WO2014051277A1 - 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법 - Google Patents

가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법 Download PDF

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WO2014051277A1
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horizontal
wing
variable
rotation speed
blade
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PCT/KR2013/008144
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Inventor
고석환
장문석
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한국에너지기술연구원
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Publication date
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    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F03D7/0208—Orientating out of wind
    • F03D7/0216—Orientating out of wind the rotating axis changing to vertical position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a small wind power generator, and more particularly, to a small wind power generator having a horizontal blade, the small wind having a variable horizontal blade to increase the wind power efficiency by varying the angle of attack of the horizontal blade according to the speed of the blade
  • the present invention relates to a generator and an output control method thereof.
  • Wind power generators that generate electrical energy using the power of wind are being researched as an alternative energy source due to the depletion of natural resources such as oil, coal, and natural gas due to the development of industry and population growth.
  • Wind power generation is a technology that converts the kinetic energy of air flow into mechanical energy and then produces electrical energy again. It uses eco-friendly wind as an energy source, and it is eco-friendly without cost. Doing.
  • the conventional wind turbine generator is rotatably installed on the top of a high-rise tower 1 standing on the ground so as to rotate the natsel 2 for supporting the rotor blades 3.
  • the rotational force of the rotor blades (3) is configured to reach the generator through the main shaft through the hub (4).
  • the wind vane (5) is disposed on the upper end of the natsel (2) corresponding to the air flow wake. This is to optimally control the entire system and monitor the power generation according to the wind speed.
  • the pitch angle of the rotor blades (3) is adjusted based on the wind direction and wind speed measured by the wind vane (5). The direction is changed to the flow direction to maximize the power generation efficiency.
  • the wind power generator having the above-described configuration is mainly installed in a large-capacity wind power generation system, which is uneconomical for small-capacity wind power generation systems such as simple waterworks and street lamp systems in homes and mountainous islands.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, an object of the present invention, having a horizontal blade in the wind power generator, by varying the angle of incidence of the wind flowing into the wind power generator through the variable angle of attack of the wind turbine It is to provide a small wind power generator having a variable horizontal blade to control the rated output of and its output control method.
  • the support is built on the ground, the body is installed on the top of the support and the gearbox and the generator is installed therein, and is installed upstream of the body to rotate in the axial direction of the body
  • a small wind turbine comprising a rotor blade and a tail blade connected to a downstream side of the body, the wind turbine comprising: a horizontal wing installed on the body such that a receiving angle with incoming air is variable; And a control unit for controlling the angle of attack of the horizontal blade; It includes, the body is hinged to the support so that the inclination angle with the ground is variable, the position of the body is variable according to the position of the horizontal blade.
  • the body is composed of a wing cell in which the accelerator and the generator is installed, the upstream end is connected to the natsel and the tail wing is installed at the downstream end, the horizontal wing, the tail wing on the wing frame It is installed on the upstream side of the wing frame is coupled so that the longitudinal direction and the slope of the variable.
  • the horizontal blade is coupled to the wing frame so as to be rotatable about a variable rotating shaft formed in the longitudinal direction, the variable rotating shaft, spaced apart from the front of the horizontal blade downstream from the front, the rear of the horizontal blade It is characterized in that the predetermined distance spaced upstream side.
  • the body is composed of a natsel cell is installed, an increaser and a generator, the upstream end is connected to the natsel and the wing frame is installed at the tail end downstream, the horizontal wing, at least one or more It is installed at the downstream end of the upstream end is hinged to the downstream end of the natsel is coupled to the angle of attack is coupled.
  • Output control method of the small wind turbine of the present invention the step of detecting the rotation speed (R1) of the rotor blades; Comparing the rotation speed (R1) and the critical rotation speed (R2) of the rotor blade by a control unit; When the rotor blade rotation speed (R1) exceeds the critical rotation speed (R2), increasing the inclination angle between the body and the ground by rotating the horizontal blade through the control unit; Including, so that the rotor blade rotation speed (R1) is close to the critical rotation speed (R2).
  • the control method may further include reducing the inclination angle between the body and the ground by rotating the horizontal blades through the control unit when the rotor blade rotation speed R1 is less than or equal to the critical rotation speed R2; Including, so that the rotor blade rotation speed (R1) is close to the critical rotation speed (R2).
  • the rotor blade rotation speed (R1) is less than the critical rotation speed (R2), when the inclination angle of the body and the ground is 0 degrees, the body and the horizontal wing is horizontal; It includes.
  • the small wind power generator having a variable horizontal blade and its output control method according to the present invention as described above do not apply the configuration of a large-capacity wind power generator because it can be operated while maintaining the maximum output even at high wind speeds or above the rated wind speed. There is an effect that can maximize the power generation efficiency of small wind power generators.
  • the wing frame connecting the natsel and the tail wing is always located in a straight line, and the durability is improved compared to the conventional wind power generator that controls the output by varying the tail wing.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional small wind power generator
  • Figure 2a is a graph showing the relationship between the wind speed and output power of a conventional small wind power generator
  • Figure 2b is a graph showing the relationship between the wind speed and output power of the small wind power generator of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a small wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4a is a front view of a small wind power generator of the first embodiment of the present invention
  • Figure 4b is a front view when the tail wing of Figure 4a variable
  • FIG. 5 is a perspective view of a small wind power generator according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 6a is a front view of a small wind power generator of the second embodiment of the present invention.
  • Figure 6b is a front view when the tail wing of Figure 6a variable
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for controlling a small wind power generator according to the present invention.
  • the present invention relates to a small wind power generator comprising a support, a nacelle, a rotor blade, a wing frame, a tail wing and a horizontal wing.
  • the present invention has been invented to prevent the rotation speed of the rotor blades from rotating above the rated output even if the wind is strongly generated above the rated output. Therefore, the small wind generator of the present invention aims to keep the rotation speed of the rotor blade as close as possible to the output power rotation speed.
  • the present invention is characterized by adjusting the rotational speed by detecting the rotational speed of the rotor blades by adjusting the inclination with the ground of the natsel according to the rotational speed of the rotor blades to vary the wind inflow area.
