KR101238128B1

KR101238128B1 - 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템 및 이를 이용한 방법.

Info

Publication number: KR101238128B1
Application number: KR1020120059276A
Authority: KR
Inventors: 김윤중; 원하홍
Original assignee: 김윤중
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-02-27

Abstract

본 발명은 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템에 관한 것으로, 좀더 자세히 설명하면 축전지의 입력단과 출력단에 제1스위칭부 및 제2스위칭부를 형성하고, 전압전류비교검출부를 통해 확인된 정보를 바탕으로, Control PCB Assy에 의해 상기 제1스위칭부 및 제2스위칭부의 개폐되는 정도를 달리하여 일정하게 입력받은 전원을 충전토록 함으로써, 축전지 및 컨트롤러의 피로도를 최소화하여 그 수명을 오랫동안 유지시켜 주는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템 및 이를 이용한 방법.{THE GRID-OFF SYSTEM CHARGING A CONSTANT POWER AND ITS USING METHOD}

본 발명은 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템에 관한 것으로, 좀더 자세히 설명하면 일조량의 변화에 상관없이 일정하게 전원을 충전토록 컨트롤함으로써 과전류/과전압을 방지하는 한편 축전지의 피로도를 낮춰 그 수명을 오랫동안 유지시켜 줄 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 계통 연계형 태양광 발전 시스템(Grid Conneted System)과 독립형 태양광 발전 시스템(Grid-off System)으로 나누어져 있다.

여기서 계통 연계형 태양광 발전 시스템(Grid Conneted System)은 종래의 전력망과 연결되어 역으로 공급자에게 생산된 전력을 보급하는 시스템으로, 현재는 기존의 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 스마트 그리드(Smart Grid) 시스템으로 발전해 나아가고 있다.

반면에 독립형 태양광 발전 시스템(Grid-off System)은, 무인도나 산악지방과 같이 전력망 구축이 용이하지 않는 지역에 설치되어 낮에는 생산된 전력을 축전지에 충전하고 밤에는 축전지에 충전된 전력을 사용하는 시스템으로, 기존의 전력망과 연결되어 있지 않고 단독으로 존재하는 시스템을 말하며, 실시 예에 따라 부조일의 장기화나 시스템 고장 등으로 인하여 하부에 백업용(BackUP) 발전기를 설치한 복합(Hybrid) 발전 시스템으로 발전해 나아가고 있다.

그리고 이러한 태양광 발전 시스템들은 일반적으로 최대한 많은 발전량을 확보하기 위하여 태양전지의 개방 전압 중 일정 비율의 전압을 최대 출력점의 기준전압으로 하여, 상기 태양전지의 최대 출력점을 찾아 충전토록하는 최대 출력점 추종 제어방법(MPPT:Maximum Power Point Tracking)을 사용하게 되는데,

이때, 확보된 전력은 일조량과 계절의 변화에 따라 시시각각으로 변하면서 충전이 이루어지고, 특히 여름철 한낮에는 과도한 일조량과 온도에 의해 과충전이 되게 되어 버리는 경우도 생기게 되는데,

이때 연계형 태양광 발전 시스템(Grid Conneted System)은 과충전된 전원을 전력망을 통해 타측으로 전송하기만 하면 되지만, 독립형 태양광 발전 시스템(Grid-off System)은 산간지방이나 벽지에 단독으로 존재하기 때문에 외부로 방출할 수 없게 되어버린다.

따라서 종래의 독립형 태양광 발전 시스템의 축전지와 컨트롤러는 과충전된 전원에 의해 손상을 입게 되는 경우가 종종 발생하게 되었고, 특히 최대 출력점이 태양의 조도와 온도에 따라 수시로 변하면서 충전되는 전원의 세기가 역시 수시로 변하여 충전되는 축전지의 피로도가 높아질 수밖에 없게 되었고, 이로 인해 상기 축전지의 수명 역시 단축되어 교체 주기가 짧아질 수밖에 없게 되었던 것이다.

