KR100454896B1 - Control system for charging and discharging solar photovoltaic module for solar streetlight and stand-alone system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 독립형 태양광 발전시스템에서 배터리의 충방전을 개별모듈로 제어하여 발전 효율을 개선하고 충방전 횟수를 절반 가량 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있는 태양광 발전시스템 개별모듈 충방전 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solar street light and a separate module charging and discharging control system for a stand-alone solar power generation, and more particularly, to control the charging and discharging of the battery by a separate module in a stand-alone solar power generation system to improve the power generation efficiency and the number of charge and discharge cycles. The present invention relates to a photovoltaic power generation system individual module charge / discharge control system capable of reducing the battery life by about half.
본 발명의 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템은 태양광으로부터 전력을 발생시키는 발전부; 상기 발전부에서 발생하는 전력을 충방전시키는 복수의 배터리; 상기 복수의 배터리의 충방전을 위해 스위칭 회로를 구비하는 충방전구동부; 및 상기 각 배터리별 충방전이 개별적으로 이루어지도록 하나의 배터리가 충전절환점에 이르면 다른 배터리를 충전하고 하나의 배터리가 방전절환점에 이르면 다른 배터리를 방전하는 제어부를 포함하여 구성됨에 기술적 특징이 있다.The solar street light and the independent module charge / discharge control system for independent solar power generation of the present invention includes a power generation unit for generating power from sunlight; A plurality of batteries for charging and discharging the power generated by the power generation unit; A charge / discharge driver including a switching circuit for charging and discharging the plurality of batteries; And a control unit configured to charge another battery when one battery reaches a charge switching point and to discharge another battery when one battery reaches a discharge switching point so that charging and discharging of each battery is performed separately. .
따라서, 본 발명에 따른 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템은 기존의 태양광발전시스템의 배터리나 PV모듈의 용량은 동일하게 사용하면서도 발전 효율을 5~10% 가량 향상시킬 수 있고 시스템 배터리의 충방전 횟수를 절반 가량 감소시킬 수 있어 배터리 수명 연장과 방전심도의 제어 및 관리에도 효과적이다. 또한, 독립형 태양광 발전시스템의 배터리 관리에 매우 효과적이며 전체적인 시스템의 안정성을 향상시켜 준다.Therefore, the solar street light and the independent module charge / discharge control system for independent solar power generation according to the present invention can improve the power generation efficiency by 5 to 10% while using the same capacity of the battery or the PV module of the conventional solar power generation system. It can reduce the number of charge / discharge of system battery by half, which is effective for prolonging battery life and controlling and managing discharge depth. In addition, it is very effective in battery management of stand-alone solar power generation system and improves overall system stability.
Description
본 발명은 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 독립형 태양광 발전시스템에서 배터리의 충방전을 개별모듈로 제어하여 발전 효율을 개선하고 충방전 횟수를 절반 가량 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있는 태양광 발전시스템 개별모듈 충방전 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solar street light and a separate module charging and discharging control system for a stand-alone solar power generation, and more particularly, to control the charging and discharging of the battery by a separate module in a stand-alone solar power generation system to improve the power generation efficiency and the number of charge and discharge cycles. The present invention relates to a photovoltaic power generation system individual module charge / discharge control system capable of reducing the battery life by about half.
태양광발전 기술은 햇빛에너지를 직접 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지와 태양전지로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환 및 제어기술이라고 정의할 수 있다. 태양광발전 기술은 태양으로부터 전달되는 복사 열에너지를 이용하는 태양열 기술과 구분된다.Photovoltaic power generation technology can be defined as a solar cell that converts sunlight energy directly into direct current electrical energy, and a power conversion and control technology that converts direct current power from solar cells into AC power. Photovoltaic technology is distinguished from solar technology that uses radiant heat energy from the sun.
