(111)에 의해 태양열이 추적되고, 태양열은 반사판(1111)을 통해 집열관(112)으로 집열되어 진다. 집열관(112)에 집열된 태양열은 열전소자(1121)에 의해 신속히 가열되어 집열 효율이 높아지게 된다. 집열관(112)에서 집열된 태양열은 집열소자(1121)에 의해 충분한 전기가 생산되지 않은 열은 송풍관(114)을 통해 축열저장부(120)에 저장되고, 집열소자(1121)에 의해 전기 에너지로 생산 가능성이 있는 열은 히트파이프(115)를 통해 열전발전부(130)에서 열전소자(페티어소자, 미도시)에 의해 전기 에너지로 변환되어 축전부(230)에 저장되어 진다.
여기서, 축열저장부(120)에 저장되는 열은 축열저장부(120)에 저장되고, 저장된 열은 사용처에 필요에 따라 공급된다. 이때, 사용처에 공급되는 열은 온도조절수단(119)에 의해 적합한 온도로 공급되고, 저온은 송풍관(114)을 통해 사용처에 공급된다. 그리고, 축열저장부(120)에 저장된 열 중 전기 에너지 생산에 필요한 고온은 열전발전부(130)로 이동되고, 열전발전부(130)는 태양열집열부(110)에서 히트파이프(115)를 통해 이동된 최초 열에너지와 축열저장부(120)에서 이동된 열에너지를 열전소자에 의해 전기 에너지로 변환시켜 이를 풍력발전장치(200)의 축전부(230)로 이동시켜 저장하도록 한다. 한편, 축열저장부(120)에 저장된 고온 중 온도가 낮아지면 'U'턴 유입수단(118)을 통해 송풍관(114)으로 이동되어 사용처에 공급되어 진다.
상술한 태양열증폭집열장치(100)는 일사량이 많을 경우에 해당되는 것으로, 일사량이 적을 경우에는 축열저장부(120)에 저장된 열에너지를 보조히트 파이프(1141)를 통해 집열관(112)으로 공급하고, 풍력발전장치(200)의 송풍팬(221)을 통해 바람이 공급되어 집열관(112)에서 집열가능하도록 한다.
풍력발전장치(200)는 태양열증폭징열장치(100)의 구동과 별개로 바람이 있을 경우 전기에너지를 생산하도록 하는 것으로, 블레이드(210)의 회전으로 발전부(220)에서 전기가 생산되고, 생산된 전기는 축전부(230)로 이동되어 진다. 축전부(230)로 이동된 전기는 사용처에 공급하도록 하고, 일사량이 적을 경우 축전부(230)에 저장된 전기는 발전부(220)의 송풍팬(221)으로 공급되어 송풍팬(221)이 가동하여 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)에 구비된 송풍관(114)을 통해 집열관(112)으로 바람을 공급하여 집열관(112)에서 집열가능하도록 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10 : 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템
100 : 태양열증폭집열장치
110 : 태양열집열부 111 : 태양열추적수단
1111 : 반사판 1112 : 회전부
112 : 집열관 113 : 송풍관
114 : 히트파이프 115 : 집열파이프
116 : 공기조절수단 117 : 송풍전환수단
118 : U턴 유입수단 119 : 온도조절수단
120 : 축열저장부 130 : 열전발전부
200 : 풍력발전장치
210 : 블레이드 220 : 발전부
221 : 송풍팬 230 : 축전부

Claims (7)

  1. 태양의 고도에 따라 추적하고, 진공 상태의 집열관(112)을 통해 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부(110)와, 상기 태양열집열부(110)에서 집열된 태양열 중 일부를 축열하여 저장하기 위한 축열저장부(120)와, 상기 축열저장부(120)에 축열된 태양열을 제외한 나머지 태양열을 전기에너지로 변환하기 위한 열전발전부(130)를 포함하는 태양열증폭집열장치(100)와;
    바람에 의해 회전되는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 회전으로 전력을 생산하고, 상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)로 바람을 공급하는 송풍팬(221)을 갖는 발전부(220)와, 상기 발전부(220)와 열전발전부(130)에서 생산된 전력을 저장하기 위한 축전부(230)를 포함하는 풍력발전장치(200)를 포함하여,
    상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)를 통해 집열된 태양열 중 저온은 사용처에 공급되도록 하고, 고온은 상기 축열저장부(120)에 저장되며,
    상기 축열저장부(120)에 저장된 고온의 태양열은 상기 열전발전부(130)를 통해 전기에너지로 변환되어 상기 풍력발전장치(200)의 축전부(230)로 공급되고, 상기 축전부(230)에서 사용처에 전력을 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양열증폭집열장치(100)의 태양열집열부(110)는 원호 형상으로 이루어져 태양열을 반사시키기 위한 반사판(1111)을 갖고, 상기 반사판(1111)을 태양의 고도에 따라 회전시키기 위한 회전부(1112)를 갖는 태양열추적수단(111)과;
    상기 태양열추적수단(111)의 반사판(1111)의 내측에 배치되고, 상기 반사판(1111)을 통해 반사되는 태양열을 집열하기 위한 진공상태의 집열관(112)과;
    상기 집열관(112)의 내부에 나선형으로 형성되는 집열파이프(113)와
    상기 집열파이프(113)의 양측에 결합되고, 일측이 상기 풍력발전장치(200)의 송풍팬(221)을 통해 바람이 공급되며, 타측이 상기 축열저장부(120)와 연결되는 송풍관(114)과;
    상기 집열파이프(113)의 내측에 배치되고, 양측단이 상기 열전발전부(130)와 연결되는 히트파이프(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집열관(112)은 내부에 태양열의 흡수율을 높이기 위한 복수개의 집열소자(1121)가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 집열관(112)은 내부에 축열에 필요한 온도를 측정하기 위한 열원센서(1122)가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상시 송풍관(114)의 일측에는 상기 열원센서(1122)를 통해 측정된 온도값을 통해 상기 송풍팬(221)에서 공급되는 바람의 공급량을 조절하기 위한 공기조절수단(116)이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양열집열부(110)의 축열저장부(120)와 연결되는 송풍관(114)의 타측에는 저온은 통과시켜 사용처에 공급하도록 하고, 고온은 상기 축열저장부(120)로 공급하도록 하는 송풍전환수단(117)이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력발전장치(200)의 발전부(220)에서 생산된 전력은 상기 축전부(230)로 공급되고, 상기 축전부(230)에 공급된 전력은 상기 송풍팬(221)으로 공급되어 상기 송풍팬(221)이 구동하는 것을 특징으로 하는 태양열 및 풍력을 이용한 융·복합발전시스템.
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