이에 본 발명에서는 시시각각으로 변하는 일조량에 상관없이 일정하게 전원을 충전토록 컨트롤함으로써, 축전지의 과충전을 방지하는 한편 축전지의 피로도를 낮춰 그 수명을 최대한 오랫동안 유지시켜줄 수 있도록 하고자 하는 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 태양광 조사시 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지와, 상기 태양전지를 통해 확보된 전기에너지를 컨트롤하여 축전지에 충전토록 제어하는 컨트롤러가 상기 태양전지와 연결되어 있고,

상기 컨트롤러에는 컨트롤러를 통해 인가된 전원을 충전하는 축전지와, 상기 축전지가 충전한 전원을 토대로 직류전원을 가변전압과 가변 주파수의 교류전원으로 변환하여 전기기기로 공급하는 인버터가 연결되어 있는 독립형 태양광 충방전 시스템에 있어서,

상기 독립형 태양광 충방전 시스템의 컨트롤러는, 상기 독립형 태양광 충방전 시스템의 컨트롤러는 입력된 전원을 정류하고 순방향으로만 흐르도록 하여 전위차가 역전되면서 태양전지가 손상되는 것을 방지해 주는 역전류방지부와, 전압전류비교검출부를 통해 확인된 결과를 토대로 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 빈도를 결정하고, 이때 결정된 사항에 따라 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부를 컨트롤하여 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 컨트롤하는 Control PCB Assy와, 과충전을 방지하는 한편 상기 Control PCB Assy에 의해 컨트롤되어 시간에 따라 On/Off 개폐되는 빈도가 변하면서 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 하는 축전지의 입력단과 출력단에 형성되어 있는 제1스위칭부 및 제2스위칭부와, 상기 제1스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행할 때 축전지로 인가되는 입력 전원의 세기를 확인하고, 이를 전압전류비교검출부로 보고하는 전류검출부와, 상기 전류검출부를 통해 보고받은 정보를 토대로 일조량에 따라 시시각각으로 변화하는 입력 전원과 기준치를 비교하여 확인하고 이를 Control PCB Assy로 보고하여 제1스위칭부와 제2스위칭부의 개폐 빈도를 결정하도록 지원하는 전압전류비교검출부를 포함하여 이루어져, 수시로 변하는 일조량에 상관없이 일정하게 전원을 충전토록 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 상기 컨트롤러에 의해 일정한 전원이 공급되어 축전지에 충전되기 때문에 축전지의 피로도가 최소화될 수밖에 없고, 특히 이로 인해 상기 축전지의 수명을 최대한으로 확보할 수 있게 되는 것이다.

더욱이 이때 본 발명은 축전지의 입력단과 출력단에 전압과 전류값을 확인하고 개폐되는 정도가 달라지면서 과전류나 과충전으로 인한 축전지 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 독립형 태양광 충방전 시스템의 예시도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 독립형 태양광 충방전 시스템의 블럭도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 충전상태를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 독립형 태양광 충방전 시스템의 순서도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 독립형 태양광 충방전 시스템의 구성을 간략하게 보여주는 것이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 독립형 태양광 충방전 시스템의 컨트롤러 구성을 보여주는 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 외부에는 태양광 조사시 광량과 온도변화에 따라 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지가 설치되어 있고, 내부에는 상기 태양전지를 통해 확보된 전기에너지를 컨트롤하여 축전지에 충전토록 제어하는 컨트롤러가 케이블로 상기 태양전지와 연결되어 있는 상태에서,

상기 컨트롤러에는 낮 동안 컨트롤러를 통해 인가된 전원을 충전하는 한편 부하측으로 충전된 전원을 공급하는 축전지와, 상기 축전지가 충전한 전원한 직류전원을 가변전압과 가변 주파수의 교류전원으로 변환하여 전기기기로 공급하는 인버터가 연결되어 독립형 태양광 충방전 시스템이 구축되어 있다.

