KR101216704B1 - 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축전지의 방전 경로를 2 중으로 차단하고 계통전원을 선택적으로 이용하며 태양전지로 충전하는 과정에서 방전심도를 적정하게 유지하며 요구되는 축전지 용량을 작게 하여 설치비용 및 유지보수 비용을 대폭 절감하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로 특히, 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 충전하고 제어에 의하여 직류부하에 공급하는 독립형 태양광 가로등 장치에 있어서, 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 공급하여 충전하고 축전지의 잔존용량이 방전 허용 최저전압보다 낮으면 부하와 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하는 충방전제어부와, 충방전제어부의 활성화 제어에 의하여 계통전원의 교류를 직류로 변환하는 직류변환부와, 충방전제어부의 제어에 의하여 축전지와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하고 직류변환부와 연결되도록 공급 경로로 절체하는 릴레이부 및 릴레이부에 접속하고 축전지와 계통전원 중에서 선택되어 인가되는 직류전원에 의하여 가로등으로 동작하는 직류부하를 포함하는 구성에 특징이 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 축전지의 요구 용량을 줄이고, 잔존용량이 부족한 경우에도 가로등의 동작전원을 신속하게 공급하며, 수학식의 연산에 의하여 과충전을 방지하고, 방전 경로를 2 중으로 차단하여 축전지가 과방전하지 않도록 보호하여 축전지의 수명을 연장하며 유지비용과 설치비용을 줄이며 태양광 가로등의 설치를 활성화시키고 축전지의 방전심도를 낮게 설정하여 수명을 연장하는 효과가 있다.

Description

독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법{Apparatuses of grid connecting for standalone solar power streetlight system and operating methods thereof}
본 발명은 독립형 태양광 가로등의 축전지의 방전을 2 중으로 차단하고 축전지와 계통전원 중에서 선택된 전원을 공급하는 것으로 특히, 태양전지를 이용하여 축전지에 충전한 상태에서 방전심도를 적정하게 유지하며 필요한 축전지의 용량을 감소시켜 설치비용 및 유지보수 비용을 대폭 절감하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
지구상에 에너지원으로 사용할 수 있는 자원은 지하 및 바다 등으로부터 얻을 수 있는 제한적인 천연에너지원과 바람, 수력, 태양광 등과 같이 무한하게 사용할 수 있는 무한에너지원, 가공하여 더욱 제어하기 용이하며 큰 에너지로 활용하는 대체에너지자원 등으로 크게 구분하는 것이 일반적이다.
이러한 무한에너지원은 에너지를 확보하는데 별도의 비용이 필요하지 않으나 초기 시설비용이 소요되는 것이 일반적이며 특히, 탄소가스 등과 같은 공해물질을 생산하지 않아 청정 에너지원으로써 각광을 받고 있다.
또한, 계통전원은 매우 안정적인 레벨의 전기를 상업적으로 생산하고 언제나 항상 일정하게 공급하는 전력회사의 전원이다.
태양광, 풍력 등을 이용하는 자체(자가) 발전 시스템은 태양의 광(빛)이 없거나 바람이 없는 등과 같은 비상상황이 계속되는 경우에 대비하여 계통전원을 대체 공급할 수 있으며, 자체발전 시스템에 계통전원을 공급하도록 하는 시스템을 계통연계 시스템(Grid Connected System)이라고 한다.
즉, 계통연계 시스템은 자체발전 시스템이 발전한 전기를 우선적으로 소비하고 자체발전 시스템이 전기를 공급하지 못하는 비상상황의 경우에 상업적인 전력회사의 전기를 선택적으로 공급하여 소비하도록 하는 시스템이다.
본 발명은 태양광을 이용한 자체발전 시스템에 상용전원(이하, ‘계통전원’이라 한다.)을 선택적으로 공급하는 계통전원 연계 시스템에 관한 기술이다.
부조일수는 태양광 발전시스템에서 장마 등에 대비하여 발전을 할 수 없는 경우, 축전지(chargeable battery)에 축전된 전기를 공급하도록 하는 대기일자이다. 즉, 부조일수를 길게 설정하면 축전지의 용량을 크게 구비하여야 하고, 부조일수를 작게 설정하면 축전지의 용량을 작게 구비할 수 있다.
