KR101110324B1

KR101110324B1 - 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템

Info

Publication number: KR101110324B1
Application number: KR1020100076587A
Authority: KR
Inventors: 이재필; 윤동한
Original assignee: (주)대마이엔지; 윤동한; 이재필
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-15

Abstract

본 발명은 태양 광을 통해 생성된 전력을 사용한 후 잉여전력은 전력회사에 송전하는데 사용한 전력량과 함께 잉여전력으로 전송되는 전력량을 데이터로 출력함으로 정확한 송전전력량을 확인할 수 있어 전력을 전송한 만큼의 비용을 오차 없이 받을 수 있게 제공하도록, 태양 빛의 에너지를 흡수하여 전기에너지로 바꾸는 태양전지판과; 상기 태양전지판에서 변환된 전기에너지를 모아 축적하고 입력신호에 따라 전력을 공급하는 충전부와; 상기 충전부에 전기적으로 연결되고 상기 충전부로부터 공급되는 전력의 전압 및 주파수를 사용가능하도록 바꾸는 전력변환부와; 상기 전력변환부로부터 전기적으로 연결되어 전력을 공급받는 동력원의 사이에 위치하고 회로를 거쳐 통과된 전력이 흐른 시간 동안의 사용한 전력량을 측정하면서 기록하는 적산전력계;를 포함하고, 상기 적산전력계는 상기 태양전지판을 통해 생성된 전력 중 충분히 사용한 후의 남은 잉여전력을 상용전력계통으로 전송할 때, 상용으로 전송되는 전력량을 정확하게 측정하는 임피던스 매칭부를 포함하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템을 제공한다.

Description

태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템{Matching System Of Digital Electronic Watt-Hour Meter For Quantitative Transmission Of Solar Cell Generation}

본 발명은 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양 광을 통해 생성된 전력량 중 필요한 만큼 사용한 후의 잉여전력을 전력회사(한국전력공사)에 송전하는데, 잉여전력으로 전송되는 전력량을 데이터로 출력함으로 정확한 송전전력량을 확인할 수 있어 전력을 전송한 만큼의 비용을 오차 없이 받을 수 있는 것이 가능한 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 발생시키기 위한 발전방법은 발전에 사용되는 원료에 따라 다양한 방법이 있다. 이에 대표적으로 전기를 발생시키기 위해 사용하고 있는 발전방법에는 석탄 및 석유 등의 화석연료를 원료로 사용하는 화력발전이나 우라늄 등의 방사성 원소를 사용하는 원자력 발전 등이 널리 이용되고 있지만, 화력발전으로 인해 생기는 화석연료를 매장하는데 한계가 있고, 원자력발전에 의한 방사성 원소를 처리하는데 소요되는 비용 및 환경오염 등의 문제로 계속해서 사용하는데 어려움이 있음에 따라 자연에너지를 이용한 발전방법들이 지속적으로 연구되고 있는 실정이다.

여기서, 자연에너지는 신/재생에너지로도 불리는 것으로서, 재생에너지로는 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지 등이 있으며, 신에너지로는 연료전지, 석탄 액화/가스화, 수소화에너지 등으로 분류되어 있고, 이는 비고갈성 에너지이면서도 환경친화적인 청정에너지로서 이런 에너지원에 따른 발전방법을 촉진하기 위한 사회적 계획이 계속해서 추진되고 있다. 이 중 태양에너지는 지구상에서 인류가 이용할 수 있는 최대 에너지원임과 동시에 이를 이용한 태양광발전은 장소를 불문하고 어느 곳에나 설치될 수 있기 때문에 상대적으로 널리 이용되고 있다.

이러한, 태양광발전은 상용전력계통의 연계 유무에 따라 독립형 태양광발전 시스템과 계통연계형 태양광발전 시스템으로 분류된다. 구체적으로, 독립형 태양광발전 시스템은 야간이나 태양광이 적을 때 전력을 공급하기 위한 축전설비를 갖추고 있어 태양광발전이 가능한 기간 동안 축전지에 전력용 전력을 저장하였다가 사용하는 방식으로 전력회사와 전력을 주고 받음이 없이 태양전지로부터의 전기로만 시스템이 환결되는 것이고, 계통연계형 태양광발전 시스템은 태양전지에서 발전된 직류전력을 인버터에 공급하여 사용전력으로 변환시켜 안정된 전원을 수요자에게 공급함과 동시에 전력회사에 연계하여 소비전력량보다 발전량이 많으면 전력을 보내주고, 야간 및 악천 후 등의 이유로 발전량이 소비전력량보다 적으면 전력회사의 전력을 받아 사용하는 방식으로 전력회사와 전력을 주고 받는 시스템이다.

한편, 가정 및 일반 건물에서 사용되는 유효전력은 전력회사에서 발전한 후 확보된 전력을 공급받아 사용하는데, 이처럼 전력회사로부터 공급받는 전력량을 개별적으로 확인할 수 있게 사용전력량을 계량하도록 적산전력계가 설치된다.

