KR101012673B1 - 태양광발전 자동제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광발전 자동제어장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 축전부의 전원과 상용전원을 절환할 수 있고, 주/야의 판단과 내부 온도를 통해 충전 시기를 조절할 수 있는 태양광발전 자동제어장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양광을 조사받아 전기에너지를 발생시키는 태양전지가 구비된 태양광발전부와, 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되어 출력 전압을 검출하고 기준 전압과 비교하는 전압비교부와, 상기 전기에너지를 축전시키는 축전부와, 상기 축전부의 축전지 종류를 선택하는 축전지 선택부와, AC/DC출력부로 상기 전기에너지를 출력하도록 제어하는 컨트롤제어부와, 상기 전압비교부, 상기 축전부, 상기 축전지 선택부와, 상기 컨트롤제어부를 내설하는 케이스를 포함하는 태양광발전 자동제어장치에 있어서, 상용전원(AC-INPUT)과 태양열에 의한 축전부 전원을 상호 절환시키는 출력절환회로와, 상기 축전부 전원의 충전과 방전을 상호 절환시키는 충방전절환회로;로 구성되어, 상기 컨트롤제어부가 상기 축전지의 전원이 기준치 이하인 경우 상기 상용전원으로 절환하고, 상기 축전부의 충전과 방전을 제어하여 일정 기준치 전압 이상으로만 출력하도록 컨트롤하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광발전 자동제어장치{AUTO CONTROL DEVICE FOR SOLAR POWER GENERATION}
본 발명은 태양광발전 자동제어장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 축전부의 전원과 상용전원을 절환할 수 있고, 주/야의 판단과 내부 온도를 조절할 수 있는 태양광발전 자동제어장치에 관한 것이다.
태양광발전 기술은 햇빛에너지를 직접 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지와 태양전지로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환 및 제어기술이라고 정의할 수 있다.
태양광발전은 청정에너지이며, 가동부분이나 고온, 고압의 부분이 없고, 보수가 용이하며, 무인화가 가능하며, 무한정한 에너지원이며, 양산성이 높고, 필요에 따라 소규모에서 대규모 시스템까지 설치 가능한 장점을 가지고 있다. 반면, 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 대면적이 필요하며, 상용전력에 비해 고가이고, 직류전력이 먼저 얻어지는 점 등에 유의해야 한다.
태양전지는 그 자체만으로는 태양광에 의해 생성된 전기를 저장하는 능력을 갖고 있지 않다. 따라서, 태양광발전 시스템이나 태양전지를 이용하는 기기 등은 전기를 축전하는 전원 컨트롤 장치와 배터리를 구비하는 것이 보통이다. 배터리는 낮 시간 동안 태양전지로부터 발전된 전류를 충전하고, 전기가 필요하게 될 때 공급해 주는 기능을 갖는다.
태양광 발전 시스템의 구성은 상용전력계통과의 연계 여부에 따라 독립형 (stand-alone) 시스템과 계통연계형(grid(utility)-connected) 시스템으로 분류할 수 있다.
독립형 시스템은 계통선이 보급되지 않는 산간벽지 등에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 주간에 발생시켜 사용하고 남은 전력을 배터리에 저장하였다가 야간에 사용한다. 예로는 낙도전원, 가로등, 관개용수용 펌프시스템 등이 있다
계통연계형 시스템은 상용전원 등의 계통선이 공급되는 지역에서 태양광으로 발전된 전기와 함께 전력 회사에서 공급하는 전기를 함께 사용하는 방식이다. 태양광으로 발전되지 않는 시간에는 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 태양광으로 발전하여 전기를 사용하고도 남는 경우에는 전력 계통에 거꾸로 흘려 보낼 수 있다.
그러나 단순히 독립형과 계통연계형이 구분되어 각각 독립적으로 운용되다 보니, 실제적인 발전 상황에 대처하지 못해 지속적인 에너지 생산에 문제를 일으키고 있다.