이때, 상기 컨트롤러는 축전지의 입력단과 출력단에 전압과 전류값을 확인하고 이를 비교하여 개폐되는 정도를 컨트롤함으로써 수시로 변하는 일조량에 상관없이 일정하게 전원을 축전지에 충전토록 하여 준다.

따라서 본 발명은 상기 컨트롤러에 의해 일정한 전원이 공급되어 축전지에 충전되기 때문에 축전지의 피로도를 최소화할 수 있게 되는 것이고, 특히 이로 인해 상기 축전지의 수명을 최대한으로 확보할 수 있게 되는 것이다.

더욱이 이때 본 발명은 축전지의 입력단과 출력단에 전압과 전류값을 확인하고 개폐되는 정도가 달라지면서 과전류나 과전압으로 인한 축전지가 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

그리고 이러한 컨트롤러의 내부구성을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 컨트롤러는 역전류방지부와 Control PCB Assy와, 제1 또는 제2 스위칭부와, 전류 검출부 및 전압전류비교검출부를 포함하여 이루어지게 된다.

여기서 역전류방지부는 하나 이상의 다이오드를 포함하여 이루어져 입력된 전원을 정류하고, 순방향으로만 흐르도록 하여, 축전지 충전이 완료되었을 때 혹은 과충전이 되어 전위차가 역전되었을 때, 입력 전원이 다시 태양전지 쪽으로 흘러가지 손상되지 않토록 차단하여 주기 위한 것이다.

또한, Control PCB Assy는 상기 역전류방지부를 통해 인가받은 입력 전원의 흐름을 컨트롤하여 축전지로 공급한다.

이때 상기 Control PCB Assy는 전압전류비교검출부를 통해 확인된 결과를 토대로 시간에 따라 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 정도를 결정하고, 이때 결정된 사항에 따라 제1스위칭부와 제2스위칭부를 컨트롤하여 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 컨트롤하여 준다.

또한, 제1스위칭부와 제2스위칭부는 상기 Control PCB Assy에 의해 컨트롤되어 시간에 따라 On/Off 개폐되는 정도가 변하면서 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 한다.

이때, 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부는 축전지의 선단(입력단)과 후단(출력단)에 형성되어 과부하 및 과충전을 방지하는 한편, 전류검출부를 통해 충전되는 전원의 세기와 방전되는 전원의 세기를 확인하도록 되어 있다.

더불어 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부는 전자개폐기(MS:Magnetic Switch)나 IGBT소자로 이루질 수 있으나, 소모되는 전력을 최소화하기 위하여 각각 TR과 SCR로 이루어진다.

또한, 전류검출부는 축전지의 선단(입력단)에 설치되어 상기 제1스위칭부가 축전지쪽으로 일정한 전원을 흘려 줄 때 축전지로 인가되는 전원의 세기를 확인하고, 이를 전압전류비교검출부로 보고하는 역할을 수행한다.

또한, 전압전류비교검출부는 전류검출부를 통해 확인된 정보를 토대로 일조량에 따라 시시각각으로 변화하는 입력 전원이 얼마나 기준치를 초과하였는지 혹은 얼마나 기준치에 도달하지 못하였는지 비교하여 확인하고, 이를 Control PCB Assy로 보고하여 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 정도를 결정하도록 지원한다.

더불어, 상기 전압전류비교검출부는 충전되는 전원과 방출되는 전원의 세기를 확인하고 충전이 완료되었다는 사실을 확인하였을 때에는, 이를 Control PCB Assy로 보고하여 바이패스 회로를 통해 예비 축전지로 충전되도록 할 수도 있다.

따라서 본 발명은 도 3을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 전압전류비교검출부를 통해 확인된 결과를 토대로 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 정도를 결정하여 일정하게 축전지 쪽으로 전류를 흘려 충전되도록 할 수 있게 되는 것이고, 이로 인해 축전지의 피로도는 최소화되어 그 수명을 최대한으로 확보할 수 있게 되는 것이다.

