KR100704963B1 - Control apparatus for generation system using solar light and wind power - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 또는 풍력을 이용한 발전 시스템에서 발전된 전력을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 판넬 혹은 풍력 터빈에서 생산되는 전력을 부하로 효율적으로 전달하기 위한 태양광-풍력 발전 시스템의 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for controlling power generated in a solar power or wind power generation system, and more particularly, a solar-wind power generation system for efficiently transferring power generated from a solar panel or a wind turbine to a load. It relates to a control device of.
본 발명의 목적은 청정하고 무제한이며, 유지보수가 용이하고 수명이 긴 태양광 또는 바람을 이용하여 발전시킴으로써, 친환경적인 에너지를 얻으며, 아울러 배터리의 사용을 최소화하여 이에 따른 유지 및 관리비용을 줄이고, 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다.The object of the present invention is to generate environmentally friendly energy by using clean or unlimited, easy to maintain and long-life solar or wind power, and to minimize the use of batteries, thereby reducing the maintenance and management costs, It is to ensure stable power supply.
본 발명에 따른 태양광-풍력 발전 시스템의 제어장치는 태양광에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양광 판넬과, 풍력에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력 터빈과, 비상시 부하에 전력을 공급하거나 태양광 판넬 또는 풍력 터빈으로부터 충·방전되는 충전부와, 태양광 판넬 또는 풍력 터빈의 발전량을 감지하여 전체 흐름을 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The control device of the solar-wind power generation system according to the present invention includes a solar panel for converting solar energy into electrical energy, a wind turbine for converting wind energy into electrical energy, and supplying power to the solar load in an emergency or solar panel Alternatively, the charging unit may be configured to be charged and discharged from the wind turbine, and a controller for controlling the total flow by sensing the amount of power generated by the solar panel or the wind turbine.
태양광, 풍력, 하이브리드, 커패시터, 발전 Solar, wind, hybrid, capacitor, power generation
Description
도 1은 본 발명의 블록도.1 is a block diagram of the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 실시예의 구성도.2 to 6 is a block diagram of an embodiment according to the present invention.
도 7 은 본 발명에 따른 전체적인 동작 과정을 나타낸 블록도.7 is a block diagram showing an overall operation process according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10 : 태양광 판넬 20 : 풍력 터빈10: solar panel 20: wind turbine
30 : AC/DC 컨버터 40 : 충전부30: AC / DC converter 40: charging unit
41 : 슈퍼 커패시터 42 : 리튬-이온 배터리 41: Super Capacitor 42: Lithium-ion Battery
50 : 부하 60 : 제어부50: load 60: control unit
61 : 제1회로 62 : 제2회로61: first circuit 62: second circuit
63 : 제3회로 64 : 제4회로63: third circuit 64: fourth circuit
70 : 전압 조정 장치 80 : 정전압 장치70: voltage regulating device 80: constant voltage device
본 발명은 태양광 또는 풍력을 이용한 발전 시스템에서 발전된 전력을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 판넬 혹은 풍력 터빈에서 생산되는 전력을 부하로 효율적으로 전달하기 위한 태양광-풍력 발전 시스템의 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for controlling power generated in a solar power or wind power generation system, and more particularly, a solar-wind power generation system for efficiently transferring power generated from a solar panel or a wind turbine to a load. It relates to a control device of.
환경에 대한 관심이 점점 늘어나면서 석탄, 원유, 원자력 등의 하드에너지를 대체하는, 환경오염을 유발하지 않는 에너지 발전 방법에 대한 기대 또한 날로 증가하고 있다. 그 중 많이 사용되는 무공해에너지 발전 방법으로는 태양광 발전과 풍력 발전 방법이 있다.Increasing interest in the environment is also increasing the expectation for energy generation methods that do not cause environmental pollution, replacing hard energy such as coal, oil and nuclear power. Among them, the non-polluting energy generation methods are widely used solar and wind power generation methods.
태양광발전은 태양 빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 기술로, 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다. 태양광 발전 시스템은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환장치로 이루어져 있다.Photovoltaic power generation is a technology that converts solar light directly into electrical energy. It is a power generation method using solar cells that generate electricity by photoelectric effect when sunlight is received. The photovoltaic power generation system is composed of a module composed of solar cells, a storage battery, and a power converter.
