KR101956791B1

KR101956791B1 - 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치

Info

Publication number: KR101956791B1
Application number: KR1020180150376A
Authority: KR
Inventors: 정계명; 전현종; 지동민
Original assignee: 주식회사 주빅스
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-03-14

Abstract

본 발명은 이번 달의 예상 전력 사용량과 이번 달의 예상 태양광 발전량을 비교하여 외부로부터 공급 받아 사용하는 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 태양광 발전량을 베터리에 저장하고, 저장된 전력은 다음 달에 사용하여 다음 달 주택요금이 전기요금 누진제 등급 아래로 내려가도록 자동으로 제어하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치에 관한 것이다.

Description

전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치{PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION CONTROLLER FOR RESIDENTIAL USE CONSIDERING ELECTRICITY TARIFF PROGRESS}

본 발명은 이번 달 주택의 예상 전기사용량과 태양광 패널의 예상 발전량을 비교하여 전기요금 누진제를 효율적으로 활용할 수 있는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치에 관한 것이다.

최근 들어 아파트 및 주택에 태양광 패널과 이를 효율적으로 사용하기 위한 제어 장치(EMS)를 설치하는 가정이 증가 추세이다. 일반 가정의 경우, 주택용 저압 전력 요금이 책정되어 아래의 표 1과 같은 누진제 전기요금을 내고 있다. 아래의 표 1을 보면 누진제 등급을 적용 받는 400kWh 를 초과해서 사용할 때 전기요금 증가폭이 큰 것을 확인할 수가 있다.

누진제 전기요금 예시

기본요금(원/호)		전력량 요금(원/kWh)
200kWh 이하 사용	910	처음 200kWh 까지	93.3
201~400kWh 사용	1,600	다음 200kWh 까지	187.9
400kWh 초과 사용	7,300	400kWh 초과	280.6

도 1을 참고하면, 기존 주택용 태양광 발전 제어장치(EMS, Energy Management System)의 경우 단순하게 PCS or 인버터를 통해 태양광 패널에서 오는 DC 전원을 AC로 변경하여 계통(Grid)에 연결시켜주거나, Battery(베터리)가 있는 경우 부하 상태에 따라 베터리를 충전 / 방전을 제어하는 기능만을 수행한다. 양방향 전력량계는 부하가 전력 사용이 없을 경우 태양광 패널로부터 발전된 전력을 계통(Grid)으로 전달하여 발전을 측정하게 된다.

태양광 발전 제어장치(EMS, Energy Management System)은 전력을 저장하기 위한 BMS(Battery Management System)와 PCS(Power Conditioning System) 또는 인버터 등을 활용하여 효율적인 에너지 사용을 가능하게 하는 장치를 말한다.

기존 주택용 태양광 발전 제어장치는 상기에서 본 바와 같은 누진제 전기요금 체계에서 전력사용량이 누진제 등급을 초과하지 않도록 제어하거나 이를 효율적으로 제어하는 방식이 아니기 때문에 주택용 태양광 발전제어장치를 사용하는 사용자들에게 전기요금에 대한 부담을 가중하고 있다.

등록특허 제10-0987562호(주택용 직류전원 공급 및 관리 시스템 및 그 방법)

본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 이번 달의 예상 전력 사용량과 이번 달의 예상 태양광 발전량을 비교하여 외부로부터 공급 받아 사용하는 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 태양광 발전량을 베터리에 저장하고, 저장된 전력은 다음 달에 사용하여 다음 달 주택요금이 전기요금 누진제 등급 아래로 내려가도록 자동으로 제어하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치는, 양방향 전력량계; 기상정보수신부; 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양광발전부; 전력을 저장하는 베터리부; 및 상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 확보하고, 이를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하고, 상기 기상정보수신부를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달의 예상 태양광 발전량을 예측하며, 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 예상 전력 사용량에서 예상 태양광 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량을 상기 베터리부에 저장하는 에너지관리제어부를 포함한다.