  • the present invention is coupled to the hinge to freely move on the support so that the inclination between the nacelle and the ground is adjusted, and the inclination of the nacelle is controlled by the control of a horizontal blade installed in the nacelle or the wing frame.
  • the present invention controls the natsel through the horizontal wing, by combining the natsel and the wing frame integrally or fixedly in a straight line, there is an advantage that can accurately detect the inflow direction of the wind through the tail wing and introduce the wind.
  • the problem of durability deterioration due to variable wing frame can be solved.
  • the small wind turbine having a variable horizontal wing of the present invention the support 10, the body 20, the rotor blades 30, the tail wing 40, the horizontal wing 50 and It comprises a control unit 60.
  • the support 10 includes a support body 11, a horizontal rotation part 12, and a vertical rotation part 13.
  • the support body 11 may be formed in the vertical direction in the vertical direction.
  • the lower end of the support body 11 is fixed to the ground, the horizontal rotating portion 12 may be formed on the upper end.
  • the horizontal rotating part 12 may have an upper surface coupled to the vertical rotating part 13.
  • the horizontal rotating unit 12 serves to rotate the body 20 in a horizontal direction on the ground, that is, the pitch (Pitch) movement relative to the axis perpendicular to the ground.
  • the horizontal rotating part 12 may be configured to freely move the body 20 in a direction in which wind power is introduced by the tail wing 40.
  • the vertical rotation part 13 serves to rotate the body 20 in a direction perpendicular to the ground, that is, roll movement, based on an axis horizontal to the ground.
  • the vertical rotation part 13 may be configured to freely move the body 20 in the roll rotation direction by the horizontal blade 50.
  • the body 20 is composed of a natsel 21 coupled to the upper end of the support 10, and a wing frame 22 formed at the downstream end of the natsel 21.
  • the natsel 21 is a core configuration of a small wind power generator, and is hinged to the support 10 through a horizontal rotation part 12 so as to pitch movement to optimize the position of the rotor blades 30 according to the direction of the wind.
  • the hinge is coupled to the support 10 through the vertical rotation part 13 so as to roll in order to optimize the rotation speed of the rotor blades 30 according to the wind strength.
  • the natsel 21 may be coupled to the rotor blade 30 so as to be rotatable on the upstream side of the rotor blade 30 as a rotation axis. Inside the natsel 21 may be provided with a speed increaser and a generator connected to the rotating shaft of the rotor blade 30. The natsel 21 may be configured such that the rotational force of the rotor blade 30 reaches the generator through the rotation shaft.
  • the wing frame 22 On the downstream side of the natsel 21, the wing frame 22 is integrally formed or coupled.
  • the wing frame 22 is horizontally formed on the ground in a rod shape having a predetermined length, and an upstream side is connected to the natsel 21, and a tail wing 40 may be provided on the downstream side.
  • the rotor blades 30 may include a rotor 31 connected to the rotation axis of the natsel 21 and a blade 32 connected radially about the rotor 31. Two or more blades 32 may be coupled to the rotor 31. Although three blades 32 are shown in the drawings, the number is not limited to three, and the number may vary depending on the capacity and use of the generator.
  • the rotor blade 30 is a rotor blade which is typically used for a small wind power generator, so a detailed description thereof will be omitted.
  • Tail wing 40 may be installed upstream, downward or above and below the downstream side of the wing frame 21 perpendicular to the ground. Tail wing 40 may be installed to pitch rotate the position of the natsel 21 in the wind blowing direction.
  • the horizontal blade 50 is installed on the wing frame 22 so that the direction horizontal to the ground is the basic position.
  • the horizontal wing 50 is installed on the wing frame 21 so that the inclination with the longitudinal direction of the wing frame 22 is variable.
  • a pair of horizontal wings 50 are respectively installed on both sides of the wing frame 22, it may be installed a predetermined distance apart in the upstream side of the tail wing (40).
  • the horizontal blade 50 serves to roll the sickle 21 so that it can be maintained in a straight line in the air flow direction. Therefore, when the inclination of the horizontal blade 50 and the ground is variable, the horizontal blade 50 is rotated by the natsel 21 so as to match the flow direction of the air, the inclination of the ground and the sickle 21 is variable.
  • the horizontal blade 50 is coupled to the wing frame 22 to be rotatable around the variable rotation shaft 51 is formed in the longitudinal direction perpendicular to the wing frame 22.
  • the variable rotation shaft 51 may be disposed at the center of the direction parallel to the wing frame 22 of the horizontal blade 50. That is, the front wing of the horizontal wing 50 may be spaced apart by a predetermined distance to the downstream side, and the rear wing of the horizontal wing 50 may be spaced apart by a predetermined distance.
  • FIG. 4A is a front view showing the position of the horizontal blade 50 at the time when the rotor blade 30 rotates below the rated output, that is, normally.
  • the horizontal wing 50 is maintained in parallel with the wing frame 22, accordingly, the natsel 21 is also located in parallel to the air inflow direction. Therefore, the air inflow area D1 is maximized so that the rotational force of the rotor blade 30 is maximized.
  • FIG. 4B is a front view showing the position of the blade 50 when the rotor blade 30 rotates above the rated output, that is, when strong wind is generated.
  • the horizontal blade 50 is rotated in a counterclockwise direction when viewed in the drawings inclined at a predetermined angle with the wing frame 22, the horizontal blade 50 is positioned in a straight line in the air flow direction by the wind force (21) Rotate the roll.
  • the inlet area D2 is reduced by the nacelle 21 roll-rotated at an angle to the air flow direction, and the rotational force of the rotor blade 30 is reduced to induce the rotor blade 30 to rotate at the rated output. Done.
  • the controller 60 may be provided on the outer circumferential surface of the support 10.
  • the controller 60 detects the rotation of the rotor blade 30 and controls the roll rotation of the horizontal blade 50 according to the wind speed.
  • the control unit 60 is shown to be provided in the support 10, it is obvious that the installation can be installed anywhere on the wind turbine not limited to the operation of the control unit 60.
  • the small wind turbine having a variable horizontal wing of the present invention is a support 10, the body 20, the rotor blades 30, the tail wing 40, the horizontal wing 500 and It comprises a control unit 60.