상기 태양광발전은 에너지원이 청정, 무제한이며 유지보수가 용이하고 수명이 길어 무인화가 가능하다는 장점이 있다.The photovoltaic power generation has the advantage that the energy source is clean, unlimited, easy to maintain, long life, unmanned.
그러나 전력생산량을 일사량에 의존할 수밖에 없으며 에너지밀도가 낮다는 문제가 있다.However, power production is inevitably dependent on the amount of insolation, and the energy density is low.
풍력발전은 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.Wind power generation uses aerodynamic characteristics of the kinetic energy of the air flow to rotate the rotor to convert it into mechanical energy and obtain electricity from the mechanical energy.
풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(blade)와 허브(hub)로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(gear box), 발전기 및 각종 안전 장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어장치 및 철탑 등으로 구성된다.Wind generators are classified into horizontal and vertical types according to the direction of the rotation axis with respect to the ground. The main components include a gear and a gear that drives the generator by increasing the rotor and rotation composed of blades and hubs. box), generator, controller to control various safety devices, hydraulic brake device, power controller and steel tower.
풍력발전방식 또한 태양광발전과 같이 자연 상태의 무공해 에너지원이며, 대기오염, 방사능 누출의 문제가 없어 환경 친화적인 장점을 지닌다.Wind power generation is also a source of pollution-free energy in the natural state, such as solar power, and has the advantages of being environmentally friendly because there is no problem of air pollution and radiation leakage.
그러나, 바람의 방향과 속도가 일정하지 않은 한국의 지리적 조건에서는 순수한 풍력 발전만으로 일정한 양의 전력을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.However, in the geographical conditions of Korea where the wind direction and speed are not constant, there is a problem that it is difficult to obtain a certain amount of power only by pure wind power generation.
따라서 태양광발전과 풍력발전을 병합시켜 상기 두 발전 방식의 문제점을 보완하고, 여기에 보조전원으로 배터리와 커패시터를 추가로 구성함으로써, 보다 안정한 전력을 공급하는 하이브리드 발전방식이 제안된다.Therefore, by combining solar power and wind power, the problems of the two power generation methods are supplemented, and by further configuring a battery and a capacitor as an auxiliary power source, a hybrid power generation method for supplying more stable power is proposed.
종래의 태양광발전과 풍력발전을 결합한 하이브리드 방식의 발전으로는 풍력 및 태양에너지를 이용한 교류 및 직류 겸용 전원 공급장치에 관한 국내 실용신안출 원 제20-2001-0013433호가 있으며, 보다 상세하게는 태양광에너지나 풍력에너지를 주 직류공급전원으로 하는 주전원과 상기 주전원의 공급이 원활하지 못할 경우 보조공급전원으로 상용전원을 사용하는 보조전원과, 상기 주전원을 일정용량 충전하는 축전장치와, 상기 주전원과 보조전원을 부하에 맞게 변환하는 전원변환 공급장치와, 직류 또는 교류 전원을 사용하는 부하에 맞게 상기 전원변환 공급장치의 공급전원을 제어하는 전원공급 제어장치로 구성된다.As a hybrid power generation combined with conventional solar power and wind power generation, there is a Korean Utility Model Application No. 20-2001-0013433 relating to an AC and DC power supply using wind power and solar energy. A main power supply using light energy or wind energy as a main direct current supply power, and an auxiliary power supply using commercial power as an auxiliary supply power when the supply of the main power is not smooth; a power storage device charging a predetermined capacity of the main power supply; And a power supply control device for controlling the supply power of the power conversion supply device according to a load using a DC or AC power source.
종래의 기술은 태양광이나 풍력에 의한 전원공급이 원활하지 않을 경우 1차적으로 배터리를 사용하게 되는데, 보통 500~1000회의 충·방전이 이루어지면 교체가 요구되는 배터리의 특성으로 인해, 사용이 잦아지면 수명이 짧아지게 되어, 교체에 따른 번거로움과 비용의 부담이 증가하는 문제가 있다.In the conventional technology, when the power supply by solar or wind power is not smooth, the battery is used first. Usually, 500 to 1000 times of charging and discharging are performed, and due to the characteristics of the battery requiring replacement, it is frequently used. Ground life is shortened, there is a problem that the burden of the cumbersome and expensive increase due to replacement.
