KR20170075146A

KR20170075146A - 에너지 하베스팅 시스템

Info

Publication number: KR20170075146A
Application number: KR1020150184451A
Authority: KR
Inventors: 김성진
Original assignee: 인성 엔프라 주식회사
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-07-03
Also published as: CN106961239A

Abstract

본 발명은 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 이용하여 전기를 발생시킴과 동시에 발생된 전기를 축전부(BESS, Battery Energy Storage System)에 적정한 용량으로 충전함으로써 운용비용을 획기적으로 절감시킴과 동시에 배전계통으로 전력공급을 안정적이고 지속적으로 공급할 수 있고, 축전부(BESS)의 축전전력이 기 설정된 설정값(TH:Threshold) 이상인 과충전 상태인 경우 에너지 하베스팅에 의해 발생된 발전전력을 보조 조명부를 통해 소모시킴으로써 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있으며, 각기 다른 에너지 하베스팅들을 접목하여 적용시킴으로써 각 에너지 하베스팅을 운용하는데 제한되는 요소를 다른 에너지 하베스팅으로 보완할 수 있고, 이에 따라 안정적이고 지속적인 전력 공급이 가능하게 되고, 풍속이 약한 환경에서도 블레이드가 용이하게 회전하여 전력효율을 현저히 높일 수 있는 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다.

Description

에너지 하베스팅 시스템{Energy harvesting system}

본 발명은 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 에너지 하베스팅(Energy harvesting)을 이용하여 배전계통인 조명부로 안정적이고 지속적으로 전력을 공급함과 동시에 운용비용을 획기적으로 절감시킬 수 있으며, 전력효율을 높이고, 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템에 관한 것이다.

에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 주변에 버려지는 에너지를 수집한 후 이를 전기에너지로 변환하기 위한 기술로 정의되고, 에너지 획득 단계에서 공해물질 배출을 줄일 수 있는 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.

도 1은 국내등록특허 제10-1201522호(발명의 명칭 : 연료전지를 이용한 하이브리드 무정전 전원 시스템 및 그 제어 방법)에 개시된 전원시스템을 나타내는 블록도이다.

도 1의 전원시스템(이하 종래기술이라고 함)(100)은 외부로부터 전원을 공급받는 계통전원부(110)와, 공급되는 연료로부터 화학적 수소 연소반응 연산식에 의하여 1.23V의 전기에너지를 생산 또는 발전하는 연료전지부(120)와, 전류를 충전하며 충전된 직류전기를 출력하는 충방전 배터리인 이차전지부(130), 계통전원부(110)로부터 입력되는 교류전기를 직류로 변환하고 다시 직류를 교류로 변환하여 출력하는 변환부(140)와, 계통전원부(110)가 교류를 비정상적으로 공급하면 제어신호에 의하여 이차전지부(130)의 직류를 초기에 출력하고 연료전지부(120)를 동작시켜 발전된 직류가 순차적으로 출력되도록 연료전지부(120) 및 변환부(140)를 제어하고 감시하는 전력제어부(150)로 이루어진다.

이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 전력제어부(150)가 계통전원부(110)로부터 공급되는 전원이 정상적으로 공급되는지의 여부를 판단하며, 만약 계통전원부(110)의 전원 공급이 비정상적으로 공급된다고 판단되는 경우 연료전지부(120) 및 변환부(140)를 제어하여 정상레벨의 예비전원을 출력하도록 구성됨으로써 전원공급의 불연속에 의한 지연시간을 예방하여 정밀한 전자장비의 운용에 피해를 최소화할 수 있다.

그러나 종래기술(100)은 단순히 연료전지를 추가 장착한 것으로서, 태양에너지, 풍력에너지 등의 다른 에너지를 사용할 수 없는 한계가 있을 뿐만 아니라 에너지 효율이 낮아 유지비용이 높은 문제점이 발생한다.

또한 종래기술(100)은 이차전지부(130)의 충전 과잉상태 여부와 상관없이 충전이 지속적으로 이루어지기 때문에 과잉충전으로 인한 폐해가 발생하는 구조적 한계를 갖는다.

