KR101944332B1 - Experiment Apparatus of Renewable Energy, ESS(Energy Storage System), Thermoelement and IH(Induction Heating) - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 및 전자공학 분야의 전공자, 고등학교 및 대학과정에서 신재생에너지에 대하여 종합적이고, 실질적인 기능을 실습할 수 있는 실험장치에 관한 것이며, 특히 최근에 급격하게 발전하는 신재생 에너지인 태양전지 및 열전소자에 대하여, 전기를 발전하고, 발전된 전기를 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)에 저장하며, 이를 계통(Grid) 및 부하에 공급할 수 있는 실질적인 교육용 신재생 에너지 실험장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an experimental apparatus capable of practicing a comprehensive and practical function of renewable energy in the field of electrical and electronic engineering, high school and university, and in particular, And a practical educational renewable energy experiment apparatus capable of generating electricity for a thermoelectric element and storing the generated electricity in an energy storage system (ESS) and supplying it to a grid and a load.
기존에 전기 및 전자공학 분야에서 교육 실습 장치에 관하여 특허 출원이 있었다.In the field of electrical and electronics engineering, there has been a patent application for teaching and learning apparatus.
대한민국 등록특허공보 제10-0910939호, 공고일 2009. 08. 06.(이하 [특허문헌1]이라함)에서는 다종 신재생 에너지 통합 교육 실습 장치를 공개하였다. [특허문헌1]에서는 하나 이상의 에너지 생성 모듈, 직류 또는 교류 전력으로 변환하는 전력처리 모듈, 전기적 특성 값을 측정하는 계측 모듈, 상기 계측 모듈의 전기적 특성 값을 출력하는 모니터링 모듈, 각 모듈을 수용하는 프레임 모듈로 구성된다. 상기 프레임 모듈에서 각 모듈이 탈부착 가능하며, 신재생 에너지의 실험 및 실습 장비를 특징으로 한다.Korean Patent Registration No. 10-0910939, Publication Date 2009.08.06 (hereinafter referred to as "
대한민국 등록특허공보 제10-1162747호, 공고일 2012. 07. 05.(이하 [특허문헌2]이라함)에서는 교육용 태양광-열 히트펌프 냉난방 실험 장비를 나타낸다. [특허문헌2]에서는 태양에너지를 받아서 집열하고, 전기를 생성하는 PVT(Photovoltaic-thermal) 모듈과, 상기 PVT 모듈에 가열된 집열매체를 공급받아 매개 열교환기와, 난방 모드시 상기 매개 열교환기로 공급된 열원매체를 냉매와 열교환시켜 실내 쪽 냉매의 응축열로 실내를 난방하며, 냉방 모드시 상기 매개 열교환기를 이용해서 냉매를 공랭시켜 실내 쪽 냉매의 증발열로 실내를 냉방하는 히트펌프, 상기 PVT 모듈로부터 생성된 전기를 상기 히트펌프로 공급하고 전력계통으로 송전하는 계통 연계형 인버터를 포함하는 태양광-열 히트펌프 냉난방 실험 장비를 특징으로 한다.Korean Patent Registration No. 10-1162747, Announcement 2012. 07. 05. (hereinafter referred to as "
대한민국 등록특허공보 제10-0812757호, 공고일 2008. 03. 12.(이하 [특허문헌3]이라함)에서는 연료전지 및 수전해조를 이용한 교육용 발전장치를 공개하였다. 상기 연료전지 및 수전해조를 이용한 교육용 발전장치를에서는 연료전지, 연료 공급부, 상기 열료전지로부터 생성된 전기 에너지에 의해서 구동 또는 발광하는 작동기계를 포함하는 연료전지 및 수전해조를 이용한 교육용 발전장치를 특징으로 한다.Korean Patent Registration No. 10-0812757, published on Mar. 12, 2008 (hereinafter referred to as "Patent Document 3") discloses a power generation device for education using a fuel cell and a water electrolytic cell. A fuel cell, a fuel supply unit, and a fuel cell including an operating machine that drives or emits light by electric energy generated from the heating battery, and a power generator for education using a water electrolytic cell. .
하지만, 기존의 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서는 최급 급격하게 발전하고 있는 신재생 에너지인 태양전지 발전 및 열전소자 발전을 동시에 할 수 있는 실험 및 실습장비에 대해서 공개되지 않았으며, 이를 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)에 저장하며, 동시에 게통 및 부하에 공급할 수 있는 실질적인 교육용 실험 및 실습장비는 없었다는 문제점이 있었다.However, in the existing [Patent Documents 1] to [Patent Document 3], there is no disclosure about experimental and practical equipments capable of simultaneously generating solar cells and thermoelectric devices, which are new and renewable energy, There has been a problem in that there is no practical educational experiment and practical equipment that can be stored in an energy storage system (ESS) and simultaneously supply to a gate and a load.
본 발명에서는 전기 및 전자공학 분야의 전공자, 고등학교 및 대학과정에서 신재생에너지 특히 태양전지 발전 및 열전소자 발전을 동시에 수행할 수 있으며, 발전된 전기에너지를 에너지 저장장치(ESS)에 저장하며, 이를 계통연계(Grid Connection)까지 수행할 수 있는 실험장치를 제공하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이제까지의 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서는 신재생 에너지, 태양광-열 히트펌프 냉난방 실험 및 연료전지의 교육용 실험장비에 대하여 공개되어 있었을 뿐이다. 본 발명에서는 신재생 에너지인 태양전지 및 열전소자에 대하여, 전기를 발전하고, 발전된 전기를 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)에 저장하며, 이를 계통(Grid) 및 부하에 공급할 수 있는 실질적인 교육용 신재생 에너지 실험장치를 제공하고자 한다.In the present invention, it is possible to simultaneously perform renewable energy, especially solar cell power generation and thermoelectric power generation, in an electric and electronic engineering major, a high school and a university, store the developed electric energy in an energy storage device (ESS) (Grid Connection) of the present invention. In the above-described
본 발명은 전기 및 전자공학 분야의 전공자, 고등학교 및 대학과정에서 신재생에너지 태양전지 발전 및 열전소자 발전을 동시에 수행할 수 있으며, 발전된 전기에너지를 에너지 저장장치(ESS)에 저장하며, 이를 계통연계(Grid Connection)까지 수행할 수 있는 실험장치를 제공하고자 한다. 이를 위하여 첫째, 태양전지 셀(21)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되거나, 태양전지 셀(21)-유도가열 모듈(24)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합된 새로운 형태의 교육용 신재생에너지를 구성하며, 둘째, 태양전지 셀(21) 및 열전모듈(22)에서 발전된 에너지를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 전력변환 장치(30-1,40-1,50-1,70-1) 및 릴레이(RY1 내지 RY4)를 사용하며, 셋째, 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압기부(80)을 통해서 실질적으로 계통에 전력이 변환되도록 하며, 넷째, 교육 대상자의 안전을 위하여 태양광 발전의 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc], 배터리 충방전 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 20[Vdc] 내지 35[Vdc], 계통연계 인버터 동작 전압 범위는 교류(AC) 전압 20[Vac] 내지 30[Vac]로서 35[V]이하의 저(低)전압을 이용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.The present invention can simultaneously perform the renewable energy solar cell power generation and the thermoelectric device power generation in the electric and electronic engineering major, the high school and the university course, store the developed electric energy in the energy storage device (ESS) (Grid Connection). For this purpose, first, a new type of educational system in which the
