KR20230172122A - 발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 - Google Patents

발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치에 관한 것이다.

Description

발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치{SOLAR-WIND HYBRID POWER GENERATION DEVICE THAT GENERATES AND VENTILATES AT SAME TIME}
본 발명은 발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치에 관한 것이다.
신재생 에너지에 대한 관심과 필요성이 높아지는 가운데, 태양광 발전 수단과 풍력 발전 수단을 혼용하는 기술이 다수 공개되어 있다.
태양광-풍력 혼용 발전에 관한 배경 기술의 설명은 아래 [특허문헌] 리스트 제시로 갈음한다.
다만, 종래의 태양광-풍력 혼용 발전 기술들은,
1) 태양광 발전과 풍력 발전 간의 유기적 연계성이 부족하고,
2) 컴팩트한 공간 구성 및 다양한 활용처에 적용할 수 있는 가변성이 부족하며,
3) 태양광 발전 효율과 풍력 발전 효율을 함께 높일 수 있는 기술 구성이 제시되어 있지 않다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전과 환기가 동시에 진행되는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하이브리드 발전 장치는 서포트(110); 상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120); 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140); 상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135); 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130); 상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150); 선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155); 상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명으로부터 아래의 효과를 기대할 수 있다.
1. 구형 또는 반구형 회전체의 외연을 따라 유연성(flexible) 태양광막을 결합시키므로 태양의 고도 및 방위에 관계없이 태양광 수광이 가능하여 태양광 발전 효율을 높일 수 있다.
2. 회전체의 회전축이 슬립링을 관통하도록 구성하여, 태양광막과 연결된 케이블의 꼬임없이 원활한 풍력발전이 이루어지도록 할 수 있다.
3. 다수의 풍력 저항 블레이드를 구형(求刑) 또는 반구형(半球形)으로 조합하여, 벤츄레이터 형태의 회전체를 구성할 수 있으며, 이에 따라 태양광 발전, 풍력 발전과 함께 환기 기능이 수행되도록 할 수 있다.
4. 회전체 내부 공간을 케이블, 발전기, 제1,2충전 컨트롤러, 축전기, 인버터 등의 배치공간으로 활용할 수 있다.
[도 1]은 구형 회전체가 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 일 실시예의 단면도이다.
[도 2]는 반구형 회전체에 측방으로 저항판이 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 3]은 반구형 회전체 하부에 저항판이 구비된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 4]는 구형 회전체에 저항판이 종방향으로 둘러진 형태로 결합된 실시예의 외형도이다.
[도 5]는 다수의 풍력 저항 블레이드가 구형으로 조합된 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 실시예의 외형도이다.
[도 6]은 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치 일 실시예의 내부 구성을 하부에서 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
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 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명은 「서포트(110); 상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120); 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140); 상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135); 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130); 상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150); 선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155); 상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및 상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고, 상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100)」를 제공한다.
상기 서포트(110)는 지면, 구조물 등에 독립적으로 또는 타 부재와의 결합관계에 의해 세워져 고정된 부재이다.
[도 1]에 도시된 바와 횡지지대(115) 위에 상기 서포트(110)를 결합시킬 수 있으며, [도 2] 내지 [도 6]에 도시된 바와 같이 별도의 하우징(10)을 구성하여, 상기 하우징(10) 내부 바닥에 상기 서포트(110)를 세워 결합시킬 수 있다.
상기 슬립링(Slip Ring, 120)은 상기 서포트(110) 상부에 배치된다. 슬립링은 로터리 조인트, 로터리 커넥터 등으로도 불리는 전기 부품으로서, 회전하는 장비에 전원 또는 신호라인을 공급할 때 전선의 꼬임없이 전달 가능한 회전형 커넥터이다. 본 발명에서 상기 슬립링의 적용에 관한 구체적 사항은 후술하기로 한다.
상기 회전축(130)은 하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 축회전이 이루어질 수 있는 구조(볼 베어링 등)로 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성되어 있다.
상기 대 기어(131)는 풍력발전에 이용되며 후술할 소 기어(161)와의 상대적 크기면에서 비교 우위를 갖는다는 의미이다. 상기 대 기어(131)는 상기 소 기어(161)와 맞물려 회전하되, 대-소 기어비에 따라 회전수가 증가한다. 이에 따라 상기 발전기(160)에서는 상기 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용한 발전(發電)이 이루어진다.
상기 회전체(140)는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연을 갖도록 구성된 것으로서, 상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전한다. 상기 회전축(130)이 상기 회전체(140)의 종방향 중심축이 되는 것이다.
상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 유연성 태양광막(150)이 결합되며, 결과적으로 상기 회전체(140)는 플렉시블한 태양광막을 조합하여 구형 또는 반구형으로 형성시키기 위한 베이스 프레임 역할을 한다. 상기 태양광막(150)은 빛 에너지를 전기로 바꾸는 광기전 효과(photovoltaic effect)를 일으키는 것으로서, 상기 태양광막(150)이 구형 또는 반구형으로 형성됨으로써, 태양의 고도와 방위에 관계없이 태양광 수광이 가능하게 된다.
다만, 상기 회전체(140)가 구형(求刑)인 경우 하반구에는 태양광이 도달하기 어려울 수 있는데, 이 경우 상기 구형의 회전체(140) 하부에 반사판(30)을 배치함으로서 하반구 부분에서도 태양광 수광 및 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 반사판(30)에 도달한 태양광이 상기 회전체(140)의 하반구로 고르게 반사되도록, 상기 반사판(30)의 형태를 상기 하반구를 향해 확공되는 형태로 구성할 수 있다. 또한, 상기 반사판(30)의 판면은 반사율이 높은 은박지 등으로 커버할 수 있다.
상기 회전체(140)에는 풍력을 받아 상기 회전체(140)의 회전을 유도하는 저항판(20)을 결합시킬 수 있다. 상기 저항판(20)은 [도 2]에 도시된 바와 같이 선풍개 날개와 같이 굴곡면을 갖는 날개형으로 구성하여 회전체(140)의 측방에 결합시키거나, [도 3]에 도시된 바와 같이 벤츄레이터 블레이드처럼 굴곡면을 갖는 블레이드형으로 구성하여 회전체(140)의 하방에 결합시킬 수 있다. 또한, [도 4]에 도시된 바와 같이, 상기 저항판(20)을 굴곡면을 갖는 블레이드형으로 구성하되, 상기 회전체(140)에 종방향으로 둘러진 형태로 결합시킬 수 있다. 상기 저항판(20)의 굴곡면은 모든 방향의 바람에 저항할 수 있도록 설계하여, 상기 회전체(140)의 원활한 축회전이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, [도 5]에 도시된 바와 같이, 다수의 풍력 저항 블레이드를 구형(求刑) 또는 반구형(半球形)으로 조합하여, 벤츄레이터 형태의 회전체를 구성할 수 있다. 이 경우 기존의 벤츄레이터 설치 부위에 본 발명 장치를 적용함으로써 환기 기능을 수행함과 동시에 태양광 발전 및 풍력 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 케이블(155)은 상기 태양광막(150)에 의해 생성된 전류를 제2축전지(180)까지 흘려보내기 위한 것이다. 상기 케이블(155)의 선단은 상기 태양광막(150)에 결합되어 있으므로 상기 회전체(140)가 축회전할 때 함께 회전한다. 그러나, 상기 케이블(155)의 말단은 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치되어 있어, 상기 케이블(155)이 꼬이지 않게 된다.
상기 접전 상태는 상기 케이블(155)의 말단과 전도체 링이 직접 접하거나 타 전도체 부재를 매개로 간접적으로 접하는 상태를 포함하고, 상기 케이블(155) 말단과 전도체 링이 이격된 상태에서 비접촉식 전류 전달이 이루어지는 모든 상태를 포함한다.
한편, 상기 케이블(155)은 상기 회전축(130)에 구비된 대 기어(131)를 관통한 후 [0046] 슬립링(120)의 전도체 링에 접전(接電)되도록 구성함으로써 상기 회전체(140) 내부에서 케이블이 얽히지 않도록 정리할 수 있다.
상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 풍력에 의해 상기 발전기(160)에서 생성된 전력은 상기 축전기(190)에 축전된다. 전류가 상기 축전기(190)에서 상기 태양광막(150)으로 역류하는 것을 방지하기 위한 제1충전 컨트롤러(170) 및 상기 축전기(190)에서 발전기(160)로 역류하는 것을 방지하기 위한 제2충전 컨트롤러(180)를 함께 구성할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