그리고 독립형 시스템의 경우 전일 점등이 되었는지 알 수 없고, 통계적인 누적 사용시간과 생산시간 등을 확인할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 태양광에 의해 생산되는 전압의 수시로 변하는 데에 대한 충분한 대처를 하지 못하거나 축전지의 과 충전 또는 과 방전을 차단하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 축전부의 전원과 상용전원을 컨트롤제어부가 절환하도록하여 항시 일정 기준치 전압 이상으로만 출력되도록 하고, 주/야의 판단과 장치의 내부 온도 보정으로 기기의 최대 효율을 높이고, 일일 태양광 발전의 생산량을 보전 기록함으로서, 개별 발전 시설의 전력 생산 시간을 확인 보정하는 시스템을 제공하며, 일일 소모량을 누적 기록함으로 인해 생산과 소비의 제어를 통해 독립된 발전 시스템으로서 효율적인 태양광발전 자동제어장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 태양광을 조사받아 전기에너지를 발생시키는 태양전지가 구비된 태양광발전부와, 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되어 출력 전압을 검출하고 기준 전압과 비교하는 전압비교부와, 상기 전기에너지를 축전시키는 축전부와, 상기 축전부의 축전지 종류를 선택하는 축전지 선택부와, AC/DC출력부로 상기 전기에너지를 출력하도록 제어하는 컨트롤제어부와, 상기 전압비교부, 상기 축전부, 상기 축전지 선택부와, 상기 컨트롤제어부를 내설하는 케이스를 포함하는 태양광발전 자동제어장치에 있어서, 상용전원(AC-INPUT)과 태양열에 의한 축전부 전원을 상호 절환시키는 출력절환회로와, 상기 축전부 전원의 충전과 방전을 상호 절환시키는 충방전절환회로;로 구성되어, 상기 컨트롤제어부가 상기 축전지의 전원이 기준치 이하인 경우 상기 상용전원으로 절환하고, 상기 축전부의 충전과 방전을 제어하여 일정 기준치 전압 이상으로만 출력하도록 컨트롤하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 태양광을 조사받아 전기에너지를 발생시키는 태양전지가 구비된 태양광발전부와, 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되어 출력 전압을 검출하고 기준 전압과 비교하는 전압비교부와, 상기 전기에너지를 축전시키는 축전부와, 상기 축전부의 축전지 종류를 선택하는 축전지 선택부와, AC/DC출력부로 상기 전기에너지를 출력하도록 제어하는 컨트롤제어부와, 상기 전압비교부, 상기 축전부, 상기 축전지 선택부와, 상기 컨트롤제어부를 내설하는 케이스를 포함하는 태양광발전 자동제어장치에 있어서, 상기 태양광발전부의 생산 전압이 기준전압 이상인 경우 주간으로 판단하고, 기준전압 이하인 경우 야간으로 판단한 정보를 전달하는 전압주/야변환부와, 상기 케이스에 내설되는 송풍수단과, 상기 케이스 내부 온도를 측정하는 온도센서를 통해 기준 온도 이상인 경우 상기 송풍수단을 구동하도록 하는 판단 정보를 전달하는 온도제어부로 구성되되, 상기 컨트롤제어부가 전압주/야변환부의 정보를 전달받아 전원제어장치를 제어하고, 상기 온도제어부의 정보를 전달받아 상기 송풍수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤제어부에는 발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간을 표시하는 모니터표시부가 더 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤제어부에는 사용자가 일몰 후 일정 시간 단위로 시간을 설정할 수 있는 타이머설정부가 더 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광발전부와 축전부에 연결되어 극성 연결의 오류시 전원을 차단하는 디시극성비교부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광발전부의 기준 전압 이하의 전압을 기준 이상 전압으로 승압하는 저전압승압부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤제어부에는 데이터베이스가 연결되어, 발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간의 데이터를 상기 데이터베이스에 저장하여 통계관리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 독립형 시스템으로 구축되어 축전부의 전원이 기준치 이하인 경우 상용전원으로 절환하도록하며, 축전부의 충전과 방전을 일정 수준으로 제어하여 항시 일정 기준치 전압 이상으로만 출력되는 전압에 의해 발전 장치 가동 또는 가로등을 점등할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 태양전지의 생산 전압을 기준으로 주/야를 판단하여 발전 장치 또는 가로등 등을 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 사용자가 수시로 변환하는 발전상황과 축전상황 등의 현재 상황을 판단하고, 데이터를 축적하여 통계자료로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치의 주요 구성에 대한 구성도.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치의 주요 구성에 대한 구성도.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치의 디스플레이부와 키보드부를 나타내는 도면.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치의 디스플레이부를 자세히 보여주는 도면.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치에 대하여 자세히 설명한다.
도1에서 보는 바와 같이, 본 발명은 태양광을 조사받아 전기에너지를 발생시키는 태양전지가 구비된 태양광발전(21)부와, 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되어 출력 전압을 검출하고 기준 전압과 비교하며, 정전압회로(22)와 승압회로(23)와 정전류회로(24)로 이루어진 전압비교부와, 상기 전기에너지를 축전시키는 축전부(28)와, AC/DC출력부(25)로 상기 전기에너지를 출력하도록 제어하는 컨트롤제어부(10)와, 상기 전압비교부, 상기 축전부(28), 상기 컨트롤제어부(10)를 내설하는 케이스(1)를 포함하며, 이는 이미 알려져 있는 기술 내용으로서 자세한 설명은 생략한다.