상기 에너지관리제어부는 이번 달 예상 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급을 초과하는 경우 사용자에게 알림 메시지를 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지관리제어부는 지난 달에 상기 베터리부에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 상기 이번 달의 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구하고, 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 예상 전력 사용량에서 예상 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량을 상기 베터리부에 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지관리제어부는, 상기 기상정보수신부를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달 예상 태양광 발전량을 예측하는 태양광발전량예측부; 지난 달에 상기 베터리부에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 상기 태양광발전량예측부가 예측한 이번 달 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구하는 예상발전량계산부; 상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 추출하는 월간사용량추출부; 상기 월간사용량추출부가 추출한 월간 전력 사용량을 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하는 전력사용량예측부; 및 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 전력사용량예측부가 예측한 이번 달 예상 전력 사용량에서 상기 예상발전량계산부가 구한 이번 달의 예상 발전량 중 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량을 상기 베터리부에 저장하는 마진저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 월간사용량추출부는 상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량의 평균치를 구하고, 상기 전력사용량예측부는 상기 월간사용량추출부가 구한 월간 전력 사용량의 평균치를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치에 의하면, 예상 태양광 발전량을 이용하여 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급 아래로 내려가게 하고 태양광발전부가 생산하는 남는 마진(margin) 부분에 해당하는 전력은 베터리에 저장함으로써, 이번 달 전기요금이 누진제 적용을 받지 않도록 하여 전기요금을 절감할 수가 있을 뿐만 아니라, 베터리에 저장된 전력량은 다음 달로 이월하여 사용하도록 하여 다음 달의 전기요금도 누진제 등급 아래로 내려가도록 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 전력 사용이 적은 봄, 가을에 전력을 저장하여, 전력 사용이 많은 여름, 겨울에 사용함으로써 조그마한 사용량 차이로 누진제를 넘어 전력 요금이 증가하는 경우를 방지할 수가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 주택용 태양광 발전 제어장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치를 구성하는 에너지관리제어부의 기능 블록도
도 4는 본 발명에 따른 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치의 순서도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치는 양방향 전력량계(100), 기상정보수신부(200), 태양광발전부(300), 베터리부(400), 에너지관리제어부(500) 및 인버터(600)를 포함한다.

양방향 전력량계(100)는 부하가 전력 사용이 없을 경우 태양광발전부(300)로부터 발전된 전력을 계통(Grid)으로 전달하여 발전을 측정하게 된다.

양방향 전력량계(100)는 디지털 전력량계로서 과거의 일별, 월별 전력 사용량을 저장하고 있다.

기상정보수신부(200)는 일별, 주별, 월별 기상정보를 기상청으로부터 수신하여 저장하고 있다.

태양광발전부(300)는 태양광 패널을 이용하여 전력을 생성한다.

베터리부(400)는 태양광발전부(300)가 생성한 전력을 저장한다.

에너지관리제어부(500)는 양방향 전력량계(100)와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 확보하고(S410), 이를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측한다(S420).

예를 들어, 6월 달 현재까지의 누적 사용량을 작년 6월의 월간 전력 사용량과 비교하면 이번 달, 즉 6월 달의 예상 전력 사용량을 예측하여 계산할 수가 있다.

에너지관리제어부(500)는 기상정보수신부(200)를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달의 예상 태양광 발전량을 예측한다(S430). 태양광발전량 DB에는 과거부터 현재까지 월별 기상상태에 따른 태양광 발전량 정보가 저장되어 있다. 일자별 기상상태를 점수화 또는 등급화하여 이를 종합한 월별 기상상태에 대한 종합 점수 또는 종합 등급을 산출할 수가 있으며, 월별 종합 점수 또는 등급에 따른 태양광 발전량 정보가 매칭되어 태양광발전량 DB에 저장된다.

에너지관리제어부(500)는 기상정보수신부(200)를 통해 수신한 이번 달 기상정보에 대한 점수 또는 등급 정보를 가지고 태양광발전량 DB를 검색하여 이번 달의 예상 태양광 발전량을 예측할 수가 있다.

에너지관리제어부(500)는 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 예상 전력 사용량에서 예상 태양광 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 태양광발전부(300)가 생성하는 전력량을 베터리부(400)에 저장한다. 여기서 외부는 한국전력공사 등이 해당될 수 있다.

예를 들어, 상기의 표 1에서 보는 바와 같이 400kWh 초과하여 사용하면 전기요금 누진제 등급을 적용 받는다고 가정하자. 6월 예상 전력 사용량이 500kWh 이고, 예상 태양광 발전량이 150kWh 라고 하면, 에너지관리제어부(500)는 한국전력공사에서 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급인 400kWh를 넘지 않도록 하는 한도에서 예상 전력 사용량인 500kWh 에서 예상 태양광 발전량 150kWh 중의 일부에 해당하는 100kWh 를 빼고 남는 부분인 50kWh 에 해당하는 태양광발전부(300)가 생성하는 전력량을 베터리부(400)에 저장시키는 것이다.

결국, 가정에서는 태양광 발전량 100kWh 를 사용함으로써, 한전으로부터는 400kWh 만을 공급받아 사용하면 되기 때문에 전기요금 누진제 등급을 초과하지 않는 범위에서 외부전력의 사용이 가능하여 전기요금을 상당 부분 아낄 수가 있는 것이다. 남는 부분에 해당하는 50kWh 는 베터리부(400)에 저장하여 다음 달로 이월시켜서 사용한다.

에너지관리제어부(500)는 이번 달 예상 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급을 초과하는 경우 사용자에게 알림 메시지를 전송한다. 이번 달 예상 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급에 해당하는 400kWh 를 초과하는 경우 사용자에게 알림 메시지를 전송하여 전력 사용을 절감하도록 유도한다.

에너지관리제어부(500)는 지난 달에 베터리부(400)에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 이번 달의 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구한다(S440).