본 발명의 교육용 신재생 에너지 실험장치에서는 첫째, 전기 및 전자공학 분야의 전공자, 고등학교 및 대학과정에서 신재생에너지 특히 태양전지 발전 및 열전소자 발전의 개념을 동시에 학습 및 이해할 수 있으며, 둘째, 태양전지 셀(21) 및 열전모듈(22)에서 발전된 에너지를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 전력변환 장치(30-1,40-1,50-1,70-1) 및 릴레이(RY1 내지 RY4)를 사용하므로 실제 에너지 저장장치 및 전력변환 시스템과 동일한 시스템을 학습할 수 있으며, 셋째, 교육 대상자의 안전을 위하여 태양광 발전의 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc], 배터리 충방전 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 20[Vdc] 내지 35[Vdc], 계통연계 인버터 동작 전압 범위는 교류(AC) 전압 20[Vac] 내지 30[Vac]로서 35[V]이하의 저(低)전압을 이용하기 때문에 신재생 에너지 실험장치를 실습하는 교육 대상자(실습생)의 안전을 도모할 수 있으며, 다섯째, 최종적인 출력전압은 계통연계 변압기의 턴비(Turn Ratio)에 의해서 최종적으로 교류(AC) 220[Vac]로 출력되는 특징적인 효과가 있다.In the educational renewable energy testing apparatus of the present invention, it is possible to simultaneously learn and understand the concepts of renewable energy, especially solar cell power generation and thermoelectric power generation, in the field of electrical and electronic engineering, high school and college, The power converters 30-1, 40-1, 50-1, and 70-1 and the relays RY1 to RY4 (or RY1 to RY4) are connected to the
도 1은 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제1 실시예)
도 2는 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제2 실시예)
도 3은 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제3 실시예)
도 4는 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제1 실시예)
도 5는 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제2 실시예)
도 6은 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제3 실시예)
도 7은 태양전지 셀과 열전모듈 배치도
도 8은 태양전지 셀, 유도가열 모듈 및 열전모듈 배치도
도 9는 열전냉각 모듈 및 온도특성 그래프
도 10은 열전발전 모듈 및 온도특성 그래프
도 11은 열전소자와 열저항
도 12는 열전모듈 구성도
도 13은 열전모듈 배치도
도 14는 제작된 교육용 신재생에너지 실험장치
도 15는 제작된 교육용 신재생에너지 실험의 세부적인 스펙(Spec.)1 is a block diagram of an experimental apparatus for training renewable energy (Example 1)
2 is a block diagram of an experimental apparatus for training new renewable energy (Example 2)
3 is a block diagram of an experimental apparatus for training new renewable energy (third embodiment)
Fig. 4 is a detailed circuit diagram of the educational renewable energy experimental apparatus (first embodiment)
Fig. 5 is a detailed circuit diagram of the educational renewable energy experimental apparatus (second embodiment)
Fig. 6 is a detailed circuit diagram of the educational renewable energy experiment apparatus (third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of the solar cell and the thermoelectric module
FIG. 8 is a schematic diagram of a solar cell, an induction heating module,
9 is a graph showing the relationship between the thermoelectric cooling module and the temperature characteristic graph
Fig. 10 is a graph showing the relationship between the thermoelectric power generation module and the temperature characteristic graph
11 is a graph showing the relationship between a thermoelectric element and a thermal resistance
12 is a schematic view of a thermoelectric module
FIG. 13 is a graph
Fig. 14 is a graph showing the results of experiments
Fig. 15 is a graph showing the detailed specifications of the prepared new renewable energy experiments.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제1 실시예)를 나타낸다.Fig. 1 shows a configuration diagram of an experimental apparatus for new and renewable energy for education (first embodiment).
본 발명의 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제1 실시예)에서는 태양전지 셀(21), 에너지 저장 배터리(23), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다. 교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.The
본 발명의 태양전지 셀(21)은 태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 것을 특징으로 하며, 실제 태양광(光)을 받아서 전기(電氣)에너지의 출력도 가능하며, LED 또는 백열등의 인공 조명을 사용하는 인공광(光)으로부터 전기에너지의 출력도 가능한다. 상기 인공광(光)의 경우 광량의 조절이 용이하기 때문에 좀 더 교육용 신재생에너지 실험장치에 더욱 적합하다고 할 수 있다.The
상기 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제1 실시예)의 전압변환을 정리하면 다음과 같다.The voltage conversion of the educational renewable energy experimental apparatus (first embodiment) is summarized as follows.
1) 에너지 흐름#1 (태양전지 셀 -> 계통 전원 및 부하)1) Energy flow # 1 (solar cell -> grid power and load)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The solar battery cells 15 [Vdc] to 35 [Vdc] -> the DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> the grid link inverter unit 22 [Vac] ) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
2) 에너지 흐름#2 (태양전지 셀 -> 에너지 저장 배터리)2) Energy flow # 2 (solar cell -> energy storage battery)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 에너지 저장 배터리에 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 충전됨(20 [Vdc] - 35 [Vdc]) -> DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> Bidirectional battery charge /
3) 에너지 흐름#3 (에너지 저장 배터리 -> 계통 전원 및 부하)3) Energy flow # 3 (energy storage battery -> grid power and load)
에너지 저장 배터리(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The energy storage battery 20 (Vdc) to 35 [Vdc] -> the bidirectional battery charge / discharge converter unit 35 [Vdc] → the grid link inverter unit 22 [Vac] → the grid linkage transformer 220 ]) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
본 발명에서 제안하는 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제1 실시예)에서는 실질적으로 태양전지 셀(21)로부터 발전된 전압으로부터 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되거나, 에너지 저장 배터리(23)로 충전되며, 교육용 신재생에너지 실험장치는 최대전압 35[V] 이하이기에 교육자가 안전하면서 명확하게 신재생에너지 시스템을 교육할 수 있는 특징적인 효과가 있다.In the first embodiment of the educational renewable energy experimental apparatus proposed in the present invention, the voltage generated from the
도 2는 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제2 실시예)를 나타낸다.Fig. 2 shows a configuration diagram of an experimental apparatus for training renewable energy (the second embodiment).
본 발명의 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제2 실시예)에서는 태양전지 셀(21), 열전모듈(22), 에너지 저장 배터리(23), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다.In the second embodiment of the present invention, a
교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급할 수 있다. 또한, 열전모듈(22)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)를 통하여 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 특히 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.The DC voltage 15 [Vdc] to 35 [Vdc] output from the
상기 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제2 실시예)의 전압변환을 정리하면 다음과 같다.The voltage conversion of the educational renewable energy experimental apparatus (second embodiment) is summarized as follows.