가로등(streetlight)은 차도, 인도, 골목길 등에 설치되고 야간 등과 같이 주변 사물의 구분 및 상황판단을 하기 어려운 환경에서 주변 사물을 명료하게 식별하고 상황판단을 명확하게 하는 조명 장치이며, 사고 발생을 방지하거나 예방하는 효과가 있고, 주변이 어두운 시간 동안 지속적으로 조명할 수 있어야 한다.
이러한 가로등 중에서 자체적으로 생성한 전력을 동작전원으로 사용하는 경우에 독립형 가로등이라고 한다.
도 1 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 태양전지(10), 충방전제어부(20), 축전지(30), 부하(40)를 포함하는 구성이다.
태양전지(10)는 다수의 솔라셀(solar-cell)로 이루어지고, 각 솔라셀이 태양 빛에 의하여 발전한 전기를 일 방향으로 출력한다.
각 솔라셀은 제조사의 규격에 의하여 단위 면적당 출력하는 전압(V)과 전류(I)의 크기에 차이가 있을 수 있으며, 시간에 따라 변하는 태양 빛의 세기와 방향에 의하여 출력하는 전압과 전류의 세기가 변한다.
그러므로 필요한 크기의 전압과 전류가 되도록 다수의 솔라셀을 직렬과 병렬로 연결한다.
여기서 태양 빛이 가장 강한 시간대와 가장 약한 시간대를 제외하고, 중간 정도 세기의 태양 빛에서 출력되는 전원을 기준으로 필요한 크기의 전압 및 전류가 되도록 설계하고 구성하는 것이 일반적이다.
충방전제어부(20)는 태양전지(10)로부터 허용 레벨 이상과 이하의 직류 전원이 출력되면 축전지(30) 및 부하(40)와의 경로를 차단하고 허용 레벨에 포함되는 범위의 직류 전원이 출력되는 경우에만 경로를 연결하므로 축전지(30)와 부하(40)를 보호한다.
또한, 충방전제어부(20)는 태양전지(10)로부터 발전된 직류 전원이 출력되지 않을 경우에는 태양전지(10)와의 경로를 차단하고 부하(40)와의 경로만을 연결한다.
그리고 충방전제어부(20)는 축전지(30)가 만충전 상태로 확인하면 과충전을 방지하기 위하여 태양전지(10)와 연결된 경로를 차단하며, 축전지(30)가 허용된 최저 전압까지 방전한 상태이면 부하(40)와 연결된 경로를 차단하여 과방전을 방지한다.
축전지(30)는 충방전제어부(20)의 제어에 의하여 입력된 직류 전원으로 충전하고, 충전된 직류 전원을 방전으로 충방전제어부(20)를 통하여 출력하는 것으로, 허용전압 이상으로 과충전되거나 허용전압 이하로 과방전하는 경우는 내부가 화학적으로 파괴되어 재사용이 불가능한 상태가 된다.
부하(load)(40)는 충방전제어부(20)에 연결되어 태양전지(10) 또는 축전지(30)로부터 공급되는 직류 전원에 의하여 동작하는 가로등(street-light)의 전등(electric-lamp)이다.
도 2 는 종래 기술의 다른 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 태양전지(10), 충방전제어부(20), 축전지(30), 교류변환부(50), 부하(45)를 포함하는 구성이다.
태양전지(10), 충방전제어부(20) 및 축전지(30)는 도 1 의 구성설명과 동일하고 부재번호도 동일하게 부여되었으므로 중복설명하지 않기로 한다.
교류변환부(50)는 충방전제어부(20)로부터 인가되는 직류(DC) 전원을 교류(AC) 전원으로 변환하여 출력한다. 이러한 교류전원의 전압은 100 볼트 내지 240 볼트 범위에서 선택된 일반적인 계통전원에 의한 전압으로 변환하여 출력한다.
부하(45)는 교류변환부(50)로부터 공급되는 교류 전원에 의하여 동작하는 가로등(street-light)과 같은 전등(electric-lamp)이다.
도 3 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 운용방법에 대한 순서도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 충방전제어부에 의하여 감시중인 태양전지가 충전 또는 동작전원으로 사용하기 위한 허용된 최소 레벨 이상의 전압을 발전하고 있는지 확인한다(S100).
태양전지가 발전하고 있는 것으로 확인하면, 축전지가 과충전상태인지 또는 아닌지를 확인하고(S110), 과충전상태가 아니면 축전지에 충전전원을 공급한다(S120).
