KR20210102762A - 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 관한 것으로, 기류의유동이 많은 고층 건물의 옥상에 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전부와, 그 상부에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양양 발전부를 배치함으로 풍력과 태양광을 이용해 복합적인 에너지 발전을 이루고, 설정에 따른 태양광 발전부의 회전 및 각도 조절에 따라 건물에 부는 바람을 풍력 발전부로 유도하여 에너지 생산성을 극대화할 수 있도록 이루어진 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 프레임부와, 풍력 발전부, 태양광 발전부, 센서부 및 능동 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템{Natural Energy Combined Cycle Power Plant for Building Roof}

본 발명은 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 관한 것으로, 기류의유동이 많은 고층 건물의 옥상에 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전부와, 그 상부에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양양 발전부를 배치함으로 풍력과 태양광을 이용해 복합적인 에너지 발전을 이루고, 설정에 따른 태양광 발전부의 회전 및 각도 조절에 따라 건물에 부는 바람을 풍력 발전부로 유도하여 에너지 생산성을 극대화할 수 있도록 이루어진 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력 발전기는 풍력 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력을 이용해 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력을 통해 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 에너지 발생장치이고, 태양광 발전기는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 생산하는 에너지 발생장치이다.

이에 따라, 최근 풍력 및 태양광은 청정 에너지로서 현재 세계 각국에서 지속적인 기술 개발을 하고 있으며, 전세계적으로 상용화가 활발하게 진행되고 있다.

한편, 높이가 높은 고층 건물에는 많은 전기 에너지가 사용되고 있어, 건물 자체의 전기 에너지의 소비를 줄이는 방안과 함께, 별도의 건물 자체에 전기 에너지를 생성할 수 있는 전기 에너지 생성 시스템을 마련하는 경우가 늘고 있다.

예를 들면, 기존의 전기 공급과 별도로 태양광, 태양열, 지열, 풍력 등과 같은 자연에너지를 이용한 시스템을 건축물에 설치하여 전기 에너지를 생산하는 경우가 늘고 있다.

이러한 자연에너지를 이용한 발전 시스템의 일 예로서, 건물 옥상에 풍력 발전 시스템을 설치하여 보조적으로 에너지를 공급하여 기존의 전기 에너지를 절약하는 효과를 얻는 방법 등이 시도되고 있다.

특히, 건물의 층고가 높아질수록 건물 옥상에서 발생하는 수직 및 수평 양방향의 기류의 유동이 강하여 풍부한 풍력 에너지를 얻을 수 있다.

선행적 종래 기술로서, (특허문헌 0001) 한국공개특허공보 제10-2017-0076339호 "건물 옥상 설치용 풍력발전장치"를 살펴보면 하기와 같다.

종래 기술은, 풍력 발전 터빈을 회전 가능하게 지지하는 발전 터빈 지지부를 적어도 2개 포함하는 터빈 지지층을 적어도 2개 포함하며, 상기 적어도 2개의 터빈 지지층이 층상으로 마련되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임의 적어도 2개의 터빈 지지층에 설치되는 적어도 2개의 풍력 발전 터빈; 및 상기 메인 프레임에 설치되며, 외부의 기류를 상기 적어도 2개의 터빈 지지층에 설치된 상기 적어도 2개의 풍력 발전 터빈으로 안내하는 적어도 2개의 가이드 베인;을 포함하는 구조를 제시하고 있다.

그러나, 이러한 종래 기술은 자연에너지인 풍력을 이용해 에너지 생산을 도모하긴 하지만 풍력만을 이용하기 때문에 특성에 따라 발전을 함에도 에너지 생산에 한계가 있고, 건물내 불어오는 바람의 방향이 변함에 따라 발전량의 차이가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 기상 상태가 악화될 경우 에너지를 충분히 축열 혹은 축전시킬 수 없다는 한계가 있어 왔다.

이와 같이, 종래의 발전시스템은 풍력 발전 또는 태양광 발전 중 어느 하나에 편중되어 있으며, 이를 자세히 살펴보면, 먼저, 풍력발전기의 경우 해안가, 구릉지, 산 능선 등지에 설치되며 평균 풍속이 8 ~ 12 m/s 이상의 지속적인 바람이 불어야 정격 전력을 얻을 수 있기 때문에 지역적 특성상 설치장소가 한정되어 있다.

