KR101043389B1

KR101043389B1 - 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템

Info

Publication number: KR101043389B1
Application number: KR1020110046465A
Authority: KR
Inventors: 정용규; 박기현; 임동수; 김민정; 고석은; 하성윤; 황은동
Original assignee: (주)제이케이알에스티
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-06-22

Abstract

본 발명은 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 집열 유닛, 축열조와 같은 태양열 온수 시스템을 구성하는 구성 요소를 통합 캐비넷에 통합함으로써 그 설치를 용이하게 하도록 하여 학교나 주거, 상업용 건물 등의 설치 환경에 관계없이 설치 작업이 매우 편리하며, 기상정보 제공 서버로부터 온도, 일조량과 같은 기상정보를 수집하여 이에 따라 태양열로부터 얻을 수 있는 열량을 산출하고 부족분을 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하여 보조 전기 보일러를 동작하도록 스케줄링함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 최적화하여 전기 비용을 절감하며, 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보와 같은 스마트 그리드 정보를 수집하거나 또는 심야 전기의 비용 정보를 이용하여 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 더욱 최적화하여 전기 비용을 최소화하고, 현재의 온도, 일조량과 같은 기상정보를 측정할 수 있는 센서를 구비하여 이를 통해 현재의 기상 상황에 맞는 온수 사용 패턴을 산출하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러가 현재 기상 상황에 맞게 동작하도록 하여 사용자의 편의성을 증대시키는 효과가 있다.

Description

통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템{INTIGRATED INTELLIGENT SOLAR WATER HEATING SYSTEM}

본 발명은 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열을 주로 이용하고 보조로 전기 보일러를 이용하여 안정적으로 온수를 공급하되 온도, 일조량 등과 같은 기상정보 및 시간대별 전기 비용 정보와 같은 스마트 그리드 정보를 수집하여 온수 공급의 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 최적화하여 온수의 공급시 비용을 최소화하도록 한 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템에 관한 것이다.

태양열을 이용한 태양열 온수 또는 난방 시스템은 태양열에 의해 열교환매체를 가열하고, 이를 이용하여 온수를 공급한다.

이러한 태양열 온수 시스템은 태양열을 집열하는 집열판과, 집열판에 의해 집열된 태양열로 가열되는 열교환매체가 지나는 열교환관 및 상기 온수를 저장하고 상기 열교환관과 연결된 축열조로 구성되어 상기 온수와 열교환매체의 열교환에 의해 온수를 가열하는 것이 일반적이다.

예를 들어 설명하면, 먼저 건물 외부에 설치된 집열기에서 가열된 열교환매체는 축열조로 이송되고 열교환을 통해 축열조 내에 열이 저장된다.

상기 저장된 열은 실내온도의 높고 낮음에 따라 온/오프(On-Off)되는 온도조절기와 같이 연동하는 난방순환펌프에 의해 실내에 공급되어 난방이 이루어진다.

그러나 일기에 의해 태양열의 일사량이 부족한 경우에는 보조열원에 의한 열량의 보충이 필요하게 되는데, 이때 보조 열원으로는 보일러를 이용하여 일정온도까지 축열조의 온도를 상승시켜 난방 및 온수공급을 위해 사용하게 된다.

이하에서는 도 1과 도 2를 참조하여 종래 태양열 온수시스템과 축열조 구조에 대해서 상세히 설명하겠다.

도 1은 종래 태양열 난방 및 온수공급의 이용방식을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 상기 도 1에서 사용되는 축열조를 나타낸 것이다

먼저 구조물의 외부에 태양열을 흡수하도록 마련된 집열기(1)에서 가열된 열매체는 열매체 저온센서(8)와 열매체 고온센서(21)의 온도차에 따라 순환펌프(5)가 자동으로 작동되어 상기 집열기(1)에서 발생한 열을 축열조(2)로 이송시키며 축열조(2)내에서는 태양열 열교환기(4)에 의한 열교환을 통해 열을 저장하게 된다.

