KR20200125173A - 신재생에너지를 접목한 frp선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신재생에너지를 활용한 FRP선박 전력 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 서로 다른 두 동력원인 태양광과 Main Generator를 동시에 제어할 수 있는 제어장치를 구비하고, 동기화를 통한 교류발전기 병렬운전조건을 만족하며, Solar LD 및 LED Lamp 부하를 효율적으로 배치할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다

Description

신재생에너지를 접목한 FRP선박{frp ship with new and renewable energy}

본 발명은 태양광에너지를 활용한 전력 공급 장치에 관한 것이다.

현재 주요 에너지원인 화석연료의 고갈과 함께 환경오염에 따른 지구 온난화 등 부작용으로 인하여 이 산화탄소를 전혀 배출하지 않는 친환경적이면서 효율이 높은 태양광에너지의 중요성이 강조되고 있다.

즉, 석유는 2010 ~ 2020년, 천연가스는 2020 ~ 2025년에 생산량이 정점에 도달할 것으로 예상되고 있는 만큼 이들을 대체할 수 있는 에너지원의 개발이 시급하며, 지구환경의 오염에 대한 경각심이 높아지고 있는 현 재의 상황에서 1997년 온실가스 감축을 위한 교토의정서가 채택되어 우리나라를 비롯한 119개국이 2003년에 비 준하였으며, 선진국은 2008년 이후 온실가스 배출량 감축이 의무화되었고, 우리나라도 2차 공약기간 중(2013 ~ 2017년) 온실가스 감축의무 부담이 가시화될 전망이다. 이러한 상황에서 태양광에너지가 갖는 효용성에 대한 관 심이 급증하고 있는 바, 이는 태양광발전은 무한하게 존재하는 태양광에너지를 전기에너지로 전환시키는 과정에 서 이산화탄소 및 공해물질을 전혀 배출하지 않으므로 환경 파괴의 문제도 없기 때문이다.

태양광발전(太陽光發電, Photovoltaic Power Generation System)은 태양전지모듈에 입사되는 태양광에 의하여 전력이 생산되는 광전자 효과를 이용하여 발전하는 방식이다. 주요 소자는 태양전지모듈, 태양전지모듈 에서 생산되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 주는 인버터 및 구조물로 구성되어 있다.

여기서, 태양전지(太陽電池, Solar Cell)는 태양빛을 직접 전력으로 변환하는 장치로서, 태양전지가 전 기를 생산하는 방식은 다음과 같다. 실리콘·갈륨비소·황화카드뮴과 같은 소재로 p-형과 n-형의 반도체를 만들 고 그 접합면에 태양빛을 쬐면 광자를 흡수하여 1쌍의 전자와 양공이 생긴다. 이때 전자는 n-형, 양공은 p-형 부분으로 이동하기 때문에 외부회로를 통해 n-형에서 p-형으로 향하는 전류가 발생한다. 이 방식에는 태양광을 직접 태양전지의 수광면으로 끌어들이는 것과 반사경이나 프레넬 렌즈를 사용하여 집광하는 방식이 있다.

태양전지는 이미 전자식 탁상용 계산기나 시계와 같은 가정용품, 등대, 인공위성용 전원에 사용되고 있 으며 21세기에는 본격적인 태양광발전시대가 될 것으로 전망된다. 태양광발전이 종래의 화석이나 원자력발전과 경쟁하기 위해서는 발전비용을 kWh당 현재의 25센트에서 6센트 정도로 낮추어야 한다. 그 방법은 햇빛을 전기로 바꾸는 광전자 변환효율을 크게 높이거나 값이 싼 새로운 소재를 찾아내는 일이다.

종래의 태양전지는 결정형과 비결정형 등의 2종류로 크게 나뉜다. 높은 순도의 실리콘 단결정을 소재로 하는 결정형은 지난 10년간 광전자변환효율이 7~12％로 개선되고 수명도 50％ 정도 늘어나 20년으로 연장되었으 나 생산비가 많이 들어 값이 비싸다는 단점이 있다( ㎏ 당 78달러). 이에 비해 비결정성 실리콘은 단결정 실리콘 보다 생산비가 수십분의 1밖에 들지 않아 값이 싼 대신 광전자변환효율이 크게 뒤진다는 단점이 있다. 그러나 최근 비결정성 실리콘의 광전자변환율을 높이는 연구개발이 활발하게 이루어지고 있어 전망은 매우 밝다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 선박의 서로 다른 두 동력원인 태양광 과 Main Generator를 동시에 제어할 수 있는 제어장치를 구비하고, 동기화를 통한 교류발전기 병렬운전조건을 만족하며, Solar LD 및 LED Lamp 부하를 효율적으로 배치할 수 있도록 하는 선박 전력 공급 장치를 제공하는 것 을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양으로부터 빛을 입사하여 DC 전기를 생성하는 Solar Module과, Solar Module로부터 생성된 변동폭이 큰 DC 전기를 일정한 변동폭을 갖는 DC 전기로 변환시키는 DC-DC 컨버터와, Battery 장치와, Solar Module에서 생성된 DC 전기를 AC 전기로 변환시키는 DC-AC 인버터와, Main Generator에서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송하며 ESBD와 양방향 통신하는 MSBD와, Emergency Generator에 서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송하며 MSBD와 양방향 통신하는 ESBD와, 선박 내 필요한 AC 전기를 생성하는 Main Generator와, 선박의 Main Generator가 작동 불능인 Black Out 상태에서 동작하여 AC 전기를 생성하는 Emergency Generator와, MSBD에서 전송된 AC 전기를 DC 전기로 변환하는 AC-DC 인버터 및 MSBD를 제어하는 PMS 를 포함하는 태양광에너지를 활용한 선박 전력 공급 장치에 있어서, 선박 전력 공급 장치의 기존 전원과 계통 연계를 시키기 위한 SSBD를 설치하되, 상기 SSBD는 Solar Module에서 생성된 DC 전기를 AC 전기로 변환시킨 뒤 기존 계통에 송신할 뿐만 아니라, 기존 계통의 AC 전기를 다시 DC 전기로 변환시킨 뒤 각 부하에 전송하는 양방 향 시스템으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광에너지를 활용한 선박 전력 공급 장치를 제시한다.

