KR20090098110A

KR20090098110A - 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치

Info

Publication number: KR20090098110A
Application number: KR1020080023296A
Authority: KR
Inventors: 차인수; 박세준; 최홍준
Original assignee: 차인수; 최홍준; 박세준
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: KR100973528B1

Abstract

본 발명은 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치에 관한 것으로, 태양광으로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명을 적용하면, 태양광 발전모듈로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어함으로써 에너지 낭비없이 정확한 에너지 보상이 이루어져 기상 악화시에도 무정전으로 전력을 공급할 수 있도록 한 장점이 있다.

태양광, 바이오 연료, 전력보상.

Description

태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치{ELECTRIC POWER COMPENSATING APPARATUS OF SOLAR/BIO-FUEL POWER HYBRID GENERATING SYSTEM}

본 발명은 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 태양광으로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 지구의 석유 매장량이 심각하게 감소하면서 고유가 행진이 지속되고 있다. 최근에는 각종 대체에너지가 개발되면서 그 효율을 증진시키고, 석유를 실질적으로 대체할 수 있는 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

다수의 대체에너지 중에서 그 효용성과 범용성 및 발전 가능성을 모두 고려하여 볼 때, 가능성이 있는 대체에너지는 단연 태양광 발전과 풍력발전이다. 물론, 이러한 대체에너지는 각종 기후환경과 운전 특성에 따라 그 효율이 크게 좌우되기는 하지만, 발전 효율을 증가시키게 되면 실질적으로 석유를 대체할 에너지로 인식 하고 있다.

또한, 태양광 발전과 풍력발전은 그 방식의 특성상 일간, 연간으로 상호 보완적인 특성을 갖는다. 이는 태양광과 풍력이 각기 상반된 기상특성에서 동작하기 때문이다. 따라서, 태양광 발전과 풍력발전이 상호 복합된 발전방식을 채택하면 그 에너지 효율이 더욱 높아질 수 있게 될 것이다.

하지만, 이러한 발전방식으로 탄생된 복합발전 장치들은 모두 상시 전원으로서 안정적인 전력 공급이 어렵다는 문제가 있었다. 즉, 발전장치의 특성상 태양광이 강할 때나, 바람이 강할 때에는 더 많은 전력이 발생되고, 반대일 경우에는 기준치보다 더 작은 전력이 발생되기 때문이다.

또한, 초기 장비설치 후에 반 영구적으로 사용할 수 있는 에너지 저장장치 및 전력 보상장치가 현재에는 전무하기 때문에 복합 발전장치를 구성하기에 어려움이 많은 실정이다.

따라서, 본 출원인은 2004년 태엽장치를 이용하여 태양광과 풍력으로부터 발전된 에너지를 저장하고, 상시 부하전원으로 해당 발전 전력을 투입할 수 있도록 한 에너지 저장장치 및 전력 보상장치를 개발하고, 특허출원하여 등록 받은 바 있다.

그러나, 이러한 종래 대표적인 대체에너지인 태양광과 풍력을 이용한 발전 장치는 양자 공히, 자연적 환경으로부터 에너지를 획득하는 장치로서, 태양광이 조사되지 않으면서 바람이 불지 않는 기후 조건에서는 전혀 발전을 할 수 없다는 문제점이 있었다. 물론, 자체에 내장된 에너지 저장장치를 이용하여 불리한 기후 조 건에서는 보조적으로 발전을 행하고는 있으나, 무정전 시스템(UPS)과 연결된 매우 중요한 장치의 에너지 원으로 사용되거나, 정전시 상당한 경제적인 피해가 발생되는 장치의 에너지원으로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

또한, 부하의 상태를 감시하면서 효율적인 발전 및 저장을 수행하지 못했다는 문제점이 있었으며, 발전 전력에 대응하여 부족한 전력분을 정밀하게 다른 발전장치로부터 획득하도록 제어하는 제어장치가 전무하였다는 문제점이 있었다.