태양광발전은 청정에너지이며, 가동부분이나 고온, 고압의 부분이 없고, 보수가 용이하며, 무인화가 가능하며, 무한정한 에너지원이며, 양산성이 높고, 필요에 따라 소규모에서 대규모 시스템까지 설치 가능한 장점을 가지고 있다. 반면, 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 대면적이 필요하고, 상용전력에 비해 고가이며, 직류전력이 먼저 얻어지는점 등에 유의해야 한다.Photovoltaic power generation is clean energy, no moving parts, high temperature and high pressure parts, easy to repair, unmanned, infinite energy source, high mass production, and can be installed from small to large systems as needed It has advantages On the other hand, the amount of power generation depends on the solar radiation time, large area is required to obtain a large power, expensive compared to commercial power, it should be noted that the DC power is obtained first.
태양전지에서 발생된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 장치를 인버터(inverter)라 한다. 태양광발전에 쓰이는 전력변환장치는 일반 산업용 인버터의 기능 외에 전력품질 및 보호기능을 갖고 있기에 전문용어로서 PCS(Power Conditioning System) 기술이라고 불려지고 있다. PCS에 요구되는 기능으로는 최대전력추종제어기능, 고효율제어, 소음 저감, 직류분제어기능, 직류지락검출기능, 고조파 억제, 고주파 억제, 계통연계 보호기능, 단독운전방지기능 등이 있다.An apparatus for converting DC power generated from solar cells into AC power is called an inverter. Power converters used in solar power generation are called terminology PCS (Power Conditioning System) technology because they have power quality and protection functions in addition to the functions of general industrial inverters. Functions required for PCS include maximum power tracking control, high efficiency control, noise reduction, direct current control, DC ground fault detection, harmonic suppression, high frequency suppression, grid linkage protection, and independent operation prevention.
태양전지는 그 자체만으로는 태양광에 의해 생성된 전기를 저장하는 능력을갖고 있지 않다. 따라서, 태양광발전 시스템이나 태양전지를 이용하는 기기 등은 전기를 축전하는 배터리를 구비하는 것이 보통이다. 배터리는 낮 시간 동안 태양전지로부터 발전된 전류를 충전하고, 전기가 필요하게 될 때 공급해 주는 기능을 갖는다. 충전조절기는 배터리로부터의 전류의 흐름(충전)과 배터리로부터의 전류의 흐름(방전)을 조절하는 장치로서 배터리의 과충전과 과방전을 방지하는 기능을 갖는다.Solar cells by themselves do not have the capacity to store electricity generated by sunlight. Therefore, a photovoltaic system, a device using a solar cell, or the like usually includes a battery for storing electricity. The battery charges the current generated from the solar cell during the day and supplies it when electricity is needed. The charge controller is a device for controlling the flow of current from the battery (charge) and the flow of current from the battery (discharge) and has a function of preventing overcharging and overdischarging of the battery.
태양광 발전 시스템의 구성은 상용전력계통과의 연계 여부에 따라 독립형 (stand-alone) 시스템과 계통연계형(grid(utility)-connected) 시스템으로 분류할 수 있다.The configuration of the photovoltaic power generation system can be classified into a stand-alone system and a grid (utility) -connected system according to whether or not it is connected to a commercial power system.
독립형 시스템은 계통선이 보급되지 않는 산간벽지 등에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 주간에 발생시켜 사용하고 남은 전력을 배터리에 저장하였다가 야간에 사용한다. 예로는 낙도전원, 가로등, 관개용수용 펌프시스템 등이 있다. 계통연계형 시스템은 계통선이 공급되는 지역에서 태양광으로 발전된 전기와 함께 전력 회사에서 공급하는 전기를 함께 사용하는 방식이다. 태양광으로 발전되지 않는 시간에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 태양광으로 발전하여 전기를 사용하고도 남는 경우에는 전력 계통에 거꾸로 흘려 보낼 수 있다.The stand-alone system is a system for supplying power to mountain wall where the grid is not supplied. It is generated during the day, and the remaining power is stored in the battery and used at night. Examples include remote island power, street lights, and irrigation pump systems. Grid-connected systems use solar-generated electricity along with electricity supplied by utilities in areas where gridlines are supplied. When not in solar power, power can be supplied from the power system. If it is powered by solar and uses more electricity, it can be flowed backwards to the power system.