또한, 태양광발전기의 경우 날씨변화에 따라 영향을 크게 받으며, 전형적인 한국 지형의 기후가 매우 열악하여 태양광발전을 한다 하더라도 일평균 4시간 이상의 발전이 어렵고, 며칠간 연속적으로 발전이 중단될 수 있다.

이러한 두 발전 시스템의 단점을 보완하여 최근 풍력과 태양광을 복합하여 발전하기 위한 기술이 개시되고 있다.

선행적 종래 기술로서, (특허문헌 0002) 한국등록특허공보 제10-1118525호 "태양에너지 및 풍력에너지를 이용한 발전장치"를 살펴보면 하기와 같다.

종래 기술은, 복수의 팬을 설치하여 풍력에 의해 팬에 연결된 발전기를 구동시켜 전기를 생산하고, 그 상부에 태양광 집광하여 온수를 집수함으로써, 집광효율이 뛰어나 고 효율적인 에너지 수집이 가능하고, 풍력발전이 동시에 연계되므로 기상 상태가 고르지 못할 경우나 야간 동안에도 축열, 축전이 가능하여 에너지 효율을 높이도록 구성되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술은 그 구성이 매우 복잡하며, 규모가 대형화되어 있어, 설치 비용 및 유지보수 비용이 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 풍력발전기는 탁 트인 공간에 별도의 폴대를 세워 설치하여야 하므로 장소적 제약이 있으며, 하이브리드형으로 제작 및 설치하기가 어려운 문제가 있었다.

한국공개특허공보 제10-2017-0076339호(2017.07.04.공개) 한국등록특허공보 제10-1118525호 (2012. 02. 14. 등록)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기류의 유동이 많은고층 건물의 옥상에 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전부와, 그 상부에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양양 발전부를 배치함으로 풍력과 태양광을 이용해 복합적인 에너지 발전을 이루고, 설정에 따른 태양광 발전부의 위치 조절에 따라 건물에 부는 바람을 풍력 발전부로 유도하여 에너지 생산성을 극대화할 수 있도록 이루어진 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템은, 프레임부와, 풍력 발전부와, 태양광 발전부와, 센서부와, 능동 제어부를 포함하여 이루어진다.

일 실시예로, 프레임부는, 기류의 유동이 강한 고층 건물의 옥상 바닥에 대하여 간격을 가지며 설정의 높이로 연장한 수직프레임과, 수직프레임과 이웃하는 수직프레임의 상부를 연결하여 지지하는 가로프레임을 포함한다.

풍력 발전부는, 수직프레임의 일측에 회전 블레이드를 포함해 설치되어, 풍력을 이용해 전기 에너지를 생산한다.

태양광 발전부는, 풍력 발전부의 상부에 태양광 패널을 포함해 설치되어, 태양광을 이용해 전기 에너지를 생산한다.

센서부는, 풍속, 풍향, 조도 레벨 및 온도를 포함한 기상상태와, 태양의 위치와 광량을 측정하기 위한 다수개의 센서를 구비한다.

능동 제어부는, 센서부의 측정값에 따라 태양광 패널의 회전 및 각도를 제어하여, 이웃하는 태양광 패널들 사이로 유도로를 형성함으로 바람을 집풍하면서 풍력 발전부의 회전 블레이드 방향으로 바람의 흐름을 유도하도록 제어한다.

한편, 필요에 따라 본 발명은, 옥상의 둘레를 따라 고층 건물의 주위로 흐르는 바람을 유도하여 집풍하고 풍력 발전부의 회전 블레이드 방향으로 바람의 흐름을 유도하는 기류 유도부를 더 포함하여 구성한다.

일 실시예로, 기류 유도부는, 고층 건물 옥상의 바닥 끝단에 설치되되 외측면이 곡면을 형성한 제1유도부와, 높이를 가지는 지지대에 의해 수평되게 지지되고 외측단부가 제1유도부의 상부에 위치하도록 설치한 제2유도부를 포함한다.

바람직하게, 필요에 따라 제2유도부는, 설정의 제어에 따라 각도 조절되고, 유선형의 형태를 갖는다.

한편, 태양광 발전부의 태양광 패널은, 설정의 제어에 따라, 에어 또는 물 세척을 위해 세척노즐을 포함한 세척부를 일측에 포함한다.