상기와 같은, 적산전력계는 아날로그방식에서부터 디지털방식으로 발전하였으며, 디지털방식의 적산전력계와 관련하여 한국등록실용신안 20-0307280호에는 일반 요율이 적용되는 일반시간대와 할인요율이 적용되는 심야전력 시간대별로 분류하여 사용전력과 총 사용전력량을 계량할 수 있도록 한 디지털 적산전력계에 있어서: 전원측 단자와 부하측 단자를 연결하는 전원선로에 걸리는 전압과 전류를 검출하여 디지털데이터로 변환하여 사용전력을 계량하는 전압전류 검출부; 시간정보를 출력하는 타이머; 상기 타이머의 시간정보에 의해서 상기 일반시간대인지 상기 심야전력 시간대인지를 판별하는 조건 설정부; 상기 전압전류 검출부에서 검출된 전압과 전류를 메모리에 저장된 소정의 프로그램에 의해서 사용전력을 연산한 후, 상기 조건 설정부의 조건에 따라 상기 일반시간대와 상기 심야전력 시간대별로 상기 메모리에 사용전력을 각각 적산하며, 상기 심야전력의 전력량에 할인요율을 적용하여 일반전력량으로 환산하여 상기 일반시간대의 전력량에 총사용전력량을 상기 메모리에 저장하는 연산 제어부; 상기 연산 제어부에서 연산된 상기 합산한 총사용전력량을 표시하는 전력량표시부; 및 전력공급처와 상기 연산 제어부 간에 상호 통신이 수행될 수 있도록 하며, 상기 메모리에 저장된 상기 합산한 총 사용전력량을 상기 전력공급처에 전송하고, 상기 전력공급처로부터 수신된 할인요율 및 상기 조건 설정부에 설정된 임의의 조건에 대응하는 제어데이터를 수신하여 상기 연산 제어부에 제공하는 통신 처리부를 포함하는 구성으로 소형화로 설치공간에 제약을 받지 않으며, 주야로 체크 및 표시를 나누어 점검할 수 있고, 현재 사용량과 총사용량의 정보를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 적산전력계가 공지되어 있다.

그러나, 상기 공지된 종래의 적산전력계는 전력회사에서 발전된 전력을 공급받아 개별적으로 사용한 전력량만을 다양한 형태로 표시하게 된다. 즉, 계통연계형 태양광발전 시스템의 경우에는 태양전지에 의한 전력발전량이 적을 때 전력회사로부터 전력을 공급받아 사용하고, 소비전력량보다 발전량이 많을 때는 전력회사로 잉여전력을 보내주게 되는데, 이때 전력회사 측에서는 태양전지에 의해 생성된 전력을 수요자로부터 받은 양과 개별적으로 공급해준 전력량의 차이를 정산하여 청구하게 된다. 반면, 기존의 적산전력계는 전력회사로부터 공급받은 전력량만을 계량하여 표시하므로 사용자 측에서 태양전지를 이용하여 전력을 얻은 후에 전력회사로 전송한 전력량을 알 수 없기 때문에 태양전지에서의 발전량과 전력회사로부터 전력을 받은 사용량과의 차이에 해당하는 사용 전력을 정산할 수 없어 정확한 전력량에 따른 비용의 오차 량을 확인할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 적산전력계 2개를 구비한 후 연결하여 송전용 적산전력계와 부하용 적산전력계로 구분하여 사용하는 것이 가능하지만, 이는 설비비용이 두 배로 증가하게 되고, 설치공간을 많이 차지함에 따른 공간적 제약이 생기게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광발전을 통해 생성된 전력을 필요한 만큼 사용하고 남은 잉여전력을 전력회사로 전송한 전력량과 함께 전력회사로부터 공급받아 사용한 전력량을 모두 데이터로 출력함에 따라, 수요자가 직접 전력을 받은 사용량과 전력을 전송한 전력량을 구체적이면서도 정확하게 확인할 수 있어 전송된 전력량의 손실을 줄임과 동시에 전력량을 비용으로 정산한 후 전력회사와의 오차 량을 계산 확인하므로 비용손실을 줄일 수 있는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.

뿐만 아니라, 전력을 전송하는 과정에서의 계량시 최적의 정합이 이루어질 수 있는 전압과 전류의 비가 균일한 회로구조를 이루어 정확한 전력 전송량이 측정되므로 전력전송에 대한 손실을 줄일 수 있는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 전력의 송전량과 부하량을 측정하는데 일체화된 기기의 구성으로 설비비용을 최소화하고, 설비공간이 줄어들어 설치할 때의 공간적 제약을 받지 않는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템은 태양 빛의 에너지를 흡수하여 전기에너지로 바꾸는 태양전지판과; 상기 태양전지판에서 변환된 전기에너지를 모아 축적하고 입력신호에 따라 전력을 공급하는 충전부와; 상기 충전부에 전기적으로 연결되고 상기 충전부로부터 공급되는 전력의 전압 및 주파수를 사용가능하도록 바꾸는 전력변환부와; 상기 전력변환부로부터 전기적으로 연결되어 전력을 공급받는 동력원의 사이에 위치하고 회로를 거쳐 통과된 전력이 흐른 시간 동안의 사용한 전력량을 측정하면서 기록하는 적산전력계;를 포함하고, 상기 적산전력계는 상기 태양전지판을 통해 생성된 전력 중 충분히 사용한 후의 남은 잉여전력을 상용전력계통으로 전송할 때, 상용으로 전송되는 전력량을 정확하게 측정하는 임피던스 매칭부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 태양전지판과 상기 충전부의 사이에 위치하고 상기 태양전지판에서 공급되는 전기에너지를 상기 충전부에서 정상적으로 축적할 수 있도록 형성되는 충전컨트롤러를 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.