이러한 축열조(2)의 구조를 설명하면, 원통형의 일정한 케이스가 형성되고 그 내부에는 상하로 온수 열교환기(3)와 태양열 열교환기(4)가 이격되어 설치되며 상기 케이스로 형성되는 축열조(2)는 철판(주로SS41)에 내부방청처리를 하거나 스테인레스 스틸(stainless steel)을 주로 사용하고 태양열 열교환기(4)는 동 재질의 코일형으로 마련된다. 축열조(2)는 보조열원인 보일러(11)와 보일러 환수연결구(도2의 11a)로 연통된다.

실내온도가 낮아 난방이 필요하게 되면, 즉 실내 온도조절기(24)가 온(on)상태가 되면 축열조(2) 내의 저장된 열은 난방 회수관(17)과 난방 공급관(18)을 통해 실내에 전달되어 난방이 이루어지며, 실내온도가 올라가 실내 온도조절기(24)가 오프(off)상태가 되면 난방순환펌프(16)도 동시에 정지되며 이로써 열 공급도 정지된다.

태양열 일사량이 부족한 경우 보조열원에 의한 열량보충이 필요하게 되는데 이때 보조에너지로 보일러(11)를 이용하게 된다. 실내 온도조절기(24)가 온 상태에서 난방순환펌프(16)가 작동되면 축열조(2)에 저장된 태양열이 소모되며, 축열조(2) 온도감지센서(10)의 조절온도 이하로 온도가 내려가면 보일러(11)가 자동으로 작동하여 일정온도까지 축열조(2)의 온도를 상승시켜 난방 및 온수공급이 되도록 한다. 또한 축열조(2)의 온도감지센서(10)가 적정온도까지 온도가 상승되었음을 감지하게 되면, 보일러(11)의 가동은 정지되어 보조열원의 공급은 정지하게 된다.

이처럼, 종래의 태양열 온수 및 난방 시스템은 단순히 축열조의 온수 온도를 기준으로 보조로 이용되는 보일러의 가동을 시작하거나 정지시켜 사용하여 왔다.

그러나, 이는 현재의 기상 상황에 따른 태양열로부터의 획득 열량 또는 사용자의 온수 사용 패턴을 고려하지 않고 단순히 사용자가 수동으로 설정해 둔 온수 온도만을 기준으로 작동하였으므로 태양열로부터의 획득 열량에 비해 보조로 사용하는 보일러의 동작이 매우 빈번하여 전력의 낭비가 매우 심하였다.

또한, 상기 보조로 사용하는 보일러의 동작시에 이용되는 전기 비용을 고려하지 않고 상기 온수 온도에 맞춰 작동되므로 전기 비용 역시 낭비되는 측면이 있다.

더불어, 상기 태양열 온수 및 난방 시스템을 구성하는 집열기, 축열조 등이 각각 별도 구조로 이루어져 설치가 매우 복잡하였다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 목적은 집열 유닛, 축열조와 같은 태양열 온수 시스템을 구성하는 구성 요소를 통합 캐비넷에 통합함으로써 그 설치를 용이하게 하도록 한 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 다른 목적은 기상정보 제공 서버로부터 온도, 일조량과 같은 기상정보를 수집하여 이에 따라 태양열로부터 얻을 수 있는 열량을 산출하고 부족분을 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하여 보조 전기 보일러를 동작하도록 스케줄링함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 최적화하도록 한 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 또 다른 목적은 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보와 같은 스마트 그리드 정보를 수집하거나 또는 심야 전기의 비용 정보를 이용하여 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 더욱 최적화하도록 한 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 또 다른 목적은 현재의 온도, 일조량과 같은 기상정보를 측정할 수 있는 센서를 구비하여 이를 통해 현재의 기상 상황에 맞는 온수 사용 패턴을 산출하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러가 현재 기상 상황에 맞게 동작하도록 한 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛; 온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조; 상기 집열 유닛과 상기 축열조를 연결하여 상기 집열 유닛에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관; 전기를 이용하여 상기 축열조로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러; 상기 축열조의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부, 기상정보 제공 서버로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부, 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조에서 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 동작 스케줄 구성부, 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러의 전력을 조절하는 전력 조절부를 구비한 제어부; 및 상부에 상기 집열 유닛을 배치하고, 내부에 상기 축열조, 상기 열교환관 및 상기 제어부를 구성한 통합 캐비넷;을 포함한다.