또한, 필요에 따라 태양광 발전부의 태양광 패널은, 힌지 회동되도록 테두리에 설치되어 설정의 제어에 따라 각도 조절됨으로 바람의 방향을 유도하는 방향유도키를 더 포함한다.

또한, 필요에 따라 옥상 바닥 일측에는 바닥 저면에 부는 바람의 방향을 풍력 발전부의 회전 블레이드 방향으로 유도하는 바닥 방향 유도키를 더 포함한다.

그리고, 프레임부는, 이웃하는 수평프레임와 수평프레임 사이에 안전그물망을 더 포함한다.

이때, 실시예에 따라, 안전그물망은, 수평프레임의 설정 위치 일측에 권취되어 제어에 따라 수평프레임을 따라 이동하여 펼쳐지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템은, 기류의 유동이 많은 고층 건물의 옥상에 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전부와, 그 상부에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양양 발전부를 배치함으로 풍력과 태양광을 이용해 복합적인 에너지 발전을 이루고, 설정에 따라 태양광 발전부의 위치 조절에 따라 건물에 부는 바람을 풍력 발전부로 유도하여 에너지 생산성을 극대화하는 효과를 갖는다.

또한, 바람의 방향을 풍력 발전부로 보다 더 유도할 수 있도록 태양광 패널과 프레임부 그리고 옥상 바닥에 방향 유도키를 설치하여 에너지 생산성을 보다 더 극대화하는 효과를 갖는다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 적용한풍력 발전부와 태양광 발전부의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 따라 고층 건물 옥상에 불어오는 바람을 풍력 발전부로 유도하는 상태를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템에 적용한 태양광 패널과 옥상에 설치한 방향 유도키를 보여주는 개략적인 도면이다.

본 발명을 설명함에 있어서, 상부 또는 상방은 높이를 가지는 고층 건물의 옥상 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하며, 하부 또는 하방은 이와 반대되는 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하여 설명하기로 한다.

더불어, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)의 일 실시예를 도시한 개략적인 도면이다.

이를 참조하면, 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 기류의 유동이 많고 강한 고층 건물(B)의 옥상(R)에 설치되는데, 자연에너지인 풍력과 태양광을 이용해 복합적인 에너지 생산을 도모하면서 바람의 방향을 풍력 발전부 측으로 유도하여 에너지 생산 효율을 극대화하도록 이루어지는 것을 가장 큰 특징으로 한다.

이를 위해, 본 발명의 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 크게 프레임부(10)와, 풍력 발전부(20), 태양광 발전부(30), 센서부(40) 및 능동 제어부(50)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 프레임부(10)는, 상술의 풍력 발전부(20)와 태양광 발전부(30)를 지지하는 기초 베이스 역할을 수행한다.

이를 위해, 프레임부(10)는, 기류의 유동이 강한 고층 건물(B)의 옥상(R) 바닥에 대하여 간격을 가지며 설정의 높이로 연장한 수직프레임(11)과, 수직프레임(11)과 이웃하는 수직프레임의 상부를 연결하여 지지하는 가로프레임(12)을 포함하여 구성한다.

이러한 수직프레임(11)에는 후술의 풍력 발전부(20)가 지지 설치된다.

그리고, 가로프레임(12)은 이웃하는 가로프레임(12)과 다각의 격자 형태로 형성하고, 수직프레임(11)과 함께 후술의 태양광 발전부(30)가 지지 설치된다.

필요에 따라, 수직프레임(11)은 고층 건물(B)의 옥상 상부로 부는 바람의 풍속이 가장 강한 위치가 풍력 발전부(20)의 회전블레이드(21)로 집중될 수 있도록 높이 조절이 가능하도록 설치한다.

이때, 이웃하는 수직프레임(11)과 수직프레임(11)은 제어에 따라 각각 높이조절되거나 동시에 높이 조절될 수 있다.

이에 따라, 수평프레임(12)은 일 실시예로 수직프레임(11)의 상부에 힌지 연결되어 수직프레임(11)의 높이 조절에 따라 설정의 제한 각도로 조절되도록 구성하거나, 다른 실시예로 수직프레임(11)의 일측을 따라 이동되어 위치조절되도록 구성할 수 있다.