종래에는, 독립형 태양광발전 시스템에서 배터리 관리를 위해 단순히 배터리가 일정 전압 이상 또는 일정 전압 이하일 때 컷오프(cut off) 방법을 사용한 경우가 대부분이고 기본적인 배터리 보호장치도 채용하지 않은 경우도 있었다. 따라서 고가의 독립형 태양광발전 시스템의 동작이 불안정해지고 고장이 자주 발생하였다.Conventionally, in a stand-alone photovoltaic system, a cut off method is used when the battery is above a certain voltage or below a certain voltage for battery management, and in some cases, a basic battery protection device is not employed. As a result, the operation of the expensive stand-alone photovoltaic system is unstable and frequently occurs.
대한민국 공개특허 제2001-0014816호를 보면, 배터리로의 충전량에 따라 출력 방전량을 제어하는 기능과 장기간의 충방전 기록 데이타를 기억하는 수단을 갖고, 동작 보증과 신뢰성 유지 기능을 갖는 태양 전지 장치에 관해 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0014816 discloses a solar cell apparatus having a function of controlling an output discharge amount according to a charge amount of a battery and a means for storing long-term charge / discharge recording data, and having an operation guarantee and a reliability maintenance function. Is disclosed.
상기 공개특허는 태양 전지로부터의 전기 에너지를 배터리에 충전하여 축적하고, 그 충전된 전기에너지를 부하에 공급하는 태양전지 장치에 있어서, 상기 배터리로의 입력 충전량을 검지하는 충전량 검지 수단과, 상기 충전기에 충전된 전기 에너지가 상기 부하에 공급되는 출력 방전량을 검지하는 방전량 검지 수단과, 상기 충전량 검지수단 및 상기 방전량 검지수단에 의해 검지된 상기 배터리의 장기간에 걸친 충방전량 데이터를 기억하는 기억 수단과, 상기 기억 수단에 기억된 충방전량 데이터에 기초하여 상기 부하에 대한 출력 방전량을 제어하는 방전량 제어 수단을 갖는다.The above-mentioned patent discloses a solar cell apparatus which charges and accumulates electrical energy from a solar cell in a battery, and supplies the charged electrical energy to a load, comprising: charge amount detecting means for detecting an input charge amount into the battery; Memory for storing long-term charge / discharge data of the battery detected by the discharge amount detecting means and the discharge amount detecting means and the discharge amount detecting means for detecting the output discharge amount supplied to the load by the electric energy charged in the; Means and discharge amount control means for controlling the output discharge amount to the load based on the charge / discharge amount data stored in the storage means.
그러나, 상기 공개특허는 단순히 배터리가 일정 전압 이상 또는 일정 전압 이하일 때 컷오프(cut off) 방법이 한계를 벗어나지 못하며, 배터리의 효율을 높이기 보다는 충방전량에 관한 데이터의 분석과 제어에 관해 개시한 것이다.However, the above patent discloses simply the cut-off method when the battery is above a certain voltage or below a certain voltage, and does not go beyond the limit, and discloses analysis and control of data regarding charge / discharge amount rather than increasing the efficiency of the battery.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 독립형 태양광발전 시스템에서 병렬로 구성된 배터리의 충방전을 부일조일 조건을 고려한 방전심도를 제어함으로써, 충방전 횟수를 감소시키고 배터리의 열화를 예방하며 시스템의 안정성을 향상시켜 독립형 태양광발전 시스템의 발전효율을 향상시키는 태양광 발전시스템 개별모듈 충방전 제어시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, by controlling the discharge depth in consideration of the uncoiling conditions of charging and discharging of the battery configured in parallel in the independent photovoltaic system, the number of charge and discharge It is an object of the present invention to provide a photovoltaic power generation system individual module charge and discharge control system to reduce, prevent battery deterioration and improve the stability of the system to improve the power generation efficiency of the stand-alone photovoltaic system.