1) 에너지 흐름#1 (태양전지 셀 -> 계통 전원 및 부하)1) Energy flow # 1 (solar cell -> grid power and load)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The solar battery cells 15 [Vdc] to 35 [Vdc] -> the DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> the grid link inverter unit 22 [Vac] ) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
2) 에너지 흐름#2 (태양전지 셀 -> 에너지 저장 배터리)2) Energy flow # 2 (solar cell -> energy storage battery)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 에너지 저장 배터리에 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 충전됨(20 [Vdc] - 35 [Vdc]) -> DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> Bidirectional battery charge /
3) 에너지 흐름#3 (열전모듈 -> 계통 전원 및 부하)3) Energy flow # 3 (thermoelectric module -> grid power and load)
열전모듈(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The thermoelectric module 15 [Vdc] to 35 [Vdc] -> the bidirectional thermoelectric module control converter unit 35 [Vdc] -> the grid link inverter unit 22 [Vac] ) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
4) 에너지 흐름#4 (열전모듈 -> 에너지 저장 배터리)4) Energy flow # 4 (thermoelectric module -> energy storage battery)
열전모듈(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 에너지 저장 배터리에 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 충전됨The bidirectional thermoelectric module control converter unit 35 [Vdc] -> the bidirectional battery charge / discharge converter unit 20 [Vdc] - 35 [Vdc] -> the energy storage Battery charged to 20 [Vdc] to 35 [Vdc]
5) 에너지 흐름#5 (에너지 저장 배터리 -> 계통 전원 및 부하)5) Energy flow # 5 (energy storage battery -> grid power and load)
에너지 저장 배터리(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The energy storage battery 20 (Vdc) to 35 [Vdc] -> the bidirectional battery charge / discharge converter unit 35 [Vdc] → the grid link inverter unit 22 [Vac] → the grid linkage transformer 220 ]) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
본 발명에서 제안하는 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제2 실시예)에서는 실질적으로 태양전지 셀(21) 또는 열전모듈(22)로부터 발전된 전압으로부터 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되거나, 에너지 저장 배터리(23)로 충전되며, 교육용 신재생에너지 실험장치는 최대전압 35[V] 이하이기에 교육자가 안전하면서 명확하게 신재생에너지 시스템을 교육할 수 있는 특징적인 효과가 있다.(Second embodiment) of the educational new and renewable energy experimental apparatus proposed in the present invention is supplied from the voltage generated from the
도 3은 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제3 실시예)를 나타낸다.Fig. 3 shows a configuration diagram of an experimental apparatus for training renewable energy (third embodiment).
본 발명의 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제3 실시예)에서는 태양전지 셀(21), 열전모듈(22), 에너지 저장 배터리(23), 유도가열 모듈(24), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 유도가열 제어 인버터부(70), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다.In the third embodiment of the present invention, a
교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급할 수 있다. 또한, 열전모듈(22)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)를 통하여 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 또한, 유도가열 모듈(24)은 태양전지 셀(21)과 열전모듈(22) 사이에 배치되어 있으며, 상기 유도가열 모듈(24)은 유도가열 제어 인버터부(70)를 통하여 온도제어가 가능한 것을 기술적 특징으로 한다. The DC voltage 15 [Vdc] to 35 [Vdc] output from the
무엇보다 본 발명에서는 교육용 신재생에너지 실험장치에서는 상기 유도가열 모듈(24)은 상기 유도가열 제어 인버터부(70)를 통해서 온도가 제어되며, 열전모듈(22)에서 생산되는 전기에너지를 제어할 수 있는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 또한, 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.In the present invention, the temperature of the
상기 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제3 실시예)의 전압변환을 정리하면 다음과 같다.The voltage conversion of the educational renewable energy experimental apparatus (third embodiment) is summarized as follows.
1) 에너지 흐름#1 (태양전지 셀 -> 계통 전원 및 부하)1) Energy flow # 1 (solar cell -> grid power and load)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The solar battery cells 15 [Vdc] to 35 [Vdc] -> the DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> the grid link inverter unit 22 [Vac] ) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
2) 에너지 흐름#2 (태양전지 셀 -> 에너지 저장 배터리)2) Energy flow # 2 (solar cell -> energy storage battery)
태양전지 셀(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> DC-DC 컨버터부(35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 에너지 저장 배터리에 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 충전됨(20 [Vdc] - 35 [Vdc]) -> DC-DC converter unit 35 [Vdc] -> Bidirectional battery charge /
3) 에너지 흐름#3 (열전모듈 -> 계통 전원 및 부하)3) Energy flow # 3 (thermoelectric module -> grid power and load)
열전모듈(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The thermoelectric module 15 [Vdc] to 35 [Vdc] -> the bidirectional thermoelectric module control converter unit 35 [Vdc] -> the grid link inverter unit 22 [Vac] ) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
4) 에너지 흐름#4 (열전모듈 -> 에너지 저장 배터리)4) Energy flow # 4 (thermoelectric module -> energy storage battery)
열전모듈(15[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 에너지 저장 배터리에 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 충전됨The bidirectional thermoelectric module control converter unit 35 [Vdc] -> the bidirectional battery charge / discharge converter unit 20 [Vdc] - 35 [Vdc] -> the energy storage Battery charged to 20 [Vdc] to 35 [Vdc]
5) 에너지 흐름#5 (에너지 저장 배터리 -> 계통 전원 및 부하)5) Energy flow # 5 (energy storage battery -> grid power and load)
에너지 저장 배터리(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 양방향 배터리 충방전 컨버터부(35[Vdc]) -> 계통연계 인버터부(22[Vac]) -> 계통연계 변압부(220[Vac]) -> 계통 전원 및 부하에 220[Vac]가 공급됨The energy storage battery 20 (Vdc) to 35 [Vdc] -> the bidirectional battery charge / discharge converter unit 35 [Vdc] → the grid link inverter unit 22 [Vac] → the grid linkage transformer 220 ]) -> 220 [Vac] is supplied to the grid power and load
6) 에너지 흐름#6 (유도가열 모듈 온도제어)6) Energy flow # 6 (induction heating module temperature control)
유도가열 제어 인버터(20[Vdc] 내지 35[Vdc]) -> 유도가열 모듈(20[Vdc] 내지 35[Vdc])The induction heating control inverter (20 [Vdc] to 35 [Vdc]) -> the induction heating module (20 [Vdc]
본 발명에서 제안하는 교육용 신재생에너지 실험장치 구성도(제3 실시예)에서는 실질적으로 태양전지 셀(21) 또는 열전모듈(22)로부터 발전된 전압으로부터 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되거나, 에너지 저장 배터리(23)로 충전된다. 또한, 유도가열 제어 인버터를 통하여 유도가열 모듈(24)을 통해서 온도를 제어하며, 열전모듈(22)에서 생산되는 전력을 자유롭게 제어하며, 교육용 신재생에너지 실험장치는 최대전압 35[V] 이하이기에 교육자가 안전하면서 명확하게 신재생에너지 시스템을 교육할 수 있는 특징적인 효과가 있다.(Third embodiment) of the educational new and renewable energy experimental apparatus proposed in the present invention supplies voltage to the
도 4는 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제1 실시예)를 나타낸다.Fig. 4 shows a detailed circuit diagram (first embodiment) of an experimental apparatus for new and renewable energy for education.
상기 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제1 실시예)는 태양전지 셀(21), 에너지 저장 배터리(23), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다. 교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)는 DC-DC 컨버터의 인덕터(31), DC-DC 컨버터의 주 스위치(32) 및 DC-DC 컨버터의 정류 다이오드(34)로 구성된다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치(51,53), 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(52,54)로 구성되며, 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 상기 에너지 저장 배터리(23)로 충전 또는 방전하는 기능을 담당한다.The detailed circuit diagram (the first embodiment) of the educational renewable energy experiment device includes a
또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 특징으로 한다. 상기 계통연계 인버터부(60)는 제1 내지 제4 스위치(61,63,65,67) 및 제1 내지 제4 스위치의 역병렬 다이오드(62,64,66,68)로 구성되어 있으며, 본 발명에서 상기 계통연계 인버터부(60)의 제어를 위하여 통합 제어부(90)는 상기 계통연계 인버터부(60)의 출력전류를 검출하여 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식을 또는 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 선택하여 제어할 수 있으며, 정밀하게 출력을 제어하는 경우 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 채택하며, 일반적으로 제어하는 경우 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식으로 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.The voltage boosted to the direct current (DC) voltage 35 [Vdc] from the DC-
- 정밀도가 높은 제어방식 : SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- High precision control method: Using SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) control method
- 정밀도가 낮은 제어방식(범용 제어방식) : SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- Low precision control method (general control method): Using SPWM (Sine Pulse Width Modulation) control method
특히 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.In particular, the grid
도 5는 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제2 실시예)를 나타낸다.Fig. 5 shows a detailed circuit diagram (second embodiment) of the educational renewable energy experiment device.