또다른 종래의 기술로서, 국내 특허출원 제10-2001-0020268호는 복합발전전원의 공급장치 및 방법에 관한 것으로, 태양광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템의 서로 다른 두 출력을 조합시켜 전력을 공급하고, 남을 경우 축전지에 전력을 저장함으로써 태양빛이나 풍력이 부족할 때 전력을 부하에 공급해 줄 수 있으며, 축전지의 전력이 모두 소모되면 디젤 발전기를 가동시켜 부하에 전력을 공급할 수 있도록 구성되어 있다.As another conventional technology, Korean Patent Application No. 10-2001-0020268 relates to a device and a method for supplying a combined power generation, and combines two different outputs of a photovoltaic system and a wind power system to supply power. For example, if the remaining battery power is stored, it can supply power to the load when there is a lack of sunlight or wind power. When the battery power is exhausted, the diesel generator can be operated to supply power to the load.
상기 종래의 기술 역시 태양광이나 풍력에 의한 전원공급이 원활하지 않을 경우 1차적으로 배터리를 사용하게 되는데, 보통 500~1000회의 충·방전이 이루어지면 교체가 요구되는 배터리의 특성으로 인해, 사용이 잦아짐에 따라 수명이 짧아지게 되어, 교체에 따른 번거로움과 비용의 부담이 증가하는 문제가 있다.The conventional technology also uses a battery primarily when the power supply by solar or wind power is not smooth, usually 500 to 1000 times, due to the characteristics of the battery that needs to be replaced, the charge is discharged, As the frequency is shortened, the service life is shortened, and there is a problem in that the burden of burden and expense due to replacement is increased.
또한, 축전지의 전력이 모두 소모되면 디젤 발전기를 가동시켜 전력을 공급하게 되는데, 디젤 발전기는 디젤기관을 원동기로 하여 전기를 일으키는 방식이기 때문에 장비가 복잡하고 부피가 크며, 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 더욱이, 디젤 발전기를 가동시키는 데에 중유를 사용하기 때문에 환경오염의 문제가 있으며, 디젤 발전기를 가동시키기 위해 추가로 전력을 소모해야 하는 문제점이 있다.In addition, when all the power of the battery is consumed, the diesel generator is operated to supply power. Since the diesel generator generates electricity using the diesel engine as a prime mover, the equipment is complicated, bulky, and expensive. . Moreover, there is a problem of environmental pollution because heavy oil is used to operate the diesel generator, and there is a problem of additional power consumption to operate the diesel generator.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지원이 청정, 무제한이며 유지보수가 용이하고 수명이 긴 태양광 또는 바람을 이용하여 발전시킴으로써, 온실가스를 배출하지 않는, 환경 친화적인 에너지를 얻으려는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the energy source is clean, unlimited, easy to maintain, long-life using the solar or wind power generation, do not emit greenhouse gases, environmentally friendly energy The purpose is to get it.
또한 본 발명의 목적은 보조전원수단으로써 충전 및 방전 특성이 우수하고 반영구적으로 사용 가능한 슈퍼 커패시터를 구성함으로써, 전력의 활용을 극대화하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to maximize the utilization of power by configuring a supercapacitor excellent in charge and discharge characteristics and can be used semi-permanently as an auxiliary power supply means.
그리고, 태양광과 바람이 없는 상황에서도 슈퍼 커패시터가 일정 시간동안 전력을 공급할 수 있도록 함으로써, 배터리의 사용을 최소화하며, 이에 따른 유지 및 관리비용을 줄이고, 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.In addition, by allowing the supercapacitor to supply power for a predetermined time even in the absence of sunlight and wind, it is possible to minimize the use of the battery, thereby reducing maintenance and management costs, and to stably supply power. There is a purpose.
본 발명의 또다른 목적은 슈퍼 커패시터를 사용함에 따라 배터리의 의존도를 낮춤으로써, 전체 시스템의 구성도 최소화하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the dependence of the battery by using a super capacitor, thereby minimizing the configuration of the entire system.