상기 제어부는 일자별 평균 소모 온수량을 저장하여 관리하는 데이터베이스부, 상기 일자별 평균 소모 온수 사용량을 이용하여 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고, 상기 동작 스케줄 구성부는 상기 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부를 더 구비하고, 상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별 전기 비용 정보를 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

또는, 상기 제어부는 일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하는 데이터베이스부, 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고, 상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 축열조에서 소정 온수 온도를 시간대별로 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성할 수도 있다.

혹은, 상기 제어부는 일자별 기상정보, 일자별 온수 사용 시간 패턴 및 상기 일자별 기상정보와 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴의 상관 관계를 저장하여 관리하는 데이터베이스부, 현재의 기상정보 및 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하되 상기 상관 관계를 고려하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고, 상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수도 있다.

한편, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 외부의 온도, 일조량 중 하나 이상을 포함한 외부 환경 정보를 측정하는 센서부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 외부 환경 정보를 수집하는 환경 정보 수집부를 더 구비하되, 상기 산출 정보는 상기 외부 환경 정보를 고려하여 기 설정된 정보일 수 있다.

상기 기상정보는 기온, 일조량, 강수확률 중 하나 이상을 포함한 정보인 것이 바람직하다.

상기 보조 전기 보일러는 심야 전기를 사용하는 것을 더 포함하며, 상기 동작 스케줄 구성부는 심야 전기의 비용을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성할 수 있다.

한편, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 전력 비용 또는 전력 공급 스케줄 정보를 표시하는 계기판을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 계기판에 표시되는 전기 비용 또는 동작 스케줄 정보를 구성하여 상기 계기판으로 전송하는 표시부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛; 온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조; 상기 집열 유닛과 상기 축열조를 연결하여 상기 집열 유닛에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관; 전기를 이용하여 상기 축열조로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러; 및 상기 축열조의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부, 기상정보 제공 서버로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부, 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부, 일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하는 데이터베이스부, 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부, 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조에서 시간대별로 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하되 상기 시간대별 전기 비용 정보 및 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 구성하는 동작 스케줄 구성부, 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러의 전력을 조절하는 전력 조절부를 구비한 제어부;를 포함한다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 외부의 온도, 일조량 중 하나 이상을 포함한 외부 환경 정보를 측정하는 센서부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 외부 환경 정보를 수집하는 환경 정보 수집부를 더 구비하되, 상기 산출 정보는 상기 외부 환경 정보를 고려하여 기 설정된 정보일 수 있다.

상기 보조 전기 보일러는 심야 전기를 사용하는 것을 더 포함하며, 상기 동작 스케줄 구성부는 심야 전기의 비용을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 집열 유닛, 축열조와 같은 태양열 온수 시스템을 구성하는 구성 요소를 통합 캐비넷에 통합함으로써 그 설치를 용이하게 하도록 하여 학교나 주거, 상업용 건물 등의 설치 환경에 관계없이 설치 작업이 매우 편리한 효과가 있다.

본 발명 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 기상정보 제공 서버로부터 온도, 일조량과 같은 기상정보를 수집하여 이에 따라 태양열로부터 얻을 수 있는 열량을 산출하고 부족분을 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하여 보조 전기 보일러를 동작하도록 스케줄링함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 최적화하여 전기 비용을 절감하는 효과가 있다.

본 발명 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보와 같은 스마트 그리드 정보를 수집하거나 또는 심야 전기의 비용 정보를 이용하여 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러의 동작을 더욱 최적화하여 전기 비용을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 현재의 온도, 일조량과 같은 기상정보를 측정할 수 있는 센서를 구비하여 이를 통해 현재의 기상 상황에 맞는 온수 사용 패턴을 산출하고 이를 보조 전기 보일러의 동작 스케줄링에 활용함으로써 상기 보조 전기 보일러가 현재 기상 상황에 맞게 동작하도록 하여 사용자의 편의성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 태양열 온수 및 난방 공급 장치의 구성도.
도 2는 상기 도 1에 따른 태양열 축열조의 상세도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부의 구성도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시 예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템의 예시도로서, 온수 사용처(10: 예를 들어, 가정집)에 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)을 설치하여 사용하는 예를 도시한 것이다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 집열 유닛(102), 축열조와 같은 태양열 온수 시스템(100)을 구성하는 구성 요소를 통합 캐비넷에 통합하여 그 설치가 매우 용이하므로 학교나 주거, 상업용 건물 등의 설치 환경에 관계없이 설치를 할 수 있는 장점이 있다.