본 발명의 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제2 실시예)에서는 태양전지 셀(21), 열전모듈(22), 에너지 저장 배터리(23), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다. 교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)는 DC-DC 컨버터의 인덕터(31), DC-DC 컨버터의 주 스위치(32) 및 DC-DC 컨버터의 정류 다이오드(34)로 구성된다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치(51,53), 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(52,54)로 구성되며, 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 상기 에너지 저장 배터리(23)로 충전 또는 방전하는 기능을 담당한다. In the detailed circuit diagram (second embodiment) of the educational new and renewable energy testing apparatus of the present invention, the
또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 특징으로 한다. 상기 계통연계 인버터부(60)는 제1 내지 제4 스위치(61,63,65,67) 및 제1 내지 제4 스위치의 역병렬 다이오드(62,64,66,68)로 구성되어 있으며, 본 발명에서 상기 계통연계 인버터부(60)의 제어를 위하여 통합 제어부(90)는 상기 계통연계 인버터부(60)의 출력전류를 검출하여 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식을 또는 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 선택하여 제어할 수 있으며, 정밀하게 출력을 제어하는 경우 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 채택하며, 일반적으로 제어하는 경우 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식으로 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.The voltage boosted to the direct current (DC) voltage 35 [Vdc] from the DC-
- 정밀도가 높은 제어방식 : SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- High precision control method: Using SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) control method
- 정밀도가 낮은 제어방식(범용 제어방식) : SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- Low precision control method (general control method): Using SPWM (Sine Pulse Width Modulation) control method
또한, 열전모듈(22)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)를 통하여 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 열전모듈(22)을 제어하기 위하여 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)이 배치되어 있으며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)는 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 인덕터(41), 제1,2 스위치(42,44) 및 상기 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(43,45)로 구성되어 있다. 무엇보다 상기 열전모듈(22)에 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 열전모듈(22)에 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작하는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 본 발명에서는 태양전지 셀(21)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되어 있으며, 태양전지 셀(21)에서 발생된 열을 바탕으로 상기 열전모듈(22)은 열전발전 동작을 할 수 있으며, 태양전지 셀(21)을 냉각시키기 위하여 상기 열전모듈(22)는 열전냉각으로 동작할 수 있다. 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)로 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)에서 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작하는 것을 기술적 특징으로 한다.The DC voltage 15 [Vdc] to 35 [Vdc] outputted from the
또한, 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.The grid
도 6은 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제3 실시예)를 나타낸다.Fig. 6 shows a detailed circuit diagram (third embodiment) of the educational renewable energy experiment device.
본 발명의 교육용 신재생에너지 실험장치 세부 회로도(제3 실시예)에서는 태양전지 셀(21), 열전모듈(22), 에너지 저장 배터리(23), 유도가열 모듈(24), DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60), 유도가열 제어 인버터부(70), 계통연계 변압부(80) 및 통합 제어부(90)로 구성되어 있다.In the detailed circuit diagram (third embodiment) of the education renewable energy testing device of the present invention, the
교육용 신재생에너지 실험장치의 태양전지 셀(21)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)는 DC-DC 컨버터의 인덕터(31), DC-DC 컨버터의 주 스위치(32) 및 DC-DC 컨버터의 정류 다이오드(34)로 구성된다. 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 에너지 저장 배터리(23)로 전기(電氣)에너지를 저장시키기 위하여 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)에 의해서 전압이 변환되어 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위에서 충전된다. 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치(51,53), 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(52,54)로 구성되며, 상기 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)는 상기 에너지 저장 배터리(23)로 충전 또는 방전하는 기능을 담당한다. The DC voltage 15 [Vdc] to 35 [Vdc] output from the
또한, 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압된 전압은 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 통하여 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 특징으로 한다. 상기 계통연계 인버터부(60)는 제1 내지 제4 스위치(61,63,65,67) 및 제1 내지 제4 스위치의 역병렬 다이오드(62,64,66,68)로 구성되어 있으며, 본 발명에서 상기 계통연계 인버터부(60)의 제어를 위하여 통합 제어부(90)는 상기 계통연계 인버터부(60)의 출력전류를 검출하여 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식을 또는 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 선택하여 제어할 수 있으며, 정밀하게 출력을 제어하는 경우 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식을 채택하며, 일반적으로 제어하는 경우 SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식으로 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.The voltage boosted to the direct current (DC) voltage 35 [Vdc] from the DC-
- 정밀도가 높은 제어방식 : SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- High precision control method: Using SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) control method
- 정밀도가 낮은 제어방식(범용 제어방식) : SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 제어방식 사용- Low precision control method (general control method): Using SPWM (Sine Pulse Width Modulation) control method
또한, 열전모듈(22)에서 출력된 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc]을 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)를 통하여 직류(DC) 전압 35[Vdc]로 승압시킨다. 상기 열전모듈(22)을 제어하기 위하여 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)이 배치되어 있으며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)는 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 인덕터(41), 제1,2 스위치(42,44) 및 상기 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(43,45)로 구성되어 있다. 무엇보다 상기 열전모듈(22)에 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 열전모듈(22)에 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작하는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 본 발명에서는 태양전지 셀(21)-유도가열 모듈(24)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되어 있으며, 태양전지 셀(21) 또는 유도가열 모듈(24)에서 발생된 열을 바탕으로 상기 열전모듈(22)은 열전발전 동작을 할 수 있으며, 태양전지 셀(21) 또는 유도가열 모듈(24)을 냉각시키기 위하여 상기 열전모듈(22)는 열전냉각으로 동작할 수 있다. 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)로 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)에서 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.The DC voltage 15 [Vdc] to 35 [Vdc] outputted from the
