KR101167971B1 - 복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시스템을 제어하는 MCU; 상기 MCU와 연결되며 MCU의 제어에 따라 입/출력 전기를 변경해주는 릴레이 컨트롤러; 태양광을 이용하여 발전을 하는 태양광 발전장치; 일반적인 상용전원을 입력해주는 GRID; DC를 사용하여 빛을 발광하는 LED 조명; 상기 릴레이 컨트롤러와 LED 조명 사이에 설치되며 상기 LED 조명을 구동하는 구동용 드라이버; 상기 릴레이 컨트롤러를 통하여 나오는 AC를 DC로 변환시켜주는 AC/DC 변환용 SMPS; 상기 릴레이 컨트롤러와 일반부하 사이에 연결되며 릴레이 컨트롤러를 통하여 입력되는 DC를 AC로 변환해주는 인버터를 포함하여 구성되어 전력공급자와 정보를 실시간으로 주고 받아 낮 시간대 전력 피크가 발생 하거나 실시간으로 요금이 변동 하여 전기에너지의 가격이 높아 지면 태양광 발전을 이용한 전기에너지 또는 베터리에 저장된 전기에너지를 사용하도록 하여 비싼 요금의 전기에너지를 사용하지 않아 비용을 절감할 수 있도록 하는 복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법에 관한 것이다.

Description

복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법{Controlling method of complex style solar developmental controller}
본 발명은 태양발전 컨트롤러의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공동주택에 적용되는 태양광 발전을 이용한 스마트 그리드 시스템과 LED 전등의 전류 소모량을 제어하여 배터리 사용시간을 늘려주는 태양광 발전 컨트롤러의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기사용은 밤에 비해 낮 시간대의 사용량이 많은 편이다.
하지만 지금까지의 발전 설비는 모두 낮 시간대의 사용량을 고려하여 건설 되어 왔으며 낮 시간때의 전기의 사용량이 점차 증가하고 있으며 전력피크가 발생하면 전력 감당을 위해 발전 설비를 증설할 수 밖에 없으며 발전설비의 증설을 줄이고자 전력 피크 시간대에 전기 사용요금을 높게 책정할 수 밖에 없는 상황이다.
또한, 발전설비의 증설에 따른 CO2 방출량이 증가하여 대기오염의 영향이 있는 문제점이 있다.
또한, 기존 태양광 발전은 낮 시간대에 수동적인 발전이 이루어지며 만약 문제가 발생 되었을 때 발전을 전혀 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 전력공급자와 정보를 실시간으로 주고 받아 낮 시간대 전력 피크가 발생 하거나 실시간으로 요금이 변동 하여 전기에너지의 가격이 높아 지면 태양광 발전을 이용한 전기에너지 또는 베터리에 저장된 전기에너지를 사용하도록 하여 비싼 요금의 전기에너지를 사용하지 않아 비용을 절감할 수 있도록 하는 복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시스템을 제어하는 MCU; 상기 MCU와 연결되며 MCU의 제어에 따라 입/출력 전기를 변경해주는 릴레이 컨트롤러; 태양광을 이용하여 발전을 하는 태양광 발전장치; 일반적인 상용전원을 입력해주는 GRID; DC를 사용하여 빛을 발광하는 LED 조명; 상기 릴레이 컨트롤러와 LED 조명 사이에 설치되며 상기 LED 조명을 구동하는 구동용 드라이버; 상기 릴레이 컨트롤러를 통하여 나오는 AC를 DC로 변환시켜주는 AC/DC 변환용 SMPS; 상기 릴레이 컨트롤러와 일반부하 사이에 연결되며 릴레이 컨트롤러를 통하여 입력되는 DC를 AC로 변환해주는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 태양광 발전장치의 전력 또는 상용전원을 이용하여 전력을 충전하는 충전 배터리; 상기 충전 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충방전 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 MCU와 연결되며 전력공급자와의 통신을 위한 PLC 네트워크 모듈과; MCU와 연결되며 PLC 네트워크 모듈을 통한 정보를 사용하여 전기 발전 상태와 사용 상태를 나타내는 모니터링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 태양광 발전장치를 사용하여 전력을 생산하고, 이를 이용하여 일반부하 및 조명부하에 전력을 공급하여 사용함으로써 전력의 소비를 줄일 수 있다.
또한, 배터리를 사용하여 잉여 생산 전력을 배터리에 충전하거나, 전기요금이 저렴한 시간대의 전력을 사용하여 배터리를 충전하고 충전된 배터리의 전력을 전력이 많이 사용되는 시간에 사용함으로써 전력의 사용이 집중되는 것을 막아 전력부하를 분산시켜줄 수 있으며, 전기요금이 비싼 시간대에 상용전원의 사용을 줄임으로써 전기요금을 절약할 수 있도록 하는 이점이 있다.