이처럼, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 일체형으로 구성되며, 상부에 설치된 집열 유닛(102)을 통해 태양열로부터 열원을 공급받아 내부에 구비된 축열조를 통해 열을 교환하며 교환된 열로 인해 데워진 축열조의 온수를 상기 온수 사용처(10)로 공급(104)한다.

또한, 내부에 보조 전기 보일러를 내장하여 기상 상황(30)에 의해 상기 집열 유닛(102)을 통해 충분한 열원이 공급되지 않을 경우 상기 보조 전기 보일러를 통해 부족한 열량을 보조한다.

이때, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 상기 기상 상황(30)을 미리 예측하거나 혹은 정확히 산출하기 위해서 인터넷과 같은 통신망(40)을 통해 외부의 기상 정보 제공 서버(200)로부터 기상 정보를 수집하여 이를 활용한다.

즉, 상기 기상 정보를 이용하여 상기 태양열로부터 얻을 수 있는 열량을 미리 파악한 후 이를 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 동작 스케줄을 최적화하는 것이다.

이때, 상기의 기상 정보 제공 서버(200)는 기상청에서 제공하는 기상 정보 제공 서버인 것이 바람직하나 민간 기상 정보 제공 사업자가 제공하는 기상 정보 제공 서버일 수도 있다.

또한, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 상기 보조 전기 보일러의 동작 스케줄을 더욱 정밀하도록 위해 상기 온수 사용처(10)의 온수 사용량이나 온수 사용 패턴(1,2)을 일자별 또는 시간대별로 저장, 관리하고 이와 상기 기상 정보에 따라 산출되는 상기 태양열로부터의 획득 열량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 동작을 스케줄링하는 것이 바람직하다.

더불어, 외관에 온도, 일조량과 같은 현재의 기상 정보를 센싱할 수 있는 센서부(103)를 더 구비하여 현재의 기상 상황을 더욱 정확히 파악하고 상기 보조 전기 보일러의 동작을 스케줄링할 수도 있으며, 이는 상기 기상 정보 제공 서버(200)로부터의 기상 정보와 함께 선택적으로 사용할 수도 있다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)의 바람직한 실시 예로서 동작을 설명하면, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 기상청의 기상 정보 제공 서버(200)로부터 기상청 정보를 획득하여 내일의 날씨를 기준으로 예상 열량을 산출한다.

한편, 최근의 기상청 정보는 시간대별 기상 예측 정보가 제공되므로 좀 더 정확한 예상 열량을 구할 수 있다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 이를 통해 내일 태양열로부터 얻을 수 있는 열량과 상기 온수 사용처(10)에서 평균적으로 소모되는 온수량(및 온수 사용시간 패턴)을 감안하여 부족한 부분에 대한 정보(총 부족 열량, 부족 시간 등)를 산출할 수 있다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 상기의 부족한 열량을 보조 전기 보일러를 통해 얻게 되며 이를 위해 미리 상기 보조 전기 보일러의 동작을 스케줄링(보조 전기 보일러 동작 필요 정도, 필요한 시간 등)한다.

