KR101338950B1 - 태양광 보완 우수활용 발전장치 - Google Patents

Abstract

장마나 집중호우에 매우 취약한 단점이 있는 태양에너지 관련 장비와 함께 빗물을 이용해 전력을 생산해 낼 수 있는 수력발전장치를 병행하여 상호 보완이 가능하도록 하는 태양광 보완 우수활용 발전장치가 개시된다. 본 발명에 따른 발전장치는 건축물의 옥상에 태양광 발전장치를 설치하면서 물탱크를 함께 설치하여, 햇빛이 없는 우기시에 물탱크내의 우수를 낙하시켜 수력으로 전력을 생산할 수 있는 것이다. 이러한 발전장치는 물탱크에 수직배관을 연결시켜 건축물의 하부로 연장시키고, 수직배관의 하단부에 수력발전용 터빈을 설치하여서 달성된다. 또한, 터빈의 위쪽 수직배관에는 축경부가 형성되고, 축경부의 아래쪽에는 터빈의 회전방향쪽으로 물길을 유도하는 안내판이 설치되어 터빈을 효율적으로 운용할 수 있게 된다. 그리고 물탱크를 2개로 구비하여 각각의 물탱크와 수직배관을 3방향밸브로 연결시켜 2개의 물탱크를 선택적으로 사용할 수도 있고, 각각의 물탱크내에 수위센서를 부착하고, 물탱크의 수위에 따라 축경부 및 안내판의 폭을 제어할 수도 있다.

Description

태양광 보완 우수활용 발전장치{A hybrid power plant utilizing the sunlight and rainwater}

본 발명은 건축물에서의 자가 발전장치에 관한 것으로, 태양광 발전을 기본으로 하되, 우기시에는 태양광 발전을 보완할 수 있는 태양광 보완 우수활용 발전장치에 관한 것이다.

예전부터 지하에 매장된 원유의 한정된 자원이 얼마 지나지 않아 고갈될 것을 예측하여 지금에는 원유를 대신하여 사용할 많은 대체 에너지를 연구하고 있는 실정이다.

다른 한편으로, 태양이나 바람, 물과 같이 거의 무한적인 자연에너지를 이용하는 발전이 가장 이상적인 대체에너지원이라는 인식 하에 많은 기술들이 연구되어 소개되었는데, 일 예로써 태양광으로부터 조사되는 열을 집광판에 집적하여 전기를 얻는 태양광 발전 기술과, 바람의 힘에 의해 회전하는 날개로 전기를 얻는 풍력 발전기술, 그리고 파도의 너울에 의한 상/하 동작, 또는 바다의 밀려나오는 파력, 흐르는 강물로 전기를 발전시키는 물을 이용하는 발전을 들 수 있다.

상기와 같이 종전의 태양광 발전은 한 개의 시설과 시스템을 설치하는데 막대한 면적과 경비가 들었고, 풍력발전 시설은 태양광 발전과 별개로 설치되기 때문에 풍력발전을 위한 기초시설의 면적과 시설 경비가 많이 소비되었으며, 더욱이 기초 시설을 이용하여 태양광, 풍력 및 파력, 흐르는 강물이용 등의 복합 발전을 하는 방법이 없기 때문에 흐린 날은 태양광 발전이 불가능하고, 바람이 불지 않는 날이나 파도가 일지 않는 날은 풍력 및 파력 발전 장치에 의한 전력 생산을 기대할 수 없는 등 개별적으로 설치된 발전 설비는 날씨의 영향을 많이 받기 때문에 상호 보완적이지 못한 문제가 있었다.

따라서 종래 태양광발전, 풍력발전 및 수력발전 등이 개별적으로 설치된 경우에는 발전효율이 떨어져 대체에너지에 의한 전기 생산을 다목적으로 해결하는데 별다른 수단을 제공하지 못하였다.

일반적으로, 수력발전은 댐을 만들어서 그 물의 낙차의 힘을 얻어서 수차를 돌려서 전기를 생산하고 있다. 이 과정에서 댐을 만드는 공사비와 수몰되는 토지, 그리고 환경에 끼치는 영향을 모두 판단하고, 또한, 경사가 심하고 물을 저수할 넓이를 계산하여서 수력발전댐을 건설한다.