에너지관리제어부(500)는 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 예상 전력 사용량에서 예상 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 태양광발전부(300)가 생성하는 전력량을 베터리부(400)에 저장한다(S450).

상기의 예에서는 예상 전력 사용량에서 예상 태양광 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 태양광발전부(300)가 생성하는 전력량을 베터리부(400)에 저장하였으나, 저번 달에 남아서 베터리부(400)에 저장된 전력을 이용하면 더욱 효과적으로 전기요금을 절약할 수가 있다.

구체적으로, 에너지관리제어부(500)는 태양광발전량예측부(510), 예상발전량계산부(520), 월간사용량추출부(530), 전력사용량예측부(540) 및 마진저장부(550)를 구비한다.

태양광발전량예측부(510)는 기상정보수신부(200)를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달 예상 태양광 발전량을 예측한다.

예상발전량계산부(520)는 지난 달에 베터리부(400)에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 태양광발전량예측부(510)가 예측한 이번 달 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구한다.

월간사용량추출부(530)는 양방향 전력량계(100)와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 추출한다.

전력사용량예측부(540)는 월간사용량추출부(530)가 추출한 월간 전력 사용량을 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측한다.

마진저장부(550)는 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 전력사용량예측부(540)가 예측한 이번 달 예상 전력 사용량에서 예상발전량계산부(520)가 구한 이번 달의 예상 발전량 중 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 태양광발전부(300)가 생성하는 전력량이 베터리부(400)에 저장되도록 제어한다.

구체적으로, 월간사용량추출부(530)는 양방향 전력량계(100)와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량의 평균치를 구한다.

그리고, 전력사용량예측부(540)는 월간사용량추출부(530)가 구한 월간 전력 사용량의 평균치를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 예상 태양광 발전량을 이용하여 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급 아래로 내려가게 하고 태양광발전부가 생산하는 남는 마진(margin) 부분에 해당하는 전력은 베터리에 저장함으로써, 이번 달 전기요금이 누진제 적용을 받지 않도록 하여 전기요금을 절감할 수가 있을 뿐만 아니라, 베터리에 저장된 전력량은 다음 달로 이월하여 사용하도록 하여 다음 달의 전기요금도 누진제 등급 아래로 내려가도록 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.

100: 양방향 전력량계
200: 기상정보수신부
300: 태양광발전부
400: 베터리부
500: 에너지관리제어부
510: 태양광발전량예측부
520: 예상발전량계산부
530: 월간사용량추출부
540: 전력사용량예측부
550: 마진저장부
600: 인버터

Claims

양방향 전력량계;
기상정보수신부;
태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양광발전부;
전력을 저장하는 베터리부; 및
상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 확보하고, 이를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하고, 상기 기상정보수신부를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달의 예상 태양광 발전량을 예측하며, 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 예상 전력 사용량에서 예상 태양광 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량을 상기 베터리부에 저장하는 에너지관리제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 에너지관리제어부는 이번 달 예상 전력 사용량이 전기요금 누진제 등급을 초과하는 경우 사용자에게 알림 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 에너지관리제어부는 지난 달에 상기 베터리부에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 상기 이번 달의 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구하고, 외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 예상 전력 사용량에서 예상 발전량 중의 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량을 상기 베터리부에 저장하는 것을 특징으로 하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 에너지관리제어부는,
상기 기상정보수신부를 통해 수신한 이번 달 기상정보를 이용하여 이번 달 예상 태양광 발전량을 예측하는 태양광발전량예측부;
지난 달에 상기 베터리부에 저장되어 이번 달로 이월된 전력량에 상기 태양광발전량예측부가 예측한 이번 달 예상 태양광 발전량을 더하여 이번 달의 예상 발전량을 구하는 예상발전량계산부;
상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량을 추출하는 월간사용량추출부;
상기 월간사용량추출부가 추출한 월간 전력 사용량을 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하는 전력사용량예측부; 및
외부로부터 전력을 공급받아 사용하는 전력량이 전기요금 누진제 등급을 넘지 않도록 하는 한도에서 상기 전력사용량예측부가 예측한 이번 달 예상 전력 사용량에서 상기 예상발전량계산부가 구한 이번 달의 예상 발전량 중 일부를 빼고 남는 부분에 해당하는 상기 태양광발전부가 생성하는 전력량이 상기 베터리부에 저장되도록 제어하는 마진저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 월간사용량추출부는 상기 양방향 전력량계와 통신을 수행하여 과거 동일한 달의 월간 전력 사용량의 평균치를 구하고,
상기 전력사용량예측부는 상기 월간사용량추출부가 구한 월간 전력 사용량의 평균치를 이번 달 현재 누적 사용량과 비교하여 이번 달 예상 전력 사용량을 예측하는 것을 특징으로 하는 전기요금 누진제를 고려한 주택용 태양광 발전 제어장치.