도 1은 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 구성도.1 is a block diagram of an individual module charge and discharge control system according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 충전과정을 나타내는 시간대별 전력에 대한 그래프.Figure 2 is a graph of the time-phase power showing the charging process of the individual module charge and discharge control system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 방전과정을 나타내는 시간대별 전력에 대한 그래프.Figure 3 is a graph of the time-phase power showing the discharge process of the individual module charge and discharge control system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 발전부 2 : 배터리1: power generation unit 2: battery
3 : 충방전구동부 4 : 제어부3: charging and discharging driving unit 4: control unit
5 : 인버터5: inverter
본 발명의 상기 목적은 태양광으로부터 전력을 발생시키는 발전부; 상기 발전부에서 발생하는 전력을 충방전시키는 복수의 배터리; 상기 복수의 배터리의 충방전을 위해 스위칭 회로를 구비하는 충방전구동부; 및 상기 각 배터리별 충방전이 개별적으로 이루어지도록 하나의 배터리가 충전절환점에 이르면 다른 배터리를 충전하고 하나의 배터리가 방전절환점에 이르면 다른 배터리를 방전하는 제어부를 포함하여 구성되는 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템에 의해 달성된다.The object of the present invention is a power generation unit for generating power from sunlight; A plurality of batteries for charging and discharging the power generated by the power generation unit; A charge / discharge driver including a switching circuit for charging and discharging the plurality of batteries; And a control unit configured to charge the other battery when one battery reaches a charge switching point and to discharge the other battery when one battery reaches the discharge switching point so that charging and discharging of each battery is performed separately. It is achieved by a separate module charge / discharge control system for stand-alone solar power generation.
태양전지의 발전 특성은 광량에 대하여 전류는 비례하여 증가하며, 전압은 반비례하는 특성을 나타낸다. 따라서 태양전지의 발생 전류량을 증가시키기 위해서는 부하 전압을 낮게 유지하는 것이 유리하다. 그리고 배터리에 저장되는 에너지량은 충전전류 누적치로 나타난다. 태양광 발전시스템에서 태양전지 전압전류 특성과 배터리의 용량과 전압 특성 때문에 배터리 제어 방법에 따라 태양광발전 효율 개선이 가능하다.The power generation characteristics of the solar cell are increased in proportion to the amount of light, and the voltage is inversely proportional. Therefore, in order to increase the amount of generated current of the solar cell, it is advantageous to keep the load voltage low. The amount of energy stored in the battery is represented by the accumulated charge current. In the solar power generation system, the solar cell voltage and current characteristics and the battery capacity and voltage characteristics can improve the photovoltaic efficiency according to the battery control method.
소규모 독립형 태양광발전 시스템에서 배터리는 태양전지(Photovoltaic : PV)에서 발생된 전기를 저장하는 필수적인 요소일 뿐만 아니라 PV 모듈의 발전에도 영향을 미치게 된다. 그리고 배터리는 독립형 태양광발전 시스템의 안정 동작에도 중요하다. 따라서 시스템의 안정성과 효율 향상을 위해 배터리의 효율적 관리가 필요하다. 본 발명은 기존의 배터리 관리 방법을 개선하여 배터리 개별모듈 충ㆍ방전 제어법을 적용함으로써 기존 시스템에 비해 효율 향상과 배터리를 보다 효율적으로 관리할 수 있게 하였다. 이 방법은 독립형 태양광발전 시스템에서 부일조일 조건을 만족시키기 위해 필요한 대용량 배터리를 두 개로 나누어 충전용 또는 방전용으로 사용할 수 있도록 하였다. 이를 위해 단일 구조로 된 제어기의 충방전부를 2중 구조로 만들어 배터리를 충전 혹은 방전 동작을 임의로 제어할 수 있도록 하였다. 상기 부일조일이란, 장마나 태풍과 같이 태양광발전이 불가능한 날을 말하며 독립형 태양광발전 시스템에서는 보통 부일조일을 4일 내지 5일 정도로 결정한다.In small stand-alone photovoltaic systems, batteries are not only an essential element for storing electricity generated from photovoltaic (PV), but also affect the development of PV modules. Batteries are also important for the stable operation of stand-alone photovoltaic systems. Therefore, efficient battery management is needed to improve system stability and efficiency. The present invention improves the conventional battery management method, so that the battery individual module charge / discharge control method can be applied to improve the efficiency and manage the battery more efficiently than the existing system. This method divides the large-capacity batteries needed to satisfy the unilding conditions in the stand-alone photovoltaic system so that they can be used for charging or discharging. To this end, the charging and discharging part of the controller having a single structure has a double structure so that the charging or discharging operation of the battery can be arbitrarily controlled. The sunshine day refers to a day in which solar power generation is impossible, such as a rainy season or a typhoon. In a stand-alone solar power system, the sunshine day is usually determined to be 4 to 5 days.