  • the support 10 includes a support body 11, a horizontal rotation part 12, and a vertical rotation part 13.
  • the support body 11 may be formed in the vertical direction in the vertical direction.
  • the lower end of the support body 11 is fixed to the ground, the horizontal rotating portion 12 may be formed on the upper end.
  • the horizontal rotating part 12 may have an upper surface coupled to the vertical rotating part 13.
  • the horizontal rotating unit 12 serves to rotate the body 20 in a horizontal direction on the ground, that is, the pitch (Pitch) movement relative to the axis perpendicular to the ground.
  • the horizontal rotating part 12 may be configured to freely move the body 20 in a direction in which wind power is introduced by the tail wing 40.
  • the vertical rotation part 13 serves to rotate the body 20 in a direction perpendicular to the ground, that is, roll movement, based on an axis horizontal to the ground.
  • the vertical rotation part 13 may be configured to freely move the body 20 in the roll rotation direction by the horizontal blade 50.
  • the body 20 is composed of a natsel 21 coupled to the upper end of the support 10, and a wing frame 22 formed at the downstream end of the natsel 21.
  • the natsel 21 is a core configuration of a small wind power generator, and is hinged to the support 10 through a horizontal rotation part 12 so as to pitch movement to optimize the position of the rotor blades 30 according to the direction of the wind.
  • the hinge is coupled to the support 10 through the vertical rotation part 13 so as to roll in order to optimize the rotation speed of the rotor blades 30 according to the wind strength.
  • the natsel 21 may be coupled to the rotor blade 30 so as to be rotatable on the upstream side of the rotor blade 30 as a rotation axis. Inside the natsel 21 may be provided with a speed increaser and a generator connected to the rotating shaft of the rotor blade 30. The natsel 21 may be configured such that the rotational force of the rotor blade 30 reaches the generator through the rotation shaft.
  • the wing frame 22 On the downstream side of the natsel 21, the wing frame 22 is integrally formed or coupled.
  • the wing frame 22 is horizontally formed on the ground in a rod shape having a predetermined length, and an upstream side is connected to the natsel 21, and a tail wing 40 may be provided on the downstream side.
  • the rotor blades 30 may include a rotor 31 connected to the rotation axis of the natsel 21 and a blade 32 connected radially about the rotor 31. Two or more blades 32 may be coupled to the rotor 31. Although three blades 32 are shown in the drawings, the number is not limited to three, and the number may vary depending on the capacity and use of the generator.
  • the rotor blade 30 is a rotor blade which is typically used for a small wind power generator, so a detailed description thereof will be omitted.
  • Tail wing 40 may be installed upstream, downward or above and below the downstream side of the wing frame 21 perpendicular to the ground. Tail wing 40 may be installed to pitch rotate the position of the natsel 21 in the wind blowing direction.
  • the horizontal blade 500 is installed at the downstream end of the natsel 21 so that the direction horizontal to the ground is the basic position.
  • the horizontal blade 500 is installed in the natsel 21 so that the inclination with the longitudinal direction of the wing frame 22 is variable.
  • the horizontal blade 500 may be installed on both sides of the downstream surface of the natsel 21 with a pair of wings frame 22 therebetween.
  • the horizontal blade 500 serves to roll the sickle 21 so that it can be maintained in a straight line in the air flow direction. Therefore, when the inclination of the horizontal blade 500 and the ground is variable, the horizontal blade 500 is rotated by the natsel 21 to match the flow direction of the air is the slope of the ground and the sickle 21 is variable.
  • the horizontal blade 500 is coupled to the natsel 21 so as to be rotatable about the variable rotation shaft 510 is formed to be horizontal to the ground and perpendicular to the longitudinal direction of the natsel 21.
  • the variable rotation shaft 510 is formed on an upstream side of the horizontal wing 500, and may be imparted on a downstream side of the natsel 21. Since the horizontal blade 500 is installed in the natsel 21, there is an advantage that the control of the natsel 21 can be changed more quickly and reliably.
  • FIG. 6A is a front view showing the position of the horizontal blade 500 at the time when the rotor blade 30 rotates below the rated output, that is, normally.
  • the horizontal blade 500 is kept parallel to the wing frame 22, accordingly, the natsel 21 is also located in parallel to the air inflow direction. Therefore, the air inflow area D1 is maximized so that the rotational force of the rotor blade 30 is maximized.
  • FIG. 6B is a front view showing the position of the blade 500 when the rotor blade 30 rotates above the rated output, that is, when strong wind is generated.
  • the horizontal blade 500 is rotated in a counterclockwise direction when viewed in the drawing inclined at a predetermined angle with the wing frame 22, the horizontal blade 50 is positioned in a straight line in the air flow direction by the wind power (21) Rotate the roll.
  • the inlet area D2 is reduced by the nacelle 21 roll-rotated at an angle to the air flow direction, and the rotational force of the rotor blade 30 is reduced to induce the rotor blade 30 to rotate at the rated output. Done.
  • the controller 60 may be provided on the outer circumferential surface of the support 10.
  • the controller 60 detects the rotation of the rotor blade 30 and controls the roll rotation of the horizontal blade 500 according to the wind speed.
  • the control unit 60 is shown to be provided in the support 10, it is obvious that the installation can be installed anywhere on the wind turbine not limited to the operation of the control unit 60.
  • variable tail wing control method for a small wind turbine configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for controlling a small wind power generator according to the present invention.
  • the controller 60 detects the rotational speed R1 of the generator through the output voltage and frequency of the wind power generator, and detects the position TP of the horizontal wings 50 and 500.
  • the rotation speed (R1) means the revolutions per minute of the rotor blades 30
  • the position (TP) of the horizontal wings (50, 500) is the longitudinal axis of the wing frame 22
  • the horizontal wings (50, 500) It can be represented by the longitudinal inclination ( ⁇ ) of the wing frame 22 of.
  • the initial position of the horizontal wings (50, 500) means that the horizontal side (50, 500) is in a straight line with the longitudinal axis of the wing frame 22, the side inclination ( ⁇ ) is 180 degrees.