  1. 서포트(110);
    상기 서포트(110) 상부에 배치된 슬립링(Slip Ring, 120);
    상기 회전축(130)에 결합되어 외력에 의해 축회전하는 구형(求刑) 또는 반구형(半球形) 외연의 회전체(140);
    상기 슬립링(120)을 지지하도록 상기 회전체(140) 내부공간의 중단을 가로질러 결합된 연결보강부재(135);
    하단이 상기 슬립링(120)과 연결보강부재(135)를 관통하여 상기 서포트(110) 상단에 삽입되며, 상기 연결보강부재(135)와 서포트(110) 사이의 외주연에 대 기어(131)가 형성된 회전축(130);
    상기 회전체(140)의 외연 형태를 따라 결합된 유연성(flexible) 태양광막(150);
    선단이 상기 태양광막(150)에 고정되고, 말단이 상기 슬립링(120)의 전도체 링에 비고정 상태로 접전(接電)되어, 상기 말단의 접전 상태를 유지하며 상기 회전체(140)와 함께 회전하도록 설치된 케이블(155);
    상기 대 기어(131)와 맞물리는 소 기어(161)를 매개로 상기 회전체(140)의 회전력을 이용하여 발전(發電)하는 발전기(160); 및
    상기 태양광막(150)에서 생성되어 상기 케이블(155)을 거쳐 전달된 전력과 상기 발전기(160)에서 생성된 전력을 축전하는 축전기(190); 를 포함하고,
    상기 서포트(110), 발전기(160) 및 축전기(190)가 모두 상기 회전체(140) 내부공간에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광-풍력 하이브리드 발전 장치(100).
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