본 발명에 따른 태양광-풍력 발전 시스템의 제어장치는 태양광에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양광 판넬(10)과, 풍력에너지를 전기에너지로 변환시키는 풍력 터빈(20), 비상시 부하(50)에 전력을 공급하거나 태양광 판넬 또는 풍력 터빈으로부터 충·방전되는 충전부(40), 태양광 판넬 또는 풍력 터빈의 발전량을 감지하여 전체 흐름을 제어하는 제어부(60)로 구성된다.The control apparatus of the solar-wind power generation system according to the present invention includes a
또한, 풍력 터빈에서 발생하는 교류를 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터(30)를 추가로 포함하여 구성할 수 있다.In addition, it can be configured to further include an AC /
상기 태양광 판넬(10)은 태양 빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 햇빛을 받으면 광전효과를 일으켜 전기를 발생시킨다.The
상기 풍력 터빈(20)은 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기 역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지로 전기를 발생시킨다.The
그리고, 상기 AC/DC 컨버터(30)는 풍력 터빈으로 발전시켜 얻은 전원을 부하에 공급하기 위해 교류를 직류로 변환시키는 역할을 하는 장치로, 풍력 터빈의 앞단에 별도의 구성요소로 연결되거나 풍력 터빈에 내장되는 형태로 구성된다.In addition, the AC /
또한, 상기 충전부(40)는 태양광 판넬 또는 풍력 터빈의 전력 공급이 원활하지 못할 경우, 이를 대비하여 부하에 안정한 전력 공급을 하기 위한 장치이며, 슈퍼 커패시터(41)와 리튬-이온 배터리(42)로 구성된다.In addition, the
그 중 슈퍼 커패시터(41)는 커패시터의 성능 중 특히 전기용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서, 일반 커패시터에 비해 정전용량이 300배 이상 커서 전지의 목적으로 사용할 수 있고, 짧은 시간 동안 순시침투 전력을 공급할 수 있는 능력이 배터리의 10~100배 이상인 커패시터이다. 또한, 충·방전을 반복하는 환경에서 오랜 시간이 경과해도 안정하게 동작할 수 있어 정전과 같은 비상시에 대비한 전력공급수단으로 사용할 수 있다. Among them, the
이때, 상기 슈퍼 커패시터(41)는 부하의 앞단에 연결되어 있어, 부하 동작 시 공급되는 전원으로 함께 충전된다.In this case, the
상기 리튬-이온 배터리(42)는 리튬 전해질을 사용하여 소형으로 용량을 크게 한 충·방전용 전지로, 자기방전이 적고 충·방전을 1000회 이상 반복하여도 메모리효과가 발생하지 않아, 전지를 다 쓰지 않고 재충전해도 수명이 단축되지 않으며 내구성이 좋은 특성을 가지며 많이 사용되고 있는 배터리이다. 상기 리튬-이온 배터리(42)는 평상시에는 태양광 판넬 또는 풍력 터빈으로부터 전력을 공급받아 충전되어 있다가 슈퍼 커패시터(41)의 전력이 모두 소모되었을 때 부하에 전력을 공급하는 역할을 한다.The lithium-
상기 제어부(60)는 안정된 전압을 위해 태양광 판넬 또는 풍력 터빈 발전량을 감지하며, 역전압 방지 및 써지 등에 대해 회로를 보호하는 역할을 하고, 태양광 판넬과, 풍력 터빈과, 슈퍼 커패시터 및 리튬-이온 배터리를 스위칭하는 회로가 각각 구성되어 있다.The
상기 제어부(60)는 크게 태양광 판넬 또는 풍력 터빈의 발전량을 감지하고 역전압을 방지하여 회로를 보호하는 제1회로(61)와, 슈퍼 커패시터(41)를 제어하는 제2회로(62), 리튬-이온 배터리의 전압을 감지하고 스위칭하는 제3회로(63), 공급전압을 적정 전압으로 안정화시키는 제4회로(64)로 구성되며, 각 회로의 상세한 기능은 다음과 같다.The
상기 제1회로(61)는 태양광 판넬(10) 또는 풍력 터빈(20)에 연결된 회로로서, 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20)이 동시에 발전 시 생성되는 전력이 부하 및 배터리 충전 회로에 공급되도록 전력을 분배하는 역할을 한다.The