  • the roll rotation of the horizontal blades (50, 500) by the control unit 60, the inclination ( ⁇ ) formed by the longitudinal axis of the wing frame 22, the horizontal blades (50, 500) 1 ⁇ 1 operation 10 degrees can be defined as increasing or decreasing.
  • the second step S2 of comparing whether the rotation speed R1 is higher than the set rotation speed R2 is performed.
  • the set rotation speed R2 may be defined according to the intention of those skilled in the art.
  • the position 60 of the horizontal blades 50 and 500 is controlled by the controller 60 to be the initial position, that is, the horizontal blades 50 and 500.
  • the horizontal wings 50 and 500 are roll-rotated to form the longitudinal axes of the wing frames 22 and the horizontal wings 50 and 500.
  • the fifth step S5 of rotating the horizontal blades 50 and 500 is rolled so that the inclination ⁇ may increase by 1 to 10 degrees.

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Abstract

본 발명은 소형 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 풍력발전기에 수평 날개를 구비하고, 블레이드의 속도에 따라 수평 날개의 받음각을 가변시켜 풍력발전 효율을 높이게 되는 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법에 관한 것이다.

Description

가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법
본 발명은 소형 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 풍력발전기에 수평 날개를 구비하고, 블레이드의 속도에 따라 수평 날개의 받음각을 가변시켜 풍력발전 효율을 높이게 되는 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법에 관한 것이다.
바람의 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전기는 산업의 발달과 인구 증가에 의한 석유, 석탄, 천연가스 등의 천연자원의 고갈에 따라 대체 에너지원으로 많은 연구가 진행되고 있다.
풍력발전이란 공기 유동이 갖는 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 후 다시 전기에너지를 생산하는 기술로서, 자연에 존재하는 바람을 에너지원으로 이용하므로 비용이 들지 않으면서도 친환경적인 바, 점차 사용 범위가 증가하고 있다.
종래의 풍력발전기의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 지면상에 세워지는 고층의 타워(1) 상단에 로터블레이드(3)를 회동 지지하는 낫셀(2)을 회전 가능하도록 설치하고, 낫셀(2) 내부에는 증속기, 발전기 및 제어장치(미도시)를 두어, 로터블레이드(3)의 회전력이 허브(4)를 거쳐 주축을 통해 발전기에 이르도록 구성된다. 한편, 공기 유동 후류에 해당하는 낫셀(2)의 상단에는 풍향풍속계(5)가 배치된다. 이는 바람의 속도에 따라 전체 시스템을 최적 제어하고 발전량을 모니터링하기 위함인데, 풍향풍속계(5)에서 측정되는 풍향과 풍속에 기반을 두어 로터블레이드(3)의 피치 각도를 조절하고 낫셀(2)의 방향을 유동 방향으로 전환하여 발전 효율을 극대화한다.
상기와 같은 구성의 풍력발전기는 주로 대용량의 풍력발전시스템에 설치되는 구성으로, 가정이나 산간 낙도 등지의 간이 상수도, 가로등시스템 등의 소용량 풍력발전시스템에는 비경제적이다.
소형 풍력발전기를 경제적으로 제조하기 위해서는 부수적인 대용량 풍력발전기의 일부요소(Part)를 제외하고 제작해야 한다. 하지만, 이로 인하여 풍력발전기는 바람에너지를 풍력발전기의 내구도 유지를 위해 일부분 손실시킬 수밖에 없다. 그 결과 도 2a에 도시된 바와 같이 정격풍속(14~18m/s)에서 최고의 출력을 얻게 되지만 정격풍속보다 풍속이 증가할수록 출력이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 인버터 등을 사용하여 도 2b에 도시된 바와 같이 정격풍속보다 풍속이 증가해도 블레이드의 회전수 제어를 통해 풍력발전기의 출력을 제한할 수 있는 방법이 공지된 바 있다. 그러나 상기와 같은 방법은 장시간 사용할 경우 과도한 전자브레이크 등으로 인해 부품 과열이 발생하고, 이에 따는 부품의 변형 및 파손이 우려되는 문제가 추가로 발생한다.
따라서 정격풍속 이상의 풍속이 발생해도 안정적인 출력제어를 통해 발전 효율이 우수하고, 장시간 적용해도 내구성이 보장되는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어 방법에 관한 기술 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 풍력발전기에 수평날개를 구비하고, 수평날개의 받음각 가변을 통해 풍력발전기에 유입되는 풍력의 입사면적을 가변하여 풍력발전기의 정격출력을 제어하게 되는 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 소형 풍력발전기는, 지면상에 세워지는 지지대와, 상기 지지대의 상단에 설치되며 내부에 증속기와 발전기가 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 축방향으로 회전 하도록 상기 몸체의 상류 측에 설치되는 로터블레이드와, 상기 몸체의 하류 측에 연결되는 꼬리날개를 포함하는 소형 풍력발전기에 있어서, 유입되는 공기와의 받음각이 가변되도록 상기 몸체 상에 설치되는 수평날개; 및 상기 수평날개의 받음각을 제어하는 제어부; 를 포함하며, 상기 몸체는 지면과의 경사각이 가변되도록 상기 지지대에 힌지 결합되어, 상기 수평날개의 위치에 따라 상기 몸체의 위치가 가변된다.
이때, 상기 몸체는, 증속기와 발전기가 설치되는 낫셀과, 상류단이 상기 낫셀에 연결되고 하류단에 상기 꼬리날개가 설치되는 윙 프레임으로 구성되며, 상기 수평날개는, 상기 윙 프레임 상의 상기 꼬리날개의 상류 측에 설치되며, 윙 프레임의 길이 방향과 기울기가 가변되도록 결합된다.
또한, 상기 수평날개는, 길이방향으로 형성되는 가변회전축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 윙 프레임에 결합되며, 상기 가변회전축은, 상기 수평날개의 앞전에서 하류 측으로 일정거리 이격되고, 상기 수평날개의 뒷전에서 상류 측으로 일정거리 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 예로, 상기 몸체는, 증속기와 발전기가 설치되는 낫셀과, 상류단이 상기 낫셀에 연결되고 하류단에 상기 꼬리날개가 설치되는 윙 프레임으로 구성되며, 상기 수평날개는, 적어도 하나 이상 상기 낫셀의 하류단에 설치되며, 상류단이 상기 낫셀의 하류단에 힌지 결합되어 상기 받음각이 가변되도록 결합된다.