한편, 최근에는 쓰레기 매립장에 매립된 생활 쓰레기 및 생활 오폐수로부터 메탄가스를 수득하고, 그 메탄가스를 터빈 발전기를 이용하여 에너지로 변환하는 바이오 연료 장치들이 개발되고 있는 바, 이러한 바이오 연료는 자연 환경으로부터 얻어진 것이 아니고, 인간의 생활환경으로부터 얻어진 것이며, 기후의 영향을 받지 않는다는 점에서, 자연으로부터 수득된 에너지원과 하이브리드 장치로 구성되게 되면 부하에 상시 전원을 지속적으로 공급할 수 있다는 의미가 있을 것이므로 이에 대한 지속적인 연구가 필요한 실정이었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 태양광으로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 각 솔라셀을 통한 발전을 위해, 그 하부에는 발전기함이 구비되어져 있는 태양광 발전모듈과, 바이오 연료를 공급받아 터빈발전기를 통해 전력을 발전하기 위한 바이오 연료 발전모듈로 이루어져 부하로 전력을 공급하게 이루어진 복합 발전시스템에 있어서, 상기 태양광 발전 모듈로부터 발전된 전력이 기설정 이상으로 투입되거나, 부하 미검출시 제어신호에 의해 해당 발전전력을 인가받아 구동되는 DC모터와; 상기 DC모터의 축에 결합된 구동기어와; 그 구동기어와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어와 연결된 종동기어와; 상기 종동기어에 축결합된 동력전달파이프와; 상기 동력전달파이프를 그 외주연에 일부 감싸도록 결합시킨 동력전달축과; 상기 동력전달축과 동일 축선상에 결합되어 발전전력을 저장하기 위한 태엽과; 상기 동력전달축의 중앙 동일 축선상에 구성된 제 1 풀리와; 상기 제 1 풀리와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리와 벨트에 의해 연결된 제 2 풀리와; 상기 제 2 풀리의 축선상에는 결합되고, 제 2 풀리의 회전력을 인가받아 일정전력을 발전하는 제너레이터와; 부하의 존재 여부를 판단하며, 태양광 발전 전압값을 인가받아 해당 전압값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽을 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하여 태엽을 통한 축전 및 발전을 구동 제어하고, 태양광 발전 및 상기 태엽을 통한 발전의 합전 전압값과 기준 전압값을 비교하여 전력 부족분을 연산하고, 전력 부족분과 대응되는 전력량을 바이오 연료 발전모듈을 구동 제어함으로써 전력보상을 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 제어부는 상기 태엽의 권취기준값과 기준전압값, 부하 전력값, 부족 전력값과 매칭되는 바이오 연료량 데이터, 바이오 연료량에 대응되는 터빈발전기의 작동값을 저장하는 메모리가 더 포함된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 제어부는 부하 미검출시, 상기 태양광 발전모듈로부터 인가된 전력으로 DC모터를 구동 제어하여, 상기 태엽을 권취하여 축전이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 태엽의 축선상에는 포토커플러로 구성되어 태엽의 권취수를 검출하는 권취감지센서가 장착된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 태양광 발전 모듈로부터 발생된 출력을 정전력으로 안정시키기 위해 승압형 PID 제어 컨버터로 이루어진 DC/DC컨버터와; 상기 DC/DC컨버터를 통과한 DC전압을 교류 220Ｖ로 변환시키기 위한 인버터가 더 포함된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치가 제공된다.

본 발명에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치는 태양광 발전모듈로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부 하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어함으로써 에너지 낭비없이 정확한 에너지 보상이 이루어져 기상 악화시에도 무정전으로 전력을 공급할 수 있도록 한 장점이 있다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 외형을 도시한 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 구성을 도시한 정단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템(2)의 전력보상 제어장치(12)는 태양력으로부터 발전된 출력전력을 저장하면서 부하의 존재 여부 및 그 부하의 필요 전력분을 검출하고 태양력 발전 전력 및 전력저장부의 저장전력을 그 필요 전력분과 비교 판단하여, 전력 부족분에 대해 바이오 연료를 통한 발전으로 보상하도록 제어하는 장치이다.