충방전제어부는 부하에 직류전원을 공급하여야 하는지를 확인하고(S130), 직류전원 대신에 교류전원을 공급하여야 하는 경우에는 교류변환기를 구동하여 직류를 교류로 변환한다(S140).
충방전제어부는 부하에 해당하는 가로등에 직류전원 또는 변환된 교류전원을 공급한다(S150).
한편, 충방전제어부에 의하여 태양전지가 발전하지 않는 것으로 확인되면, 부하를 구동하는지 확인하고(S160), 부하를 구동하는 경우에는 축전지가 과방전상태인지를 확인하며(S170), 과방전상태이면 종료로 진행하여 부하에 동작 전원을 공급하지 아니하고, 과방전상태가 아니면 상기 직류전원을 공급하는지 여부를 확인하는 과정(S130)으로 진행한다.
따라서 종래 기술은 축전지의 과방전상태에서 부하에 동작전원을 공급하지 못하여 가로등을 점등하지 못하는 문제가 있었다.
도 4 는 종래 기술의 일례에 의한 것으로 축전지의 충전 및 방전에 의한 전압 상태 설명도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 태양 빛이 존재하는 낮 시간에는 태양전지가 발전하여 축전지를 충전하므로 청색 라인의 축전지 전압곡선이 시간이 경과 함에 따라 올라가는 상태로 도시되어 있다. 낮 시간에 태양이 빛을 비추는 것을 일반적인 조건으로 하였을 때, 흘러가는 구름 등에 의하여 태양전지의 발전량은 적색 라인과 같이 불연속적으로 변하지만 부하인 가로등은 동작하지 않고 충전을 계속하므로 축전지의 내부전압은 지속적으로 상승하는 곡선을 나타낸다.
이때, 축전지의 충전상태는 아래의 수식이 적용된다.
[수식]
V = Vo + β(T-20)
여기서 Vo ; 섭씨 20 도 기준의 충전전압
β ; 온도 보상 계수
T ; 축전지 온도
태양이 일몰한 이후의 시간에 가로등을 동작시키면 축전지는 방전을 통하여 충전된 전력을 부하에 공급하므로 내부전압이 계속 떨어지며, 설정된 방전심도에 의하여 축전지의 잔존용량이 허용된 최저 전압에 도달하면 축전지의 보호를 위하여 부하에 전력 공급을 차단하므로 가로등은 더 이상 동작하지 못한다.
이러한 종래 기술은 일몰 시간 동안 부하가 충분히 동작하도록 하기 위하여 축전지의 용량을 크게 하여야 하므로 설치 및 유지보수 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.
또한, 방전심도를 늘리는 경우 축전지의 수명을 단축시키는 문제가 있으며, 방전심도를 늘리는 경우에도 축전지의 용량을 늘려야 하는 문제가 여전히 남아 있다.
그러므로 축전지의 잔존용량이 부족한 경우에도 반드시 동작하여야 하는 가로등을 정상 동작시키고 축전지의 용량을 작게 유지하여 가로등의 설치 및 유지보수 비용을 줄이는 기술을 개발할 필요가 있다.
본 발명은 독립형 가로등에 동작전원을 공급하는 축전지의 잔존용량이 부족한 경우에 계통전원을 대체하여 공급하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명은 동작전원을 공급하는 축전지의 잔존용량이 부족한 경우, 방전 경로를 2 중으로 차단하여 축전지가 과방전하지 않도록 보호하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명은 독립형 가로등의 축전지에 대한 요구 용량을 줄이면서 방전심도를 낮게 설정하여 설치 및 유지보수 비용을 줄이는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 충전하고 해당 제어에 의하여 직류부하에 공급하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 있어서, 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 공급하여 충전하고 축전지의 잔존용량이 방전 허용 최저전압보다 낮으면 부하와 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하는 충방전제어부와, 충방전제어부와 상용의 교류를 공급하는 계통전원 사이에 연결되고 충방전제어부의 활성화 제어에 의하여 계통전원의 교류를 직류로 변환하는 직류변환부와, 충방전제어부의 제어에 의하여 축전지와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하고 상기 직류변환부와 연결되도록 공급 경로로 절체하는 릴레이부 및 릴레이부에 접속하고 축전지와 계통전원 중에서 선택되어 인가되는 직류전원에 의하여 가로등으로 동작하는 직류부하를 포함하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템을 제시한다.