상기 충전컨트롤러는 상기 태양전지판에 태양 빛이 비추지 않을 때 상기 충전부에서 상기 태양전지판을 향해 역방향으로 전류가 흐르지 못하도록 방지하는 블로킹다이오드를 포함하여 이루어진다.

상기 충전컨트롤러는 상기 태양전지판에서 생성된 전기에너지가 상기 충전부에 전달되어 축전전압 양이 일정전압에 도달하면 전류의 흐름을 차단하도록 형성되는 과충전방지회로와, 상기 충전부에서 축전한 전압을 사용하던 중 상기 충전부의 전압이 설정된 최저전압량 이하로 떨어지면 공급하던 전류 흐름을 차단하는 과방전방지회로를 포함하여 이루어진다.

상기 과충전방지회로는 트랜지스터로 구성되는 슈미트트리거회로가 형성되고, 상기 태양전지판으로부터 입력되는 전압을 기준설정된 전압에 비교하여 회로를 제어하는 연산증폭기를 포함하여 이루어진다.

상기 전력변환부는 상기 태양전지판에 흡수되어 전기에너지로 생성된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 변환된 교류전압을 승압시켜 공급하는 변압기를 포함하고, 상기 인버터는 5Ｖ의 구형파를 발생시키는 게이트칩과, 상기 게이트칩에서 생성된 구형파를 12Ｖ의 정형파로 만들어 상기 변압기에 연결하는 트랜지스터를 포함하여 이루어진다.

상기 전력변환부는 에너지원인 태양 빛이 접촉되면 작동하고 계속해서 접촉되던 태양 빛이 설정된 시간만큼 접촉이 없으면 작동을 멈추는 자동 운전 및 정지기능과, 상기 태양전지판에 태양 빛이 접촉되는 한쪽 면의 온도변화 및 일사강도의 변화로부터 최대 출력 동작점을 추적하는 기능을 갖는 제어장치부를 포함하여 이루어진다.

상기 전력변환부는 전반적인 기능을 통해 작동하는 구성에 연결되어 내부회로의 제어고장 및 제어결함이 있을 때에 보호하거나 외부로 알리는 안전장치부를 포함하여 이루어진다.

상기 적산전력계는 상기 회로에 흐르는 전류의 양만큼 동일하게 회전자를 회전시키는 전동기와, 상기 전동기의 회전자에 연결되고 상기 회전자의 회전수로부터 상기 회로가 운반한 전력의 양을 측정하는 전력계수기를 포함하여 이루어진다.

상기 전력계수기는 상기 전동기의 회전자를 통해 검출된 전력량의 데이터를 디지털형태로 바꾸는 데이터전환부와, 상기 데이터전환부에서 변환된 전력량을 외부에 실시간으로 표시하는 출력부와, 상기 전동기에서 검출된 전력량을 상기 출력부로 표시하되 일별 및 월별로 전력사용량의 데이터를 각각 저장하는 저장부와, 상기 데이터전환부 및 저장부로부터 획득한 데이터를 외부의 조작명령에 의해 상기 출력부에 표시하도록 구성 간을 상호연결하는 제어회로부를 포함하여 이루어진다.

상기 전력계수기는 상기 임피던스 매칭부와 상호 간에 연결되어 상용으로 전송되는 전력량을 디지털데이터로 저장 및 전송하여 전력량을 외부로 표시하도록 형성된다.

상기 출력부는 상기 태양전지판을 통해 발생한 전력 중 현재 사용한 전력량을 표시하는 소비량출력부와, 상기 태양전지판을 통해 생성된 전력을 사용한 후 남은 전력을 상용전력으로 전송할 때 전송되는 전력량을 표시하는 송전량출력부를 포함하여 이루어진다.

상기 임피던스 매칭부는 상기 태양전지판에서 생성되어 공급되는 전압의 크기에 맞게 권선비를 조절하는 매칭회로를 포함하여 이루어진다.

상기 매칭회로는 상기 전력변환부를 통해 교류 220Ｖ로 승합된 후 공급되는 전압을 기준으로 전압의 권선비를 1:1로 공급하는 격리용변압기를 포함하고, 상기 매칭회로는 정계효과트랜지스터(FET) 정합회로로 구성되어 이루어진다.

본 발명에 따른 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템에 의하면, 태양전지판에서 태양광발전을 통해 생성된 전력을 충분히 사용한 후 충전된 남은 잉여전력을 전력회사로 전송하되 전력사용량 및 전력회사로부터 공급받아 사용한 전력량과 함께 전력회사로 전송한 전력송전량도 각각 별도로 출력표시함에 따라, 태양전지판에서 생성된 전력의 사용량 및 전력회사로부터 전력을 받아 사용한 전력량과 태양전지판에서 생성된 전력을 전력회사로 송전한 전력량을 각각 구체적으로 확인할 수 있어 전력전송의 송전량에 대해 전력회사로부터 받게 되는 비용의 손실을 최소화할 수 있는 효과를 얻는다.