또한 종래기술(100)은 날씨, 기후 등의 환경에 따라 연료전치부(120)에 의해 발생되는 전력이 결정되기 때문에 환경이 안좋은 경우 이차전지부(130)에 충전되는 축전전력이 모자라 전력을 지속적이고 안정적으로 공급하지 못하는 문제점이 발생하고, 이러한 불안정한 전력공급은 배전계통인 전자장비의 고장을 유발하게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 이용하여 전기를 발생시킴과 동시에 발생된 전기를 축전부(BESS, Battery Energy Storage System)에 적정한 용량으로 충전함으로써 운용비용을 획기적으로 절감시킴과 동시에 배전계통인 조명부로 안정적이고 지속적으로 전력을 공급할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 축전부(BESS)의 축전전력이 기 설정된 제2 설정값(TH2:Threshold2) 이상인 과충전 상태인 경우 에너지 하베스팅에 의해 발생된 발전전력을 보조 조명부로 공급하여 발전전력을 소모시키도록 구성됨으로써 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 각기 다른 에너지 하베스팅들을 접목하여 적용시킴으로써 각 에너지 하베스팅을 운용하는데 제한되는 요소를 다른 에너지 하베스팅으로 보완할 수 있고, 이에 따라 안정적이고 지속적인 전력 공급이 가능한 에너지 하베스팅 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 풍력발전모듈이 주기적으로 발전전력이 '0'인지를 확인하며, 만약 발전 전력이 '0'인 경우 블레이드가 최초 회전하는데 소요되는 최소 전력인 기동전력을 블레이드 구동부로 공급함으로써 약한 풍속이더라도 블레이드가 용이하게 회전되도록 하여 전력효율을 획기적으로 높일 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 배전계통으로 전력을 공급하기 위한 에너지 하베스팅 시스템에 있어서: 풍력을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전모듈; 태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 태양광 발전모듈; 상기 풍력발전모듈 및 상기 태양광 발전모듈에 의해 발생된 발전전력을 기 설정된 전압으로 변환시키는 전력변환부; 상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 충전하며, 충전된 축전전력을 방전시키는 축전부; 보조 조명부; 상기 축전부의 축전상태(SOC, State Of Charge)를 검출한 후 검출된 축전상태를 상기 축전부가 과충전 상태라고 판단할 수 있는 최소 축전상태인 기 설정된 제2 설정값(TH2)에 비교하며, 상기 축전상태(SOC)가 상기 제2 설정값(TH2) 미만이면 상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 상기 축전부로 입력하며, 상기 축전상태(SOC)가 상기 제2 설정값(TH2) 이상이면 상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 상기 보조 조명부로 공급하는 제어부를 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 태양광 발전모듈은 염료감응 태양전지를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 에너지 하베스팅 시스템은 진동이나 압력을 가해 소자를 발전시키는 진동 에너지 하베스팅과, 폐열을 이용하여 발전시키는 열 에너지 하베스팅, 위치에너지 차이를 이용하여 발전시키는 위치 에너지 하베스팅, 전자파 에너지를 이용하여 발전시키는 전파자 에너지 하베스팅 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 배전계통은 조명부인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 에너지 하베스팅 시스템은 주변 휘도를 측정하는 휘도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 휘도센서에 의해 측정된 휘도값(L)을 상기 조명부의 점등이 필요하다고 판단할 수 있는 최소 휘도값으로 정의되는 제1 설정값(TH1)에 비교하며, 만약 상기 휘도값(L)이 상기 제1 설정값(TH1) 미만이면 상기 조명부로 전력이 공급되도록 상기 축전부를 제어하며, 만약 상기 휘도값(L)이 상기 제1 설정값(TH1) 이상이면 상기 조명부로의 전력공급을 차단하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 풍력발전모듈은 풍력에 따라 회전하는 블레이드; 상기 블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기; 상기 블레이드를 구동시키는 블레이드 구동부; 상기 발전기의 전력값인 발전전력을 검출하는 발전전력 검출부; 상기 발전전력 검출부에서 검출된 발전전력이 ‘0’인지를 비교하는 제1 비교부; 상기 제1 비교부에 의해 발전전력이 ‘0’일 때 구동되어 상기 제어부에 의해 검출된 축전상태(SOC)를 상기 블레이드가 정지 상태에서 회전하는데 소요되는 최소 전력값으로 정의되는 기동전력에 비교하는 제2 비교부; 상기 제2 비교부에 의해 상기 축전상태(SOC)가 상기 기동전력 이상일 때 상기 축전부로부터 상기 블레이브 구동부로 기동전력이 공급되도록 제어하는 발전기 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 해결 수단을 갖는 본 발명에 따르면 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 이용하여 전기를 발생시킴과 동시에 발생된 전기를 축전부(BESS, Battery Energy Storage System)에 적정한 용량으로 충전함으로써 운용비용을 획기적으로 절감시킴과 동시에 배전계통으로 전력공급을 안정적이고 지속적으로 공급할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 축전부(BESS)의 축전전력이 기 설정된 제2 설정값(TH2:Threshold2) 이상인 과충전 상태인 경우 에너지 하베스팅에 의해 발생된 발전전력을 보조 조명부를 통해 소모시킴으로써 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 각기 다른 에너지 하베스팅들을 접목하여 적용시킴으로써 각 에너지 하베스팅을 운용하는데 제한되는 요소를 다른 에너지 하베스팅으로 보완할 수 있고, 이에 따라 안정적이고 지속적인 전력 공급이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 풍속이 약한 환경에서도 블레이드가 용이하게 회전하여 전력효율을 현저히 높일 수 있다.