본 발명에 따른 개별충전 제어법의 동작은 주간에 태양전지로 발전하는 상태에서 초기값이 배터리1은 충전지, 배터리2는 방전지로 설정되어 있다. 이때 태양전지에서 발생되는 전기는 배터리1에 충전된다. 그리고 배터리2는 야간에 방전을 위해 방전 대기 상태로 있게 된다. 이때 충전지가 충전 완료상태가 되어 충전 컷오프(Cut off)상태에 이르게 되면 충전지 및 방전지의 역할이 절환된다. 배터리1은 방전 대기상태가 되고 배터리2는 충전지로 선택된다.In the operation of the individual charge control method according to the present invention, the initial value of the battery 1 is set as a rechargeable battery, and the battery 2 is set as a discharge battery in a state of generating solar cells during the day. At this time, the electricity generated from the solar cell is charged in the battery 1. The battery 2 is in a discharge standby state for discharge at night. At this time, when the rechargeable battery is in the state of completion of charging and reaches the cut off state, the roles of the rechargeable battery and the discharge battery are switched. Battery 1 is ready for discharge and battery 2 is selected as a rechargeable battery.
본 발명에서는 마이컴을 이용하여 충ㆍ방전 제어를 하는 바, 배터리의 잔존용량(SoC) 및 컷오프(Cut Off)를 위해 전압 등을 A/D(Analog/Digital) 변환하여 배터리 상태를 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 배터리는 2개 이상을 병렬로 사용하는 독립형 태양광발전 시스템에 적용할 수 있도록 제어기 파워단을 2중 구조로 만들었다. 또한 배터리의 상태와 부하 조건에 맞도록 충전용과 방전용 배터리를 절환하여 역할을 서로 교대하여 사용할 수 있도록 H/W 및 S/W를 구성하였다. 그리고 배터리의 절환은 100㎳ 이내의 짧은 시간에 이루어지므로, 배터리 절환이 충ㆍ방전에 악영향을 미치지 못하도록 하였다.In the present invention, the charge / discharge control is performed using a microcomputer, so that the battery state can be controlled by converting voltages such as A / D (Analog / Digital) for the remaining capacity (SoC) and the cutoff of the battery. It was. The battery has a dual controller power stage that can be applied to a stand-alone photovoltaic system that uses two or more in parallel. In addition, H / W and S / W were configured to switch between charge and discharge batteries to match the state and load conditions of the battery so that the roles can be used interchangeably. In addition, since the switching of the battery is performed in a short time within 100 mW, the switching of the battery does not adversely affect the charging and discharging.
도 1은 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of an individual module charge and discharge control system according to the present invention.