더불어, 상기 보조 전기 보일러는 심야 전기를 사용하도록 구성하여 내일 필요한 부족 열량 중 기 설정된 수준의 열량에 해당하는 만큼을 비용이 저렴한 심야 시간대 전기를 통해 미리 확보할 수도 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)이 상기 예상 열량을 산출하여 그에 따라 필요한 열량을 얻을 때 단순한 심야전기 보일러 구동만을 이용하는 것이 아니라, 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)에서 제공되는 스마트 그리드 정보(시간대별 전기 비용 정보)를 관리하는 스마트 그리드 정보 수집부를 내부에 구성하여 상기 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)와 연동하여 가장 비용이 싼 시간의 전기 사용 리스트를 구성하고, 태양열 온수 생성이 가능한 시간과 실제 온수를 사용하는 시간을 감안하여 최적의 보조 전기 보일러의 동작 스케줄을 구성한 후, 실제 상황에 따라 이를 조절하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)와는 전신주(20)에 설치된 PLC라우터(21)를 통해 전력선 통신을 할 수도 있고 일반적인 통신망(40)을 통해 통신할 수도 있다.

이처럼, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 기상청 정보와 현재의 센싱한 기상 정보(센싱 값 등)를 선택적으로 이용하여 태양열로부터의 획득 가능 열량을 산출하고 이를 데이터베이스화하여 관리하는 온수 사용처(10)의 예상 온수량 또는 예상 온수 사용 시간과 같은 온수 사용 패턴을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 동작 스케줄을 최적화한다.

또한, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 기상청 정보와 온수 사용 정보를 통해 열량 부족분을 산출하여 심야전기를 이용하거나 상기 스마트 그리드 정보 수집부를 통해 얻은 시간대별 전기 가격, 축열 가능 시간, 온수 사용 패턴을 고려하여 상기 보조 전기 보일러를 전기 비용이 최소화되도록 효과적으로 분산 구동할 수 있다.

아울러, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 상기 전기 비용이나 보조 전기 보일러의 동작 스케줄을 사용자가 확인할 수 있도록 계기판(101)을 구비하여 이에 표시하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템의 구성도이며,도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템의 제어부의 구성도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛(102), 온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조(110), 상기 집열 유닛(102)과 상기 축열조(110)를 연결하여 상기 집열 유닛(102)에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조(110)에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관(108,109), 전기를 이용하여 상기 축열조(110)로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러(120), 제어부(130) 및 상부에 상기 집열 유닛(102)을 배치하고, 내부에 상기 축열조(110), 상기 열교환관(108,109) 및 상기 제어부(130)를 구성한 통합 캐비넷을 포함하며, 상기 제어부(130)는 상기 축열조(110)의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부(133), 기상정보 제공 서버(200)로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부(138), 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛(102)으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조(110)에서 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 동작 스케줄 구성부(134), 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러(120)의 전력을 조절하는 전력 조절부(132)를 구비한다.

도 4를 참조하면, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 집열 유닛(102)을 통해 태양열로부터 집열하여 열교환매체를 가열한다.

이때, 상기 열교환매체는 일반적인 용수여도 무방하다.

상기 열교환매체는 열교환관(108,109)을 통해 상기 축열조(110) 내부에 저수된 온수와 열 교환한다.

상기 축열조(110)의 온수는 급수관(105)과 급탕(104)관을 통해 급수, 급탕되며 사용자는 상기 급탕관(104)을 통해 온수를 사용(107)하거나 상기 온수 사용처의 난방(106)에 사용할 수 있다.

이때, 상기 온수의 적정 온도를 유지하기 위해서 상기 태양열로 인해 획득한 열량의 부족분을 상기 보조 전기 보일러(120)를 통해 보조한다.

상기의 보조 전기 보일러(120)는 열 교환 방식으로 도시하였으나, 내부에 전기 히터를 구비한 형태로 상기 축열조(110)의 온수를 직접 가열하는 방식도 무방하다.

상기 제어부(130)는 상기 보조 전기 보일러(120)의 전력 공급선(112)을 통해 전력을 조절하며, 점검 라인(113)을 통해 보조 전기 보일러(120)의 상태를 점검한다.

또한, 상기 제어부(130)는 축열조 점검 라인(114)을 통해 상기 축열조(110)의 온수 온도, 온수 사용량 등을 점검한다.