이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템(2)의 전력보상 제어장치(12)는

먼저, 일측에 태양광 발전 모듈(4)과 바이오 연료 발전 모듈(6)이 구성되어져 있으며, 각 솔라셀은 지지축(8)에 의해 일정높이로 고정되어져 있으며, 상기 바이오 연료 발전모듈(6)에는 바이오 연료를 공급하기 위한 연료 공급관(7)과, 그 연 료 공급관(7)을 통해 공급된 바이오 연료를 이용하여 발전을 수행하는 터빈 발전기(10)가 구비되어져 있으며, 상기 연료 공급관(7)의 중앙 소정부에는 연료 공급량을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(13)가 구비되어져 있다.

한편, 상기 바이오 연료 발전모듈(6)의 일측 하부에는 발전기함(11)이 구비되어져 있다. 각각의 태양광 발전 모듈(4)과 바이오 연료 발전모듈(6)은 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

상기 태양광 발전 모듈(4)과 풍력발전 모듈(6)의 그 타측에는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치(12)가 구성되어져 있는 바, 그 전력보상장치(12)는 육면체의 외함(14)이 구성되어져 있으며, 그 외함(14)의 내부에 전체 장치를 지지하기 위한 프레임(38)이 구성되어져있다.

또한, 상기 외함(14)의 하부 및 상기 태양광 발전 모듈(4)과 상기 바이오 연료 발전모듈(6)을 지지하기 위한 베이스판(16)이 그 바닥면을 구성하고 있으며, 상기 프레임(38)의 내부에는 상기 태양광 발전 모듈(4)의 발전전력을 기준전력과 비교하고, 상기 전력보상장치(12)의 구동여부를 판단하며, 상기 태양광 발전모듈(4)과 전력보상장치(12)로부터 얻어질 수 있는 합산 전력과 부하 전력을 비교하여 전력 부족분을 판단하고, 상기 바이오 연료 발전모듈(6)의 구동 여부를 판단하기 위한 회로기판(18)이 장착되어져 있다.

그 회로기판(18)의 측방에는 상기 태양광 발전 모듈(4)로부터 발전된 전력이 기설정 이상이거나, 부하가 검출되지 않을 때, 제어신호에 의해 구동되는 DC모 터(20)가 장착되어져있다.

또한, 상기 DC모터(20)의 축에는 구동기어(22)가 결합되어져 있으며, 그 구동기어(22)와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어(22)와 연결된 종동기어(24)가 구성되어져 있다. 또, 상기 종동기어(24)는 동력전달축(28)에 의해 축결합되어져 있으며, 그와 동일 축선상에 제 1 풀리(26)가 결합되어져 있고, 그 후단에 동일 축선상에 결합된 태엽(32)이 구비되어져 있다. 상기 태엽(32)은 본 발명의 전력저장을 위한 구성으로서, 이러한 태엽(32)은 일반 축전지와는 다르게 반 영구적으로 사용할 수 있으며, 그 전력저장효율이 매우 높다. 또한, 상기한 태엽(32)을 다수개 구성하게 되면 보다 많은 값의 전력을 저장할 수 있다.

한편, 상기 제 1 풀리(26)와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리(26)와 벨트(54)에 의해 연결된 제 2 풀리(30)가 구비되어져 있으며, 그 제 2 풀리(30)의 축선상에는 제너레이터(36)가 구비되어져 있다. 그 제너레이터(36)는 상기 태양광 발전 모듈(4)과 풍력발전 모듈(6)로부터 투입된 발전전력이 기준값 이하일 때, 상기 태엽(32)을 동작시켜 그 회전력을 이용하여 전력을 발생시키기 위한 구성이다.

또, 상기한 각각의 동력전달축(28)이나 모터축(42)은 그 프레임(38)이나 지지대(50)의 내부에 구비된 베어링(46,48,50)을 통해 원활한 회전이 가능하게 결합되어져 있다.