바람직하게, 충방전제어부는 아래의 수학식을 적용하여 축전지를 만충전상태로 제어하는 구성으로 이루어진다.
[수학식]
V = Vo + αI +β(T-20)
Vo = xCa
단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
α ; 충전율 보상계수
I ; 충전전류
β ; 온도 보상계수
T ; 축전지의 내부 온도
x ; 충전계수
Ca ; 축전지의 충전 용량
그리고 충방전제어부는, 축전지의 검출된 내부 온도를 입력하는 구성으로 이루어진다.
여기서 축전지의 만충전 상태 전압은 14.0 내지 14.4 볼트이고, 기준 충전전압은 섭씨 20 도에서 12 내지 15 볼트의 범위이며, 충전율 보상계수는 0.1 내지 0.5 의 범위이고, 온도 보상계수는 0.01 내지 0.03의 범위이며, 충전계수는 0.2 내지 3.0의 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어진다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 태양전지, 충방전제어부, 축전지, 릴레이부, 계통전원, 직류변환부, 직류부하를 포함하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법에 있어서, 충방전제어부에 의하여 태양전지가 전기를 발전하는 경우 축전지가 과충전상태인지 확인하고 과충전상태가 아니면 축전지에 공급하여 만충전상태로 충전하는 제 1 과정과, 충방전제어부에 의하여 직류부하를 구동하는 것으로 확인하면 축전지가 과방전상태인지를 확인하는 제 2 과정과, 축전지가 과방전상태이면 릴레이부를 제어하여 직류부하와 축전지가 연결된 방전 경로를 2 중으로 차단하고 계통전원과의 경로를 연결하며 계통전원의 교류를 직류로 변환하는 제 3 과정 및 직류부하에 직류전원을 공급하여 구동하는 제 4 과정을 포함하여 이루어지는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법을 제시한다.
바람직하게, 충방전제어부는 축전지의 측정된 내부 온도를 입력하고 주어진 파라미터와 해당 수학식으로 연산하여 만충전상태로 충전을 제어하며, 릴레이부는 충방전제어부의 제어에 의하여 축전지의 방전경로를 2 중으로 차단하고 계통전원에 연결된 직류변환부와 직류부하와의 경로로 절체하여 연결한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 충전하고 해당 제어에 의하여 교류부하에 공급하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 있어서, 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 공급하여 충전하고 축전지의 잔존용량이 방전 허용 최저전압보다 낮으면 부하와 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하는 충방전제어부와, 충방전제어부로부터 인가되는 직류를 계통전원의 상용 교류와 같이 변환하는 교류변환부와, 교류변환부에 접속하고 충방전제어부의 제어에 의하여 교류변환부와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하고 계통전원과 연결되도록 경로를 절체하는 릴레이부 및 릴레이부에 접속하고 인가된 교류의 전원에 의하여 가로등으로 동작하는 교류부하를 포함하여 이루어지는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템을 제시한다.
여기서 충방전제어부는, 축전지의 과방전상태에서 1 차로 자체 방전 경로를 차단하고 2 차로 릴레이부를 스위칭하여 방전 경로를 차단하며 3 차로 교류변환부를 비활성화 제어하여 방전 경로를 차단하므로 축전지가 과방전하지 않도록 3 중으로 보호하는 구성으로 이루어진다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 태양전지, 충방전제어부, 축전지, 교류변환부, 릴레이부, 계통전원, 직류부하, 교류부하를 포함하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법에 있어서, 충방전제어부에 의하여 태양전지가 전기를 발전하는 경우 축전지가 과충전상태인지 확인하고 과충전상태가 아니면 축전지에 공급하여 만충전상태로 충전하는 제 1 과정과, 충방전제어부에 의하여 교류부하를 구동하는 것으로 확인하면 축전지가 과방전상태인지를 확인하는 제 2 과정과, 축전지가 과방전상태이면 릴레이부를 제어하여 교류부하와 축전지가 연결된 방전경로를 2 중으로 차단하고 계통전원과의 경로를 연결하며, 축전지가 과방전상태가 아니면 축전지의 직류를 교류로 변환하는 제 3 과정 및 직류부하에 직류전원을 공급하여 구동하는 제 4 과정을 포함하여 이루어지는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법을 제시한다.