이와 같은, 수직프레임(11)과 수평프레임(12)의 높이 조절은 상술한 바와 같이 옥상 상부로 부는 바람의 풍속이 가장 강한 위치가 풍력 발전부(20)의 회전블레이드(21)로 집중될 수 있도록 하기 위함이며, 이를 위한 공지의 다양한 높이 조절 시스템이 선택적으로 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 바람직하게 수평프레임(12)과 이웃하는 수평프레임(12)의 사이에는, 도1과 도 3을 참조하면, 설정 크기의 안전그물망(70)을 설치한다.

상술의 안전그물망(70)은 금속 또는 합성수지 재질의 망으로 제작되는데, 수직프레임(11)상부와 하부에 바람이 유통될 수 있도록 하면서, 이물질 등에 의해 하부로 이동하는 사람이 다치지 않도록 하는 역할을 수행한다.

일 실시예로, 상술의 안전그물망(70)은 수평프레임(12)에 항상 펼쳐져 있도록 구성한다.

또한, 다른 실시예로, 상술의 안전그물망(70)은, 필요에 따라 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)을 구성하는 수평프레임(12)의 설정 위치 일측에 권취되어 있다가 제어에 따라 수평프레임(12)을 따라 이동하여 펼쳐지도록 구성할 수 있다.

이를 위해, 일 예로, 안전그물망(70)이 펼쳐질 수 있도록 마주하는 수평프레임(12)에는 안전그물망의 단부가 따라 움직이도록 대응하는 위치로 돌출 레일 또는 레일홈 또는 와이어(미도시)를 구비한다.

그리고, 안전그물망(70)의 단부에는 대응하는 홈 또는 롤러를 구비하며, 일측에 동력을 구비하는 서보모터를 포함한다.

한편, 상술의 수직프레임(11)과 수평프레임(12)은 철제 금속재질로 필요에 따라 H 빔, I 빔, C형 채널, 사각 파이프 등으로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명을 구성하는 수직프레임(11)과 수평프레임(12)에는 태양광 및 풍력 발전에 요구되는 다양한 설비, 예컨대 배전반, 배터리, 변압기, 케이블, 에어 또는 물 공급관 등의 장치가 설정의 위치에 장착될 수 있음은 물론이다.

이어서, 본 발명에 적용한 풍력 발전부(20)는, 수직프레임(11)의 일측에 회전 블레이드(21)를 포함해 설치되는데, 회전 블레이드(21)를 회전시키는 풍력을 이용해 전기 에너지를 생산한다.

도 3을 참조하면, 일 실시예로 회전 블레이드(21)는 수직프레임(11)을 축으로 회전할 수 있도록 수직프레임(11)을 축으로 간격을 가지고 설치한 다수개의 수직판 형태를 구성한다.

이러한 회전 블레이드(21)의 형태는 이에 한정하는 것은 아니며, 공지의 다양한 풍력 발전에 적용하는 다양한 회전 블레이드(21)가 적용될 수 있음은 물론이다.

이와 관련된 회전 블레이드(21) 및 풍력 발전을 위한 풍력 발전부(20)의 공지기능 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

한편, 재차 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 적용한 태양광 발전부(30)는, 상술의 풍력 발전부(20) 상부에 다수개의 솔라셀을 구비한 태양광 패널(31)을 포함해 설치되어 태양광을 이용해 전기 에너지를 생산한다.

이러한 태양광 발전부(30)는, 수직프레임(11)과 이들을 연결하고 지지하는 수평프레임(12)에 의해 설치 지지된다.

바람직하게 상술의 태양광 발전부(30)의 태양광 패널(31)은 태양의 위치와 광량에 따라 회전하거나 각도조절될 수 있도록 구성한다.

이를 위해 태양광 발전부(30)는 일측에 태양의 위치를 감지하는 태양광센서를 포함하며, 회전수단 및 높이 조절수단을 포함해 구성한다.

이에 따라 태양광 발전부(30)는, 태양이 비추는 시간 동안 태양을 따라 위치조정되면서 태양광을 흡수하여 전기를 생산한다.

이와 같은 태양광 발전부(30)의 패널 조절은 공지된 기능으로 이를 구현하기 위한 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.

다만, 본 발명에 적용한 태양광 패널(31)은, 후술의 능동 제어부(50)에 의해 그 각도와 회전이 제어되며, 이웃하는 태양광 패널(31)과 패널(31)이 고층 건물의 옥상에 부는 바람을 집풍하여 회전 블레이드(21) 측으로 유도하는 역할을 수행한다.