본 발명의 소형 풍력발전기의 출력 제어 방법은, 로터블레이드의 회전수(R1)를 감지하는 단계; 제어부에 의하여 상기 로터블레이드의 회전수(R1)와 임계 회전수(R2)를 비교하는 단계; 상기 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)를 초과할 경우, 상기 제어부를 통해 수평날개를 회동시켜 몸체와 지면의 경사각을 키우는 단계; 를 포함하여, 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)에 근접하도록 한다.
또한, 상기 제어 방법은, 상기 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2) 이하일 경우, 상기 제어부를 통해 상기 수평날개를 회동시켜 몸체와 지면의 경사각을 줄이는 단계; 를 포함하여, 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)에 근접하도록 한다.
아울러, 상기 제어 방법은, 로터블레이드 회전수(R1)가 임계 회전수(R2) 이하이고, 상기 몸체와 지면의 경사각이 0도일 경우, 상기 몸체와 상기 수평날개는 수평을 이루는 단계; 를 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법은 고풍속 즉 정격풍속 이상에서도 최대의 출력을 유지하며 운전이 가능하기 때문에 대용량 풍력발전기의 구성을 적용하지 않고도 소형 풍력발전기의 발전 효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
특히, 낫셀과 꼬리날개를 연결하는 윙 프레임이 항상 일직선상에 위치하여 꼬리날개를 가변시켜 출력을 제어하는 종래의 풍력발전기에 비해 내구도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 소형풍력발전기 사시도
도 2a는 종래의 소형풍력발전기의 풍속과 출력관계를 나타낸 그래프
도 2b는 본 발명의 소형풍력발전기의 풍속과 출력관계를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 제1 실시 예의 소형 풍력발전기 사시도
도 4a는 본 발명의 제1 실시 예의 소형 풍력발전기 정면도
도 4b는 도 4a의 꼬리날개 가변 시 정면도
도 5는 본 발명의 제2 실시 예의 소형 풍력발전기 사시도
도 6a는 본 발명의 제2 실시 예의 소형 풍력발전기 정면도
도 6b는 도 6a의 꼬리날개 가변 시 정면도
도 7은 본 발명의 소형풍력발전기 제어방법 순서도
<부호의 설명>
10 : 지지대 11 : 지지몸체
12 : 수평회전부 13 : 수직회전부
20 : 몸체 21 : 낫셀
22 : 윙 프레임
30 : 로터 블레이드 31 : 로터
32 : 블레이드
40 : 꼬리날개
50, 500 : 수평날개 51, 510 : 가변회전축
본 발명은 지지대, 낫셀, 로터 블레이드, 윙 프레임, 꼬리날개 및 수평날개를 포함하여 구성되는 소형 풍력 발전기에 관한 것이다. 본 발명은 풍력이 정격출력 이상으로 강하게 발생하여도 로터블레이드의 회전수가 정격출력 이상으로 회전하는 것을 방지하기 위해 발명되었다. 따라서 본 발명의 소형 풍력 발전기는 로터 블레이드의 회전수를 정력출력 회전수에 근접하도록 최대한 유지시키는 것을 그 목표로 한다. 이를 위해 본 발명은 로터 블레이드의 회전수를 감지하여 로터 블레이드의 회전수에 따라 낫셀의 지면과의 기울기를 조절하여 풍력 유입 면적을 가변시켜 회전수를 조절하는데 그 특징이 있다. 낫셀의 기울기 조절을 위해 본 발명은 낫셀과 지면과의 기울기가 조절되도록 낫셀은 지지대에 자유 운동하도록 힌지 결합되며, 낫셀 또는 윙 프레임에 설치되는 수평날개의 제어에 의해 낫셀의 기울기를 가변시킨다. 특히 본 발명은 수평날개를 통해 낫셀을 제어하기 때문에 낫셀과 윙 프레임을 일직선상에 일체형 또는 고정식으로 결합시켜, 풍력의 유입 방향을 꼬리날개를 통해 정확하게 감지하고 풍력을 유입시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 윙 프레임 가변에 의한 내구성 저하 문제도 해결할 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예 1 (윙 프레임 결합형 수평날개)
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기는 지지대(10), 몸체(20), 로터블레이드(30), 꼬리날개(40), 수평날개(50) 및 제어부(60)를 포함하여 이루어진다.
지지대(10)는 지지몸체(11), 수평회전부(12), 수직회전부(13)를 포함하여 이루어진다. 지지몸체(11)는 상하 길이방향으로 형성될 수 있다. 지지몸체(11)의 하단은 지면에 고정되며, 상단에는 수평회전부(12)가 형성될 수 있다. 수평회전부(12)는 상면이 수직회전부(13)에 결합될 수 있다. 수평회전부(12)는 몸체(20)를 지면에 수직한 축을 기준으로 지면에 수평한 방향으로 회전, 즉 피치(Pitch)운동 시키는 역할을 수행한다. 수평회전부(12)는 꼬리날개(40)에 의해 풍력이 유입되는 방향으로 몸체(20)가 자유 운동하도록 구성될 수 있다. 수직회전부(13)는 몸체(20)를 지면에 수평한 축을 기준으로 지면에 수직한 방향으로 회전, 즉 롤(Roll)운동 시키는 역할을 수행한다. 수직회전부(13)는 수평날개(50)에 의해 몸체(20)가 롤 회전 방향으로 자유 운동하도록 구성될 수 있다.