바람직하게, 충방전제어부는 축전지의 측정된 내부 온도와 주어진 파라미터를 해당 수학식으로 연산하여 만충전상태로 제어하며, 릴레이부는 충방전제어부의 제어에 의하여 축전지의 방전 경로를 2 중으로 차단하고 계통전원과 교류부하의 경로로 절체하여 연결한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 독립형 태양광 가로등에 구비된 축전지의 필요 용량을 줄이고, 축전지의 잔존용량이 부족한 경우에도 가로등의 동작전원을 신속하게 공급하는 사용상 편리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 축전지의 과충전상태를 주어진 수학식의 연산으로 정확하게 제어하므로 과충전을 방지하고 축전지의 수명을 연장하며 유지비용을 줄이는 사용상 편리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 축전지의 방전 경로를 2 중 또는 3 중으로 차단하여 축전지가 과방전하지 않도록 보호하여 수명을 연장하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 독립형 태양광 가로등에서 부조일수에 의하여 요구되는 축전지 설치 용량을 작게 설계할 수 있어 설치비용을 줄이고 태양광 가로등의 설치를 활성화시키는 산업적 이용효과가 있다.
또한, 독립형 가로등에 구비되는 축전지의 방전심도를 낮게 설정할 수 있어 축전지의 사용 수명을 연장하는 사용상 편리한 효과가 있다.
도 1 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 기능 구성도,
도 2 는 종래 기술의 다른 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 기능 구성도,
도 3 은 종래 기술의 일 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 운용방법에 대한 순서도,
도 4 는 종래 기술의 일례에 의한 것으로 축전지의 충전 및 방전에 의한 전압 상태 설명도,
도 5 는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 기능 구성도,
도 6 은 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 운용방법의 순서도,
도 7 은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 기능 구성도,
도 8 은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 운용방법의 순서도,
도 9 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 축전지의 충전 및 방전에 의한 전압 상태 설명도,
그리고
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등에 계통전원을 공급하는 장치의 충방전제어부에 구비된 연결단자의 구성 상태 설명도 이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명과 도면 도시는 생략한다.
축전지(rechargeable battery)는 충전(charging)된 전류를 방전(discharge)에 의하여 공급하고, 방전이 진행됨에 따라 내부전압의 전압강하(voltage drop)가 발생하며, 내부전압이 설정된 최저 전압이 될 때까지 방전하고, 허용된 최저 전압이 되기 전에 다시 충전하며 다시 방전에 의하여 전류를 공급하는 과정이 허용된 횟수 동안 반복하므로 반복 재사용이 가능한 배터리이다.
이러한 축전지를 이(2)차 전지(secondary battery)라 하고 사용되는 전해질 및 양극(+)과 음극(-)으로 사용되는 재료에 의하여 일례로 납(PbO2-Pb), 니켈카드늄(Ni-Cd), 니켈철(Ni-Fe), 니켈아연(Ni-Zn), 산화은-아연(AgO-Zn), 산화은-카드늄(AgO-Cd), 나트륨-황(Na-S), 나트륨-금속염화물(FeCl2-Na), 아연-염소(Br2-Zn), 아연-브롬(Be2-Zn), 알루미늄-공기(O2-Al), 니켈-수소(Ni-MH), 리튬 2 차(고분자-Li) 축전지 등으로 호칭된다.
축전지는 완전 방전하는 경우, 즉 과방전(over-discharge)하면 전기적으로 복구 불가능하게 파괴될 수 있으므로, 축전지의 수명연장을 위하여 내부전압이 설정된 일정한 하한점에 도달하면 재충전을 시켜주거나 충전이 재개될 때까지 더 이상 방전되지 않도록 제어하여야 할 필요가 있다.
또한, 축전지는 과충전(overcharge)하는 경우에도 수명에 나쁜 영향을 미친다. 그러므로 축전지는 만충전 또는 완전충전(full charge)과 방전 허용 최저 전압 상태인 완전방전(full discharge)을 정확하게 검출(측정) 및 필요한 제어를 하는 것이 매우 중요하다.
이와 같이 축전지에 전류를 공급하여 충전하여야 하는 완전방전 시점을 정확하게 확인하는 잔존용량 측정이 매우 중요하며, 완전충전 상태로부터 완전방전 상태 까지를 축전지의 방전심도(DOD: Depth of Discharge)라고 한다.