또한, 신재생에너지를 이용하여 최대한 상용전원 소모를 줄이고 또한 전력피크 시간대에 전력부하를 분산하여 크게는 발전소 건설돠 CO2 배출을 줄여주며 작게는 세대의 전기사용요금을 줄여줄 수 있는 이점이 있는 아주 유용한 발명인 것이다.
도 1 은 본 발명인 복합형 태양발전 컨트롤러의 전체 회로 구성을 나타낸 블럭도,
도 2 는 본 발명인 복합형 태양발전 컨트롤러의 동작 흐름을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명은 시스템을 제어하는 MCU(110)와, 상기 MCU(110)와 연결되며 MCU(110)의 제어에 따라 입/출력 전기를 변경해주는 릴레이 컨트롤러(120)와, 태양광을 이용하여 발전을 하는 태양광 발전장치(200)와, 일반적인 상용전원을 입력해주는 GRID(300); DC를 사용하여 빛을 발광하는 LED 조명(600); 상기 릴레이 컨트롤러(120)와 LED 조명(600) 사이에 설치되며 상기 LED 조명을 구동하는 LED 구동용 드라이버와(160), 상기 릴레이 컨트롤러를 통하여 나오는 AC를 DC로 변환시켜주는 AC/DC 변환용 SMPS(161)와, 상기 릴레이 컨트롤러(120)와 일반부하(700) 사이에 연결되며 릴레이 컨트롤러를 통하여 입력되는 DC를 AC로 변환해주는 인버터(710)를 포함하여 구성된다.
상기 MCU(110)는 시스템을 전체적으로 제어하며, 릴레이 컨트롤러(120)를 제어하여 태양광 발전장치(200)로부터 발전되는 전력과 상용전력을 선택적으로 LED 조명(600) 및 일반부하(700)로 공급할 수 있도록 컨트롤 한다. 즉, 태양광 발전장치(200)가 동작하고 있는 경우에는 태양광을 통해 발전되는 전력을 사용하여 LED 조명(600) 및 일반부하(700)로 공급하고, 태양광 발전장치(200)가 동작하지 않는 경우에는 상용전원으로 전환하여 전력을 사용할 수 있도록 하는 것이다.
상기 릴레이 컨트롤러(120)는 MCU(110)의 제어에 따라 전력을 공급해야 하는 조명장치(600) 및 일반부하(700)로 공급되는 전력을 선택하여 공급하도록 하는 것으로, 태양광 발전장치(200)에 의하여 생산되는 전력을 우선적으로 사용하며, 태양광 발전장치(200)가 동작하지 않거나 전력이 약한 경우에는 상용전원으로 전환하여 조명 및 일반부하에 전원을 공급할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상기 태양광 발전장치(200)의 전력 또는 상용전원을 이용하여 전력을 충전하는 충전 배터리(400)와, 상기 충전 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충방전 제어기(140)를 더 포함하여 구성함으로써 본 발명을 좀 더 효율적으로 동작할 수 있도록 한다.
상기 충전 배터리(400)는 릴레이 컨트롤러(120)와 연결되며, 상기 충전 배터리(400)와 릴레이 컨트롤러(120)의 사이에 배터리 충방전 제어기(140)를 설치하여 배터리의 관리를 할 수 있도록 한다.
상기 충전배터리(400)는 태양광 발전장치(200)에 의해 생산되는 전력을 충전하며, 태양광 발전장치(200)에 의한 충전이 충분하지 않는 경우에는 GRID(300)를 통하여 공급되는 상용전원을 이용하여 전력 피크 이외나 전기 요금이 저렴한 시간대를 이용하여 배터리(400)를 충전 하도록 하여 전력 피크시점을 대비하도록 한다.
한편, MCU(110)에서 배터리의 전압을 측정하여 미리 입력된 배터리 과충전 상태가 가까워 지면 배터리 충방전 제어기(140)를 주기적으로 ON/OFF 시켜 부분적으로 충전시키거나 과충전 위험 상태가 가까워지면 충전회로를 완전히 정지 시키고 충전을 중지시켜 배터리(400)의 과충전을 방지한다.
상기와 같이 배터리(400)에 충전된 전력은 전력피크 시점에 태양광 발전이 문제가 발생하였을 경우 사용할 수 있도록 한다.