뿐만 아니라, 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템은, 전력회사로 전력을 전송하는 과정 중 적산전력계에서 전송량을 계량할 때 이동되는 전압 및 전류의 비가 균일하게 이루어질 수 있는 최적의 정합을 갖는 회로구조로 구성되어 정확한 전력 전송량을 측정하므로 전력전송에 대한 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템은 전력을 수요자가 사용한 부하량과 전력을 생산하여 전력회사로 전송하는 송전량을 계량하여 측정하는데 일체화된 기기의 구성을 이룸으로, 제작에 따른 설비비용을 최소화하고, 설치할 설비공간이 줄어 공간적인 제약을 받지 않도록 할 수 있는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 있어서 충전콘트롤러를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 있어서 과충전방지회로를 나타내는 회로도.
도 4는 본 발명에 있어서 과방전방지회로를 나타내는 회로도.
도 5는 본 발명에 있어서 전력변환부를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 6은 본 발명에 있어서 인버터를 나타내는 회로도.
도 7은 본 발명에 있어서 적산전력계를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 8은 본 발명에 있어서 매칭회로를 나타내는 회로도.

다음으로 본 발명에 따른 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 구성은 동일한 부호로 표시하고, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.

그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이고, 도면에서 나타내는 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 예시적으로 나타내는 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템의 바람직한 실시예는 도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 태양전지판(10)과, 충전부(30)와, 전력변환부(40)와, 적산전력계(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 태양전지판(10)은 태양 빛을 통해 태양에너지를 흡수한 후 전기에너지로 바꿔 변환하도록 제작된 광전지로서, 상기 태양전지판(10)이 설치될 수 있는 일정장소에 고정설치하되 주간시간대 그늘이 생기지 않는 위치(예를 들면, 건물의 옥상, 주변에 높은 건물이 없는 지면공간)에 설치한다.

도면에 나타내지는 않았지만, 상기 태양전지판(10)은 반도체 소자로 형성되고 평면상에 필요한 단위용량만큼 일정한 패턴으로 배열 설치한 후 서로 간에 직/병렬로 연결된 구조를 이루는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부로부터 보호하도록 상하로 각각 위치하는 보호시트 및 상기 태양전지판(10)의 외곽둘레를 따라 테두리를 이루도록 형성되는 프레임으로 구성된다.

상기 태양전지판(10)은 상기 태양전지에서 태양광을 흡수하는 수광면 상에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자-양공쌍이 생겨나고, 전자와 양공이 이동하여 태양전지를 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의한 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.

상기와 같은 태양전지판(10)은 일반적으로 널리 사용되는 태양전지판과 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 충전부(30)는 상기 태양전지판(10)에 연결 설치되고, 상기 태양전지판(10)에서 태양광을 통해 변환된 전기에너지를 모아 축적한다. 즉, 상기 충전부(30)는 주간에 상기 태양전지판(10)에 의해 생성된 전력을 공급받아 축적시키는 저장공간으로 충분한 전력량을 저장해 두었다가 전력을 요하는 입력신호에 따라 공급한다.

상기 태양전지판(10)으로부터 상기 충전부(30)에 공급되는 전력은 직류전력으로서, 직류전력을 요하는 직류전기제품으로 직접 공급하거나, 상기 전력변환부(40)로 이동하게 된다.

상기 충전부(30)는 일반적으로 태양광발전시설 및 자동차 등에서 사용하는 다양한 배터리의 구조를 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 태양전지판(10)과 상기 충전부(30) 간에는 충전컨트롤러(20)를 더 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 충전컨트롤러(20)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 태양전지판(10)으로부터 상기 충전부(30)가 연결된 사이에 위치하고 상기 태양전지판(10)에서 공급되는 전기에너지를 상기 충전부(30)에서 정상적으로 축적할 수 있도록 형성되며, 상기 충전부(30)의 정상적인 전력충전을 통해 상기 충전부(30)의 용량을 최대한 사용하면서도 수명을 연장시켜 주는 역할을 수행한다.

상기 충전컨트롤러(20)는 내부에 전류가 역방향으로 흐르는 것을 방지하는 기능 갖은 블로킹다이오드(21)를 포함하여 이루어진다.

상기 블로킹다이오드(21)는 해가 비추어 상기 태양전지판(10)에 태양광이 조사되는 주간에는 정상적으로 상기 충전부(30)에 전류가 충전되다가, 갑작스런 날씨변화나 야간으로 접어드는 순간 등의 기상현상에 의해 상기 태양전지판(10)에 태양 빛이 비추지 않을 때면 상기 충전부(30)에서 상기 태양전지판(10)을 향해 역방향으로 전류가 흐르게 되는데, 이렇게 역방향으로 전류가 흐르는 현상을 방지한다.

상기 블로킹다이오드(21)는 반도체 소자로서, 2극 소자를 서로 직렬로 연결하는 구조로 형성된다.