또한, 유도가열 모듈(24)은 태양전지 셀(21)과 열전모듈(22) 사이에 배치되어 있으며, 상기 유도가열 모듈(24)은 교류(AC) 20[Vac] 내지 30[Vac]가 출력되는 유도가열 제어 인버터부(70)를 통하여 온도제어가 가능한 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 유도가열 제어 인버터부(70)는 제1,2 스위치(71,73), 상기 제1,2 스위치의 역병렬 다이오드(72,74) 및 제1,2 분압 커패시터(75,76)로 구성되어 있으며, 하프브리지(Half Bridge) 회로를 구성하고 있는 것을 기술적 특징으로 한다.The
상기 태양전지 셀(21)-유도가열 모듈(24)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되는 교육용 모듈을 사용함으로서 유도가열 모듈(24)에 온도를 가열함을 통하여 열전모듈(22)의 열전발전 특성 및 열전냉각 특성에 대항 더욱 종합적으로 교육할 수 있는 상승된 효과가 발생한다.The temperature of the
또한, 상기 계통연계 인버터부(60)는 직류(DC) 전압 35[Vdc]를 입력받아서 교류(AC) 전압 22[Vac]를 출력시키며, 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전압 22[Vac]는 계통연계 변압부(80)에 입력되여, 1:10의 권선비의 계통연계 변압기(26)를 통하여 교류(AC) 전압 220[Vac]으로 승압되어, 계통 전원(28) 및 부하(27)에 공급되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.The grid
도 7은 본 발명에서 제안하는 태양전지 셀과 열전모듈 배치도를 나타낸다. 본 발명에서는 태양전지 셀(21)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되는 것을 가장 큰 기술적인 특징으로 하며, 태양전지 셀(21)에서 발생된 열을 바탕으로 상기 열전모듈(22)은 열전발전 동작을 할 수 있으며, 태양전지 셀(21)을 냉각시키기 위하여 상기 열전모듈(22)는 열전냉각으로 동작할 수 있다. 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)로 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)에서 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작하는 것을 기술적 특징으로 한다.7 is a plan view of a solar cell and a thermoelectric module proposed in the present invention. In the present invention, the
도 8은 본 발명에서 제안하는 태양전지 셀, 유도가열 모듈 및 열전모듈 배치도를 나타낸다. 본 발명에서는 태양전지 셀(21)-유도가열 모듈(24)-열전모듈(22)이 직접적으로 결합되어 있으며, 태양전지 셀(21) 또는 유도가열 모듈(24)에서 발생된 열을 바탕으로 상기 열전모듈(22)은 열전발전 동작을 할 수 있으며, 태양전지 셀(21) 또는 유도가열 모듈(24)을 냉각시키기 위하여 상기 열전모듈(22)는 열전냉각으로 동작할 수 있다. 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)로 에너지를 공급하는 경우 열전냉각으로 동작하며, 상기 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40)가 상기 열전모듈(22)에서 에너지를 소모하는 경우 열전발전으로 동작할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.8 is a plan view of a solar cell, an induction heating module, and a thermoelectric module proposed in the present invention. In the present invention, the
도 9는 열전냉각 모듈 및 온도특성 그래프를 나타낸다.9 shows a thermoelectric cooling module and a temperature characteristic graph.
열전냉각 및 열전발전은 두 접점에 전류를 흘리면 열의 흡수 또는 발생이 되는 원리인 펠티에(Peltier) 효과를 바탕으로 이루어지고 있다. 열전냉각의 경우 양단의 온도차를 많이 유지할 수 있는 특성을 나타내는 것이 중요하며, 이를 위하여 열 발생부(13)와 가까운 제2 전극(16)의 온도를 최대한 낮도록 하는 것을 열전냉각의 목적으로 한다. 따라서 상기 열전냉각에서 DC 전원(18)의 전압에서 전류량을 증가시키면, 점점 열 발생부(13)와 가까운 제2 전극(16)과 방열판(14)와 가까운 제1,3 전극(15,17)의 온도차이는 일정한 전류 이상에서는 더 이상 온도차가 발생하지 않으며, 이러한 특성을 바탕으로 최적의 전류와 온도차 특성을 구하여지며, 열전냉각에서의 인가전류를 결정하는 것을 기술적 특징으로 한다.Thermoelectric cooling and thermoelectric power generation are based on the Peltier effect, which is the principle of absorbing or generating heat when current is passed through two contacts. In the case of thermoelectric cooling, it is important to exhibit a characteristic capable of maintaining a large temperature difference at both ends. For this purpose, the temperature of the
도 10은 열전발전 모듈 및 온도특성 그래프를 나타낸다.10 shows a graph of a thermoelectric module and a temperature characteristic.
열전발전의 경우 열 발생부(13)와 가까운 제2 전극(16)과 방열판(14)와 가까운 제1,3 전극(15,17)의 온도 차이를 최대로 하는 것을 가장 큰 목적으로 한다. 이를 위하여 열전 재로의 단면적으로 최대한 넓혀줌으로 인하여 열 저항을 가장 크게 하는 것을 기술적 특징으로 한다.In the case of thermoelectric power generation, the most important object is to maximize the temperature difference between the
여기서 △Ts, △Tm 및 △Te의 정의는 다음과 같다.Here, the definitions of? Ts,? Tm and? Te are as follows.
△Ts : 열전소자의 온도차이ΔTs: Temperature difference of thermoelectric elements
△Tm : 제1전극(또는 제3 전극)과 제2 전극 사이의 온도차이DELTA Tm: temperature difference between the first electrode (or the third electrode) and the second electrode
△Te : 열발생부에서 방열판 사이의 온도차이ΔTe: Temperature difference between the heat generating part and the heat sink
도 11은 열전소자와 열저항을 나타내며, 도 12는 본 발명에서 열전모듈 구성도를 나타낸다.Fig. 11 shows the thermoelectric element and the thermal resistance, and Fig. 12 shows the thermoelectric module in the present invention.
도 11의 열전소자(100)는 n형 반도체(11), p형 반도체(12), 제1,2,3 전극(15,16,17), 열발생부(13) 및 방열판(14)로 구성되어 있다.The
여기서, Th, T1, T2, Tc, Rth(p1), Rth(TE), Rth(p2)의 정의는 다음과 같다Here, the definitions of Th, T1, T2, Tc, Rth (p1), Rth (TE), and Rth (p2) are as follows
Th : 열 발생부의 온도[고온부의 온도] Th: temperature of the heat generating portion [temperature of high temperature portion]
T1 : 제2 전극의 온도T1: Temperature of the second electrode
T2 : 제1전극(또는 제3 전극)의 온도T2: the temperature of the first electrode (or the third electrode)
Tc : 방열판(Heat Sink)의 온도[저온부의 온도]Tc: Temperature of heat sink (temperature of low temperature part)
Rth(p1) : 열 발생부의 열저항Rth (p1): Thermal resistance of the heat generating portion
Rth(TE) : 열전소자의 열저항Rth (TE): Thermal resistance of thermoelectric element
Rth(p2) : 방열판(Heat Sink)의 열저항Rth (p2): Heat resistance of heat sink
도 13은 도 12에서 제안하는 본 발명에서 열전모듈 구성도에서 실질적으로 열전모듈 배치도를 나타낸다. 상기 열전모듈에서는 발전전압을 높이기 위하여 열전소자가 직렬로 연결되어 있으며, 발전전류를 높이기 위하여 열전소자가 병렬로 연결되는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 모든 열전소자는 직병렬로 배치되어 있다.FIG. 13 shows a thermoelectric module layout in the thermoelectric module of FIG. 12 according to an embodiment of the present invention. In the thermoelectric module, thermoelectric elements are connected in series to increase a power generation voltage, and thermoelectric elements are connected in parallel in order to increase a generated current. Therefore, all thermoelectric elements are arranged in series and parallel.
구체적으로 제1 내지 제4 열전소자(100-1 내지 100-4)는 병렬로 연결되어 있으며, n(여기서 n은 2 이상의 임의의 자연수)개가 직렬로 연결되어 있는 것을 기술적인 특징으로 한다.Specifically, the first to fourth thermoelectric elements 100-1 to 100-4 are connected in parallel, and n (where n is an arbitrary natural number of 2 or more) are connected in series.