한편, 상기 종동기어(24)는 동력전달축(28)의 외주연에 결합된 동력전달파이프(40)에 결합되어져 있는 바, 상기 동력전달축(28)은 종동기어(24)로부터 제공받 은 동력을 상기 동력전달축(28)에 일방향으로 전달하며, 그 반대로 상기 동력전달파이프(40)로부터 제공된 동력은 동력전달축(28)으로 전달하지 않는다. 이는 상기 태엽(32)에 의한 동력을 통해 상기 제너레이터(36)를 구동시키기 위한 동력에 상기 동력전달축(28)이 부하로서 작용하지 않도록 하기 위한 구성이다. 그 동력전달축(28)과 동력전달파이프(40)의 결합구조(A)에 대한 상세 설명은 후술하기로 한다.

또한, 상기 태엽(32)의 축선상에는 권취감지센서(56)가 구비되어져 있는 바, 그 권취감지센서(56)는 공지의 포토커플러로 구성되며, 상기 태엽(32)축의 회전수를 검출하게 된다. 본 발명에는 바람직하게 상기 태엽(32)의 축이 16회 권취되게 되어져 있으나, 이는 태엽(32)의 크기와 비례하므로 16회의 권취수로 제한되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치(12)는 부하 검출시 상기 태양광 발전 모듈(4)로부터 발전되어 투입된 전력값을 기준값과 비교하여, 해당 전력값이 기준값보다 큰 경우라면 부하(미도시)로 해당 전력을 투입하며, 부하 미검출시는 상기 태양광 발전모듈(4)을 통해 발전된 전력으로 상기 DC모터(20)를 구동시켜 전력을 저장한다.

즉, 상기 DC모터(20)의 구동에 의해 발생된 회전력이 그 모터축(42)을 통해 상기 구동기어(22)로 전달되며, 그 구동기어(22)와 체결된 체인(44)을 매개하여 구동기어(22)의 회전력이 종동기어(24)로 전달된다. 종동기어(24)는 상기 동력전달파이프(40)에 축결합되어져 있으므로 그 동력전달파이프(40)를 회전시키게 되며, 동력전달파이프(40)의 회전력은 그 내부에 결합된 동력전달축(28)으로 전달된다.

그로인해, 상기 동력전달축(28)으로 전달된 회전력은 동일 축선상에 결합된 상기 태엽(32)을 회전시켜 태엽이 권취될 수 있도록 한다. 이때, 상기 태엽(32) 축의 하부에 구비된 권취감지센서(56)에 의해 태엽(32) 축의 회전을 감지함으로써 일정회수 이상은 더 이상 태엽(32)이 권취되지 않는 상태이므로 해당 기준 권취수를 미리 설정하여, 더 이상 태엽(32)이 권취되지 않도록 한다.

한편, 부하 검출시 상기 태양광 발전모듈(4)로부터 발전된 전력값이 기준값보다 작은 경우라면, 상기 태엽(32)에 의한 동력을 통해 상기 제너레이터(36)를 구동시켜 발전된 전력과 태양광 발전모듈(4)과의 합전 전력을 기준값과 비교하여 해당 전력값이 기준값보다 큰 경우라면 부하(미도시)로 해당 전력을 투입한다.

또한, 부하 검출시 상기 태양광 발전모듈(4)로부터 발전된 전력값이 기준값보다 작으며, 상기 제너레이터(36)를 구동시켜 발전된 전력과 태양광 발전모듈(4)을 합전한 전력이 기준값보다 작은 경우라면 그 전력부족분을 체크하고, 미리 저장된 시뮬레이션 데이터로부터 해당하는 바이오 연료 공급데이터를 추출하여 상기 바이오 연료 발전모듈(6)을 구동시킨다. 그러면, 부하에 필요한 전력분을 정밀하게 공급할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 전력저장부를 도시한 일부 상세 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 전력저장부는 도 5에 도시된 바와 같이 태엽(32)으로 구성되어져 있으며, 그 태엽(32)의 감김과 풀림에 의해 전력 저장 및 발전을 반복 하게 된다.

상기 태엽(32)의 권취를 통해 전력이 저장된 상태에서는 그 태엽(32)이 특정조건을 만족하기 전에는 풀어지지 말아야 하므로, 태엽(32)의 풀림을 제어하기 위한 스토퍼(64)가 구비되어져 있다. 또한, 그 스토퍼(64)와 결합될 수 있도록 태엽(32)의 축에는 스토퍼기어(70)가 결합되어져 있는 바, 그 스토퍼(64)가 스토퍼기어(70)와 결합된 상태에는 태엽(32)이 풀리지 않게 된다.