도 1은 국내등록특허 제10-1201522호(발명의 명칭 : 연료전지를 이용한 하이브리드 무정전 전원 시스템 및 그 제어 방법)에 개시된 전원시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 에너지 하베스팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 2의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2의 풍력 발전모듈을 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 에너지 하베스팅 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 2를 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명의 일실시예인 에너지 하베스팅 시스템(Energy harvesting system)(1)은 각기 다른 에너지 하베스팅을 이용하여 발전전력을 발생시키며, 발생된 발전전력을 축전부(BESS, Battery Energy Storage System)에 축전시킴으로써 지속적이고 안정적으로 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 축전부의 축전전력이 기 설정된 제2 설정값(TH2:Threshold2) 이상인 경우 별도의 보조 조명부를 통해 발전전력을 소모시키기 위한 발전시스템이다. 이때 제2 설정값(TH2)은 축전부의 충전이 과충전 상태라고 판단할 수 있는 최소 축전상태(SOC, State of Charge) 값으로 정의된다.

또한 에너지 하베스팅 시스템(1)은 도 2와 3에 도시된 바와 같이 풍력발전모듈(6)과, 태양광 발전모듈(7), 하이브리드 발전모듈(8)들과, 비상전원부(9), 전력변환부(4), 축전부(BESS)(5), 제어부(3), 휘도센서(S) 조명부(10), 보조 조명부(11)로 이루어진다.

풍력발전모듈(6)은 블레이드를 이용하여 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전전력을 발생시키는 모듈이다.

또한 풍력발전모듈(6)에 의해 발생된 발전전력은 축전부(BESS)(5)로 공급된다. 이때 풍력발전모듈(6)은 후술되는 도 5에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

태양광 발전모듈(7)은 태양광선의 광 에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전전력을 발생시키는 모듈이다.

이때 본 발명에서는 태양광 발전모듈(7)로 염료감응 태양전지(70)를 적용시켜 종래의 결정질 태양전지에 비교하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 가질 수 있도록 하였고, 이러한 염료감응 태양전지 및 결정질 태양전지는 태양전지 시스템에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한 태양광 발전모듈(7)에 의해 발생된 발전전력은 축전부(BESS)(5)로 입력된다.

하이브리드 발전모듈(8)들은 공지된 바와 같이 진동이나 압력을 가해 소자를 발전시키는 진동 에너지 하베스팅, 폐열을 이용하여 발전시키는 열 에너지 하베스팅, 위치에너지 차이를 이용하여 발전시키는 위치 에너지 하베스팅, 전자파 에너지를 이용하여 발전시키는 전파자 에너지 하베스팅 등으로 구성될 수 있다.

전력변환부(4)는 풍력발전모듈(6), 태양광 발전모듈(7) 및 하이브리드 발전모듈(8)들로부터 발생된 직류전력을 기 설정된 전압의 직류전력으로 변환한다.

또한 전력변환부(4)에 의해 변환된 DC전력은 제어부(3)의 제어에 따라 축전부(BESS)(5)로 공급되어 축전부(5)에 축전되거나 또는 보조 조명부(11)로 공급되어 소모된다.

축전부(BESS, Battery Energy Storage System)(5)는 전력변환부(4)에 의해 변환된 DC 발전전력을 저장하며, 제어부(3)의 제어에 따라 배전계통인 조명부(10)로 충전된 축전전력을 공급한다.