도 14는 제작된 교육용 신재생에너지 실험장치를 나타내며, 도 15는 제작된 교육용 신재생에너지 실험의 세부적인 스펙(Spec.)을 나타낸다.Fig. 14 shows the manufactured educational renewable energy experiment apparatus, and Fig. 15 shows detailed specifications of the prepared educational renewable energy experiment.
본 발명의 교육용 신재생 에너지 실험장치에서는 첫째, 전기 및 전자공학 분야의 전공자, 고등학교 및 대학과정에서 신재생에너지 특히 태양전지 발전 및 열전소자 발전의 개념을 동시에 학습 및 이해할 수 있으며, 둘째, 태양전지 셀(21) 및 열전모듈(22)에서 발전된 에너지를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 전력변환 장치(30-1,40-1,50-1,70-1) 및 릴레이(RY1 내지 RY4)를 사용하므로 실제 에너지 저장장치 및 전력변환 시스템과 동일한 시스템을 학습할 수 있으며, 셋째, 교육 대상자의 안전을 위하여 태양광 발전의 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 15[Vdc] 내지 35[Vdc], 배터리 충방전 동작 전압 범위는 직류(DC) 전압 20[Vdc] 내지 35[Vdc], 계통연계 인버터 동작 전압 범위는 교류(AC) 전압 20[Vac] 내지 30[Vac]로서 35[V]이하의 저(低)전압을 이용하기 때문에 신재생 에너지 실험장치를 실습하는 교육 대상자(실습생)의 안전을 도모할 수 있으며, 다섯째, 최종적인 출력전압은 계통연계 변압기의 턴비(Turn Ratio)에 의해서 최종적으로 교류(AC) 220[Vac]로 출력되는 상승된 효과가 있다.In the educational renewable energy testing apparatus of the present invention, it is possible to simultaneously learn and understand the concepts of renewable energy, especially solar cell power generation and thermoelectric power generation, in the field of electrical and electronic engineering, high school and college, The power converters 30-1, 40-1, 50-1, and 70-1 and the relays RY1 to RY4 (or RY1 to RY4) are connected to the
따라서 본 발명에서는 교육용 신재생에너지 실험장치에 있어서, 태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21); 상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30);상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23); 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60); 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치를 제안하고자 한다. Accordingly, in the present invention, in the experimental apparatus for new and renewable energy for education, a solar cell 21 (for example, a photovoltaic cell) for producing electricity of 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from direct sunlight (light) ); A DC-
또한, 본 발명에서는 교육용 신재생에너지 실험장치에 있어서, 태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21); 상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30); 상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23); 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50); 상기 태양전지 셀(21)과 접촉되어 있는 열전모듈(22); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전압을 상기 열전모듈(22)에 인가하여 열전냉각을 수행하거나, 상기 열전모듈(22)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압하여 출력하여 열전발전을 수행하는 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60); 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치를 제안하고자 한다.Further, in the present invention, in the educational renewable energy testing apparatus, a photovoltaic cell (a photovoltaic cell) for producing electricity of 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from direct sunlight (light) 21); A DC-
끝으로 본 발명에서는 교육용 신재생에너지 실험장치에 있어서, 태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21); 상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30); 상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23); 상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50); 상기 태양전지 셀(21)과 접촉되어 있는 유도가열 모듈(24); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 20[Vac] 내지 30[Vac]를 출력하여 상기 유도가열 모듈(24)에 온도를 제어하는 유도가열 제어 인버터부(70); 상기 유도가열 모듈(24)과 접촉되어 있는 열전모듈(22); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전압을 상기 열전모듈(22)에 인가하여 열전냉각을 수행하거나, 상기 열전모듈(22)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압하여 출력하여 열전발전을 수행하는 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40); 상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60); 상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치를 제안하고자 한다.Finally, according to the present invention, there is provided an experimental apparatus for new and renewable energy for education, comprising: a solar cell (solar cell) for producing electricity of 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from direct sunlight (light) 21); A DC-
본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진자가 다양한 변형에 의하여 교육용 신재생에너지 실험장치에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.The present invention can be applied to educational renewable energy experiment equipment by various modifications by a person having ordinary skill in the art, and it should be recognized that the scope of the technology that easily transforms it technically belongs to the scope of the present patent .
11 : n형 반도체
11-1 : 전자(Electron)
12 : p형 반도체
12-1 : 전공(Hole)
13 : 열 발생부
14 : 방열판(Heat Sink)
15 : 제1 전극
16 : 제2 전극
17 : 제3 전극
18 : DC 전원
19 : 부하(Load)
21 : 태양전지 셀
22 : 열전모듈
23 : 에너지 저장 배터리
24 : 유도가열 모듈
24-1 : 유도가열 코일
25 : 뱅크(Bank) 커패시터
26 : 계통연계 변압기
27 : 부하
28 : 계통 전원
30 : DC-DC 컨버터부
30-1 : DC-DC 컨버터
31 : DC-DC 컨버터의 인덕터
32 : DC-DC 컨버터의 주 스위치
33 : DC-DC 컨버터의 주 스위치 역병렬 다이오드
34 : DC-DC 컨버터의 정류 다이오드
40 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터부
40-1 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터
41 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 인덕터
42 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 제1 스위치
43 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 제1 스위치의 역병렬 다이오드
44 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 제2 스위치
45 : 양방향 열전모듈 제어 컨버터의 제2 스위치의 역병렬 다이오드
50 : 양방향 배터리 충방전 컨버터부
50-1 : 양방향 배터리 충방전 컨버터
51 : 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1 스위치
52 : 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제1 스위치의 역병렬 다이오드
53 : 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제2 스위치
54 : 양방향 배터리 충방전 컨버터의 제2 스위치의 역병렬 다이오드
55 : 양방향 배터리 충방전 컨버터의 인덕터
60 : 계통연계 인버터부
60-1 : 계통연계 인버터
61 : 계통연계 인버터의 제1 스위치
62 : 계통연계 인버터의 제1 스위치의 역병렬 다이오드
63 : 계통연계 인버터의 제2 스위치
64 : 계통연계 인버터의 제2 스위치의 역병렬 다이오드
65 : 계통연계 인버터의 제3 스위치
66 : 계통연계 인버터의 제3 스위치의 역병렬 다이오드
67 : 계통연계 인버터의 제4 스위치
68 : 계통연계 인버터의 제4 스위치의 역병렬 다이오드
70 : 유도가열 제어 인버터부
70-1 : 유도가열 제어 인버터
71 : 유도가열 제어 인버터의 제1 스위치
72 : 유도가열 제어 인버터의 제1 스위치의 역병렬 다이오드
73 : 유도가열 제어 인버터의 제2 스위치
74 : 유도가열 제어 인버터의 제2 스위치의 역병렬 다이오드
75 : 유도가열 제어 인버터의 제1 분압 커패시터
76 : 유도가열 제어 인버터의 제2 분압 커패시터
80 : 계통연계 변압부
90 : 통합 제어부
100 : 열전소자
100-1 : 제1 열전소자
100-2 : 제2 열전소자
100-3 : 제3 열전소자
100-4 : 제4 열전소자
RY1 : 제1 릴레이
RY2 : 제2 릴레이
RY3 : 제3 릴레이
RY4 : 제4 릴레이
RY5 : 제5 릴레이
RY6 : 제6 릴레이
Rth(p1) : 열 발생부의 열저항
Rth(p2) : 방열판(Heat Sink)의 열저항
Rth(TE) : 열전소자의 열저항
△Te : 열발생부에서 방열판 사이의 온도차이
△Tm : 제1전극(또는 제3 전극)과 제2 전극 사이의 온도차이
△Ts : 열전소자의 온도차이
T1 : 제2 전극의 온도
T2 : 제1전극(또는 제3 전극)의 온도
Tc : 방열판(Heat Sink)의 온도[저온부의 온도]
Th : 열 발생부의 온도[고온부의 온도]
(+) : DC 전원의 (+)단자
(-) : DC 전원의 (-)단자 11: n-type semiconductor
11-1: Electron
12: p-type semiconductor
12-1: Hole
13:
14: Heat sink
15: first electrode
16: second electrode
17: Third electrode
18: DC power source
19: Load
21: Solar cell
22: thermoelectric module
23: Energy storage battery
24: Induction heating module
24-1: Induction heating coil
25: Bank capacitor
26: Grid-connected transformer
27: Load
28: System power
30: DC-DC converter section
30-1: DC-DC converter
31: Inductor of DC-DC Converter
32: Main switch of DC-DC converter
33: Main switch of DC-DC converter Reverse polarity diode
34: rectifier diode of DC-DC converter
40: bidirectional thermoelectric module control converter section
40-1: Bi-directional thermoelectric module control converter
41: Inductor of bidirectional thermoelectric module control converter
42: First switch of bidirectional thermoelectric module control converter
43: antiparallel diode of first switch of bidirectional thermoelectric module control converter
44: second switch of bi-directional thermoelectric module control converter
45: antiparallel diode of the second switch of bi-directional thermoelectric module control converter
50: bidirectional battery charge / discharge converter unit