더불어, 상기 제어부(130)는 상기의 전력 공급 스케줄을 사용자가 확인할 수 있도록 계기판 라인(111)을 통해 계기판(101)에 표시하는 것이 바람직하다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 외부에 온도 또는 일조량과 같은 현재의 기상 정보를 확인할 수 있는 센서부(103)를 더 포함하고, 상기 제어부(130)가 상기 센서부(103)를 통해 현재 기상 상황을 확인하여 이를 고려한 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄을 구성하도록 하는 것이 바람직하다.

또는, 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)와 연결되어 전기 비용을 최소화하도록 하는 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄을 구성하도록 할 수도 있다.

한편, 도 5를 참조하면 상기 제어부(130)는 일자별 평균 소모 온수량을 저장하여 관리하는 데이터베이스부(136), 상기 일자별 평균 소모 온수 사용량을 이용하여 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부(135)를 더 구비하고, 이때 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 상기 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러(120)의 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

또는, 다른 바람직한 실시 예로서 상기 데이터베이스부(136)가 일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하고, 상기 사용 패턴 계산부(135)는 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하며, 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 축열조(110)에서 소정 온수 온도를 시간대별로 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수도 있다.

또 다른 바람직한 실시 예로서, 상기 데이터베이스부(136)는 일자별 기상정보, 일자별 온수 사용 시간 패턴 및 상기 일자별 기상정보와 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴의 상관 관계를 저장하여 관리하고, 상기 사용 패턴 계산부(135)는 현재의 기상정보 및 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하되 상기 상관 관계를 고려하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하며, 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수도 있다.

종래의 태양열 온수 및 난방 시스템은 단순히 축열조의 온수 온도를 기준으로 보조로 이용되는 보일러의 가동을 시작하거나 정지시켜 사용하여 왔다.

즉, 고정된 온도에 맞춰 가동, 정지를 반복하는 종래의 보조 보일러와 달리 본 발명의 실시 예에서는 기상 정보를 수집하여 태양열로부터의 내일의 획득 열량 또는 몇 시간 후의 획득 열량을 미리 산출할 수 있으며, 이를 상기 온수 사용처의 온수 사용 패턴과 비교하여 시간대별로 소정 온수 온도로 설정되도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄을 구성하여 매우 효율적으로 동작하도록 할 수 있는 것이다.

이처럼, 본 발명 실시 예에 따른 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 기상정보 제공 서버(200)로부터 온도, 일조량과 같은 기상정보를 수집하여 이에 따라 태양열로부터 얻을 수 있는 열량을 산출하고 부족분을 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하여 보조 전기 보일러(120)를 동작하도록 스케줄링하여 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작을 최적화하므로 전기 비용을 절감할 수 있게 된다.

상기 제어부(130)는 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부(139)를 더 구비할 수 있으며, 이때 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 상기 시간대별 전기 비용 정보를 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

또는, 상기 보조 전기 보일러(120)는 심야 전기를 사용하도록 구성하고, 이때 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 심야 전기의 비용을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성할 수 있다.

종래에는 보조로 사용하는 보일러의 동작시에 이용되는 전기 비용을 고려하지 않고 축열조의 온수 온도에 맞춰 작동되므로 전기 비용 역시 낭비되는 측면이 있었다.

그러나, 본 발명의 실시 예에서는 시간대별 전기 비용 정보를 수집하고 이를 상기 온수 사용처의 시간대별 온수 사용량 또는 온수 사용 패턴과 비교하여 태양열로부터 획득할 수 있는 획득 열량을 제외한 부족분을 최소화된 전기 비용으로 동작하도록 할 수 있다.

이와 같이, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)로부터 시간대별 전기 비용 정보와 같은 스마트 그리드 정보를 수집하거나 또는 심야 전기의 비용 정보를 이용하여 기 설정된 온수 사용 패턴과 비교하고 이를 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄링에 활용하여 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작을 더욱 최적화하므로 전기 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 외부의 온도, 일조량 중 하나 이상을 포함한 외부 환경 정보를 측정하는 센서부(103)를 더 포함하고, 상기 제어부(130)는 상기 외부 환경 정보를 수집하는 환경 정보 수집부(137)를 더 구비하되, 상기 동작 스케줄 구성부(134)가 상기 외부 환경 정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛(102)으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조(110)에서 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

이때, 상기 동작 스케줄 구성부(134)는 상기 기상 정보 제공 서버(200)에서 수집하는 기상정보 또는 상기 외부 환경 정보 중 선택적으로 고려하여 상기 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하도록 할 수 있다.