본 발명의 개별모듈 충방전 제어시스템은 PV모듈(1), 배터리(2), 충방전구동부(3), 제어부(4) 및 인버터(5)로 구성된다. 본 발명에 따른 충전과정은, 상기 PV모듈(1)에 의해 발전된 전력이 마이컴으로 구성된 제어부(4)에 의해 제어되어 상기 충방전구동부(3)를 거쳐 배터리(2)로 충전된다. 또한 방전과정은, 상기 배터리(2)의 전력이 마이컴에 의해 제어되어 상기 인버터(5)를 거쳐 사용하고자 하는 각 부하로 전력을 공급하게 된다.The individual module charge / discharge control system of the present invention includes a PV module 1, a battery 2, a charge / discharge driver 3, a controller 4, and an inverter 5. In the charging process according to the present invention, the power generated by the PV module 1 is controlled by the control unit 4 composed of a microcomputer and charged to the battery 2 via the charge / discharge driving unit 3. In the discharging process, the power of the battery 2 is controlled by the microcomputer to supply power to each load to be used through the inverter 5.
상기 마이컴은 배터리(2)의 충방전 상태를 확인할 수 있어야 하므로 A/D를 이용하여 배터리(2)의 전압과 충방전 전류를 센싱한다. 상기 마이컴은 배터리(2)의 상태와 충ㆍ방전 조건에 따라 배터리 제어를 결정하는 알고리즘을 프로그램화하여 전체적인 충방전을 제어한다.Since the microcomputer needs to be able to check the charge / discharge state of the battery 2, the microcomputer senses the voltage and the charge / discharge current of the battery 2 using A / D. The microcomputer programs an algorithm for determining battery control according to the state of the battery 2 and the charge / discharge conditions to control overall charge and discharge.
상기 충방전구동부(3)는 종래의 경우 1개의 스위칭 회로로 구성되나 본 발명에서는 개별모듈의 충방전제어를 위해 복수의 스위칭 회로로 구성하였다. 상기 충방전구동부(3)의 스위칭 회로는 복수의 금속산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 이하 MOSFET)와 상기 MOSFET을 구동시키는 드라이버를 포함한다. 상기 MOSFET은 입력전류가 매우 미약하여 소비전력이 적고, 잡음이 적으며, 미세 신호 증폭시 찌그러짐이 적은 등 일반 트랜지스터를 사용하는 것보다 좋은 효과가 있다.The charging and discharging driving unit 3 is composed of one switching circuit in the related art, but in the present invention, the charging and discharging driving unit 3 is composed of a plurality of switching circuits for charge and discharge control of individual modules. The switching circuit of the charge / discharge driving unit 3 includes a plurality of metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and a driver for driving the MOSFETs. The MOSFET has a better effect than using a general transistor, such as low input current, low power consumption, low noise, and low distortion when amplifying a fine signal.
본 발명의 도 1에서는 2개의 배터리(2)를 도시하고 있으나 그 이상의 배터리와 상기 배터리 갯수에 따른 충방전구동부를 구비할 수 있음은 물론이다.In FIG. 1 of the present invention, two batteries 2 are shown, but of course, more than one battery and a charge / discharge driving unit according to the number of batteries may be provided.
도 2는 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 충전과정을 나타낸 것이다. 도 2a는 충전초기상태를 나타낸 것으로, 배터리1이 충전상태, 배터리2가 방전대기상태일 경우를 나타낸 것이다. 도2b는 배터리1이 충전절환지점에 도달하여 배터리의 역할을 바꾸어 배터리2는 충전상태, 배터리1은 방전대기상태로 바뀐 것이다. 충전절환의 조건은 배터리의 전압을 검사하여 충전 중인 전지가 종료 조건에 도달한 경우 역할을 절환하도록 마이컴에서 충방전구동부(3)를 동작시킨다.2 shows a charging process of an individual module charge / discharge control system according to the present invention. 2A illustrates an initial charging state, in which the battery 1 is in a charged state and the battery 2 is in a discharge standby state. 2B shows that the battery 1 reaches the charge switching point and changes the role of the battery so that the battery 2 is in the charged state and the battery 1 is in the discharge standby state. The condition of the charge switching is to check the voltage of the battery to operate the charge and discharge drive unit 3 in the microcomputer to switch the role when the battery under charge reaches the termination condition.