상기 충전컨트롤러(20)에 전류가 역방향으로 흐르는 현상을 방지하기 위해 상기 블로킹다이오드(21)를 구비하여 형성하는 것도 가능하고, 반도체소자로서 전력손실이 작은 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)소자(도면에 미도시)를 적용하여 오직 상기 태양전지판(10)에서 상기 충전부(30)로만 전류가 흐르도록 형성하는 것도 가능하다.

상기 충전컨트롤러(20)는 과충전방지회로(23) 및 과방전방지회로(25)를 포함하여 이루어진다.

상기 과충전방지회로(23)는 상기 태양전지판(10)에서 생성된 전기에너지가 상기 충전부(30)에 전달되어 축전전압 양이 일정전압에 도달하면 전류의 흐름을 차단하도록 형성된다.

상기와 같이 과충전방지회로(23)를 형성하게 되면, 연결 설치된 고가의 상기 충전부(30)를 잘 유지 관리하는 것이 가능하므로, 불필요하게 소요되는 비용을 줄여 전반적인 비용을 절감하는 것이 가능하다.

상기 과충전방지회로(23)는 트랜지스터로 구성되는 슈미트트리거회로가 형성되어 이력현상(hysteresis)을 취하도록 구성하는 것으로서, 상기 과충전방지회로(23)의 구조는 도 3을 참조한다.

상기 과충전방지회로(23)의 제어방식으로는 상기 충전부(30)로의 전류 흐름을 완전히 차단 또는 연결하도록 반복하면서 전류 흐름을 조절하는 온/오프 컨트롤방식을 적용하여 형성하는 것도 가능하고, 온/오프 컨트롤방식보다 전압을 일정하면서도 지속적으로 유지시켜주는 것으로서 전류 흐름을 점차 증가하거나 감소시키는 진폭변조(pulse width modulation)로 조절하도록 한 PWM컨트롤방식을 적용하여 형성하는 것도 가능하며, 상기 태양전지판(10)에서 발생하는 전압과 상기 충전부(30)의 전압을 매치시켜 최대한의 충전효율을 얻어내는 최대전력추적방식(Mppt방식)을 적용하여 형성하는 것도 가능하다. 바람직하게는 상기 과충전방지회로(23)의 제어방식 중 최대전력추적방식을 적용하게 되면, 동절기에 PWM컨트롤방식보다 최대 30%의 충전효율 상승효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 충전컨트롤러(20)는 상기 충전부(30)의 온도를 감지하는 온도센서(도면에 미도시)를 내장하고 상기 충전부(30)의 온도를 감지한 결과 온도가 낮을 때에는 조절점을 높여주는 온도보상기능을 구비하는 것도 가능하다.

상기 충전컨트롤러(20)는 상기 태양전지판(10)에 의해 상기 충전부(30)의 현재 충전상태를 표시함과 동시에 전력의 흐름을 표시하는 디스플레이기능을 형성하는 것도 가능하다.

상기 과방전방지회로(25)는 상기 충전부(30)로부터 직류전기제품의 직류부하나 상기 전력변환부(40)로 전력이 공급될 때, 상기 충전부(30)에 축적된 전력량에 비해 공급되는 전력량이 많아 상기 충전부(30)의 전압량이 일정수위까지 떨어지면 공급하는 전류를 차단하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 과방전방지회로(25)는 상기 충전부(30)에서 축전한 전압을 사용하던 중 상기 충전부(30)의 전압이 설정된 최저전압량 이하로 떨어지면 직류부하 및 상기 전력변환부(40)를 거쳐 교류부하로 공급하던 전류의 흐름을 차단하는 것으로서, 상기 과방전방지회로(25)의 구조는 도 4를 참조한다.

상기 과방전방지회로(25)는 상기 태양전지판(10)으로부터 입력되는 전압을 기준설정된 전압에 비교하여 회로를 제어하는 연산증폭기(OP-Amp)를 포함하여 이루어진다.

상기 과방전방지회로(25)에 구성된 제너다이오드(D1)의 값을 조정함으로 계전 동작의 전압을 조정하는 것이 가능하다.

상기 전력변환부(40)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 충전부(30)에 전기적으로 연결되고 상기 충전부로부터 공급되는 전력의 전압 및 주파수를 사용가능하도록 바꿔 변환시키는 것으로서, 인버터(41) 및 변압기(45)를 포함하여 이루어진다.

상기 인버터(41)는 직접적으로 공급되는 전압을 바꾸는 것으로 상기 태양전지판(10)에 흡수되어 전기에너지로 생성된 직류전압을 교류전압으로 변환한다. 즉, 상기 태양전지판(10)으로부터 상기 충전부(30)에 저장된 직류전류가 갖는 전압 및 주파수를 변환(예를 들면, 가정에서 사용하는 전압 및 주파수인 220Ｖ 및 60Hz로 변환)하여 변환된 교류전류를 상기 변압기(45)를 거쳐 교류전기제품의 교류부하 및 전력회사로 공급하도록 형성된다.