상기 기상 정보 제공 서버(200)에서 수집하는 상기 기상정보는 기온, 일조량, 강수확률 중 하나 이상을 포함한 정보인 것이 바람직하며, 상기 기상정보로서 습도, 풍속, 풍향, 태양 고도, 태양 방위 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.

이처럼, 현재의 온도, 일조량과 같은 기상정보를 측정할 수 있는 센서를 통해 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 현재의 기상 상황에 맞는 온수 사용 패턴을 산출하고 이를 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄링에 활용할 수 있어 상기 보조 전기 보일러(120)가 현재 기상 상황에 맞게 동작하도록 하므로 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 온수 사용처의 사용자가 섭씨 30도 이상에서는 온수 사용량이 매우 적었다면, 이를 고려하여 보조 전기 보일러(120)가 동작하도록 구성하는 것이다.

또는, 상기 데이터베이스부(136)에 기 저장된 섭씨 30도 이상에서 태양열로부터의 획득 열량을 현재 기상 상황과 비교하고 이를 고려하여 상기 보조 전기 보일러(120)가 사용자의 온수 사용 패턴에 따른 시간대별 소정 온도를 유지하도록 구성할 수도 있다.

상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 전력 비용 또는 전력 공급 스케줄 정보를 표시하는 계기판(101)을 포함하는 것이 바람직하며, 이때 상기 제어부(130)는 상기 계기판(101)에 표시되는 전기 비용 또는 동작 스케줄 정보를 구성하여 상기 계기판(101)으로 전송하는 표시부(131)를 더 구비한다.

한편, 다른 바람직한 실시 예로서 상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템(100)은 태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛(102), 온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조(110), 상기 집열 유닛(102)과 상기 축열조(110)를 연결하여 상기 집열 유닛(102)에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조(110)에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관(108,109), 전기를 이용하여 상기 축열조(110)로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러(120) 및 제어부(130)를 포함하며, 상기 제어부(130)는 상기 축열조(110)의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부(133), 기상정보 제공 서버(200)로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부(138), 스마트 그리드 정보 제공 서버(300)로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부(139), 일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하는 데이터베이스부(136), 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부(135), 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛(102)으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조(110)에서 시간대별로 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러(120)의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하되 상기 시간대별 전기 비용 정보 및 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 구성하는 동작 스케줄 구성부(134), 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러(120)의 전력을 조절하는 전력 조절부(132)를 구비한다.

상기의 실시 예에서도 외부 환경 정보를 이용하거나 심야 전기를 이용하여 상기 보조 전기 보일러(120)의 동작 스케줄을 구성하여 온수 사용 패턴에 따라 전기 비용을 최소화하며 동작하도록 스케줄링할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 온수 사용처 21: PLC 라우터
40: 인터넷 100: 지능형 태양열 온수 시스템
101: 계기판 102: 집열 유닛
103: 센서부 104: 급탕관
105: 급수관 108, 109 : 열교환관
110: 축열조 111: 계기판 라인
112: 보조 전기 보일러 전력 공급선 113: 보조 전기 보일러 점검 라인
114: 축열조 점검 라인 120: 보조 전기 보일러
130: 제어부 131: 표시부
132: 전력 조절부 133: 온수정보 수집부
134: 동작 스케줄 구성부 135: 사용패턴 계산부
136: 데이터베이스부 137: 환경정보 수집부
138: 기상정보 수집부 139: 스마트 그리드 정보 수집부
200: 기상정보 제공 서버 300: 스마트 그리드 정보 제공 서버