다시 말해, 태양광 패널(31)은 한낮에 태양광이 한창 일때는 이를 이용해 태양광 발전을 수행해 전기 에너지를 생산하고, 태양이 없는 비오는 날 또는 일몰 후에는 불어오는 바람의 방향을 바꾸고 회전 블레이드(21) 측으로 유도하는 역할을 수행한다.

한편, 본 발명에 적용한 태양광 발전부(30)는, 태양광 패널(31)의 발전량을 극대화할 수 있도록, 도 3을 참조하면, 일측에 에어 또는 물 세척을 위해 세척노즐을 포함한 세척부(80)를 일측에 구비한다.

이러한 세척부(80)의 세척노즐은 태양광 패널(31)의 일측에 구비되며, 세척을 위한 에어 또는 물은 공급관(미도시)을 통해 공급된다.

이러한 공급관은 태양광 패널(31)의 회전 및 각도에 영향을 미치 않도록 수직프레임(11) 또는 수평프레임(12)의 내·외측으로 위치한다.

또한, 세척부(80)의 작동은 후술의 센서부(40) 측정값 또는 설정의 타이머 등 제어신호에 의해 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 풍속, 풍향, 조도 레벨 및 온도를 포함한 기상상태와, 태양의 위치와 광량을 측정하기 위한 다수개의 센서를 구비한 센서부(40)를 포함한다.

이러한 센서부(40)는 GPS를 포함한 다양한 종류의 센서들이 구비된 복합 센서로 구성할 수 있으며, 필요의 위치 즉, 프레임부(10) 또는 풍력 발전부(20) 또는 태양광 발전부(30) 중 어느 하나의 일측에 각각의 센서들이 별도 위치할 수 있다.

이러한 센서부(40)는 각각의 측정값들을 감지하여 후술의 능동 제어부(50)로 제공한다.

한편, 능동 제어부(50)는, 센서부(40)의 측정값에 따라 태양광 패널(31)의 회전 및 각도를 제어한다.

이를 통해, 능동 제어부(50)는, 본 발명의 가장 큰 특징인, 이웃하는 태양광 패널(31)들 사이로 유도로(A)를 형성함으로 바람을 집풍하면서 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 방향으로 바람의 흐름을 유도하도록 제어한다.

다시 말해, 능동 제어부(50)는 태양광에 의해 태양광 발전부(30)가 발전을 하기 어려울 때- 예를 들어, 일몰 시간 이후 또는 날씨에 따라 광량이 적을 때-, 태양광 패널(31)을 조절하여 이웃하는 태양광 패널(31)과 함께 고층 건물에 부는 바람을 집풍하고 집풍한 바람을 회전 블레이드(21) 방향으로 유도한다.

이를 통해, 풍력 발전부(20)는 태양광 발전부(30)가 작동하지 않더라도 에너지 생산성을 높여 발전량을 극대화한다.

이를 위해, 능동 제어부(50)는 각각의 풍력 발전부(20)과 태양광 발전부(30)를 전기적 제어하도록 구성되며, 필요에 따라 고층 건물 옥상 또는 내부에 별도의 통신망을 포함한 운영 시스템으로 구성한다.

그리고, 필요에 따라 능동 제어부(50)는 별도의 관리자가 확인 감독할 수 있도록 외부 감시수단을 포함하는데, 이러한 감시수단은 CCTV 카메라, IP 카메라 등으로 구비할 수 있다.

이에 따라, 풍력 발전부(20)와 태양광 발전부(30)의 동작에 따른 영상을 획득하여, 각각의 상태 또는 발전 상태 등을 별도의 관리자가 모니터링 제어하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

또한, 이러한 감시수단은 태양광 패널(31)의 상태를 관리자가 육안으로 확인할 수 있도록 해, 세척을 위한 설정의 제어신호를 인위적으로 보내 세척부(80)에 의한 태양광 패널(31) 세척이 이루어지게 할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 기류의 유동이 많은 고층 건물(B)의 옥상(R)에 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전부(20)와, 그 상부에 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양양 발전부(30)를 배치하고, 센서부(40) 측정값에 따라 태양광 발전부(30)의 전기 에너지 생산이 어려울 경우 능동 제어부(50)가 태양광 패널(31)의 회전 및 각도 조절에 통해 건물에 부는 바람을 풍력 발전부(20)로 유도하여 에너지 생산성을 극대화하도록 함을 가장 큰 특징으로 한다.