또한 도면에서의 기호 중 A는 전류검출 포인트이고, V는 전압검출 포인트이며, L은 AC전압검출 포인트이고, T는 온도검출포인트이며, I 는 파워소스이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치는 특히 효율적으로 태양열을 이용할 수 있도록 상용전원(AC-INPUT)과 태양열에 의한 축전부(28) 전원을 상호 절환시키는 출력절환회로(11)와, 상기 축전부 전원의 충전과 방전을 상호 절환시키는 충방전절환회로(12)로 구성된다.
또는 주/야 인식센서(미도시)를 더 포함하여 상기 컨트롤제어부(10)를 통해 야간 축전지 우선 사용시 축전지 전압 부족을 인식하여 상용전원으로 절환할 수 있게 제어할 수도 있다.
따라서, 상기 컨트롤제어부(10)가 상기 축전부(28)의 전원이 기준치 이하인 경우 상기 상용전원으로 절환하고, 상기 축전부(28)의 충전과 방전을 제어하여 일정 기준치 전압 이상으로만 출력하도록 컨트롤할 수 있어서, 효율적으로 태양열을 이용할 수 있는 것이다.
또한, 상기 컨트롤제어부(10)에는 LCD CONTROL CIRCUIT를 더 포함하여 LCD DISPLAY(29-2)를통해 발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간을 표시하는 모니터표시부가 더 연결된다.
또한 상기 컨트롤제어부(10)에는 REAL TIME CIRCUIT를 더 포함하여 사용자가 일몰 후 일정 시간 단위로 시간을 설정할 수 있는 24시간 타이머설정부가 더 연결된다.
그리고 상기 태양광발전부(21)와 축전부(28)에 연결되어 극성 연결의 오류시 전원을 차단하는 디시극성비교부를 더 포함할 수 있고, 상기 태양광발전부(21)의 기준 전압 이하의 전압을 기준 이상 전압으로 승압하는 저전압승압부를 더 포함할 수도 있는데 이하에서 더 자세히 설명한다.
여기에서 도시된 배터리(28)에 저장된 저전압의 직류 전류를 인버터(INVERTER;25)를 통하여 교류 상용 전압(220V)으로 승압시키거나, 직류로 변환하여 발광부(LIGHT;27)로 공급하여 준다.
한편 도2에서 보는 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전 자동제어장치는 태양광발전부(41)의 생산 전압이 기준전압 이상인 경우 주간으로 판단하고, 기준전압 이하인 경우 야간으로 판단한 정보를 전달하는 전압주/야변환부(31)와, 케이스(1)에 내설되는 송풍수단(50)과, 자체 내부 온도를 측정하는 온도센서를 통해 케이스(1) 내의 온도가 기준 온도 이상인 경우 송풍수단(50)을 구동하도록 하는 판단한 정보를 전달하는 온도제어부(32)로 구성된다.
여기에서 축전부(47)의 축전지 종류를 선택하는 축전지 선택부(45)와, 전압비교부(42)와 전원조정부(43)와 정전압/정전류제어부(44)가 더 포함되어, 전압 비교와, 전원을 조정하면서 태양광 충전 중 일정 전압(개방형: 14.4V, 밀폐형 : 14.1V)하에서 과 충전을 차단할 수 있다.
따라서 컨트롤제어부(30)가 전압주/야변환부(31)의 정보를 전달받아 전원제어장치를 제어하고, 상기 온도제어부(32)의 정보를 전달받아 송풍수단(50)을 제어하도록 하여 케이스(1) 내의 온도를 낮추어 발열을 저지하며, 효율적으로 태양열을 이용할 수 있는 것이다.
또한 상기 컨트롤제어부(30)에는 발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간을 표시하는 모니터표시부(33)가 더 연결되는 데, 도3에서 보는 바와 같이 LCD DISPLAY(52)와 KEY BOARD(53)을 동시에 설치하여 각 구성요소(51, 54, 55, 56, 57)을 제어하면서, 타이머 등을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
또한 상기 컨트롤제어부(30)에는 사용자가 일몰 후 일정 시간 단위로 시간을 설정할 수 있는 타이머설정부(34)가 더 연결되며, 예를 들어 24시간 동안 태양광을 컨트롤 할 수 있도록 설정할 수 있다.