일반적으로 이러한 방전심도(DOD)는 축전지의 정격용량에 대한 방전 가능 용량을 비율로 표시한다.
즉, 축전지에서 방전 허용 최저 전압을 낮게 설정하는 것이 방전심도(DOD)를 깊게 설정하는 것이고, 방전심도를 깊게 설정하면 방전 시간이 길어지므로 설치된 축전지의 용량을 작게 할 수 있으나 축전지의 수명을 단축시키며, 방전심도를 높게 설정하면 축전지의 용량을 크게 하여야 하므로 설치 및 운용비용이 많이 증가한다.
축전지에서 방전심도를 깊게하는 경우 수명이 급격히 단축되는 이유는 방전 후 충전시에 반응물질이 100 % 모두 환원되지 않는 불변 반응물질이 생성되기 때문이다. 따라서 축전지는 사용환경에 의한 주변 온도와 최적의 방전 허용온도를 잘 선택하고 설정하여야 한다.
축전지의 잔존용량(residual capacity)은 보존 또는 방전된 후에 축전지에 축적되어 있는 용량이다.
본 발명의 설명에서 스위칭과 절체는 같은 의미로 사용하고 문맥에 따라 선택적으로 사용한다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 제 1 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템(200)은 태양전지(210), 충방전제어부(220), 축전지(230), 릴레이부(240), 직류부하(250), 계통전원(260), 직류변환부(270)를 포함하는 구성이다.
태양전지(210)는 다수의 솔라셀로 이루어지고 태양의 빛(광) 에너지를 직류의 전기 에너지로 변환하며 내장된 다이오드(diode)를 이용하므로 역방향 전기가 흐르지 않도록 하여 발전된 전기를 일 방향으로 출력한다. 각 솔라셀이 단위 면적당 발전하는 전기 에너지의 전압과 전류 크기는 각 제조사에 따라 약간씩의 차이가 있으며, 필요한 양의 전력이 확보되도록 직렬 및 병렬접속을 반복한다.
충방전제어부(220)는 각 기능부의 운용 상태를 감시하고 제어하는 것으로 특히, 태양전지(210)가 허용된 레벨 이상과 이하의 직류 전원이 아니고 정상적으로 축전지(230)를 충전하기에 충분하거나 직류부하(250)를 구동하기에 충분한 전기를 발전하여 출력하는지를 확인하며 또한, 축전지(230)의 충전상태가 정상인지 과충전상태인지 과방전상태인지를 확인한다. 이때 축전지(230)로부터 측정된 내부온도를 입력하고 주어진 파라미터와 함께 수학식을 이용하여 만충전 상태의 전압 레벨을 연산한다. 이러한 수학식을 나중에 상세히 다시 설명한다.
또한, 충방전제어부(220)는 태양전지(210)와 축전지(230)와 릴레이부(240) 사이의 경로(path) 연결 상태를 감시하고 제어하며, 직류변환부(270)의 활성화 운용을 감시하고 제어한다.
한편, 축전지(230)가 설정된 방전심도(DOD)에 의하여 방전이 허용된 최저 전압까지 떨어진 경우는 자체 구비된 방전 경로를 1 차로 차단하고 릴레이부(240)를 제어하여 2 차로 차단하는 2 중의 차단 제어방식에 의하여 축전지(230)에 충전된 전기의 출력 경로를 완벽하게 차단하며 더 이상 방전되지 않도록 안전하게 보호하므로 축전지(230)의 수명을 연장한다.
축전지(230)의 정상상태는 과충전상태도 아니고 과방전상태도 아니며 내부온도를 허용된 동작범위에서 정상으로 유지하여 충전 또는 방전으로 운용하는 상태이다. 과충전상태는 만충전 상태를 초과하여 충전된 상태로써 내부의 화학적 변화에 의하여 축전지(230)가 배불뚝이로 변형되는 동시에 수명이 짧아지고, 과방전상태는 내부에 구성되는 반응물질의 경계면에 전기적 저항이 높은 물질들이 만들어져서 화학적으로 파괴되고 다시 충전할 수 없는 상태가 되므로 축전지의 수명을 급격히 짧게 한다. 이하에서 축전지(230)는 니켈수소(Ni-MH) 전지인 것으로 설명한다.