다시 말해, 프레임부(10)의 하층에는 풍력 발전부(20)를 구비하고 상층에는 태양광 발전부(30)를 구비하여, 회전 블레이드(21)의 크기와 넓이 및 태양광 패널(31)의 크기에 따라 발전용량이 결정되고, 회전 블레이드(21)의 회전력을 높이기 위해 능동 제어부(50)가 설정의 상황에 따라 태양광 패널(31)의 회전 및 각도 위치를 제어한다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 태양광 발전부(30)가 광량이 부족해 정상적인 발전 동작을 할 수 없을 때, 고층 건물(B)의 옥상(R)에 부는 바람(W : W1, W2, W3)을 집풍하고 유도하여 풍력 발전부(20)의 에어지 생산 효율을 높일 수 있게 한다.

다시 말해, 센서부(40) 측정값에 따라 능동 제어부(50)는, 도 4와 같이 이웃하는 태양광 패널(31)과 패널(31)이 동일 방향으로 각도 조절되게 하거나, 도 5와 같이 이웃하는 태양광 패널(31)과 패널(31)이 서로 다른 방향으로 각도 조절되게 한다.

이를 통해, 태양광 패널(31)과 패널(31)은 유도로(A)를 형성하고 건물에 부는 바람을 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21)로 바람의 방향을 유도한다.

한편, 실시예에 따라 가장 강한 풍속 및 풍량이 회전 블레이드(21)에 집중될 수 있도록 상술의 프레임부(10)의 수직프레임(11)은 높이 조절될 수 있다.

한편, 재차 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 고층 건물(B)의 주위로 흐르는 바람을 집풍하여 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 방향으로 바람의 흐름을 유도하는 기류 유도부(60)를 더 포함한다.

고층 건물(B)은 높이가 높을수록 그 주변을 따라 흐르는 기류의 유동이 상당하다.

도 4를 참조하면, 고층 건물(B)의 하부에서 상부로 상승하는 상승 바람(W1)과, 건물의 높이를 타고 수평되게 불어오는 수평 바람(W2) 및 고층 건물(B)의 상부에서 하부로 불어오는 하강 바람(W3) 및 이러한 바람의 흐름이 합쳐져 만들어내는 회전 바람 등 기류의 유동이 많다.

이러한, 바람의 흐름을 유도하여 회전 블레이드(21) 측으로 유도하도록 고층 건물(B)의 옥상(R) 테두리 둘레를 따라 기류 유도부(60)를 설치한다.

일 실시예로, 기류 유도부(60)는, 고층 건물(B) 옥상(R)의 바닥 끝단에 설치되되 외측면이 곡면을 형성한 제1유도부(61)와, 높이를 가지는 지지대(62)에 의해 수평되게 지지되고 외측단부가 제1유도부(61)의 상부에 위치하도록 설치한 제2유도부(62)를 포함하여 구성한다.

이에 따라, 고층 건물(B) 외부에 부는 바람은 제1유도부(61)와 제2유도부(62)가 형성하는 통로를 따라 유도되고, 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 측으로 유도된다.

이러한 제2유도부(62)는 필요에 따라 설정의 제어에 따라 각도 조절될 수 있고, 바람의 흐름이 용이하도록 유선형의 형태를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템(1)은, 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21)의 회전수가 높아져 에너지 생산이 보다 더 극대화되도록 설정의 위치에 다수의 방향 유도키를 더 포함함을 특징으로 한다.

일 실시예로, 도 6을 참조하면, 태양광 발전부(30)의 태양광 패널(31)은, 외곽을 구성하는 테두리가 힌지축(64a)에 의해 각도 조절된다.

다시 말해, 태양광 패널(31)의 테두리에 설정의 제어에 따라 각도 조절되어 바람의 방향을 유도하는 방향 유도키(64)를 구비한다.

또한, 고층 건물(B) 옥상(R) 바닥 일측에는 바닥 저면에 부는 바람의 방향을 상승시켜 회전 블레이드(21) 방향으로 유도하는 바닥 방향 유도키(65)를 구비한다.