도 3은 본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템의 방전과정을 나타낸 것이다. 도 3a는 배터리2가 방전상태, 배터리1은 충전대기상태일 경우를 나타낸 것이다. 도 3b에서는 초기방전 상태에서 배터리의 역할을 절환한 것이다. 절환 조건은 충전과 같이 방전하는 배터리가 방전종료 조건에 도달한 경우 마이컴에서 배터리의 역할을 절환하도록 충방전구동부(3)를 제어한다.Figure 3 shows the discharge process of the individual module charge and discharge control system according to the present invention. 3A illustrates a case where battery 2 is in a discharged state and battery 1 is in a charge standby state. In FIG. 3B, the role of the battery is switched in the initial discharge state. The switching condition controls the charging / discharging driving unit 3 to switch the role of the battery in the microcomputer when the discharging battery such as charging reaches the discharging end condition.
배터리 개별모듈 충방전 제어를 사용하는 경우 배터리중 잔존용량이 낮은 배터리가 충전상태가 되고 잔존용량이 높은 배터리가 방전지가 되어 충방전이 안정적이 되고 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 참고로, 종래의 경우는 배터리가 1일 1회씩 충전과 방전이 각각 일어난다.In the case of using the battery individual module charge / discharge control, a battery with a low remaining capacity of the battery becomes a charged state, and a battery with a high remaining capacity becomes a discharge cell, thereby enabling stable charging and discharging and improving solar cell power generation efficiency. For reference, in the conventional case, the battery is charged and discharged once daily.
본 발명에서 제안된 방식은 1일 동안 충전 혹은 방전 중 한가지만 1일 1회 정도 발생하므로 배터리의 충방전 횟수를 50% 정도 감소시킬 수 있다. 또한 종래의 경우 사용중 배터리의 고장이 발생하는 경우 고장이 정상적인 배터리까지 영향을주어 시스템 전체가 동작할 수 없는데 비해 본 발명에서 제안된 방식은 고장 배터리의 고장이 정상 배터리에 전이되지 않고 부일조일의 감소와 같은 영향이 있기는 하지만 일정 기간 동안 정상 동작이 가능하여 독립형 태양광발전 시스템을 좀더 안정적으로 운용할 수 있게 된다.In the method proposed in the present invention, only one of charging or discharging occurs for one day, so that the number of charge / discharge cycles of the battery can be reduced by about 50%. In addition, in the conventional case, when a battery failure occurs during use, the failure affects the normal battery, so that the entire system cannot operate. However, the proposed method of the present invention reduces the failure amount of the defective battery without transferring the failure battery to the normal battery. Although it has the same effect as above, it can be operated for a certain period of time, which enables more stable operation of the stand-alone photovoltaic system.
배터리는 100% 방전할 경우 급격한 열화가 발생하여 수명이 단축되고 용량이 감소하게 된다. 따라서 배터리는 자신의 최대 용량의 약 70% 정도까지만 방전하도록 권장하고 있다. 이와 같이 배터리 보호를 위한 배터리의 방전 용량을 방전 심도라 한다. 따라서, 본 발명의 개별모듈 충방전 제어시스템을 사용할 경우에는 방전 심도를 적절히 제어할 수 있으므로 전체적인 태양광 발전시스템에 효율을 높일 수 있다.When the battery is 100% discharged, a sudden deterioration occurs, which shortens the lifespan and decreases the capacity. Therefore, it is recommended that the battery be discharged only to about 70% of its maximum capacity. In this manner, the discharge capacity of the battery for battery protection is called a discharge depth. Therefore, when the individual module charge and discharge control system of the present invention is used, the depth of discharge can be properly controlled, so that the efficiency of the entire photovoltaic power generation system can be improved.
본 발명에 따른 개별모듈 충방전 제어시스템을 사용한 실시예를 들어 본다.Look at an embodiment using a separate module charge and discharge control system according to the present invention.