또한 상기 태양광발전부(41)와 축전부(47)에 연결되어 극성 연결의 오류시 전원을 차단하는 디시극성비교부(35-1, 35-2)를 더 포함하여 구성되며, 사용자의 실수로 극성이 잘못 연결될 경우 시스템을 용이하게 보호할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 태양광발전 자동제어장치는 상기 태양광발전부(41)의 기준 전압 이하의 전압을 기준 이상 전압으로 승압하는 저전압승압부(36)를 더 포함할 수 있는 데, 이는 항상 일정한 전압을 제공하도록 할 수 있다.
도3과 도4에서 보는 바와 같이 상기 모니터표시부(33)의 LCD DISPLAY(52)에는 발전 전압, 축전지 전압과 누적 발전 시간, 누적 전일사용시간 등을 일목요연하게 바로 표시할 수 있어 사용자가 수시로 변환하는 발전상황과 축전상황 등의 현재 상황을 판단하고 상기 KEY BOARD(53)를 통해 제어 명령을 상기 컨트롤제어부(30)에 직접 전달할 수 있다.
또한 일일 태양광 발전의 생산량을 보전 기록함으로서, 개별 발전 시설의 전력 생산 시간을 확인 보정하는 시스템을 제공하며, 일일 소모량을 누적 기록함으로 인해 생산과 소비의 제어를 통해 독립된 발전 시스템의 효율적인 운용을 위해, 상기 컨트롤제어부(30)에는 데이터베이스(미도시)가 연결되며, 상기 모니터표시부(33)에 표시된 발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간의 데이터를 일정 기간 동안 상기 데이터베이스(예를 들어, 발전 전압 데이터베이스부, 사용시간 데이터베이스부 등)에 저장하여 일정 기준에 의하여 효과적인 태양광 이용을 위한 통계관리에 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허등록청구범위뿐만 아니라 이 특허등록청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10, 30 : 컨트롤 제어부 21, 41 : 태양광발전부
11 : 출력절환회로 12 : 충방전절환회로
22 : 정전압회로 23 : 승압회로
24 : 정전류회로 32 : 온도제어부
34 : 타이머설정부 35-1, 35-2 : DC 극성비교부
36 : 저전압승압부 45 : 축전지선택부
47 : 축전부

Claims (7)

  1. 태양광을 조사받아 전기에너지를 발생시키는 태양전지가 구비된 태양광발전부와, 상기 태양광발전부의 출력단에 연결되어 출력 전압을 검출하고 기준 전압과 비교하는 전압비교부와, 상기 전기에너지를 축전시키는 축전부와, 상기 축전부의 축전지 종류를 선택하는 축전지 선택부와, AC/DC출력부로 상기 전기에너지를 출력하도록 제어하는 컨트롤제어부와, 상기 전압비교부, 상기 축전부, 상기 축전지 선택부와, 상기 컨트롤제어부를 내설하는 케이스를 포함하는 태양광발전 자동제어장치에 있어서,
    상용전원(AC-INPUT)과 태양열에 의한 축전부 전원을 상호 절환시키는 출력절환회로와;
    상기 축전부 전원의 충전과 방전을 상호 절환시키는 충방전절환회로와;
    상기 태양광발전부의 생산 전압이 기준전압 이상인 경우 주간으로 판단하고, 기준전압 이하인 경우 야간으로 판단한 정보를 전달하는 전압주/야변환부와;
    상기 케이스에 내설되는 송풍수단과;
    상기 케이스 내부 온도를 측정하는 온도센서를 통해 기준 온도 이상인 경우 상기 송풍수단을 구동하도록 하는 판단 정보를 전달하는 온도제어부와;
    상기 태양광발전부와 축전부에 연결되어 극성 연결의 오류시 전원을 차단하는 디시극성비교부;로 구성되되,
    상기 컨트롤제어부가
    상기 축전지의 전원이 기준치 이하인 경우 상기 상용전원으로 절환하고, 상기 축전부의 충전과 방전을 제어하여 일정 기준치 전압 이상으로만 출력하도록 컨트롤하며, 전압주/야변환부의 정보를 전달받아 전원제어장치를 제어하고, 상기 온도제어부의 정보를 전달받아 상기 송풍수단을 제어하며,
    상기 컨트롤제어부에는
    사용자가 일몰 후 일정 시간 단위로 시간을 설정할 수 있는 24시간 타이머설정부가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 자동제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부에는,
    발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간을 표시하는 모니터표시부가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 자동제어장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1에 있어서,
    상기 태양광발전부의 기준 전압 이하의 전압을 기준 이상 전압으로 승압하는 저전압승압부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 자동제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부에는 데이터베이스가 연결되어,
    발전 전압, 축전지 전압, 누적 발전 시간, 및 누적 전일사용시간의 데이터를 상기 데이터베이스에 저장하여 통계관리할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양광발전 자동제어장치.
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