Claims

태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛;
온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조;
상기 집열 유닛과 상기 축열조를 연결하여 상기 집열 유닛에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관;
전기를 이용하여 상기 축열조로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러;
상기 축열조의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부, 기상정보 제공 서버로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부, 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조에서 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 동작 스케줄 구성부, 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러의 전력을 조절하는 전력 조절부를 구비한 제어부; 및
상부에 상기 집열 유닛을 배치하고, 내부에 상기 축열조, 상기 열교환관 및 상기 제어부를 구성한 통합 캐비넷;을 포함하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는
일자별 평균 소모 온수량을 저장하여 관리하는 데이터베이스부,
상기 일자별 평균 소모 온수 사용량을 이용하여 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고,
상기 동작 스케줄 구성부는 상기 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부를 더 구비하고,
상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별 전기 비용 정보를 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는
일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하는 데이터베이스부,
상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고,
상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 축열조에서 소정 온수 온도를 시간대별로 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는
일자별 기상정보, 일자별 온수 사용 시간 패턴 및 상기 일자별 기상정보와 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴의 상관 관계를 저장하여 관리하는 데이터베이스부,
현재의 기상정보 및 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하되 상기 상관 관계를 고려하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부를 더 구비하고,
상기 동작 스케줄 구성부는 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
외부의 온도, 일조량 중 하나 이상을 포함한 외부 환경 정보를 측정하는 센서부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 외부 환경 정보를 수집하는 환경 정보 수집부를 더 구비하되,
상기 산출 정보는 상기 외부 환경 정보를 고려하여 기 설정된 정보인 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 기상정보는 기온, 일조량, 강수확률 중 하나 이상을 포함한 정보인 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 보조 전기 보일러는 심야 전기를 사용하는 것을 더 포함하며,
상기 동작 스케줄 구성부는 심야 전기의 비용을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 전력 비용 또는 전력 공급 스케줄 정보를 표시하는 계기판을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 계기판에 표시되는 전기 비용 또는 동작 스케줄 정보를 구성하여 상기 계기판으로 전송하는 표시부를 더 구비하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템은 상기 온수 사용처의 난방을 위한 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
태양열을 집열하여 열교환매체를 가열하는 집열 유닛;
온수를 저장하여 온수 사용처로 온수를 공급하는 축열조;
상기 집열 유닛과 상기 축열조를 연결하여 상기 집열 유닛에서 가열된 열교환매체와 상기 축열조에 저수된 온수를 열 교환하는 열교환관;
전기를 이용하여 상기 축열조로 보조 열원을 공급하는 보조 전기 보일러;및
상기 축열조의 온수 온도를 수집하는 온수정보 수집부, 기상정보 제공 서버로부터 기상정보를 수집하는 기상정보 수집부, 스마트 그리드 정보 제공 서버로부터 시간대별 전기 비용 정보를 수집하는 스마트 그리드 정보 수집부, 일자별 온수 사용 시간 패턴을 저장하여 관리하는 데이터베이스부, 상기 일자별 온수 사용 시간 패턴을 이용하여 시간대별로 사용될 온수 사용량을 계산하는 사용 패턴 계산부, 상기 기상정보를 고려하여 기 설정된 산출 정보에 따른 상기 집열 유닛으로부터의 획득 열량을 산출하여 상기 축열조에서 시간대별로 소정 온수 온도를 유지하도록 상기 보조 전기 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하되 상기 시간대별 전기 비용 정보 및 상기 시간대별로 사용될 온수 사용량을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 구성하는 동작 스케줄 구성부, 상기 스케줄에 따라 상기 보조 전기 보일러의 전력을 조절하는 전력 조절부를 구비한 제어부;를 포함하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 11항에 있어서,
외부의 온도, 일조량 중 하나 이상을 포함한 외부 환경 정보를 측정하는 센서부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 외부 환경 정보를 수집하는 환경 정보 수집부를 더 구비하되,
상기 산출 정보는 상기 외부 환경 정보를 고려하여 기 설정된 정보인 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.
제 12항에 있어서,
상기 보조 전기 보일러는 심야 전기를 사용하는 것을 더 포함하며,
상기 동작 스케줄 구성부는 심야 전기의 비용을 고려하여 가장 저렴한 비용으로 상기 기 설정된 소정 온도를 유지하도록 상기 보조 보일러의 시간대별 전력 공급 스케줄을 구성하는 것을 특징으로 하는 통합 구조의 지능형 태양열 온수 시스템.