휘도센서(S)는 주변 환경의 휘도값(밝기값)(L)을 주기적으로 검출하며, 검출된 휘도값(L)을 제어부(3)로 입력한다.

조명부(10)는 본 발명의 배전계통이며, 제어부(3)의 제어에 따른 축전부(5)로부터의 전력공급 여부에 따라 점등 및 소등된다.

또한 조명부(10)는 휘도센서(S)에 의해 측정된 휘도값(L)이 제1 설정값(TH1) 이상이면 소등되고, 휘도값(L)이 제2 설정값(TH2) 미만이면 점등된다. 이때 제1 설정값(TH1)은 조명부(10)의 점등이 필요하다고 판단할 수 있는 최소 밝기값으로 정의된다.

보조 조명부(11)는 축전부(5)가 과잉충전 상태인 경우 제어부(3)의 제어에 따라 구동되며, 풍력 발전모듈(6), 태양광 발전모듈(7) 및 하이브리드 발전모듈(8)들에 의해 발생되는 발전전력을 공급받아 점등됨에 따라 발전전력을 소모시킨다.

도 4는 도 2의 제어부를 나타내는 블록도이다.

제어부(3)는 제어모듈(31)과, 메모리(32), 제1 비교 및 판단모듈(33), 제1 스위칭모듈(34), SOC 검출모듈(35), 제2 비교 및 판단모듈(36), 제2 스위칭모듈(37)로 이루어진다.

메모리(32)에는 기 설정된 제1 설정값(TH1) 및 제2 설정값(TH2)이 저장된다. 이때 제1 설정값(TH1)은 조명부(10)의 점등이 필요하다고 판단할 수 있는 최소 밝기값으로 정의되고, 제2 설정값(TH2)은 축전부(5)의 충전이 과충전 상태라고 판단할 수 있는 최소 축전상태(SOC, State of Charge) 값으로 정의된다.

제1 비교 및 판단모듈(33)은 휘도센서(S)로부터 입력되는 밝기값(L)을 메모리(32)에 저장된 제1 설정값(TH1)에 비교한다.

또한 제1 비교 및 판단모듈(33)은 만약 밝기값(L)이 제1 설정값(TH1) 이상이면, 조명부(10)의 소등이 필요하다고 판단하고, 만약 밝기값(L)이 제 2 설정값(TH1) 미만이면 조명부(10)의 점등이 필요하다고 판단한다.

제1 스위칭모듈(34)은 제1 비교 및 판단모듈(33)에 의해 조명부(10)의 소등이 필요하다고 판단되는 경우 축전부(5) 및 조명부(10) 사이의 스위치를 개방시켜 조명부(10)가 소등되도록 한다.

또한 제1 스위칭모듈(34)은 제1 비교 및 판단모듈(33)에 의해 조명부(10)의 점등이 필요하다고 판단되는 경우 축전부(5) 및 조명부(10) 사이의 스위치를 폐쇄시켜 조명부(10)가 점등되도록 한다.

즉 본 발명은 휘도센서(S)로부터 입력되는 밝기값에 따라 조명부(10)의 점등 및 소등이 이루어지도록 구성됨으로써 별도의 조작 없이 현장의 밝기에 따라 조명부(10)가 자동으로 점등 및 소등될 수 있게 된다.

SOC 검출모듈(35)은 주기적으로 축전부(5)의 축전상태(SOC, State of Charge)를 검출하며, 검출된 SOC 값은 제어모듈(31)의 제어에 따라 제2 비교 및 판단모듈(36)로 입력된다.

제2 비교 및 판단모듈(36)은 SOC 검출모듈(35)에 의해 검출된 SOC 값과 메모리(32)에 저장된 제2 설정값(TH2)을 비교한다.

또한 제2 비교 및 판단모듈(36)은 만약 SOC 값이 제2 설정값(TH2) 이상이면, 축전부(5)의 충전이 필요하지 않다고 판단하고, 만약 SOC 값이 제2 설정값(TH2) 미만이면 축전부(5)의 충전이 필요하다고 판단한다.

제2 스위칭모듈(37)은 제2 비교 및 판단모듈(36)에 의해 축전부(5)의 충전이 필요하다고 판단되는 경우 전력변환부(4) 및 축전부(5) 사이의 스위치를 밀폐시키되 전력변환부(4) 및 보조 조명부(11) 사이의 스위치를 개방시킴으로써 발전전력이 축전부(5)에 충전되도록 한다.