상기 인버터(41)는 구형파를 만드는 게이트칩(42)과, 구형파를 정형파로 만드는 트랜지스터(43)가 각각 복수로 형성된다. 즉, 상기 게이트칩(42)은 5Ｖ의 구형파를 발생시키고, 상기 트랜지스터(43)는 상기 게이트칩(42)에서 생성되어 전달되는 구형파를 12Ｖ의 정형파로 만들어 상기 변압기(45)에 연결하는 트랜지스터(43)를 포함하여 이루어지는 것으로서, 상기 인버터(41)의 회로구성은 도 6을 참조한다.

상기 변압기(45)는 상기 인버터(41)를 통해 변환된 교류전압을 승압시켜 공급하도록 형성된다.

상기 전력변환부(40)는 에너지원인 태양 빛이 접촉되면 작동하고 계속해서 접촉되던 태양 빛이 설정된 시간만큼 접촉이 없으면 작동을 멈추는 자동 운전 및 정지기능과, 상기 태양전지판(10)에 태양 빛이 접촉되는 한쪽 면의 온도변화 및 일사강도의 변화로부터 최대 출력 동작점을 추적하는 기능을 갖는 제어장치부(47)를 포함하여 이루어진다.

상기 전력변환부(40)는 전반적인 기능을 통해 작동하는 구성에 연결되어 내부회로의 제어고장 및 제어결함이 있을 때에 보호하거나 외부로 알리는 안전장치부(49)를 포함하여 이루어진다.

상기 안전장치부(49)는 상기 전력변환부(40)의 내부회로에 고장이나 결함이 있는 경우에는 외부에 음성으로 알리도록 연결되는 스피커(49a)를 형성하는 것도 가능하고, 외부에 시각적으로 알릴 수 있게 점/소등하는 경보등(49b)을 연결하여 형성하는 것도 가능하다. 더 나아가, 상기 전력변환부(40)의 내부회로 중에 고장이나 결함이 있는 회로부분을 문자로 표시하도록 출력창(도면에 미도시)을 형성하는 것도 가능하다.

상기 적산전력계(50)는 기본적으로 회로에 통과된 전력량을 흐른 시간 동안 측정하고 기록하는 장치로서, 상기 적산전력계(50)는 상기 전력변환부(40)로부터 전기적으로 연결되어 전력을 공급받는 동력원의 사이에 위치하고 회로를 거쳐 통과된 전력이 흐른 시간 동안의 사용한 전력량을 측정하면서 기록한다.

상기 적산전력계(50)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 전류가 흐르는 양만큼 작동하는 전동기(51)와, 상기 전동기(51)에 연결되어 이동된 전력량을 측정하는 전력계수기(60)와, 전력회사로 남은 전력을 전송시 정확한 전력량을 측정하도록 한 임피던스 매칭부(55)를 포함하여 이루어진다.

상기 전동기(51)는 회로에 흐르는 전류의 양만큼 동일하게 회전자(도면에 미도시)를 회전시키도록 구성된다.

상기 전동기(51)의 회전속도는 회로 상에 흐르는 전류량에 비례하므로, 상기 회전자의 매 회전은 회로를 통해 흐르는 전류의 양과 같게 된다.

상기 전력계수기(60)는 상기 전동기(51)의 회전자에 연결되고 상기 회전자의 회전수로부터 회로가 운반한 전력의 양을 측정한다.

상기 전력계수기(60)는 데이터전환부(61) 및 출력부(63)와, 저장부(65) 및 제어회로부(67)를 포함하여 이루어진다.

상기 데이터전환부(61)는 상기 전동기(51)의 회전자를 통해 검출된 전력량의 데이터를 디지털형태로 바꾸도록 형성된다.

상기 출력부(63)는 상기 데이터전환부(61)에서 변환된 전력량을 외부에 실시간으로 표시하되, 바람직하게는 일반적으로 전력사용단위에 쓰이는 킬로와트시(kWh) 별로 표시한다.

상기 출력부(63)는 상기 태양전지판(10)을 통해 발생한 전력 중 현재 수요자가 직접 사용한 전력량을 표시하는 소비량출력부(63a)와, 상기 태양전지판(10)을 통해 생성된 전력을 사용한 후 남은 전력을 상용전력으로 전송할 때 전송되는 전력량을 표시하는 송전량출력부(63b)를 포함하여 이루어진다.

상기 저장부(65)는 상기 전동기(51)에서 검출된 전력량을 상기 출력부(63)로 표시하되 일별 및 월별로 전력사용량의 데이터를 각각 저장한다. 즉, 상기 저장부(65)는 지속적으로 이동되는 전력량의 누적수치를 검출하여 상기 출력부(63)에 표시하되 하루가 경과했을 때의 누적수치를 검출하여 일별 전력사용량을 저장하고, 한 달이 경과했을 때의 누적수치를 검출하여 월별 전력사용량을 저장한다.

상기 저장부(65)는 전원이 끊어져 에너지 공급이 중단되어도 저장된 기억내용이 유실되지 않고 보존할 수 있는 비휘발성 메모리를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 제어회로부(67)는 상기 데이터전환부(61) 및 저장부(65)로부터 획득한 데이터를 외부의 조작명령에 의해 상기 출력부(63)에 표시하도록 구성 간을 상호연결한다.