몸체(20)는 지지대(10)의 상단에 결합되는 낫셀(21)과, 낫셀(21)의 하류단에 형성되는 윙 프레임(22)으로 구성된다. 상기 낫셀(21)은 소형 풍력발전기의 핵심 구성으로, 바람의 방향에 따라 로터 블레이드(30)의 위치를 최적화하기 위해 피치 운동하도록 지지대(10)에 수평회전부(12)를 통해 힌지 결합된다. 또한, 바람의 세기에 따라 로터 블레이드(30)의 회전수를 최적화하기 위해 롤 운동하도록 지지대(10)에 수직회전부(13)를 통해 힌지 결합된다. 낫셀(21)은 상류 측에 로터 블레이드(30)가 바람이 유입되는 방향을 회전축으로 하여 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 낫셀(21)의 내부에는 로터 블레이드(30)의 회전축과 연결되는 증속기 및 발전기가 구비될 수 있다. 낫셀(21)은 로터 블레이드(30)의 회전력이 회전축을 통해 발전기에 이르도록 구성될 수 있다. 낫셀(21)의 하류 측에는 윙 프레임(22)이 일체로 또는 결합 형성된다. 윙 프레임(22)은 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 지면에 수평하게 형성되며, 상류 측은 낫셀(21)에 연결되고, 하류 측에는 꼬리날개(40)가 구비될 수 있다.
로터 블레이드(30)는 낫셀(21)의 회전축에 연결되는 로터(31)와 로터(31)를 중심으로 방사상으로 연결되는 블레이드(32)를 포함하여 이루어질 수 있다. 블레이드(32)는 2개 이상 다수개가 로터(31)에 결합될 수 있다. 블레이드(32)는 도면상에 3개로 도시되어 있으나, 그 수를 3개로 한정하는 것은 아니며, 발전기의 용량 및 용도에 따라 그 수가 가변될 수 있다. 로터 블레이드(30)는 소형 풍력발전기에 통상적으로 사용되는 로터 블레이드가 사용되는 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
꼬리날개(40)는 지면과 수직하게 윙 프레임(21)의 하류 측 상방, 하방 또는 상방과 하방에 설치될 수 있다. 꼬리날개(40)는 낫셀(21)의 위치를 바람이 불어오는 방향으로 피치 회전시키기 위해 설치될 수 있다.
수평날개(50)는 지면과 수평한 방향이 기본 위치가 되도록 윙 프레임(22)에 설치된다. 수평날개(50)는 윙 프레임(22)의 길이 방향과의 기울기가 가변되도록 윙 프레임(21)에 설치된다. 수평날개(50)는 한 쌍이 윙 프레임(22)의 양측에 각각 설치되며, 꼬리날개(40)의 상류 측 방향으로 소정 거리 이격 설치될 수 있다.
수평날개(50)는 공기 유동방향에 일직선상으로 유지될 수 있도록 낫셀(21)을 롤 운동시키는 역할을 수행한다. 따라서 수평날개(50)와 지면과의 기울기가 가변되면, 수평날개(50)는 공기의 유동 방향과 일치되도록 낫셀(21)을 회전시켜 지면과 낫셀(21)의 기울기가 가변된다.
이때, 수평날개(50)는 윙 프레임(22)에 수직한 길이방향으로 형성되는 가변회전축(51)을 중심으로 롤 회전 가능하도록 윙 프레임(22)에 결합된다. 가변회전축(51)은, 수평날개(50)의 윙 프레임(22)에 평행한 방향의 중심에 배치될 수 있다. 즉 수평날개(50)의 앞전에서 하류 측으로 일정거리 이격되고, 수평날개(50)의 뒷전에서 상류 측으로 일정거리 이격 배치될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 하중이 분산되어 강한 바람에도 수평날개(50)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4a는 로터 블레이드(30)가 정격 출력 이하로 회전 시 즉 평상시의 수평날개(50) 위치를 도시한 정면도이다. 수평날개(50)는 윙 프레임(22)과 평행을 유지하며, 이에 따라 낫셀(21)도 공기 유입 방향에 평행하게 위치하게 된다. 따라서 공기 유입면적(D1)이 최대가 되어 로터 블레이드(30)의 회전력이 최대가 되도록 한다.
도 4b는 로터 블레이드(30)가 정격 출력 이상으로 회전 시 즉 강한 풍력 발생 시 날개(50) 위치를 도시한 정면도이다. 수평날개(50)는 윙 프레임(22)과 일정각도 기울어지게 도면상에서 볼 때 반시계 방향으로 롤 회전하며, 수평날개(50)는 풍력에 의해 공기 유동 방향에 일직선상에 위치하도록 낫셀(21)을 롤 회전 시킨다. 공기 유동 방향에 일정각도 기울어지게 롤 회동한 낫셀(21)에 의해 공기 유입면적(D2)이 줄어들게 되고, 로터 블레이드(30)의 회전력이 감소하도록 하여 로터 블레이드(30)가 정격 출력으로 회전하도록 유도하게 된다.
제어부(60)는 상기 지지대(10)의 외주면 상에 구비될 수 있다. 제어부(60)는 로터 블레이드(30)의 회전을 감지하여 풍속에 따라 수평날개(50)의 롤 회전을 제어하는 역할을 수행한다. 제어부(60)는 지지대(10)에 구비되는 것으로 도시되어 있지만, 제어부(60)의 작동에 구애되지 않는 풍력발전기 상의 어떠한 곳에도 설치가 가능함은 자명하다.
- 실시 예 2 (낫셀 결합형 수평날개)
이하, 상기와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기는 지지대(10), 몸체(20), 로터블레이드(30), 꼬리날개(40), 수평날개(500) 및 제어부(60)를 포함하여 이루어진다.
지지대(10)는 지지몸체(11), 수평회전부(12), 수직회전부(13)를 포함하여 이루어진다. 지지몸체(11)는 상하 길이방향으로 형성될 수 있다. 지지몸체(11)의 하단은 지면에 고정되며, 상단에는 수평회전부(12)가 형성될 수 있다. 수평회전부(12)는 상면이 수직회전부(13)에 결합될 수 있다. 수평회전부(12)는 몸체(20)를 지면에 수직한 축을 기준으로 지면에 수평한 방향으로 회전, 즉 피치(Pitch)운동 시키는 역할을 수행한다. 수평회전부(12)는 꼬리날개(40)에 의해 풍력이 유입되는 방향으로 몸체(20)가 자유 운동하도록 구성될 수 있다. 수직회전부(13)는 몸체(20)를 지면에 수평한 축을 기준으로 지면에 수직한 방향으로 회전, 즉 롤(Roll)운동 시키는 역할을 수행한다. 수직회전부(13)는 수평날개(50)에 의해 몸체(20)가 롤 회전 방향으로 자유 운동하도록 구성될 수 있다.