더불어 이때 본 발명은 축전지의 입력단과 출력단에 전압과 전류값을 확인하고 개폐되는 정도가 달라지면서 과전류나 과충전으로 인한 축전지 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따라 컨트롤러의 동작과정을 살펴보면,

먼저, 컨트롤러가 태양전지 및 축전지와 연결되어 있는 상태에서 구동버튼을 동작시키게 되면, 상기 태양전지는 조사된 광량과 온도에 따라 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전기에너지를 확보하게 된다.

그리고 이때 상기 태양전지와 연결되어 있는 컨트롤러는, 태양전지가 확보한 전기에너지를 입력받게 되고, 이때, 컨트롤러는 역전류방지부을 통해 필터링된 깨끗한 DC전원을 얻게 된다.

그리고 상기 컨트롤러는 Control PCB Assy에 의해 제1스위칭부가 컨트롤되어지면서, 상기 제1스위칭부를 통해 입력된 전원을 축전지에 충전토록 공급하여 주게 되는 것이다.

그리고 이때, 상기 축전지와 제1스위칭부 사이에는 전류검출부를 통해 상기 제1스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행하면서 축전지로 전원을 공급할 때, 상기 축전지와 제1스위칭부 사이에 위치하여 공급된 전원의 전류값을 검출하고, 이때 확보된 전류값을 전압전류비교검출부로 보고하게 된다.

더불어 상기 축전지는 인가받은 전원을 충전하게 되는 것이다.

여기서 상기 Control PCB Assy가 제1스위칭부를 컨트롤할 때에는, 축전지가 방출을 시작하게 되면 상기 제2스위칭부가 동작하면서 부하측으로 충전된 전원을 공급하게 되고, 이때 상기 제2스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행하면서 전압전류비교검출부를 통해 방출되는 전원값을 확인하도록 되어 있다.

여기서 상기 전압전류비교검출부는 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부가 개폐동작을 수행할 때 보고받은 정보를 토대로 입력되는 전원이 얼마나 기준치 이상인지 혹은 이하인지 비교하여 확인하고, 이를 Control PCB Assy로 보고한다.

그리고 상기 Control PCB Assy는 상기 제1스위칭부의 On/Off 개폐되는 정도를 결정하고, 이때 결정된 사항에 따라 제1스위칭부를 컨트롤하도록 하여 일정한 전원이 상기 제1스위칭부를 통해 축전지로 인가되도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 전압전류비교검출부를 통해 확보된 정보를 바탕으로 상기 Control PCB Assy가 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 정도를 컨트롤하여 일정하게 축전지 쪽으로 전류를 흘려 충전되도록 함에 따라, 상기 축전지는 일정하게 전원을 충전하게 되어 피로도를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

그리고 이로 인해 축전지의 수명을 최대한으로 확보할 수 있게 되는 것이다.

10:태양전지 20:컨트롤러
21:연전류방지부 22:Control PCB Assy
23:제1스위칭부 24:전류검출부
25:전압전류비교검출부 26:제2스위칭부
30:축전지 40:인버터
50:전기기기