충방전제어부(220)는 축전지(230)가 과방전상태가 아닌 동시에 태양전지(210)로부터 발전된 전기를 출력하는 것으로 확인하면, 태양전지(210)가 발전한 전기를 축전지(230)에 공급하도록 자체 구비된 경로를 제어하여 충전한다.
이때, 직류부하(250)가 구동 상태로 제어되어 있으면 태양전지(210)가 발전한 전기를 직류부하(250)에 공급하도록 경로를 제어하고, 전기의 량이 직류부하(250)를 구동하기에 충분하지 못하면 축전지(230)에 충전된 전기를 함께 공급한다.
본 발명의 직류부하(250)는 가로등이고, 태양전지(210)는 낮 시간대에 발전된 전기를 출력하므로 축전지(230)가 충전되는 동안에 직류부하(250)는 구동하지 않는 것이 일반적이다.
그리고 충방전제어부(220)는 축전지(230)를 충전하는 과정에서 아래의 수식을 이용하여 만충전이 되도록 충전하며, 만충전이 완료되면 과충전되지 않도록 태양전지(210)와 축전지(230)의 연결경로를 차단한다.
[수학식]
V = Vo + αI +β(T-20)
Vo = xCa
단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
α ; 충전율 보상계수
I ; 충전전류
β ; 온도 보상계수
T ; 축전지의 내부 온도
x ; 충전계수
Ca ; 축전지의 충전 용량
여기서 축전지의 내부온도는 해당 센서에 의하여 실시간으로 측정하고 충방전제어부(220)에 입력하며, 축전지의 만충전 상태 전압(V)과 알파(α) 값과 베타(β) 값과 축전지의 충전용량(Ca) 값은 충방전제어부(220)에 입력되어 해당 메모리의 할당된 영역에 기록한 파라미터(parameter) 값이다. 그리고 충전전류(I)는 충방전제어부(220)에 의하여 자체적으로 검출한다.
일반적으로 정격 출력전압이 12 볼트인 니켈 수소전지의 경우, 내부 전압이 14.0 내지 14.4 볼트(V)이면 만충전 상태가 된다. 또한, 축전지는 내부를 구성하는 재료의 종류에 따라 만충전 상태의 내부 전압은 각각 다르다.
즉, 정격 출력전압이 12 볼트인 니켈 수소전지의 경우, [수학식]에서의 V 는 14.0 내지 14.4 볼트로 파라미터 값을 입력한다.
여기서 기준충전전압인 Vo 는 12 볼트 내지 15 볼트의 범위이고, 충전율 보상계수인 알파(α) 는 0.1 내지 0.5 의 범위이며, 온도 보상계수인 베타(β) 는 0.01 내지 0.03의 범위의 값을 갖도록 선택된 어느 하나의 값을 파라미터 값으로 입력한다.
그리고 충전계수(x)는 0.2 내지 1.0 범위 중에서 어느 하나의 값을 선택하여 설정하는 것이 바람직하고 최대 3.0 의 값을 입력할 수 있다.
또한, 충전전류(I)는 축전지의 충전용량인 Ca 에 충전계수 x 의 값을 곱한 값이다.
그리고 온도 T 는 온도센서에 의하여 축전지(230)로부터 직접 측정하여 충방전제어부(220)에 입력되는 것으로, 축전지(230)가 섭씨 15 도 내지 30 도의 범위를 유지하도록 하는 것이 바람직하며, 섭씨 20 도 일 때가 기준이다.
본 발명에 의한 축전지(230)는 섭씨 -40 도 내지 +55 도의 범위의 온도에서 실제 사용가능하다.
그러므로 충방전제어부(220)는 축전지(230)가 니켈수소 전지로 이루어지는 경우, 내부전압을 감시하여 14.0 내지 14.4 볼트가 되면 만충전 상태이므로, 더 이상 충전되지 않도록 태양전지(210)로부터 발전된 전기가 공급되는 충전 경로를 차단하여 축전지(230)의 과충전상태를 방지한다.
한편, 충방전제어부(220)는 축전지(230)를 과방전상태로 확인하는 경우, 자체적으로 구비한 경로를 제어하여 축전지(230)와 직류부하(250)가 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하고 축전지(230)가 더 이상 방전하지 않도록 하며 내부에서 화학적으로 파괴되지 않도록 하여 축전지의 수명을 연장한다.