50-1: Bidirectional Battery Charge / Discharge Converter
51: First switch of bi-directional battery charge-discharge converter
52: antiparallel diode of first switch of bi-directional battery charge-discharge converter
53: Second switch of bi-directional battery charge / discharge converter
54: Reverse polarity diode of the second switch of the bidirectional battery charge /
55: Inductor of Bidirectional Battery Charge / Discharge Converter
60: grid connection inverter section
60-1: Grid-connected inverter
61: first switch of the grid-connected inverter
62: reverse-parallel diode of the first switch of the grid-connected inverter
63: second switch of the grid-connected inverter
64: antiparallel diode of the second switch of the grid-connected inverter
65: Third switch of grid-connected inverter
66: Reverse polarity diode of the third switch of the grid-connected inverter
67: fourth switch of grid-connected inverter
68: Reverse-parallel diode of the fourth switch of the grid-connected inverter
70: Induction heating control inverter unit
70-1: Induction heating control inverter
71: the first switch of the induction heating control inverter
72: reverse-parallel diode of the first switch of the induction heating control inverter
73: second switch of the induction heating control inverter
74: reverse parallel diode of the second switch of the induction heating control inverter
75: the first divided capacitor of the induction heating control inverter
76: The second divided capacitor of the induction heating control inverter
80: grid connection transformer
90:
100: thermoelectric element
100-1: first thermoelectric element
100-2: a second thermoelectric element
100-3: third thermoelectric element
100-4: fourth thermoelectric element
RY1: first relay
RY2: Second relay
RY3: Third relay
RY4: fourth relay
RY5: fifth relay
RY6: relay 6
Rth (p1): Thermal resistance of the heat generating portion
Rth (p2): Heat resistance of heat sink
Rth (TE): Thermal resistance of thermoelectric element
ΔTe: Temperature difference between the heat generating part and the heat sink
DELTA Tm: temperature difference between the first electrode (or the third electrode) and the second electrode
ΔTs: Temperature difference of thermoelectric elements
T1: Temperature of the second electrode
T2: the temperature of the first electrode (or the third electrode)
Tc: Temperature of heat sink (temperature of low temperature part)
Th: temperature of the heat generating portion [temperature of high temperature portion]
(+): (+) Terminal of DC power supply
(-): (-) terminal of DC power supply
Claims (10)
태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23);
상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60);
상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하며;
상기 DC-DC 컨버터부(30), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50) 및 계통연계 인버터부(60)의 동작 전압은 35[V]이하의 전압을 이용하며;
상기 계통연계 변압부(80)는 계통연계 변압기(26) 및 제6 릴레이(RY6)로 구성되며, 상기 계통연계 변압기(26)는 1:10의 권선비로 구성되는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
In the educational renewable energy experiment apparatus,
A solar cell 21 for producing electric power of direct current (DC) 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from solar light (light) or artificial light (light);
A DC-DC converter unit 30 for boosting electric power produced by the solar cell 21 to direct current (DC) 35 [Vdc];
An energy storage battery 23 for charging the electric energy produced by the solar cell 21 in a DC (DC) range of 20 [Vdc] to 35 [Vdc];
(DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] to store the direct current (DC) 35 [Vdc] electricity output from the DC-DC converter unit 30 in the energy storage battery 23. [ Or in a bidirectional manner in which the direct current (DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] of the energy storage battery 23 can be boosted to a direct current (DC) 35 [Vdc] A battery charge / discharge converter unit 50;
(AC) 22 [Vac] based on the direct current (DC) 35 [Vdc] boosted from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50 );
And a grid-connected transformer (80) for boosting the alternating current (AC) electricity output from the grid interconnection inverter unit (60) to AC (AC) 220 [Vac];
The operating voltages of the DC-DC converter unit 30, the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50, and the grid inverter unit 60 use a voltage of 35 [V] or less;
Wherein the grid-connected transformer (80) comprises a grid-connected transformer (26) and a sixth relay (RY6), the grid-connected transformer (26) Experimental apparatus
태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23);
상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50);
상기 태양전지 셀(21)과 접촉되어 있는 열전모듈(22);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전압을 상기 열전모듈(22)에 인가하여 열전냉각을 수행하거나, 상기 열전모듈(22)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압하여 출력하여 열전발전을 수행하는 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60);
상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
In the educational renewable energy experiment apparatus,
A solar cell 21 for producing electric power of direct current (DC) 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from solar light (light) or artificial light (light);
A DC-DC converter unit 30 for boosting electric power produced by the solar cell 21 to direct current (DC) 35 [Vdc];
An energy storage battery 23 for charging the electric energy produced by the solar cell 21 in a DC (DC) range of 20 [Vdc] to 35 [Vdc];
(DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] to store the direct current (DC) 35 [Vdc] electricity output from the DC-DC converter unit 30 in the energy storage battery 23. [ Or in a bidirectional manner in which the direct current (DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] of the energy storage battery 23 can be boosted to a direct current (DC) 35 [Vdc] A battery charge / discharge converter unit 50;
A thermoelectric module (22) in contact with the solar cell (21);
A voltage of DC (DC) 15 [Vdc] to 35 [Vdc] is supplied from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50 based on the DC voltage 35 [Vdc] A bidirectional thermoelectric module control for performing thermoelectric cooling by applying the voltage to the thermoelectric module 22 or for boosting the electric power produced by the thermoelectric module 22 to DC (DC) 35 [Vdc] A converter unit 40;
(AC) 22 [Vac] based on the direct current (DC) 35 [Vdc] boosted from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50 );
And a grid-connected transformer (80) for boosting the alternating current (AC) output from the grid-link inverter unit (60) to AC (AC) 220 [Vac] Device
상기 DC-DC 컨버터부(30), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 종합적으로 제어하는 통합 제어부(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method according to claim 1,
And an integrated control unit 90 for integrally controlling the DC-DC converter unit 30, the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50, the grid connection inverter unit 60 and the grid connection transformer unit 80 Educational renewable energy experiment equipment
상기 DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50), 계통연계 인버터부(60) 및 계통연계 변압부(80)를 종합적으로 제어하는 통합 제어부(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method according to claim 2,
The bidirectional thermoelectric module control converter unit 40, the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50, the grid-connected inverter unit 60, and the grid-connected transformer unit 80 are collectively controlled by the DC-DC converter unit 30, And an integrated control unit (90).