일반적으로 태양광 판넬(10)을 통해 발전되는 전력은 50 와트짜리 판넬을 기준으로 할 때, 평균적으로 오전 10시부터 오후 4시 사이에 11V~19V의 전압에서 2A 정도의 전류가 생산 가능하며, 흐린 날에도 11V 이상의 일정한 전압과 전류가 생산 가능하므로, 풍력 터빈(20)에 비해 출력 와트는 작지만 전압의 변동이 크지 않다는 특징이 있다. 반면, 풍력 터빈(20)으로부터 발전되는 전력은 최대 30V 이상의 전압과 3A 이상의 전류를 생산할 수 있어 큰 전압과 전류를 생산할 수 있으나, 바람이 불어야 발전이 가능하므로 태양관 판넬(10)에 비해 발전량이 비교적 일정하지 않다는 특성이 있다.In general, the power generated through the
이러한 특성으로 인해, 태양광 판넬(10)로부터 공급되는 전력은 안정적인 전원공급이 요구되는 부하를 우선적으로 동작시키고, 풍력 터빈(20)으로부터 공급되는 전력은 리튬-이온 배터리의 충전에 우선적으로 동작하도록 구성하는 것이 바람직하다.Due to this characteristic, the power supplied from the
한편, 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20) 중 한 쪽만 발전하는 경우, 발전하는 쪽이 부하의 동작 및 리튬-이온 배터리(42)의 충전을 동시에 담당하도록 한다. On the other hand, when only one of the
상기 제2회로(62)는 슈퍼 커패시터(41)에 연결된 제어 회로로서, 태양광 판넬(10)이나 풍력 터빈(20)으로부터 입력되는 전력이 있을 시, 슈퍼 커패시터(41)와 리튬-이온 배터리(42)로 전압과 전류를 공급하는 역할을 하고, 입력되는 전력이 없을 시에는 슈퍼 커패시터(41)가 부하를 담당하도록 제어하는 역할을 한다.The
이때, 슈퍼 커패시터(41)로부터 출력되는 전압 및 전류는 배터리 충전회로로 입력되지 않고 부하(50)로만 전달되도록 제어한다.At this time, the voltage and current output from the
상기 제3회로(63)는 리튬-이온 배터리(42)에 연결된 회로로서, 리튬-이온 배터리(42)의 전압을 감지하고 스위칭한다.The
태양광 판넬(10) 혹은 풍력 터빈(20)이 발전하여 전력이 공급되면 리튬-이온 배터리가 충전된다. 여기서 리튬-이온 배터리(42)는 단일 또는 다수의 패키지로 구성될 수 있으며, 다수의 패키지로 구성될 경우 충전회로에서 각각의 전압을 감지하여 개별적으로 충·방전되도록 제어할 수 있다.When the
상기 제4회로(64)는 부하(50)에 연결된 회로로서, 태양광 판넬(10), 풍력 터빈(20), 슈퍼 커패시터(41)로부터 공급되는 전압을 부하(50)가 사용하기 위한 전압으로 안정화하는 역할을 한다. The
그리고, 태양광 판넬(10), 풍력 터빈(20), 슈퍼 커패시터(41)의 공급 전력이 없을 시에는 리튬-이온 배터리(42)가 부하(50)에 전력을 공급하도록 제어한다.In addition, when there is no supply power of the
본 발명에서는 태양광 판넬과 풍력 터빈이 함께 구성되어 발전하도록 하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 태양광 판넬 또는 풍력 터빈 어느 하나만 구성 되어도 무방할 것이다. 단, 태양광 판넬이나 풍력 터빈 한 가지만 구성될 경우에는 보다 큰 용량의 리튬-이온 배터리와 슈퍼 커패시터를 구비되어야 할 것이다.In the present invention, it is preferable that the solar panel and the wind turbine are configured together to generate power, but in some cases, only the solar panel or the wind turbine may be configured. However, if only one solar panel or a wind turbine is configured, a larger capacity lithium-ion battery and a super capacitor will have to be provided.
이하, 첨부 도면을 참조하여 태양광 판넬과 풍력 터빈의 전원 공급에 따른 본 발명의 몇 가지 동작 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail some operation examples of the present invention according to the power supply of the solar panel and the wind turbine.