그러나 이러한 일련의 과정은 많은 시간과 인력, 자본, 환경파괴라는 문제점을 유발할 수 밖에 없다. 하지만, 현재의 에너지 고갈 시대에서는 많은 에너지를 저가로 그리고 공해가 없도록 생산하는데 그 문제의 갈등이 있다고 하겠다.

본 발명은 장마나 집중호우에 매우 취약한 단점이 있는 태양에너지 관련 장비와 함께 빗물을 이용해 전력을 생산해 낼 수 있는 수력발전장치를 병행하여 상호 보완이 가능하도록 하는 태양광 보완 우수활용 발전장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

건축물의 옥상에 태양광 발전장치를 설치하면서 물탱크를 함께 설치하여, 햇빛이 없는 우기시에 물탱크내의 우수를 낙하시켜 수력으로 전력을 생산할 수 있는 태양광 보완 우수활용 발전장치에 있어서,

물탱크에 수직배관을 연결시켜 건축물의 하부로 연장시키고, 수직배관의 하단부에 수력발전용 터빈을 설치하여서 됨을 특징으로 하는 태양광 보완 우수활용 발전장치를 제공한다.

이때, 터빈의 위쪽 수직배관에는 축경부가 형성되고, 축경부의 아래쪽에는 터빈의 회전방향쪽으로 물길을 유도하는 안내판이 설치됨이 바람직하다.

그리고 터빈의 회전축에 편심 무게추가 부착되어 편심 무게추에 의한 원심력을 보충적으로 제공받을 수도 있다.

또한, 물탱크를 2개로 구비하여 각각의 물탱크와 수직배관을 3방향밸브로 연결시켜 2개의 물탱크를 선택적으로 사용할 수도 있다.

그리고 각각의 물탱크내에 수위센서를 부착하고, 물탱크의 수위에 따라 축경부 및 안내판의 폭을 제어할 수도 있다.

본 발명에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치는 태양광발전기와 수력발전기의 혼합형태로서 우기에도 전력생산이 가능하게 된다. 그리고 요즘 각광받고 있는 친환경 저에너지 건축을 더욱 발전시킬 수 있는 계기가 될 수 있다.

이러한 본 발명은 우기가 긴 우리나라에 매우 적합한 아이템으로서 이후 미래의 필수적인 아이템이 될 것 이라고 예상한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치의 구성도이고,
도 2는 터빈과 그에 인접한 부분의 구성을 보인 도면이고,
도 3은 도 2를 반대편에서 바라본 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치를 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치는 건축물의 옥상에 우수를 저장하는 물탱크(11, 12)와, 태양광 발전장치(1)를 설치한다. 태양광 발전장치(1)는 솔라셀을 이용한 전력생산 장치로서, 많이 알려진 공지의 기술이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

물탱크(11, 12)에는 수직배관(14)이 연결되고, 이 수직배관(14)의 하단부에 수력발전용 터빈(20)이 설치된다. 즉, 본 발명에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치는 햇빛이 있을 때에는 태양광 발전장치(1)에 의해 전력생산을 하다가 우기시 태양광이 부족하거나 없을때에 수력발전 터빈(20)을 가동하여 전력생산을 보충하게 되는 것이다.

본 발명에서는 터빈(20)의 효율을 높이기 위해 여러 가지 방안을 모색하였다.

첫째, 터빈(20)의 바로 위쪽 수직배관(14)에 축경부(15)를 형성하여 수직배관(14)을 타고 내려오던 우수가 축경부(15)에서 베르누이 효과에 의해 유속이 빨라져 터빈(20)에 충돌되는 운동에너지를 높이는 효과가 나타나게 하였다.

둘째, 터빈(20)과 축경부(15)의 사이에 물길 안내판(16)을 설치하여 터빈(20)의 회전방향쪽으로만 물길이 진행하도록 유도하여 최소한의 수력에너지 낭비를 방지하고자 하였다.