상기 계통연계 변압부(80)의 출력인 교류(AC) 220[Vac]는 부하(27) 및 계통 전원(28)에 공급되는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method according to claim 1 or 2,
(AC) 220 [Vac], which is an output of the grid-connected transforming unit 80, is supplied to the load 27 and the system power supply 28. [
상기 교육용 신재생에너지 실험장치의 DC-DC 컨버터부(30), 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40), 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50) 및 계통연계 인버터부(60)의 동작 전압은 35[V]이하의 전압을 이용하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method according to claim 2,
The operation voltages of the DC-DC converter unit 30, the bidirectional thermoelectric module control converter unit 40, the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50, and the grid inverter unit 60 of the educational renewable energy experiment apparatus are 35 [ V] or less is used.
상기 계통연계 인버터부(60)의 출력은 제5 릴레이(RY5)의 턴온(Turn on)동작을 통하여 출력되며, 상기 계통연계 변압부(80)의 출력은 제6 릴레이(RY6)의 턴온(Turn on)동작을 통하여 출력되는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method according to claim 2,
The output of the grid interconnect inverter unit 60 is output through the turn on operation of the fifth relay RY5 and the output of the grid interconnect transformer unit 80 is turned on of the sixth relay RY6 on operation of the educational renewable energy experiment device
태양광(光) 또는 인공광(光)으로부터 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전기(電氣)를 생산하는 태양전지 셀(21);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압시키는 DC-DC 컨버터부(30);
상기 태양전지 셀(21)에서 생산된 전기(電氣)에너지를 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]의 범위로 충전하기 위한 에너지 저장 배터리(23);
상기 DC-DC 컨버터부(30)에서 출력된 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)를 에너지 저장 배터리(23)에 저장시키기 위하여 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]로 강압(降壓)시키거나, 상기 에너지 저장 배터리(23)의 직류(DC) 20[Vdc] 내지 35[Vdc]를 직류(DC) 35[Vdc] 전기(電氣)로 승압(昇壓)이 가능한 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50);
상기 태양전지 셀(21)과 접촉되어 있는 유도가열 모듈(24);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 20[Vac] 내지 30[Vac]를 출력하여 상기 유도가열 모듈(24)에 온도를 제어하는 유도가열 제어 인버터부(70);
상기 유도가열 모듈(24)과 접촉되어 있는 열전모듈(22);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 직류(DC) 15[Vdc] 내지 35[Vdc]의 전압을 상기 열전모듈(22)에 인가하여 열전냉각을 수행하거나, 상기 열전모듈(22)에서 생산된 전기(電氣)를 직류(DC) 35[Vdc]로 승압하여 출력하여 열전발전을 수행하는 양방향 열전모듈 제어 컨버터부(40);
상기 DC-DC 컨버터부(30) 또는 양방향 배터리 충방전 컨버터부(50)로부터 승압된 직류(DC) 35[Vdc]를 바탕으로 교류(AC) 22[Vac]로 변환시키는 계통연계 인버터부(60);
상기 계통연계 인버터부(60)에서 출력된 교류(AC) 전기(電氣)를 교류(AC) 220[Vac]로 승압시키는 계통연계 변압부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
In the educational renewable energy experiment apparatus,
A solar cell 21 for producing electric power of direct current (DC) 15 [Vdc] to 35 [Vdc] from solar light (light) or artificial light (light);
A DC-DC converter unit 30 for boosting electric power produced by the solar cell 21 to direct current (DC) 35 [Vdc];
An energy storage battery 23 for charging the electric energy produced by the solar cell 21 in a DC (DC) range of 20 [Vdc] to 35 [Vdc];
(DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] to store the direct current (DC) 35 [Vdc] electricity output from the DC-DC converter unit 30 in the energy storage battery 23. [ Or in a bidirectional manner in which the direct current (DC) 20 [Vdc] to 35 [Vdc] of the energy storage battery 23 can be boosted to a direct current (DC) 35 [Vdc] A battery charge / discharge converter unit 50;
An induction heating module 24 in contact with the solar cell 21;
(AC) 20 [Vac] to 30 [Vac] based on the direct current (DC) 35 [Vdc] boosted from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50, An induction heating control inverter unit (70) for controlling the temperature of the induction heating module (24);
A thermoelectric module (22) in contact with the induction heating module (24);
A voltage of DC (DC) 15 [Vdc] to 35 [Vdc] is supplied from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50 based on the DC voltage 35 [Vdc] A bidirectional thermoelectric module control for performing thermoelectric cooling by applying the voltage to the thermoelectric module 22 or for boosting the electric power produced by the thermoelectric module 22 to DC (DC) 35 [Vdc] A converter unit 40;
(AC) 22 [Vac] based on the direct current (DC) 35 [Vdc] boosted from the DC-DC converter unit 30 or the bidirectional battery charge / discharge converter unit 50 );
And a grid-connected transformer (80) for boosting the alternating current (AC) output from the grid-link inverter unit (60) to AC (AC) 220 [Vac] Device
상기 계통연계 변압부(80)는 계통연계 변압기(26) 및 제6 릴레이(RY6)으로 구성되며, 상기 계통연계 변압기(26)는 1:10의 권선비로 구성되는 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치
The method of claim 8,
The grid-connected transformer (80) comprises a grid-connected transformer (26) and a sixth relay (RY6), and the grid-connected transformer (26) Experimental apparatus
상기 유도가열 모듈(24)은 상기 태양전지 셀(21)과 상기 열전모듈(22) 사이에 배치되어 있으며, 상기 유도가열 모듈(24)은 유도가열 제어 인버터부(70)를 통하여 온도제어가 가능한 것을 특징으로 하는 교육용 신재생에너지 실험장치The method of claim 8,
The induction heating module 24 is disposed between the solar cell 21 and the thermoelectric module 22 and the induction heating module 24 is controlled by the induction heating control inverter unit 70, Which is characterized by the fact that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180099030A KR101944332B1 (en) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | Experiment Apparatus of Renewable Energy, ESS(Energy Storage System), Thermoelement and IH(Induction Heating) |
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|---|---|---|---|
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| KR200449478Y1 (en) * | 2009-10-30 | 2010-07-13 | 주식회사 케이티이엔지 | exercising apparatus of artificial sun |
| KR101162747B1 (en) | 2012-01-31 | 2012-07-05 | 주식회사 케이티이엔지 | Field-installed photovoltaic-thermal heatpump heating and cooling experiment apparatus for education |
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2018
- 2018-08-24 KR KR1020180099030A patent/KR101944332B1/en active IP Right Grant
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| KR101162747B1 (en) | 2012-01-31 | 2012-07-05 | 주식회사 케이티이엔지 | Field-installed photovoltaic-thermal heatpump heating and cooling experiment apparatus for education |
| KR20170000484U (en) * | 2015-07-27 | 2017-02-06 | 김동섭 | Portable renewable energy education experience equipment |
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