또한 제2 스위칭 모듈(37)은 제2 비교 및 판단모듈(36)에 의해 축전부(5)의 충전이 과잉상태라고 판단되는 경우 전력변환부(4) 및 축전부(5) 사이의 스위치를 개방시키되 전력변환부(4) 및 보조 조명부(11) 사이의 스위치를 밀폐시킴으로써 발전전력이 보조 조명부(11)를 통해 소모되도록 한다.

즉 본 발명의 축전부(5)의 충전상태(SOC)에 따라 축전부(5)의 충전 여부 및 보조 조명부(11)의 점등 여부가 결정되도록 구성됨으로써 축전부(5)의 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있다.

도 5는 도 2의 풍력 발전모듈을 나타내는 블록도이다.

도 5의 풍력 발전모듈(6)은 풍력에 따라 회전하는 블레이드(60)와, 블레이드(60)의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기(62)와, 블레이드(60)를 구동시키는 블레이드 구동부(63)와, 발전기(62)의 전력값인 발전전력을 검출하는 발전전력 검출부(64)와, 발전전력 검출부(64)에서 검출된 발전전력이 ‘0’인지를 비교하는 제1 비교부(65)와, 제1 비교부(65)에 의해 발전전력이 ‘0’일 때 구동되어 전술하였던 도 4의 SOC 검출모듈(35)에 의해 검출된 SOC 값이 기동전력 이상인지를 비교하는 제2 비교부(66)와, 제1 비교부(65)에 의해 발전전력이 ‘0’이면서 제2 비교부(66)에 의해 SOC 값이 기동전력 이상인 경우 축전부(5)로부터 블레이드 구동부(63)로 기동전력이 공급되도록 이를 제어하는 발전기 제어부(61)로 이루어진다.

이때 기동전력은 블레이드(60)가 정지 상태에서 회전하는데 소요되는 최소 전력값으로 정의된다.

블레이드(60)은 풍력을 받으면 회전하고, 발전기(61)는 블레이드(60)의 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.

발전전력 검출부(64)는 발전기(62)에 의해 발생된 발전전력 값을 검출한다.

제1 비교부(65)는 발전전력 검출부(64)에 의해 검출된 발전전력 값이 ‘0’인지를 비교하며, 만약 발전전력 값이 ‘0’이면 블레이드(60)로 기동전력의 공급이 필요하다고 판단한다.

제2 비교부(66)는 제1 비교부(65)에 의해 발전전력 값이 ‘0’이여서 블레이드(60)로 기동전력의 공급이 필요하다고 판단될 때 구동되며, 도 4의 SOC 검출모듈(35)로부터 입력된 SOC 값을 기 설정된 기동전력에 비교한다.

또한 제2 비교부(66)는 만약 SOC 값이 기동전력 미만이면 블레이드(60)로 기동전력을 공급하지 않는 것으로 결정하고, 만약 SOC 값이 기동전력 이상이면 블레이드(60)로 기동전력을 공급할 것으로 결정한다.

발전기 제어부(61)는 제2 비교부(66)에 의해 블레이드(60)로 기동전력을 공급할 것으로 결정하며, 축전부(5)로부터 블레이드 구동부(63)로 기동전력이 공급되도록 이를 제어한다.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 에너지 하베스팅 시스템(1)은 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 이용하여 전기를 발생시킴과 동시에 발생된 전기를 축전부(BESS, Battery Energy Storage System)에 적정한 용량으로 충전함으로써 운용비용을 획기적으로 절감시킴과 동시에 배전계통으로 전력공급을 안정적이고 지속적으로 공급할 수 있게 된다.

또한 에너지 하베스팅 시스템(1)은 축전부(BESS)의 축전전력이 기 설정된 설정값(TH:Threshold) 이상인 과충전 상태인 경우 에너지 하베스팅에 의해 발생된 발전전력을 보조 조명부를 통해 소모시킴으로써 과충전으로 인한 폐해를 사전에 방지할 수 있는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 에너지 하베스팅 시스템(1)은 각기 다른 에너지 하베스팅들을 접목하여 적용시킴으로써 각 에너지 하베스팅을 운용하는데 제한되는 요소를 다른 에너지 하베스팅으로 보완할 수 있고, 이에 따라 안정적이고 지속적인 전력 공급이 가능하게 된다.

