자가발전 자료

자전거 발전기

개요

사람의 힘으로 자전거 패달을 밟아 연결된 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것으로, 생산된 전기는 배터리에 저장이 되거나 직접 바로 사용될 수 있도록 고안된 것이다.

■발전기 용량 : 최고 1,000W 이상

■실제 발전량 : 10W~500W

( 자전거 발전기는 사람이 어느 정도의 속도로 페달을 돌리느냐에 따라 발전량이 달라지는데, 이는 각 개인에 따른 차이가 있고, 인간의 힘으로 500W 이상의 전기를 생산하는 것은 순간적으로는 가능하지만, 오랜시간을 지속적으로 운동하는 것은 불가능하다. 성인의 경우 약 30분이상을 지속적으로 운동할 수 있는 회전수를 감안하면, 300W 정도로 보는 것이 타당하다.

■발전되는 전기 전압 : 24볼트 (12볼트, 48볼트도 가능함)

■발전기 원리 - 페러데이 법칙

서로 극성이 다른 12개의 자석을 가진 두 개의 회전자가 구리 코일이 든 고정자를 사이에 두고 회전하면 전기가 만들어짐.

■ 발전하기

자전거 발전기로 발전시 출력전압이 30V에 가까울수록 많은 전기가 생산됩니다. 힘이 많이 들겠지만 출력 전압을 30V 가까이로 유지하십시오.

충전하는 시간과 배터리의 용량에 따라 사용가능한 가전기기와 사용시간이 달라지는데, 자전거 발전기의 발전량이 시간당 150W로 가정했을때, 2시간을 발전하면, 300Wh 의 전기가 배터리에 저장된다. 배터리에 저장된 전기를 인버터를 이용하여 사용할 때 충전시와 방전시 전기 손실이 발생하므로 통상 발전양의 60~70%를 사용가능하다고 보면 되는데, 이는 형광등 40W 짜리 기준으로 5시간 사용 가능하다.

자전거 발전기의 구성

● 자전거 발전기 1세트, 12볼트 축전지 2개, 24V 20A 컨트롤러 1개, 1300W 인버터 1개.

● 인버터는 1.1KW 이상의 용량을 사용하시면 손상이 됩니다. 큰 용량의 전자제품을 사용하시기를 원할때는 2KW 이상의 큰 용량의 인버터를 구입하십시오.

● 축전지는 24V 시스템으로 구성 되기 때문에 19V 이하로 방전되면 인버터가 전기를 출력하지 않습니다. 오랜시간 방전된 상태로 방치되면 배터리의 효율이 급격히 떨어지게 됩니다. 사용하지 않을 시 축전지를 충전시켜 보관하십시오.

자전거 발전기 설치

● 설치 장소: 바닥면이 평평하고, 비를 맞지 않는 곳

● 전선 결선: 발전기 세트를 연결할 때는 +극과 -극이 배터리, 인버터, 컨트롤러의 +극과 -극에 정확하게 일치하도록 연결해야 된다 (극성이 바뀔 경우 인버터나 컨트롤러가 손상 될 수도 있음).

결선하기

순서: 자전거 발전기와 컨트롤러 박스를 먼저 연결 한다. 그런 다음 12볼트 축전지를 직렬로 연결하여 24볼트로 만든 다음 컨트롤러 박스와 연결한다. 자전거 발전기가 컨트롤 박스를 통해서 축전지와 연결되고 나면, 인버터를 배터리에 연결한다. 이때 인버터에 전선을 먼저 결선한 다음 배터리에 결선 한다.

[결선도]

태양광 발전 시스템 구성 요소

계통 연계형

필요부품 : 태양전지모듈, 계통연계형 인버터(2Kw, 3Kw, 5Kw.....)

적 용 : 가정용 주택(보급사업), 소형 및 대형 태양광 발전소

독립형

필요부품 : 태양전지모듈, 충전 콘트롤러, 밧데리

적 용 : 도서 낙도 및 산간 벽지 전원 공급용 , 유인 무인 항로 표지용 독립된 지역의 전력 공급 (농업용수, 목축업, 양어장)

독립형 태양광 발전 필요요소

DC(직류)전기 사용  태양전지 모듈 , 쏠라 콘트롤러, 밧데리

AC(교류)전기 사용 태양전지 모듈, 쏠라 콘트롤러, DC->AC 220V 인버터, 밧데리

DC, AC 병행 사용 태양전지 모듈, 쏠라 콘트롤러, DC->AC 220V 인버터, 밧데리

태양광발전의 기본구성 (어떠한 기기가 필요한가?)

태양 발전만으로 주택용 전원을 완전 해결하려면, 태양전지 설치에만 수천만 원을 투자해야 한다. 그러나 태양광 시스템은 대단히 간단하기 때문에 예산이 허용하는 한도 내에서 쉽게 시작할 수 있다.  태양전지 판넬을 이용한 발전은 판넬 만 추가함으로써 간단하게 출력을 증가시킬 수 있는 등 유연성이 뛰어나다. 태양전지에 의해 만들어지는 전기는 직류전원으로, 전압은 12V가 기본이다. 따라서 태양전지를 이용하는 방법은 12V 직류를 그대로 사용하든지, 220V 교류로 변화하여 가정용 전원과 같은 환경으로 사용하는 방법을 선택할 수 있다.

▒▒ １）12V 전원으로 사용

태양광 발전으로부터 얻어진 전원을 12V 전원으로 사용하는 것은 가장 쉽고도 경제적인 방법이다. 태양전지를 직접 12V 전용 펌프에 연결하면, 어항이나 분수장치 등에 이용 가능하다.