그리고, 도시하진 않았지만, 프레임부(10)를 구성하는 수직프레임(11) 또는 수평프레임(12)의 일측에 돌출된 날개 형태로 설정의 제어에 따라 각도 조절되어 바람의 방향을 유도하는 방향 유도키(미도시)를 구비할 수 있다.

일 실시예로, 상술의 방향 유도키(64, 65)는 힌지 회동하는 판상의 블레이드로 바람직하게 단면이 유선형을 가진다.

이와 같은, 다수의 방향 유도키(64, 65)는 개별 각도 조절될 수 있음은 물론이며, 센서부(40)의 측정값에 따라 능동 제어부(50)에 의해 바람의 흐름이 회전 블레이드(21) 측으로 집풍되어 유도될 수 있도록 제어될 수 있음은 물론이다.

그리고, 프레임부와 태양광 패널 또는 옥상에 배치된 다수의 방향 유도키는 이웃하는 유도키 또는 태양광 패널과의 간격을 통해 유도로(A)를 형성하고 흡입구 역할을 수행해 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 측으로 바람을 집풍하여 유도한다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

1 : 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템
10 : 프레임부 11 : 수직프레임
12 : 수평프레임 20 : 풍력 발전부
21 : 회전 블레이드 30 : 태양광 발전부
31 : 태양광 패널 40 : 센서부
50 : 능동 제어부 60 : 기류 유도부
61 : 제1유도부 62 : 지지대
63 : 제2유도부 64, 65 : 방향 유도키
70 : 안전그물망 80 : 세척부
B : 고층 건물
R : 옥상

Claims (9)

1. 기류의 유동이 강한 고층 건물(B)의 옥상(R) 바닥에 대하여 간격을 가지며 설정의 높이로 연장한 수직프레임(11)과, 상기 수직프레임(11)과 이웃하는 수직프레임의 상부를 연결하여 지지하는 가로프레임(12)을 포함한 프레임부(10)와;
   상기 수직프레임(11)의 일측에 회전 블레이드(21)를 포함해 설치되어, 풍력을 이용해 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전부(20)와;
   상기 풍력 발전부(20)의 상부에 태양광 패널(31)을 포함해 설치되어, 태양광을 이용해 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부(30)와;
   풍속, 풍향, 조도 레벨 및 온도를 포함한 기상상태와, 태양의 위치와 광량을 측정하기 위한 다수개의 센서를 구비한 센서부(40)와;
   상기 센서부(40)의 측정값에 따라 상기 태양광 패널(31)의 회전 및 각도를 제어하여, 이웃하는 태양광 패널(31)들 사이로 유도로(A)를 형성함으로 바람을 집풍하면서 상기 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 방향으로 바람의 흐름을 유도하도록 제어하는 능동 제어부(50)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 옥상(R)의 둘레를 따라 고층 건물(B)의 주위로 흐르는 바람을 유도하여집풍하고 상기 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 방향으로 바람의 흐름을 유도하는 기류 유도부(60)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 기류 유도부(60)는,
   고층 건물(B) 옥상(R)의 바닥 끝단에 설치되되 외측면이 곡면을 형성한 제1유도부(61)와,
   높이를 가지는 지지대(62)에 의해 수평되게 지지되고, 외측단부가 상기 제1유도부(61)의 상부에 위치하도록 설치한 제2유도부(63)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제2유도부(62)는,
   설정의 제어에 따라 각도 조절되고, 유선형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광 발전부(30)의 태양광 패널(31)은,
   설정의 제어에 따라, 에어 또는 물 세척을 위해 세척노즐을 포함한 세척부(80)를 일측에 포함한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광 발전부(30)의 태양광 패널(31)은,
   힌지 회동되도록 테두리에 설치되어, 설정의 제어에 따라 각도 조절됨으로 바람의 방향을 유도하는 방향유도키(64)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 옥상(R) 바닥 일측에는 바닥 저면에 부는 바람의 방향을 상기 풍력 발전부(20)의 회전 블레이드(21) 방향으로 유도하는 바닥 방향유도키(65)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 프레임부(10)는,
   이웃하는 수평프레임(12)와 수평프레임(12) 사이에 안전그물망(70)을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 안전그물망(70)은,
   상기 수평프레임(12)의 설정 위치 일측에 권취되어 제어에 따라 수평프레임(12)을 따라 이동하여 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 건물 옥상용 자연에너지 복합 발전 시스템.

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