(1) 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20)을 통하여 동시에 전원이 공급될 경우(1) When power is simultaneously supplied through the
도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20)이 동시에 발전하면, 제어부(60)에 의해 태양광 판넬(10)에서 발전된 전력은 부하(50)를 우선적으로 동작시키고, 풍력 터빈(20)에서 발전된 전력은 리튬-이온 배터리(42)를 우선적으로 충전시킨다.As shown in FIG. 2, when the
이 때, 슈퍼 커패시터(41)와 리튬-이온 배터리(42)는 부하로 전원 공급하는 데에 사용되지 않는 상태인 대기상태가 되며, 제어부(60)에 의해 역전압을 방지한다.At this time, the
(2) 태양광 판넬(10)만 발전되고 풍력 터빈(20)은 발전되지 않을 경우(2) When only the
도 3에 도시된 바와 같이 태양광 판넬(10)만 발전되고 풍력 터빈(20)은 발전되지 않을 경우, 태양광 판넬(10)에서 발전된 전원으로 부하(50)에 전력을 공급하는 동시에, 리튬-이온 배터리(42)를 충전한다.As shown in FIG. 3, when only the
이 때, 리튬-이온 배터리(42)와 슈퍼 커패시터(41)는 부하에 전력을 공급하 지 않는 대기 상태가 되며, 제어부(60)는 역전압이 흐르지 않도록 방지한다.At this time, the lithium-
(3) 풍력 터빈(20)에서만 발전이 이루어지는 경우(3) In the case of power generation only in the
도 4에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈(20)에서만 발전이 이루어지고 태양광 판넬(10)에서는 발전되지 않는 경우, 제어부(60)의 제1회로(61)에서 체크된 전원이 풍력 터빈(20)에서 공급된 전원만 있을 시에는 이 전원이 부하(50)에 전력을 공급함과 동시에 리튬-이온 배터리(42)를 충전한다.As shown in FIG. 4, when power is generated only in the
이 때, 리튬-이온 배터리(42)와 슈퍼 커패시터(41)는 대기 상태이며, 제어부(60)는 역전압이 가해지지 않도록 제어한다.At this time, the lithium-
(4) 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20) 모두 발전이 이루어지지 않는 경우(4) When neither the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20) 모두 발전이 이루어지지 않는 경우, 이에 따른 제어 방법은 다음과 같다.5 and 6, when neither the
제어부(60)의 제1회로(61)에서 공급전원이 없다고 판단되면, 제2회로(62)에서 슈퍼 커패시터(41)의 전원을 체크한다. 여기서, 슈퍼 커패시터(41)의 전원이 체크되면 슈퍼 커패시터(41)가 부하(50)에 전력을 공급하게 되고, 슈퍼 커패시터(41)의 전원이 없다고 판단되면 도 6에서와 같이 대기 중인 리튬-이온 배터리(42)가 동작하여 부하(50)에 전력을 공급하게 된다.When it is determined that there is no supply power in the
상기한 바와 같은 본 발명의 몇 가지 동작 예에 이어, 본 발명의 전체 동작 과정을 설명한다.Following some operation examples of the present invention as described above, the overall operating process of the present invention will be described.
도 7은 본 발명에 따른 전체적인 동작 과정을 나타낸 블록도이며, 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.7 is a block diagram showing an overall operation process according to the present invention, a detailed description thereof is as follows.
도 7에서 보이는 바와 같이, 태양광-풍력 발전 시스템은 대략 태양광 또는 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 장치와, 회로를 구동시키기 위한 일정한 전압으로 조정하는 장치와, 비상시 사용하는 리튬-이온 충전지 및 이를 충전하는 장치와 슈퍼 커패시터, 그리고 부하를 동작시키기 위한 일정한 전압으로 조정하는 정전압 장치가 있으며, CPU를 통해 각각의 장치들을 스위칭할 수 있도록 구성되어 있다.As shown in FIG. 7, the photovoltaic-wind power generation system includes an apparatus for generating electricity using approximately solar or wind power, an apparatus for adjusting a constant voltage to drive a circuit, a lithium-ion rechargeable battery for emergency use, and There is a device to charge it, a super capacitor, and a constant voltage device that adjusts to a constant voltage to operate the load, and is configured to switch each device through the CPU.