12V 시스템을 주야로 사용하기 위해서는 태양전지 외에 기본적으로 충전 콘트롤러, 배터리가 필요하다.  이 시스템에 12V 전용 형광등, 전등을 연결하면 차고나 창고, 별장의 조명 등에 응용할 수 있다.

또한, 차량용 12V기기(테레비전, 통신기기, 냉난방기기, 조명기)를 이용할 수 있다.

▒▒ ２）220V전원으로 사용

태양광 발전 시스템을 220V 시스템으로 사용하기 위해서는 인버터가 추가로 필요하다.

인버터란 12V 직류전류를 입력하여 220V의 교류전류(유사 사인파, 사인파)로 변환시켜주는 장치다. 220V 시스템을 구성하면 일반가정용의 전기기기를 그대로 사용할 수 있게 된다.

소규모 시스템(예를 들어 50W 태양전지 1장)으로도 형광등, 비디오, TV.PC 등의 전원을 일정시간 동안 이용할 수 있으며, 대규모의 전원(50W 태양전지 20-60장: 1KW-3KW)를 구성하면, 주택용 독립전원으로 부족함이 없다.

주택용의 태양전지 시스템을 일반 전력회사의 송전선과 계통 연계하여 전력회사에 잉여 전력을 팔 수도 있다.

(주택용 태양전지시스템은 정부가 50%의 자금지원)

▒▒ 3. 태양전지 시스템 출력 계산법

태양전지 시스템 설계 시 가장 중요한 것은 어떤 기기를 몇 시간 정도 이용할 것인가를 명확히 파악해야 한다. 이를 기초로 태양전지와 주변기기의 종류와 규모를 결정한다. 예를 들어 다음과 같은 산출을 완성함으로써, 필요한 태양전지의 출력, 배터리 용량을 결정할 수 있다.

1단계: 시스템의 전력수요계산 :

{사용기기수 n(대)×소요전력 W(=V*A)×사용시간 h／일} ×사용일수 d／주 ÷7 = 주중 1일 필요 전력 (W ×hour／일)

1일 필요한 전력량(Watts Hour／일) x 배터리손실계수 1.25 ＝ 실제 필요한 1일 전력량

1) 태양전지시스템 전력으로 사용하고자 하는 기기의 목록을 작성

2) 각 기기별로 ‘소모전력(와트) / 1일사용시간 / 주간 사용일수’를 기록하여 1일의 필요한 전력량(Watts Hour／일)을 계산

220V 기기의 경우는 12V에서 220V로의 변환손실계수 1.1을 곱한다.

* 예)  60W 220V 전등 2개를 매일 3시간 사용할 경우, ２x 60 x 1.1 x 3 x 7(매일) ÷ 7(1주) ＝ 396 Watts Hour／일이된다.)

* 권장사항 : 조명기구는 11~15 와트급 초절전형 사용을 권고함(조명밝기가 60 와트급 일반형광등과 동일)

3) 각 기기별 전력량 계산값을 합하여 1일의 평균사용전력량 Watts Hour／일 합계를 계산하고,

이 결과값에 배터리 손실계수 1.25를 곱하여 보정후의 Watts Hour／일 합계를 구한다.

1일 전력사용량(Watts Hour／일) x 배터리손실계수(1.25)＝ 실제 필요한 1일 전력량

2단계: 필요한 태양전지출력 계산 :

평균사용전력량 ÷ 태양광 일조시간= 태양전지의 최저 필요 전력(와트)

태양의 일조시간은 지역, 계절에 따라다르지만,

여기서는 평균적인한국의 일조시간 3.3시간/일을 적용한다.

태양전지의 최저 필요 와트 x 태양전지 출력보정계수 1.15 (열, 표면오염에 의한 출력저하의보정) = 태양전지 출력 요구 총량

태양전지 출력 요구 총량 ÷ 판넬 1장당 태양전지 출력(통상 40-60W) = 필요한 태양전지 판넬 수량

3단계 : 필요한 배터리용량 계산 :

태양전지에 의해 발생시킨 전력을 주야간으로 사용하기 위해서는전기를 저장해두는 배터리가 필요하다.

어느 정도 용량의 배터리가 필요한지를 계산해보자.

1일 평균 전력량 ÷ 배터리 전압(통상12V) = 1일당 전류 부하 (Ah／일)

1일당 전류 부하(Ah／일) x 충전 불가 일수/주 3-4일(우천 등) ÷ 방전 허용량 0.8 = 실제 배터리 축전 필요 총 용량

통상 납(연)축전지는 용량의 80% 이상 방전을 계속하면 전지 수명이 짧아지기때문에, 방전심도는 80%까지로 한다.

이상과 같이 각 시스템 별 필요전력량, 태양전지 판넬 수, 배터리 용량을 계산하여, 사용형태에 따라 최적의 태양전지시스템을 디자인할 수 있게 된다.

***  더 상세하고 다양한 자료는 에너지관리공단 홈페이지(www.kemco.or.kr)를 참고 하세요.

결선도

모듈, 콘트롤러, 밧데리, 로드(인버터) 결선도

모듈 설치시

설치시 유의사항

▶ 태양전지모듈은 태양광선과 90도 각도일때 가장 효율이 좋습니다.

▶ 방향과 경사각도 : 방향은 설치하고자 하는 위치에서 나침반을 사용하여 정남향 방향으로 설치 합니다.

▶ 경사각도는 수평면을 기준으로 하여 설치하고자 하는 위치의 위도 각도로 경사지게 설치합니다. (년평균 기준)

▶ 겨울에는 경사각도를 설치지역의 위도 +15도

▶ 여름에는 경사각도를 설치지역의 위도 -15도