또한, 상기 스토퍼(64)는 스토퍼(64)가 힌지결합될 수 있도록 힌지축(62)이 구성된 스토퍼하우징(60)에 내장되어져 있으며, 그 스토퍼(64)의 일측 하부와 스토퍼하우징(60)에는 스프링(66)의 양단이 각각 결합되어져 있으며, 그 스토퍼(64)의 타측에는 솔레노이드(68)가 결합되어져 있다. 따라서, 그 솔레노이드(68)가 동작하지 않을 때에는 상기 스토퍼(64)가 상기 스프링(66)의 탄성에 의해 상시 상기 스토퍼기어(70)와 결합되어지며, 상기 솔레노이드(68)가 동작되어 상기 스토퍼(64)의 일측을 잡아당기게 되면 스토퍼(64)가 상기 스프링(66)을 가압하면서 상기 스토퍼기어(70)와 스토퍼(64)의 결합을 해제시키게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 동력전달부의 구성을 도시한 측단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 동력전달부는 크게 동력전달축(28)과 동력전달파이프(40)로 구성되어져 있으며, 동력전달파이프(40)로부터 동력전달축(28)으로의 동력전달은 이루어지나, 동력전달축(28)으로부터 동력전달파이프(40)로의 동력전달은 이루어지지 않도록 구성되어져 있다. 이는 상기 태엽(32)의 풀림에 의해 제너레이터(36)를 구동시키기 위한 동력이 상기 종동기어(24)를 구동시키는 부하로 작용하는 것을 방지하기 위함이다.

이를 위해, 상기 동력전달파이프(40)의 내주연에는 일정간격으로 다수개의 걸림돌기(72)가 형성되어져 있으며, 상기 동력전달파이프(40)가 결합되는 동력전달축(28)의 외주연에는 상기 동력전달파이프(40)의 걸림돌기(72)와 걸리거나, 걸리지 않게 되는 스위칭돌기(74)가 형성되어져 있는 바, 그 스위칭돌기(74)는 힌지축(76)에 의해 상기 동력전달축(28)의 외주연에 회전 가능하게 결합되어져 있으며, 그 하부에는 판스프링(78)이 장착되어져 있는 바, 예컨대 상기 동력전달파이프(40)가 시계반대방향으로 회전하게 되면 그 내주연에 형성된 걸림돌기(72)가 상기 스위칭돌기(74)에 걸려서 동력이 전달되게 된다.

반면에, 상기 동력전달축(28)이 제너레이터(36)를 구동시키기 위해 시계반대방향으로 회전하게 되면, 상기 동력전달축(28)의 내주연에 형성된 걸림돌기(72)가 스위칭돌기(74)를 가압하게 되며, 그 스위칭돌기(74)는 하부에 구성된 판스프링(78)을 가압하면서 하강하게 되므로 상기 걸림돌기(72)와 스위칭돌기(74)가 걸리지 않게 되므로 동력전달이 이루어지지 않게 된다.

따라서, 상기 DC모터(20)의 동력을 전달받는 동력전달파이프(40)는 상시 시계반대방향으로만 회전하도록 설정하며, 상기 동력전달파이프(40)가 태엽(32)으로부터 동력을 전달받아 회전할 때에도 항상 시계반대방향으로 회전하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치(12)는 상기 태양광 발전 모듈(4)로부터의 출력을 안정화시키기 위해 DC/DC컨버터(82)가 구성되어져 있다. 상기 태양광 발전 모듈(4)로부터 발생된 출력이 불안정하기 때문에 높은 전류, 낮은 전압의 입력특성에 대응할 수 있도록 본 발명에서는 승압형 PID 제어 컨버터를 사용한다. 상기 DC/DC컨버터(82)로부터 출력된 전압은 대부분 안정된 24Ｖ가 출력되게 된다.