상기 LED 구동용 드라이버(160)은 LED 조명(600)의 조도를 조정할 수 있도록 하는 것으로, MCU(110)를 통하여 조도를 조절함으로써 전력을 절약하고 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
또한, 상기 MCU(110)는 배터리 충방전 제어기(140)에서 제공되는 배터리(400)의 전압을 모니터링 하고 있다가 설치시 설정되어 있는 용량(약 80%~50%)이 되었을 때 자동적으로 LED 구동용 드라이버(160)를 통해 LED의 밝기를 주파수 제어를 이용하여 전력 소모를 제어하여 불필요한 전력 소모를 줄이게 함과 동시에 베터리(400)의 동작시간을 늘려줌으로써 그만큼의 시간에 소모되는 전력을 절감할 수 있도록 한다.
한편, 상기 MCU(110)와 연결되며 전력공급자와의 통신을 위한 PLC 네트워크 모듈(130)과, MCU(110)와 연결되며 PLC 네트워크 모듈(130)을 통한 정보를 사용하여 전기 발전 상태와 사용 상태를 나타내는 모니터링 시스템(500)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 모니터링 시스템(500)은 릴레이 컨트롤러(120)를 통하여 공급되는 전력의 종류, 즉 태양광 발전장치(200)를 통한 전력의 공급인지 상용전원을 통한 전력의 공급인지를 모니터링 하고, 전력의 피크 사용시간대를 모니터링 할 수 있는 것이다. 전력의 피크 사용시간대는 PLC 네트워크 모듈(130)을 통하여 전력이 많이 사용되는지 적게 사용되는지를 판별하고 이에 대한 정보를 MCU(110)로 전송한다.
상기 정보를 전송받은 MCU(110)는 이를 모니터링 시스템(500)을 통하여 디스플레이하며 사용자는 이를 통하여 전력의 사용량 및 사용되는 전력의 종류 및 사용전력량을 판단할 수 있도록 한다.
이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
기본적으로 본 발명은 상용전원(300)을 사용하여 모든 부하에 공급하며 전력공급자와 PLC 네트워크 모듈(130)을 통하여 정보를 상시 주고 받는다.
정보를 주고 받다가 전력 피크 시간대 또는 실시간 요금이 비싸질 경우 MCU(110)에서 판단하여 릴레이 컨트롤러(120)를 이용해 태양광 발전장치(200)를 이용하여 생산된 전력을 공급할 수 있도록 절체 하여준다.
태양광 발전장치(200)로 발전된 DC전기 에너지를 일반부하(700)에 공급하기 위해 릴레이 컨트롤러(120)을 거쳐 인버터(710)에서 AC로 변환하여 전원을 공급해주며, 조명부하(600)에 전기를 공급하기 위해서 LED 구동용 드라이버(160)를 통해 동일하게 DC전기를 공급하여 준다
태양광 발전장치(200)로 발전된 전기에너지의 잉여 전력은 배터리 충방전 제어기(140)를 통하여 배터리(400)에 저장된다.
이때, MCU(110)에서 배터리의 전압을 측정하여 미리 입력된 배터리 과충전 상태가 가까워 지면 배터리 충방전 제어기(140)를 주기적으로 ON/OFF 시켜 부분적으로 충전 시키거나 과충전 위험 상태가 가까워지면 충전회로를 완전히 정지 시키고 충전을 중지 시킨다.
배터리(400)에 충전된 전력은 전력피크 시점에 태양광 발전이 문제가 발생하였을 경우 사용할 수 있도록 한다. 이때, MCU(110)는 배터리 충방전 제어기(140)에서 제공되는 배터리(400)의 전압을 모니터링 하고 있다가 설치시 설정되어 있는 용량(약 80%~50%)이 되었을 때 자동적으로 LED 구동용 드라이버(160)를 통해 LED의 밝기를 주파수 제어를 이용하여 전력 소모를 제어하여 불필요한 전력 소모를 줄이게 함과 동시에 배터리(10)의 동작시간을 늘려줌으로써 그만큼의 시간에 소모되는 전력을 절감할 수 있다.
또한 태양광 발전으로 배터리 충전이 충분치 않을 경우 또는 태양광발전에 문제가 발생되었을 경우에 상용전원(300)을 이용하여 전력 피크 이외의 시간이나 전기 요금이 저렴한 시간대를 이용하여 배터리(400)를 충전 하도록 하여 전력 피크시점을 대비하도록 한다.
또한, 배터리가 방전되고 태양광 발전장치(200)가 동작하지 않는 경우는 평상시처럼 상용전원을 이용하여 모든 부하에 전원을 공급할 수 있다. 이때 일반부하에는 AC 전기에너지를 공급하며, DC전기를 사용하는 조명부하는 AC/DC 변환용 SMPS(161)를 사용하여 DC로 전환 후 공급하여 동작시키게 된다.