셋째, 터빈(20)의 회전축(21)에 편심 무게추(22)를 고정 장착하여 원심력에 의한 가속효과가 발생되게 하였다. 터빈(20)에 무게추(22)가 있게 되면 처음에는 없는 것보다 더 힘들게 구동되겠지만, 일단 터빈(20)의 구동이 원활하게 진행되면 무게추(22)에 의해 원심력이 발생되어 보충력을 얻게 된다. 특히, 물탱크(11, 12)에 우수가 가득 있을때에는 유량과 낙차에 의해 터빈을 돌려주게 되지만 점점 수위가 낮아지게 되면 유량이 부족하여 큰 힘들 전달해주지 못하게 되는데, 이때에 무게추(22)가 갖고 있던 원심력이 터빈(20)에 가해져 원활한 회전력을 보충해 주는 것이다.

다음은 물탱크(11, 12)의 효율적인 물관리에 대한 방안을 모색하였다.

본 발명에서는 물탱크(11, 12)를 두 개로 분리하여 어느 한쪽에서만 또는, 양쪽 모두에서 우수가 배출되도록 구성하였다. 즉, 제1물탱크(11)와 제2물탱크(12)에 각각 배출관(11a, 12a)을 설치하고, 이 배출관(11a, 12a)을 수직배관(14)과 3방향밸브(13)로 결합시켜, 3방향밸브(13)의 제어에 의해 선택적으로 제1물탱크(11) 또는 제2물탱크(12)를 열어주게 되는 것이다. 수압은 수위에 비례하게 작용되기 때문에 물탱크를 두 개로 분리하는 것 만으로도 하나로 된 물탱크보다 더 큰 수압을 얻을 수 있기 때문이다. 따라서 각각의 물탱크(11, 12)에는 수위센서가 필요하게 된다.

본 발명에 따른 태양광 보완 우수활용 발전장치는 물탱크(11, 12)의 수위에 따라 축경부(15) 및 안내판(16)을 조절할 수 있는 제어수단을 더 구축할 수 있다. 물탱크(11, 12)의 수위에 따라 수직배관(14)에 미치는 수압이나 유량은 분명한 차이가 있을 것이므로, 이 차이를 좀더 보완하고자 수위가 낮을 경우에는 축경부(15)를 좀더 줄이기도 하고, 안내판(16)의 간격을 좀더 줄이도록 유도할 수도 있는 것이다. 이러한 제어수단은 발전장치에 적용하여 오히려 전력을 소모한다는 개념도 있지만 전력이 계속적으로 필요한 것은 아니므로 전력생산에 마이너스로 작용하지는 않을 것이라 추정된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 태양광 발전장치
11, 12 : 물탱크 11a, 12a : 배출관
13 : 3방향밸브 14 : 수직배관
15 : 축경부 16 : 안내판
20 : 터빈 22 : 무게추

Claims (5)

1. 건축물의 옥상에 태양광 발전장치를 설치하면서 물탱크를 함께 설치하여, 햇빛이 없는 우기시에 상기 물탱크내의 우수를 낙하시켜 수력으로 전력을 생산할 수 있는 태양광 보완 우수활용 발전장치에 있어서,
   상기 물탱크에 수직배관을 연결시켜 건축물의 하부로 연장시키고, 상기 수직배관의 하단부에 수력발전용 터빈을 설치하여서 되는 태양광 보완 우수활용 발전장치로서, 상기 터빈의 위쪽 수직배관에는 축경부가 형성되고, 상기 축경부의 아래쪽에는 터빈의 회전방향쪽으로 물길을 유도하는 안내판이 설치되고, 상기 터빈의 회전축에 편심 무게추가 부착되며, 상기 물탱크를 2개로 구비하여 각각의 물탱크와 수직배관을 3방향밸브로 연결시켜 2개의 물탱크를 선택적으로 사용하고, 각각의 상기 물탱크내에 수위센서를 부착하고, 상기 물탱크의 수위에 따라 상기 축경부 및 안내판의 폭을 제어함을 특징으로 하는 태양광 보완 우수활용 발전장치.
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