일반적으로 태양광 가로등에서 사용하는 배터리는 보통 12V 100Ah 2개를 병렬로 연결하여 사용한다. 초기치를 모두 100% 상태에서 방전을 개시하고 하루동안 방전량이 60Ah라면 배터리 2개를 병렬로 연결한 경우는 각각 30Ah씩 방전하여 70%의 잔존용량을 갖게되고 이때의 전압은 12.6V 정도가 된다.Generally, batteries used in solar street lights usually use two 12V 100Ah in parallel. If the initial value starts to discharge at 100% state and the discharge amount is 60Ah for one day, when two batteries are connected in parallel, each of the batteries is discharged by 30Ah each to have 70% of remaining capacity, and the voltage is about 12.6V.
상대적으로 본 발명에 따른 개별충전 제어방식에서는 2개의 배터리 중 1개의 배터리를 방전전용으로 이용하므로 60Ah를 방전하여 40%의 잔존용량을 갖게되고, 전압은 11.8V정도를 나타낸다. 용량이 40%인 배터리의 전압을 V1, 70%인 배터리 전압을 V12라 하면 V12≥V1이 되고 이때의 태양광발전 충전전류는 동일 광량에서 전압 V1일 때 I1, V12일 때 I12라 가정하면 I12≤I1이 된다.Relatively, in the individual charge control method according to the present invention, since one of the two batteries is used only for discharging, 60 Ah is discharged to have a remaining capacity of 40%, and the voltage is about 11.8V. If the voltage of the battery having a capacity of 40% is V1 and the battery voltage of 70% is V12, then V12≥V1, and the photovoltaic charging current at this time is I12 at voltage V1 at the same amount of light, and I12 at I12 at V12. ≤ I1.
상기 실시예에서 본 바와 같이, 태양전지의 발생 전류량을 증가시키기 위해서는 부하 전압을 낮게 유지하는 것이 유리하므로 본 발명의 개별충전 제어방식은 배터리의 수명과 시스템의 효율을 높일 수 있다.As seen in the above embodiment, in order to increase the amount of generated current of the solar cell, it is advantageous to keep the load voltage low, so the individual charge control method of the present invention can increase the battery life and the efficiency of the system.
따라서, 본 발명에 따른 개별충전 제어방식으로 충ㆍ방전을 관리할 경우 태양전지에 의한 발전량은 일반적인 경우보다 증가하게 된다. 또한 일반적인 태양광 가로등이 하루에 충전 및 방전이 각각 1회씩 반복되지만 개별모듈 충방전방식은 충전용 배터리와 방전용 배터리가 별개로 관리되므로 각 배터리는 하루동안 충전 혹은 방전중 한가지만 1회씩 이루어지게 되어 충ㆍ방전 횟수를 50% 정도 감소시킬 수 있게 된다.Therefore, when the charge and discharge is managed by the individual charge control method according to the present invention, the amount of power generated by the solar cell is increased than the general case. In addition, a typical solar street light repeats charging and discharging once a day, but each module charging and discharging method is managed separately for a rechargeable battery and a discharging battery, so each battery is only charged or discharged once per day. Therefore, the number of charges and discharges can be reduced by about 50%.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명에 따른 태양광 가로등 및 독립형 태양광 발전용 개별모듈 충방전 제어시스템은 기존의 태양광 발전시스템의 배터리나 PV모듈의 용량은 동일하게 사용하면서도 발전 효율을 5~10% 가량 향상시킬 수 있고 시스템 배터리의 충방전 횟수를 절반 가량 감소시킬 수 있어 배터리 수명 연장과 방전심도의 제어 및 관리에도 효과적이다. 또한, 독립형 태양광 발전시스템의 배터리 관리에 매우 효과적이며 전체적인 시스템의 안정성을 향상시켜 준다.Therefore, the solar street light and the independent module charge / discharge control system for independent solar power generation according to the present invention can improve the power generation efficiency by 5-10% while using the same capacity of the battery or PV module of the conventional solar power generation system. It can reduce the number of charge / discharge of system battery by half, which is effective for prolonging battery life and controlling and managing discharge depth. In addition, it is very effective in battery management of stand-alone solar power generation system and improves overall system stability.
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