몸체(20)는 지지대(10)의 상단에 결합되는 낫셀(21)과, 낫셀(21)의 하류단에 형성되는 윙 프레임(22)으로 구성된다. 상기 낫셀(21)은 소형 풍력발전기의 핵심 구성으로, 바람의 방향에 따라 로터 블레이드(30)의 위치를 최적화하기 위해 피치 운동하도록 지지대(10)에 수평회전부(12)를 통해 힌지 결합된다. 또한, 바람의 세기에 따라 로터 블레이드(30)의 회전수를 최적화하기 위해 롤 운동하도록 지지대(10)에 수직회전부(13)를 통해 힌지 결합된다. 낫셀(21)은 상류 측에 로터 블레이드(30)가 바람이 유입되는 방향을 회전축으로 하여 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 낫셀(21)의 내부에는 로터 블레이드(30)의 회전축과 연결되는 증속기 및 발전기가 구비될 수 있다. 낫셀(21)은 로터 블레이드(30)의 회전력이 회전축을 통해 발전기에 이르도록 구성될 수 있다. 낫셀(21)의 하류 측에는 윙 프레임(22)이 일체로 또는 결합 형성된다. 윙 프레임(22)은 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 지면에 수평하게 형성되며, 상류 측은 낫셀(21)에 연결되고, 하류 측에는 꼬리날개(40)가 구비될 수 있다.
로터 블레이드(30)는 낫셀(21)의 회전축에 연결되는 로터(31)와 로터(31)를 중심으로 방사상으로 연결되는 블레이드(32)를 포함하여 이루어질 수 있다. 블레이드(32)는 2개 이상 다수개가 로터(31)에 결합될 수 있다. 블레이드(32)는 도면상에 3개로 도시되어 있으나, 그 수를 3개로 한정하는 것은 아니며, 발전기의 용량 및 용도에 따라 그 수가 가변될 수 있다. 로터 블레이드(30)는 소형 풍력발전기에 통상적으로 사용되는 로터 블레이드가 사용되는 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
꼬리날개(40)는 지면과 수직하게 윙 프레임(21)의 하류 측 상방, 하방 또는 상방과 하방에 설치될 수 있다. 꼬리날개(40)는 낫셀(21)의 위치를 바람이 불어오는 방향으로 피치 회전시키기 위해 설치될 수 있다.
수평날개(500)는 지면과 수평한 방향이 기본 위치가 되도록 낫셀(21)의 하류단부에 설치된다. 수평날개(500)는 윙 프레임(22)의 길이 방향과의 기울기가 가변되도록 낫셀(21)에 설치된다. 수평날개(500)는 한 쌍이 윙 프레임(22)을 사이에 두고 낫셀(21)의 하류 면 양측에 각각 설치될 수 있다.
수평날개(500)는 공기 유동방향에 일직선상으로 유지될 수 있도록 낫셀(21)을 롤 운동시키는 역할을 수행한다. 따라서 수평날개(500)와 지면과의 기울기가 가변되면, 수평날개(500)는 공기의 유동 방향과 일치되도록 낫셀(21)을 회전시켜 지면과 낫셀(21)의 기울기가 가변된다.
이때, 수평날개(500)는, 지면과 수평하고 낫셀(21)의 길이방향에 수직하게 형성되는 가변회전축(510)을 중심으로 롤 회전 가능하도록 낫셀(21)에 결합된다. 가변회전축(510)은 수평날개(500)의 상류 측에 형성되며, 낫셀(21)의 하류 측에 내설될 수 있다. 수평날개(500)가 낫셀(21)에 설치됨으로서 낫셀(21)의 제어를 더욱 신속하고, 확실하게 가변시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6a는 로터 블레이드(30)가 정격 출력 이하로 회전 시 즉 평상시의 수평날개(500) 위치를 도시한 정면도이다. 수평날개(500)는 윙 프레임(22)과 평행을 유지하며, 이에 따라 낫셀(21)도 공기 유입 방향에 평행하게 위치하게 된다. 따라서 공기 유입면적(D1)이 최대가 되어 로터 블레이드(30)의 회전력이 최대가 되도록 한다.
도 6b는 로터 블레이드(30)가 정격 출력 이상으로 회전 시 즉 강한 풍력 발생 시 날개(500) 위치를 도시한 정면도이다. 수평날개(500)는 윙 프레임(22)과 일정각도 기울어지게 도면상에서 볼 때 반시계 방향으로 롤 회전하며, 수평날개(50)는 풍력에 의해 공기 유동 방향에 일직선상에 위치하도록 낫셀(21)을 롤 회전 시킨다. 공기 유동 방향에 일정각도 기울어지게 롤 회동한 낫셀(21)에 의해 공기 유입면적(D2)이 줄어들게 되고, 로터 블레이드(30)의 회전력이 감소하도록 하여 로터 블레이드(30)가 정격 출력으로 회전하도록 유도하게 된다.
제어부(60)는 상기 지지대(10)의 외주면 상에 구비될 수 있다. 제어부(60)는 로터 블레이드(30)의 회전을 감지하여 풍속에 따라 수평날개(500)의 롤 회전을 제어하는 역할을 수행한다. 제어부(60)는 지지대(10)에 구비되는 것으로 도시되어 있지만, 제어부(60)의 작동에 구애되지 않는 풍력발전기 상의 어떠한 곳에도 설치가 가능함은 자명하다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 소형 풍력발전기의 가변형 꼬리날개 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 소형풍력발전기 제어방법 순서도이다.