또한, 본 발명에는 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 DC전압을 교류로 변환시키기 위한 인버터(84)가 구비되는 바, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 직류가 인버터(84)를 통과하게 되면 교류 220Ｖ로 변환되게 되어 부하(86)의 상용전원으로 사용할 수 있게 되며, 상기 부하(86)에는 부하의 존재 유무를 검출하기 위한 부하 검출부(87)가 더 구비되어져 있다.

한편, 본 발명에는 바이오 연료 탱크(11)로부터 솔레노이드 밸브(13)를 통해 공급받은 바이오 연료로 전력을 발전시키기 위한 바이오 연료 발전모듈(6)이 구성되어져 있는 바, 그 바이오 연료 발전모듈(6)은 전력 부족시 비상용으로 구동되는 모듈로서, 부하가 검출되고 상기 태양광 발전모듈(4) 및 태엽 축전부(80)를 통한 합산 전력이 기준 전력보다 작은 경우에만 구동되게 되며, 그 구동시에도 상기 태양광 발전모듈(4) 및 태엽 축전부(80)를 통한 합산 전력을 체크하여, 전력 부족분에 대응되는 바이오 연료량 데이터를 메모리(90)로부터 추출하여, 상기 솔레노이드 밸브(13)를 제어함으로써 정밀하게 필요한 전력만을 상기 바이오 연료 발전모듈(6) 을 통해 발전시키도록 한다.

또, 본 발명에는 상기 권취감지센서(56)로부터 권취수의 검출신호를 인가받아 상기 솔레노이드(68)에 구동 제어신호를 발생함으로써 태엽(32)의 감김과 풀림을 제어하고, 상기 부하 검출부(87)를 통해 부하의 존재 여부를 판단하며, 상기 인버터(84)로부터 변환된 태양광 발전 전압값을 인가받아 해당 전압값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽축전부(80)를 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하고, 태엽축전부(80)의 구동을 제어하고, 태양광 발전 및 상기 태엽축전부(80)를 통한 발전의 합전 전압값과 기준 전압값을 비교하여 전력 부족분을 연산하고, 전력 부족분과 대응되는 바이오 연료데이터를 메모리(90)로부터 독취하여 상기 솔레노이드 밸브(13)를 제어함으로써 부하(86)가 필요한 전력을 공급하도록 제어하는 제어부(88)가 구비되어져 있다.

또한, 그 제어부(88)의 내부에는 상기 태엽(32)의 권취기준값과 상기 인버터(84)에 인가된 기준전압값, 부하 전력값, 부족 전력값과 매칭되는 바이오 연료량 데이터, 바이오 연료량에 대응되는 솔레노이드 밸브(13) 작동값을 저장하는 메모리(90)가 내장되어져 있다.

한편, 상기 제어부(88)는 부하 미검출시, 상기 태양광 발전모듈(4)로부터 인가된 전력으로 DC모터(20)를 구동 제어하여, 상기 태엽 축전부(80)를 통한 축전이 이루어지도록 제어한다.

또한, 미설명부호 100은 부하의 존재 유무에 대한 표시, 부하의 필요 전력값에 대한 표시, 상기 태양광 발전 모듈(4)로부터 발전된 발전량 표시, 상기 태엽 축 전부(80)로 발전 가능한 발전량 및 부족 전력량 표시, 상기 바이오 연료 발전모듈(6)의 구동 여부 표시를 위한 표시부를 나타낸 것이다.

상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6a, 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치(12)는 상기 태양광 발전 모듈(4)이 태양광에 의해 발전을 개시하게 되면, 그 발전전압을 상기 DC/DC컨버터(82)가 인가받아 제어부(88)로 전달하게 된다. 그러면, 제어부(88)는 부하 검출부(87)를 통해 부하가 존재하는 지를 판단한다.

만약, 부하가 검출되지 않으면, 상기 제어부(88)는 상기 DC/DC컨버터(82)를 통해 컨버팅을 수행하고, 해당 전력을 이용하여 상기 DC모터(20)를 구동시킨다.