한편, 상기와 같은 모든 동작은 모니터링 시스템(30)을 이용해 전체적인 시스템 사용을 모니터링 하여 사용자가 전기 사용량과 전기 사용요금이 절약된 내용을 손쉽게 볼 수 있도록 한다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
(100): 태양발전 컨트롤러 (110): MCU
(120): 릴레이 컨트롤러 (130): PLC 네트워크 모듈
(140): 배터리 충방전 제어기 (160): LED 구동용 드라이버
(161): AC/DC 변환용 SMPS (200): 태양광 발전장치
(300): 상용전원(GRID) (400): 배터리
(500): 모니터링 시스템 (600): 조명부하(LED)
(700): 일반부하 (710): 인버터

Claims (3)

  1. 시스템을 제어하는 MCU와, 상기 MCU와 연결되며 MCU의 제어에 따라 입/출력 전기를 변경해주는 릴레이 컨트롤러와, 태양광을 이용하여 발전을 하는 태양광 발전장치와, 일반적인 상용전원을 입력해주는 GRID와, DC를 사용하여 빛을 발광하는 LED 조명과, 상기 릴레이 컨트롤러와 LED 조명 사이에 설치되며 상기 LED 조명을 구동하는 구동용 드라이버와, 상기 릴레이 컨트롤러를 통하여 나오는 AC를 DC로 변환시켜주는 AC/DC 변환용 SMPS와, 상기 릴레이 컨트롤러와 일반부하 사이에 연결되며 릴레이 컨트롤러를 통하여 입력되는 DC를 AC로 변환해주는 인버터와, 상기 태양광 발전장치의 전력 또는 상용전원을 이용하여 전력을 충전하는 충전 배터리와, 상기 충전 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 충방전 제어기와, 상기 MCU와 연결되며 전력공급자와의 통신을 위한 PLC 네트워크 모듈과, MCU와 연결되며 PLC 네트워크 모듈을 통한 정보를 사용하여 전기 발전 상태와 사용 상태를 나타내는 모니터링 시스템으로 구성된 복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법에 있어서,
    상기 MCU가 상용전원을 모든 부하에 공급하며 상기 전력공급자와 상기 PLC 네트워크 모듈을 통하여 정보를 상시 주고 받는 제1단계;
    상기 MCU가 상기 전력공급자와 정보를 주고 받다가 전력 피크 시간대 또는 실시간 요금이 비싸다고 판단한 경우, 상기 릴레이 컨트롤러를 제어하여 상기 태양광 발전장치가 생산된 전력이 모든 부하에 공급되도록 하는 제2단계;
    상기 태양광 발전장치로 발전된 DC전기 에너지를 일반부하에 공급하기 위해 상기 릴레이 컨트롤러을 거쳐 상기 인버터에서 AC로 변환하여 전원을 공급해주며, 상기 LED 조명에 전기를 공급하기 위해서 상기 구동용 드라이버를 통해 동일하게 DC전기를 공급하는 제3단계;
    상기 태양광 발전장치로 발전된 전기에너지의 잉여 전력이 상기 배터리 충방전 제어기를 통하여 상기 배터리에 저장되고, 상기 태양광 발전장치로 발전된 전력으로 상기 배터리 충전이 충분치 않을 경우 또는 상기 태양광 발전장치에 문제가 발생되었을 경우에 상용전원을 이용하여 전력 피크 이외의 시간이나 전기 요금이 저렴한 시간대를 이용하여 상기 배터리가 충전되는 제4단계;
    상기 전력 피크 시점에 상기 태양광 발전장치에 문제가 발생하였을 경우 상기 배터리에 충전된 전력이 사용되는 제5단계;및
    상기 모니터링 시스템을 이용해 사용자가 전체적인 시스템 사용을 모니터링 하는 제6단계를 포함하며,
    상기 제4단계에 있어서, 상기 MCU에서 상기 배터리의 전압을 측정하여 미리 입력된 배터리 과충전 상태에 가까워 지면 상기 배터리 충방전 제어기를 주기적으로 ON/OFF 시켜 부분적으로 충전시키거나 과충전 위험 상태가 가까워지면 충전을 정지시키며,
    상기 제5단계에 있어서, 상기 MCU는 상기 배터리 충방전 제어기에서 제공되는 상기 배터리의 전압을 모니터링 하고 있다가 설치시 설정되어 있는 용량이 되었을 때 자동으로 상기 구동용 드라이버를 통해 상기 LED 조명의 밝기를 주파수 제어 또는 상기 배터리의 동작시간을 늘려줌으로써 전력 소모를 제어하는 것을 특징으로 하는 복합형 태양발전 컨트롤러의 제어방법.
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