본 발명에 따르면, 선박의 Solar Switchboard와 Main Switchboard 간의 Power Control System 제어를 통해 각 장비를 제어하고 전기공급의 효율성을 극대화할 수 있으며, 동기 조절을 통한 전력공급이 가능하고 발 전기 용량과 선박 운용비를 절감할 수 있으며, Solar LD와 LED Lamp 부하를 효율적으로 배치함으로써 선박 공정 효율성을 극대화하고 케이블 사용량 및 시수를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광에너지를 활용한 선박 전력 공급 장치의 전력공급 계통도이다.
도 2는 교류발전기 병렬운전조건을 나타낸 표이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명이 속하는 기술 분야의 종래의 기술을 보여주고 있다

Solar Module : 태양으로부터 빛을 입사하여 DC 전기를 생성한다.

DC-DC 컨버터 : Solar Module로부터 생성된 변동폭이 큰 DC 전기를 일정한 변동폭을 갖는 DC 전기 로 변환시킨다.

PCS : SSBD를 제어하고 MSBD의 PMS와 양방향 통신을 수행한다.

Battery 장치 : Battery를 충전하거나 방전하는 기능, Battery의 이상 유무를 PCS로 전송하는 기 능을 수행한다.

Solar LD : LED Lamp와 각 구역 특성을 고려하여 설치된다.

LED Lamp : SOLAS와 각 선급 Rule을 벗어나지 않는 범위 내에서 기존 Lighting에 추가 되거나 Normal Lighting 대신 설치하도록 하며, 점등 및 소등 기능을 수행한다.

DC-AC 인버터 : Solar Module에서 생성된 DC 전기를 AC 전기로 변환시킨다

Synchronizing Device : MSBD로 AC 전기를 전송하기 전 Main Generator에서 생성된 AC 전기와 동 기를 맞추는 작업 및 이상 유무를 파악하는 기능을 수행한다.

MSBD : Main Generator에서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송하며, SSBD 및 ESBD와 양방향 통신 한다.

ESBD : Emergency Generator에서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송하며, MSBD와 양방향 통신한다.

Main Generator : 선박 내 필요한 AC 전기를 생성한다

Emergency Generator : 선박의 Main Generator가 작동 불능인 Black Out 상태에서 동작하여 AC 전기를 생성하는 기능을 수행한다.

Load : MSBD의 전원을 필요로 하는 부하들이다.

Load : ESBD의 전원을 필요로 하는 부하들이다.

AC-DC 인버터 : MSBD에서 전송된 AC 전기를 DC 전기로 변환한다.

Solar LD는 작업자들이 선박 제조 시 각 Block 당 필요한 LED Lamp와 케이블을 미리 설치한 후 나중에 Block을 합칠 때 케이블 연결 작업만 하면 되도록 한다. 따라서 Solar LD에 의하여 현장의 건조 시수를 상당히 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 설계 분야에서도 Solar LD를 통해 각 LED Lamp의 관리를 용이하게 할 수 있다.

MSBD : Main Switchboard
ESBD : Emergency Switchboard
SSBD : Solar Switchboard
PCS : Power Control System
PMS : Power Management System
Solar LD : Solar Lighting Distribution
SOLAS : The International Convention for the Safety of Life at Sea

Claims (1)

1. 태양으로부터 빛을 입사하여 DC 전기를 생성하는 Solar Module과, Solar Module로부터 생성된 변동폭이 큰 DC 전기를 일정한 변동폭을 갖는 DC 전기로 변환시키는 DC-DC 컨버터와, Battery 장치와, Solar Module에서 생성된 DC 전기를 AC 전기로 변환시키는 DC-AC 인버터와, Main Generator에서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송 하며 ESBD와 양방향 통신하는 MSBD와, Emergency Generator에서 생성된 AC 전기를 각 부하에 전송하며 MSBD와 양방향 통신하는 ESBD와, 선박 내 필요한 AC 전기를 생성하는 Main Generator와, 선박의 Main Generator가 작 동 불능인 Black Out 상태에서 동작하여 AC 전기를 생성하는 Emergency Generator와, MSBD에서 전송된 AC 전기 를 DC 전기로 변환하는 AC-DC 인버터 및 MSBD를 제어하는 PMS를 포함하는 태양광에너지를 활용한 선박 전력 공급 장치에 있어서 전력공급장치의 기존 전원과 계통 연계를 시키기 위한 SSBD를 설치하되, 상기 SSBD는 Solar Module에서 생성된 DC 전기를 AC 전기로 변환시킨 뒤 기존 계통에 송신할 뿐만 아니라, 기존 계통의 AC 전기를 다시 DC 전기로 변환시킨 뒤 각 부하에 전송하는 양방향 시스템으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 활용한 전력 공급 장치.
   청구항 2
   상기 SSBD는 SSBD를 거쳐 형성된 AC 전기와 Main Generator의 AC 전기를 동기화시킴으로써 교류발전기 병렬운전조건을 만족시키는 Synchornizing Device를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 활용 한 전력 공급 장치.
   

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