상기 DC모터(20)로 투입된 전원은 그 DC모터(20)의 구동에 의해 회전력으로 변환되고, 그 회전력은 상기 DC모터(20)축에 결합된 상기 구동기어(22)로 전달되며, 그 구동기어(22)와 체결된 체인(44)을 매개하여 구동기어(22)의 회전력이 종동기어(24)로 전달된다. 종동기어(24)는 상기 동력전달파이프(40)에 축결합되어져 있으므로 그 동력전달파이프(40)를 회전시키게 되며, 동력전달파이프(40)의 회전력은 그 내부에 결합된 동력전달축(28)으로 전달된다.

그로인해, 상기 동력전달축(28)으로 전달된 회전력은 동일 축선상에 결합된 상기 태엽(32)을 회전시켜 태엽이 권취될 수 있도록 한다. 이때, 상기 태엽(32) 축의 하부에 구비된 권취감지센서(56)에 의해 태엽(32) 축의 회전을 감지함으로써 상기 제어부(88)는 해당 태엽(32)의 권취수가 기준권취수보다 크거나 같은지를 비교 판단한다. 만약, 해당 태엽(32)의 권취수가 기준권취수보다 크거나 같은 경우라면 상기 제어부(88)는 솔레노이드(68)의 구동을 정지시켜 스토퍼(64)가 상기 태엽(32)축과 결합된 스토퍼기어(70)에 결합되도록 함으로써 태엽(32)의 권취동작을 정지시킨다.

이때, 상기 동력전달파이프(40)로 인가된 회전력은 상기 동력전달파이프(40)를 시계반대방향으로 회전되게 하며, 그로인해 그 내주연에 형성된 걸림돌기(72)가 상기 스위칭돌기(74)에 걸려서 동력이 동력전달축(28)으로 전달되게 한다. 따라서, 그 동력전달축(28)에 결합된 태엽(32)이 권취되게 된다.

만약, 부하가 검출되면, 상기 제어부(88)는 해당 전압이 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 크거나 같은 지를 판단한다. 만약, 그 발전전압이 기준전압보다 낮은 경우라면 A 플로우를 진행한다.

반면에, 상기 제어부(88)에서 비교한 발전전압이 기준전압보다 크거나 같은 경우라면, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통해 컨버팅을 수행하고, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 전력을 상기 인버터(84)를 통해 인버팅하여 교류 220Ｖ 전압으로 변환시켜 부하의 상용전원으로 사용한다.

한편, 도 6b에 도시된 바와 같이, 부하가 존재하면서 상기 태양광 발전모 듈(4)을 통해 발전된 발전전압이 일시적인 기상악화 등으로 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 작은 경우에는 상기 제어부(88)가 상기 솔레노이드(68)를 구동시켜 태엽(32)이 풀리도록 한다. 태엽(32)이 풀리게 되면, 그 태엽축과 결합된 제 1 풀리(26)가 회전하게 되고, 그 회전력이 제 2 풀리(30)로 전달되게 되며, 제 2 풀리(30)의 회전력을 전달받아 제너레이터(36)가 구동됨으로써 전력을 발생시키게 된다. 그 전력은 상기 DC/DC컨버터(82)로 인가되어 상기 태양광 발전 모듈(4)과 태엽 축전부(80)로부터 발전된 전력과 합전한다.

그리고, 상기 제어부(88)는 해당 전압이 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 크거나 같은 지를 판단한다. 만약, 그 발전전압이 기준전압보다 큰 경우라면, 상기 DC/DC컨버터(82)를 통과한 전력을 상기 인버터(84)를 통해 인버팅하여 교류 220Ｖ 전압으로 변환시켜 부하의 상용전원으로 사용하게 된다.