또한 에너지 하베스팅 시스템(1)은 풍력발전모듈 구동 시 기 설정된 최대전력 검출 테이블을 활용하여 최대전류 지령치를 검출하기 때문에 연산이 복잡하지 않으면서도 부하나 계통으로 최대전력을 전달할 수 있으며, 기 설정된 주기(T2) 마다 발전 전력이 '0'인지를 확인하며, 만약 발전 전력이 '0'인 경우 블레이드가 최초 회전하는데 소요되는 최소 전압인 기동전력을 기 설정된 설정시간(TH) 동안 블레이드 구동부로 공급함으로써 약한 풍속이더라도 블레이드가 용이하게 회전되도록 하여 전력효율을 획기적으로 높일 수 있게 된다.

1:에너지 하베스팅 시스템 3:제어부 4:전력변환부
5:축전부 6:풍력발전모듈 7:태양광 발전모듈
8:하이브리드 발전모듈 9:비상전원부 10:조명부
11:보조 조명부 31:제어모듈 32:메모리
33:제1 비교 및 판단모듈 34:제1 스위칭모듈 35:SOC 검출모듈
36:제2 비교 및 판단모듈 37:제2 스위칭모듈 60:블레이드
61:발전기 제어부 62:발전기 63:블레이드 구동부
64:발전전력 검출부 65:제1 비교부 66:제2 비교부

Claims

배전계통으로 전력을 공급하기 위한 에너지 하베스팅 시스템에 있어서:
풍력을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전모듈;
태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 태양광 발전모듈;
상기 풍력발전모듈 및 상기 태양광 발전모듈에 의해 발생된 발전전력을 기 설정된 전압으로 변환시키는 전력변환부;
상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 충전하며, 충전된 축전전력을 방전시키는 축전부;
보조 조명부;
상기 축전부의 축전상태(SOC, State Of Charge)를 검출한 후 검출된 축전상태를 상기 축전부가 과충전 상태라고 판단할 수 있는 최소 축전상태인 기 설정된 제2 설정값(TH2)에 비교하며, 상기 축전상태(SOC)가 상기 제2 설정값(TH2) 미만이면 상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 상기 축전부로 입력하며, 상기 축전상태(SOC)가 상기 제2 설정값(TH2) 이상이면 상기 전력변환부에 의해 변환된 발전전력을 상기 보조 조명부로 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 태양광 발전모듈은 염료감응 태양전지를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 에너지 하베스팅 시스템은
진동이나 압력을 가해 소자를 발전시키는 진동 에너지 하베스팅과, 폐열을 이용하여 발전시키는 열 에너지 하베스팅, 위치에너지 차이를 이용하여 발전시키는 위치 에너지 하베스팅, 전자파 에너지를 이용하여 발전시키는 전파자 에너지 하베스팅 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.
청구항 제1항에 있어서, 상기 배전계통은 조명부인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.
청구항 제4항에 있어서, 상기 에너지 하베스팅 시스템은 주변 휘도를 측정하는 휘도센서를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 휘도센서에 의해 측정된 휘도값(L)을 상기 조명부의 점등이 필요하다고 판단할 수 있는 최소 휘도값으로 정의되는 제1 설정값(TH1)에 비교하며, 만약 상기 휘도값(L)이 상기 제1 설정값(TH1) 미만이면 상기 조명부로 전력이 공급되도록 상기 축전부를 제어하며, 만약 상기 휘도값(L)이 상기 제1 설정값(TH1) 이상이면 상기 조명부로의 전력공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.
청구항 제5항에 있어서, 상기 풍력발전모듈은
풍력에 따라 회전하는 블레이드;
상기 블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기;
상기 블레이드를 구동시키는 블레이드 구동부;
상기 발전기의 전력값인 발전전력을 검출하는 발전전력 검출부;
상기 발전전력 검출부에서 검출된 발전전력이 ‘0’인지를 비교하는 제1 비교부;
상기 제1 비교부에 의해 발전전력이 ‘0’일 때 구동되어 상기 제어부에 의해 검출된 축전상태(SOC)를 상기 블레이드가 정지 상태에서 회전하는데 소요되는 최소 전력값으로 정의되는 기동전력에 비교하는 제2 비교부;
상기 제2 비교부에 의해 상기 축전상태(SOC)가 상기 기동전력 이상일 때 상기 축전부로부터 상기 블레이브 구동부로 기동전력이 공급되도록 제어하는 발전기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 시스템.