태양광 판넬(10)로부터 생성된 전압은 대략 11~19V(a)이나, 풍력 터빈(20)으로부터 생성된 전압은 바람의 정도에 따라 최대 30V(b)까지도 가능하므로, 발전 시스템의 안정적인 유지를 위해서는 오르내리는 발전 전압을 일정한 전압으로 변환해 주어야 할 필요가 있다. 리튬-이온 배터리(42) 및 슈퍼 커패시터(41)를 충전하기 위한 기준 전압이 15V(c)라 할 때, 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20)에서 생성되는 전압은 전압 조정 장치(70)를 거쳐, 기준 전압인 15V(c)보다 낮을 때는 승압, 높을 때는 강압시킨다. 이렇게 조정된 전압은 리튬-이온 배터리(42)를 충전하거나 부하를 동작시키는 데에 사용된다. The voltage generated from the
태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20)이 동시에 발전할 때, 변동폭이 큰 풍력 터빈(20)의 전압은 리튬-이온 배터리(42)를 충전하는 회로를 동작시키고, 풍력 터빈(20)보다 비교적 안정적인 태양광 판넬(10)에서 생성되는 전력은 부하(50)를 동작시키도록 스위칭하며, 둘 중 한 곳에서만 발전할 때에는, 발전하는 쪽이 부하와 충전을 모두 담당하도록 스위칭한다. When the
전압 조정 장치(70)를 거쳐 승압, 또는 강압되어 일정하게 조정된 15V(c) 전압은 리튬-이온 배터리(42)를 충전시키거나 부하(50)를 동작시키는 데에 사용되고, 부하(50)의 앞단에는 슈퍼 커패시터(41)가 설치되어 있어 부하의 동작과 함께 충전된 상태로 대기하고 있다가 태양광 판넬(10)과 풍력 터빈(20) 모두 발전되지 않을 때에 부하(50)에 전력을 공급하는 역할을 한다. 부하가 동작하기 위한 기준 전압이 12V(d)일 때, 부하 앞단에 연결된 정전압 장치(80)는 태양광 판넬(10) 또는 풍력 터빈(20)에서 발전되거나 리튬-이온 배터리에서 방전되어 부하로 들어가는 전압을 12V(d)로 조정한다.The 15V (c) voltage stepped up or down through the
리튬-이온 배터리(42)는 납축전지와는 달리 별도의 충전기를 필요로 하지만 크기가 작고 수명이 길어 유지 및 보수가 편리하다는 특성 때문에 많이 사용되고 있다. 리튬-이온 배터리(42)가 두 개 이상일 때에는 동시에 방전되지 않도록 제어되는데, 도7에 도시된 바와 같이 1번 배터리가 사용중이면 2번 배터리는 방전되지 않도록 스위칭되고, 1번 배터리가 모두 방전되고 난 후에는 2번 배터리를 방전시키도록 스위칭된다. 충전된 리튬-이온 배터리(42)에서 출력되는 전압은 11.1V(e)이며, 이 전압이 부하로 공급될 때에는 정전압 장치(80)를 통해 12V(d)로 조정된다.Lithium-
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 태양광-풍력 발전 시스템의 제어장치에 대한 효과는 다음과 같다.Effects on the control device of the solar-wind power generation system according to the present invention made as described above are as follows.
에너지원이 청정, 무제한이며 유지보수가 용이하고 수명이 긴 태양광 또는 풍력을 이용하여 발전시킴으로써, 온실가스를 배출하지 않는, 환경 친화적인 에너지를 얻을 수 있는 효과가 있다.The energy source is clean, unlimited, easy to maintain, long-lived and powered by solar or wind power, which is effective in obtaining environmentally friendly energy that does not emit greenhouse gases.
또, 보조전원수단으로써 충전 및 방전 특성이 우수하고 반영구적으로 사용 가능한 슈퍼 커패시터를 구성함으로써, 전력의 활용을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또, 태양광과 바람이 없는 상황에서도 슈퍼 커패시터가 일정 시간동안 전력을 공급할 수 있도록 함으로써, 배터리의 사용을 최소화할 수 있으며, 이에 따른 유지 및 관리비용을 줄이고 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.In addition, by configuring a supercapacitor excellent in charge and discharge characteristics and can be used semi-permanently as an auxiliary power supply means, there is an effect that can maximize the utilization of power. In addition, by allowing the supercapacitor to supply power for a certain time even in the absence of sunlight and wind, it is possible to minimize the use of the battery, thereby reducing the maintenance and management costs, and can provide a stable power supply. .
그리고, 슈퍼 커패시터를 사용함에 따라 배터리의 의존도를 낮춤으로써, 전체 시스템의 구성도 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, by using the supercapacitor to lower the dependence of the battery, it is possible to minimize the configuration of the entire system.
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