상기 전력계수기(60)는 상기 임피던스 매칭부(55)와 상호 간에 연결되어 상용으로 전송되는 전력량을 디지털데이터로 저장 및 전송하여 전력량을 외부로 표시하도록 형성된다.

상기 임피던스 매칭부(55)는 상기 적산전력계(50)의 내부에서 회로로 형성된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 임피던스 매칭부(55)는 상기 태양전지판(10)을 통해 생성된 전력 중 충분히 사용한 후의 남은 잉여전력을 상용전력계통으로 전송할 때, 상용으로 전송되는 전력량을 정확하게 측정할 수 있도록 한다.

상기 임피던스 매칭부(55)는 상기 태양전지판(10)에서 생성되어 공급되는 전압의 크기에 맞게 권선비를 조절하는 매칭회로(57)를 포함하여 이루어진다.

상기 매칭회로(57)는 상기 전력변환부(40)를 거쳐 공급되는 전압의 비율이 동일하게 유지되도록 하는 격리용변압기(59)를 포함하여 이루어진다.

상기 격리용변압기(59)는 상기 전력변환부(40)를 통해 교류 220Ｖ로 승합된 후 공급되는 전압을 기준으로 전압의 권선비를 1:1로 공급하도록 조절한다.

상기 매칭회로(57)는 정계효과트랜지스터(FET) 정합회로로 구성되는 것으로서, 상기 매칭회로(57)의 회로구조는 도 8을 참조한다.

상기와 같이, 태양전지판(10)에 조사되는 태양광으로 전기에너지를 생성하게 되면, 태양전지판(10)이 설치된 수요자의 전력원으로 공급사용하거나 남은 잉여전력은 전력회사로 전송하여 상용할 수 있도록 하되 수요자가 사용한 전력뿐만 아니라 전력회사로 전송한 전력량을 출력부(63) 상에 각각 표시하여 수요자가 직접확인할 수 있게 된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 태양전지판(10)을 통해 생성된 전력은 충전컨트롤러(20)를 거쳐 충전부(30)에 축적되고, 충전부(30)에 충전된 전력의 일부는 직류전기제품의 직류부하로 직접 공급되어 사용됨과 동시에 일부는 전력변환부(40)를 통해 직류전력을 교류전력으로 전환한 후 교류전기제품의 교류부하로 사용하되 그 사용량은 적산전력계(50)에서 전력이동량을 산정하여 수요자가 직접 확인할 수 있도록 출력부(63)(소비량출력부(63a)) 상에 표시한다. 또한, 수요자가 충전된 전력을 충분히 사용한 후 남은 잉여전력은 전력회사로 전송하는데, 적산전력계(50)의 임피던스 매칭부(55)를 통해 전력회사로 전송한 전력량을 정확하게 산정하여 별도의 출력부(63)(송전량출력부(63b))에 표시하므로, 태양전지판(10)을 통해 생성된 전력에 대해 수요자가 사용한 전력량과 함께 전력회사로 송전한 전력량까지 수요자가 직접확인할 수 있게 된다.

즉, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템에 의하면, 태양전지판에서 태양광발전을 통해 생성된 전력을 충분히 사용한 후 충전된 남은 잉여전력을 전력회사로 전송하되 전력사용량 및 전력회사로부터 공급받아 사용한 전력량과 함께 전력회사로 전송한 전력송전량도 각각 별도로 출력표시함에 따라, 태양전지판에서 생성된 전력의 사용량 및 전력회사로부터 전력을 받아 사용한 전력량과 태양전지판에서 생성된 전력을 전력회사로 송전한 전력량을 각각 구체적으로 확인할 수 있어 전력전송의 송전량에 대해 전력회사로부터 받게 되는 비용의 손실을 최소화하는 것이 가능하다.

뿐만 아니라, 전력회사로 전력을 전송하는 과정 중 적산전력계에서 전송량을 계량할 때 이동되는 전압 및 전류의 비가 균일하게 이루어질 수 있는 최적의 정합을 갖는 회로구조로 구성되어 정확한 전력 전송량을 측정하므로 전력전송에 대한 손실을 최소화하는 것이 가능하다.

또한, 전력을 수요자가 사용한 부하량과 전력을 생산하여 전력회사로 전송하는 송전량을 계량하여 측정하는데 일체화된 기기의 구성을 이룸으로, 제작에 따른 설비비용을 최소화하고, 설치할 설비공간이 줄어 공간적인 제약을 받지 않도록 하는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

10 : 태양전지판 20 : 충전컨트롤러 21 : 블로킹다이오드
23 : 과충전방지회로 25 : 과방전방지회로 30 : 충전부
40 : 전력변환부 41 : 인버터 42 : 게이트칩
43 : 트랜지스터 45 : 변압기 47 : 제어장치부
49 : 안전장치부 49a : 스피커 49b : 경보등
50 : 적산전력계 51 : 전동기 55 : 임피던스 매칭부
57 : 매칭회로 59 : 격리용변압기 60 : 전력계수기
61 : 데이터전환부 63 : 출력부 63a : 소비량출력부
63b : 송전량출력부 65 : 저장부 67 : 제어회로부