먼저, 전원이 공급된 후, 상기 제어부(60)에 의해 풍력발전기의 출력전압 및 주파수를 통해 발전기의 회전수(R1)를 감지하고, 수평날개(50, 500)의 위치(TP)를 감지하는 제 1단계(S1)를 진행한다. 여기서 회전수(R1)는 로터 블레이드(30)의 분당 회전수를 의미하며, 수평날개(50, 500)의 위치(TP)는 윙 프레임(22)의 길이방향 축과, 수평날개(50, 500)의 윙 프레임(22)의 길이방향 기울기(θ)로 나타낼 수 있다. 또한 수평날개(50, 500)의 초기 위치라 함은 수평날개(50, 500)가 윙 프레임(22)의 길이 방향축과 일직선이 된 상태 측 기울기(θ)가 180도 임을 의미한다. 아울러 제어부(60)에 의한 수평날개(50, 500)의 롤 회전은 1회 작동 시에 윙 프레임(22)의 길이 방향축과, 수평날개(50, 500)가 이루는 기울기(θ)가 1~10도 증가 또는 감소되는 것으로 정의할 수 있다.
제 1단계(S1)의 감지 결과, 회전수(R1)가 설정된 회전수(R2)보다 높은지 여부를 비교하는 제 2단계(S2)를 진행한다.
여기서 설정된 회전수(R2)를 수치로 정의하지 않는 이유는 풍력발전기의 용량 및 구성에 따라 최적화된 회전수(R2)가 다르기 때문이다. 따라서 설정된 회전수(R2)는 당업자의 의도에 따라 정의될 수 있다.
제 2단계(S2)의 비교 결과, 로터 블레이드(30) 회전수(R1)가 설정된 회전수(R2)보다 크면 수평날개(50, 500)를 롤 회전시켜 윙 프레임(22)의 길이 방향축과 수평날개(50, 500)가 이루는 기울기(θ)가 1~10도 감소할 수 있도록 수평날개(50, 500)를 롤 회전시키는 제 3단계(S3)를 진행한다.
즉, 로터 블레이드(30) 회전수(R1)가 설정 회전수(R2)보다 크면 로터블레이드(30)에 걸리는 하중이 커지고 출력이 줄어들기 때문에 수평날개(50, 500)를 가변시켜 낫셀(20)의 위치를 이동시키고, 로터블레이드(30)가 바람에너지를 받는 면적을 줄어들게 하여 회전수를 조절하는 것이다.
로터 블레이드(30) 회전수(R1)가 설정된 회전수(R2)보다 작으면, 제어부(60)에 의해 수평날개(50, 500)의 위치(TP)가 초기위치, 즉 수평날개(50, 500)와, 윙 프레임(22)의 길이 방향축이 이루는 기울기(θ)가 180도인지를 판단하는 제 4단계(S4)를 진행한다.
제 4단계(S4)의 비교 결과, 기울기(θ)가 180도가 아닐 경우, 수평날개(50, 500)를 롤 회전시켜 윙 프레임(22)의 길이 방향축과 수평날개(50, 500)가 이루는 기울기(θ)가 1~10도 증가할 수 있도록 수평날개(50, 500)를 롤 회전시키는 제 5단계(S5)를 진행한다.
즉 로터 블레이드(30)의 회전수(R1)가 설정 회전수(R2)보다 작아지면 윙 프레임(22)의 길이 방향축과 수평날개(50, 500)가 이루는 기울기(θ)를 증가시키되, 수평날개(50, 500)가 초기 위치에 다다른 경우 더 이상의 회동을 제한시키는 것이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (7)

  1. 지면상에 세워지는 지지대와, 상기 지지대의 상단에 설치되며 내부에 증속기와 발전기가 설치되는 몸체와, 상기 몸체의 축방향으로 회전 하도록 상기 몸체의 상류 측에 설치되는 로터블레이드와, 상기 몸체의 하류 측에 연결되는 꼬리날개를 포함하는 소형 풍력발전기에 있어서,
    유입되는 공기와의 받음각이 가변되도록 상기 몸체 상에 설치되는 수평날개; 및
    상기 수평날개의 받음각을 제어하는 제어부; 를 포함하며,
    상기 몸체는 지면과의 경사각이 가변되도록 상기 지지대에 힌지 결합되어, 상기 수평날개의 위치에 따라 상기 몸체의 위치가 가변되는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는,
    증속기와 발전기가 설치되는 낫셀과, 상류단이 상기 낫셀에 연결되고 하류단에 상기 꼬리날개가 설치되는 윙 프레임으로 구성되며,
    상기 수평날개는, 상기 윙 프레임 상의 상기 꼬리날개의 상류 측에 설치되며, 윙 프레임의 길이 방향과 기울기가 가변되도록 결합되는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수평날개는,
    길이방향으로 형성되는 가변회전축을 중심으로 회전 가능하도록 상기 윙 프레임에 결합되며,
    상기 가변회전축은, 상기 수평날개의 앞전에서 하류 측으로 일정거리 이격되고, 상기 수평날개의 뒷전에서 상류 측으로 일정거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는,
    증속기와 발전기가 설치되는 낫셀과, 상류단이 상기 낫셀에 연결되고 하류단에 상기 꼬리날개가 설치되는 윙 프레임으로 구성되며,
    상기 수평날개는, 적어도 하나 이상 상기 낫셀의 하류단에 설치되며, 상류단이 상기 낫셀의 하류단에 힌지 결합되어 상기 받음각이 가변되도록 결합되는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기.
  5. 로터블레이드의 회전수(R1)를 감지하는 단계;
    제어부에 의하여 상기 로터블레이드의 회전수(R1)와 임계 회전수(R2)를 비교하는 단계;
    상기 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)를 초과할 경우, 상기 제어부를 통해 수평날개를 회동시켜 몸체와 지면의 경사각을 키우는 단계; 를 포함하여,
    로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)에 근접하도록 하는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    상기 로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2) 이하일 경우, 상기 제어부를 통해 상기 수평날개를 회동시켜 몸체와 지면의 경사각을 줄이는 단계; 를 포함하여,
    로터블레이드 회전수(R1)가 상기 임계 회전수(R2)에 근접하도록 하는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 방법은,
    로터블레이드 회전수(R1)가 임계 회전수(R2) 이하이고, 상기 몸체와 지면의 경사각이 0도일 경우, 상기 몸체와 상기 수평날개는 수평을 이루는 단계; 를 포함하는, 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 제어방법.
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