Claims

삭제
태양광 조사시 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지와, 상기 태양전지를 통해 확보된 전기에너지를 컨트롤하여 축전지에 충전토록 제어하는 컨트롤러가 상기 태양전지와 연결되어 있는 상태에서,
상기 컨트롤러에는 컨트롤러를 통해 인가된 전원을 충전하는 축전지와, 상기 축전지가 충전한 전원을 토대로 직류전원을 가변전압과 가변 주파수의 교류전원으로 변환하여 전기기기로 공급하는 인버터가 연결되어 있는 독립형 태양광 충방전 시스템에 있어서,
상기 독립형 태양광 충방전 시스템의 컨트롤러는 입력된 전원을 정류하고 순방향으로만 흐르도록 하여, 전위차가 역전되면서 태양전지가 손상되는 것을 방지해 주는 역전류방지부와,
전압전류비교검출부를 통해 확인된 결과를 토대로 제1스위칭부와 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 빈도를 결정하고, 이때 결정된 사항에 따라 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부를 컨트롤하여 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 컨트롤하는 Control PCB Assy와,
과충전을 방지하는 한편, 상기 Control PCB Assy에 의해 컨트롤되어 시간에 따라 On/Off 개폐되는 빈도가 변하면서 일정한 전원을 축전지 쪽으로 흘려 충전되도록 하는 축전지의 입력단과 출력단에 형성되어 있는 제1스위칭부 및 제2스위칭부와,
상기 제1스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행할 때 축전지로 인가되는 입력 전원의 세기를 확인하고, 이를 전압전류비교검출부로 보고하는 전류검출부와,
상기 전류검출부를 통해 보고받은 정보를 토대로 일조량에 따라 시시각각으로 변화하는 입력 전원과 기준치를 비교하여 확인하고 이를 Control PCB Assy로 보고하여 제1스위칭부와 제2스위칭부의 개폐 빈도를 결정하도록 지원하는 전압전류비교검출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템.
제2항에 있어서,
상기 전압전류비교검출부는 충전되는 전원과 방출되는 전원의 세기를 확인하고 충전이 완료되었다는 사실을 확인하였을 때에는, 이를 Control PCB Assy로 보고하여 바이패스 회로를 통해 예비 축전지로 입력된 전원을 충전토록 되어 있는 것을 특징으로 하는 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1스위칭부와 제2스위칭부는 각각 TR과 SCR인 것을 특징으로 하는 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템.
삭제
컨트롤러가 태양전지 및 축전지와 연결되어 있는 상태에서 상기 태양전지가 조사된 광량에 따라 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 단계와,
상기 컨트롤러가 변환된 전기에너지를 입력받는 단계와,
상기 컨트롤러의 역전류방지부가 입력된 전원을 필터링하는 단계와,
상기 컨트롤러의 Control PCB Assy가 제1스위칭부를 컨트롤하여 전원의 흐름을 컨트롤하는 단계,
상기 Control PCB Assy에 의해 컨트롤되는 제1스위칭부가 On/Off 개폐되면서 그 빈도에 따라 일정한 전원을 축전지로 인가하는 단계와,
상기 제1스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행할 때 축전지로 인가되는 전원값을 검출하여 확인하고 이를 전압전류비교검출부로 보고하는 단계와,
상기 축전지가 제1스위칭부를 통해 인가받은 전원을 충전하는 단계로 이루어져 있는 상태에서,
상기 컨트롤러의 Control PCB Assy가 제1스위칭부를 컨트롤하여 전원의 흐름을 컨트롤하는 단계는,
제2스위칭부가 On/Off 개폐 동작을 수행하면서 부하측으로 충전된 전원을 공급하는 단계와,
상기 제2스위칭부가 On/Off 개폐동작을 수행할 때 상기 전압전류비교검출부가 방출된 전원값을 확인하는 단계 및, 상기 전압전류비교검출부가 제1스위칭부와 제2스위칭부가 개폐동작을 수행할 때 보고받은 정보와 기준치를 비교하여 확인하고 이를 Control PCB Assy로 보고하여 상기 제1스위칭부 및 제2스위칭부의 개폐 빈도를 결정하도록 지원하는 단계와,
상기 Control PCB Assy가 전압전류비교검출부를 통해 보고받는 정보를 토대로 제1스위칭부 및 제2스위칭부의 On/Off 개폐되는 빈도를 결정하고, 이때 결정된 사항에 따라 제1스위칭부 및 제2스위칭부를 컨트롤하여 입력된 전원이 일정하게 축전지로 인가되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일정하게 전원을 충전하는 독립형 태양광 충방전 시스템을 이용한 방법.