또한, 상기 제어부(88)의 판단결과, 해당 전압이 기준전압(예컨대, 24Ｖ)보다 작은 경우라면, 상기 제어부(88)는 합전 전력으로 부족 전압분을 상쇄할 정도의 바이오 터빈의 회전수를 메모리(90)로부터 검출하고, 그 회전수에 대응하는 연료량 데이터를 메모리(90)로부터 검출하여 상기 솔레노이 밸브(13)를 구동 제어함으로써 부족 전력량을 보상할 정도의 정확한 바이오 연료량으로 터빈을 구동시켜 발전시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치(12)는 불안정한 전력을 발생하는 태양광과, 태엽 축전부, 바이오 연료를 이용한 전력을 적절하게 분산 제어하여 안정적인 전력을 확보가 가능하 며, 거의 반영구적인 운전이 가능하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 외형을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 구성을 도시한 정단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 전력저장부를 도시한 일부 상세 단면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 동력전달부의 구성을 도시한 측단면도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치의 회로구성을 도시한 블록구성도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:터빈발전기, 13:솔레노이드밸브,

20:DC모터, 22:구동기어,

24:종동기어, 26:제1풀리,

28:동력전달축, 30:제2풀리,

32:태엽, 36:제너레이터,

40:동력전달파이프, 44:체인,

54:벨트, 56:권취감지센서,

100:표시부.

Claims

각 솔라셀을 통한 발전을 위해, 그 하부에는 발전기함이 구비되어져 있는 태양광 발전모듈과, 바이오 연료를 공급받아 터빈발전기를 통해 전력을 발전하기 위한 바이오 연료 발전모듈로 이루어져 부하로 전력을 공급하게 이루어진 복합 발전시스템에 있어서,

상기 부하에 구비되어, 부하의 구동 유무를 검출하기 위한 부하 검출부와;

상기 태양광 발전 모듈로부터 발전된 전력이 기설정 이상으로 투입되거나, 부하 미검출시 제어신호에 의해 해당 발전전력을 인가받아 구동되는 DC모터와;

상기 DC모터의 축에 결합된 구동기어와;

그 구동기어와 일정거리 이격된 위치에 체인을 매개로 상기 구동기어와 연결된 종동기어와;

상기 종동기어에 축결합된 동력전달파이프와;

상기 동력전달파이프를 그 외주연에 일부 감싸도록 결합시킨 동력전달축과;

상기 동력전달축과 동일 축선상에 결합되어 발전전력을 저장하기 위한 태엽과;

상기 동력전달축의 중앙 동일 축선상에 구성된 제 1 풀리와;

상기 제 1 풀리와 일정거리 이격된 상태에 구성되며, 상기 제 1 풀리와 벨트에 의해 연결된 제 2 풀리와;

상기 제 2 풀리의 축선상에는 결합되고, 제 2 풀리의 회전력을 인가받아 일 정전력을 발전하는 제너레이터와;

부하의 존재 여부를 판단하며, 태양광 발전 전압값을 인가받아 해당 전압값과 기준값을 비교, 판단함으로써 상기 태엽을 통해 추가 발전시킬 것인지에 대한 판단을 행하여 태엽을 통한 축전 및 발전을 구동 제어하고, 태양광 발전 및 상기 태엽을 통한 발전의 합전 전압값과 기준 전압값을 비교하여 전력 부족분을 연산하고, 전력 부족분과 대응되는 전력량을 바이오 연료 발전모듈을 구동 제어함으로써 전력보상을 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 태엽의 권취기준값과 기준전압값, 부하 전력값, 부족 전력값과 매칭되는 바이오 연료량 데이터, 바이오 연료량에 대응되는 터빈발전기의 작동값을 저장하는 메모리가 더 포함된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 부하 미검출시, 상기 태양광 발전모듈로부터 인가된 전력으로 DC모터를 구동 제어하여, 상기 태엽을 권취하여 축전이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 바이오 연료 발전모듈에는 바이오 연료를 공급받기 위한 연료 공급관의 중간 소정부에 상기 제어부의 개폐 제어값으로 인해 해당 제어값에 대응되게 개폐 구동되는 솔레노이드 밸브가 더 부가된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 태양광 발전 모듈로부터 발생된 출력을 정전력으로 안정시키기 위해 승압형 PID 제어 컨버터로 이루어진 DC/DC컨버터와; 상기 DC/DC컨버터를 통과한 DC전압을 교류 220Ｖ로 변환시키기 위한 인버터가 더 포함된 것을 특징으로 하는 태양광/바이오 연료 복합발전 시스템의 전력보상 제어장치.