Claims

태양 빛의 에너지를 흡수하여 전기에너지로 바꾸는 태양전지판과;
상기 태양전지판에서 변환된 전기에너지를 모아 축적하고 입력신호에 따라 전력을 공급하는 충전부와;
상기 충전부에 전기적으로 연결되고 상기 충전부로부터 공급되는 전력의 전압 및 주파수를 사용가능하도록 바꾸는 전력변환부와;
상기 전력변환부로부터 전기적으로 연결되어 전력을 공급받는 동력원의 사이에 위치하고 회로를 거쳐 통과된 전력이 흐른 시간 동안의 사용한 전력량을 측정하면서 기록하는 적산전력계;를 포함하고,
상기 적산전력계는 상기 태양전지판을 통해 생성된 전력 중 충분히 사용한 후의 남은 잉여전력을 상용전력계통으로 전송할 때, 상용으로 전송되는 전력량을 정확하게 측정하는 임피던스 매칭부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 태양전지판과 상기 충전부의 사이에 위치하고 상기 태양전지판에서 공급되는 전기에너지를 상기 충전부에서 정상적으로 축적할 수 있도록 형성되는 충전컨트롤러를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 충전컨트롤러는, 상기 태양전지판에 태양 빛이 비추지 않을 때 상기 충전부에서 상기 태양전지판을 향해 역방향으로 전류가 흐르지 못하도록 방지하는 블로킹다이오드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 충전컨트롤러는, 상기 태양전지판에서 생성된 전기에너지가 상기 충전부에 전달되어 축전전압 양이 일정전압에 도달하면 전류의 흐름을 차단하도록 형성되는 과충전방지회로와,
상기 충전부에서 축전한 전압을 사용하던 중 상기 충전부의 전압이 설정된 최저전압량 이하로 떨어지면 공급하던 전류 흐름을 차단하는 과방전방지회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 과충전방지회로는, 트랜지스터로 구성되는 슈미트트리거회로가 형성된 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 과방전방지회로는, 상기 태양전지판으로부터 입력되는 전압을 기준설정된 전압에 비교하여 회로를 제어하는 연산증폭기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력변환부는, 상기 태양전지판에 흡수되어 전기에너지로 생성된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 변환된 교류전압을 승압시켜 공급하는 변압기를 포함하고,
상기 인버터는 5Ｖ의 구형파를 발생시키는 게이트칩과, 상기 게이트칩에서 생성된 구형파를 12Ｖ의 정형파로 만들어 상기 변압기에 연결하는 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력변환부는, 에너지원인 태양 빛이 접촉되면 작동하고 계속해서 접촉되던 태양 빛이 설정된 시간만큼 접촉이 없으면 작동을 멈추는 자동 운전 및 정지기능과, 상기 태양전지판에 태양 빛이 접촉되는 한쪽 면의 온도변화 및 일사강도의 변화로부터 최대 출력 동작점을 추적하는 기능을 갖는 제어장치부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전력변환부는, 전반적인 기능을 통해 작동하는 구성에 연결되어 내부회로의 제어고장 및 제어결함이 있을 때에 보호하거나 외부로 알리는 안전장치부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 적산전력계는, 상기 회로에 흐르는 전류의 양만큼 동일하게 회전자를 회전시키는 전동기와, 상기 전동기의 회전자에 연결되고 상기 회전자의 회전수로부터 상기 회로가 운반한 전력의 양을 측정하는 전력계수기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 전력계수기는, 상기 전동기의 회전자를 통해 검출된 전력량의 데이터를 디지털형태로 바꾸는 데이터전환부와, 상기 데이터전환부에서 변환된 전력량을 외부에 실시간으로 표시하는 출력부와, 상기 전동기에서 검출된 전력량을 상기 출력부로 표시하되 일별 및 월별로 전력사용량의 데이터를 각각 저장하는 저장부와, 상기 데이터전환부 및 저장부로부터 획득한 데이터를 외부의 조작명령에 의해 상기 출력부에 표시하도록 구성 간을 상호연결하는 제어회로부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 전력계수기는, 상기 임피던스 매칭부와 상호 간에 연결되어 상용으로 전송되는 전력량을 디지털데이터로 저장 및 전송하여 전력량을 외부로 표시하도록 형성된 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 출력부는, 상기 태양전지판을 통해 발생한 전력 중 현재 사용한 전력량을 표시하는 소비량출력부와, 상기 태양전지판을 통해 생성된 전력을 사용한 후 남은 전력을 상용전력으로 전송할 때 전송되는 전력량을 표시하는 송전량출력부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는, 상기 태양전지판에서 생성되어 공급되는 전압의 크기에 맞게 권선비를 조절하는 매칭회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 매칭회로는, 상기 전력변환부를 통해 교류 220Ｖ로 승합된 후 공급되는 전압을 기준으로 전압의 권선비를 1:1로 공급하는 격리용변압기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 매칭회로는, 정계효과트랜지스터(FET) 정합회로인 것을 특징으로 하는 태양광발전의 정량전송을 위한 디지털 적산전력계의 매칭시스템.