여기서 축전지(230)와 직류부하(250)가 연결된 경로에 구비된 릴레이부(240)는 충방전제어부(220)의 제어에 의하여 경로를 절체 또는 스위칭(switching)하여 2 차로 차단하므로 축전지의 방전 경로를 2 단계에 의한 2 중으로 차단한다.
즉, 2 중으로 완벽하게 방전 경로를 차단하여 축전지(230)의 과방전상태에서 더 이상 방전되지 않도록 보호한다.
그리고 릴레이부(240)는 정상상태 또는 표준상태에서 충방전제어부(220)의 출력단자와 부하(250)를 연결하여 축전지(230)의 전기가 부하(250)로 공급되는 방전 경로를 설정하고, 충방전제어부(220)의 해당 제어신호에 의하여 릴레이(relay)를 제어하므로 절체(switching)하여 충방전제어부(220)의 출력단자와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하는 동시에 직류변환부(270)와 직류 부하(250) 사이에 전기가 공급되는 경로를 연결한다.
또한, 직류부하(250)는 직류 전기를 공급받아 구동하는 가로등(streetlight)이고, 계통전원(260)은 사업자가 교류의 전기를 상업적으로 생산하여 공급하는 상용전기이며, 직류변환부(270)는 충방전제어부(220)의 활성화 제어신호에 의하여 교류를 직류로 변환한다.
여기서 충방전제어부(220)는 축전지(230)의 과방전상태에서 가로등으로 이루어지는 부하(250)를 운용하기 위한 구동명령 신호가 입력되는 것으로 확인하면, 릴레이부(240)를 스위칭 제어하여 부하(250)와 축전지(230)와의 연결경로를 2 차로 차단하므로 방전경로를 2 중으로 완전히 차단하는 동시에 계통전원(260)과 부하(250) 사이의 경로가 연결되도록 제어한다.
즉, 충방전제어부(220)는 축전지(230)가 설정된 방전심도(DOD)에 의하여 허용된 내부 전압 이하로 과방전(완전방전)된 상태이면, 릴레이부(240)를 스위칭 제어하여 방전 경로를 2 중으로 차단하는 동시에 직류를 사용하는 부하(250)에는 계통전원(260)이 공급되도록 한다.
그리고 계통전원(260)은 교류(AC)를 공급하므로 교류를 직류(DC)로 변환하는 직류변환부(270)를 중간에 구비한다.
또한, 직류변환부(270)는 충방전제어부(220)의 활성화 제어신호에 의하여 활성화되므로 계통전원(260)에서 인가되는 교류를 부하(250)에서 사용할 수 있는 레벨의 직류로 변환하여 릴레이부(240)에 인가하므로 릴레이부(240)가 연결한 공급 경로를 경유하여 부하(250)에 공급하고, 가로등으로 이루어지는 부하(250)는 구동된다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 운용방법의 순서도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 충방전제어부에 의하여 태양전지가 설정된 소정 레벨로 발전하여 출력하는지를 확인하고(S310), 발전하고 있는 것으로 확인하면 축전지의 내부전압을 검출하고 레벨을 분석하여 과충전(overcharge) 상태인지 판단한다(S320).
이때, 축전지의 내부 온도를 해당 센서를 통하여 실시간으로 검출 및 입력하고, 메모리의 할당된 영역에 기록된 파라미터 값과 측정된 전류 값 등을 이용하여 이미 설명된 수학식을 이용하여 연산하므로 과충전상태의 여부를 판단한다.
축전지가 과충전상태가 아닌 것으로 확인하면 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 공급하여 만충전 또는 완전충전(full charge) 상태까지 충전한다(S330).
또한, 충방전제어부는 부하(load)를 구동하도록 명령하는 제어 신호가 입력되는 것으로 확인하는 경우(S340), 축전지가 과방전(over-discharge) 상태인지를 확인한다(S350).
여기서 충방전제어부는 축전지의 과방전상태를 확인하면, 내장 구비된 경로를 제어하여 1 차로 축전지의 방전 경로를 차단하고, 2 차로 릴레이부를 스위칭 제어하여 연결된 방전 경로를 차단한다. 이때, 릴레이부는 축전지의 방전 경로를 2 차로 차단하는 동시에 계통전원으로부터 전기가 부하에 공급되도록 하는 경로를 연결한다(S360).
여기서 계통전원과 직류로 동작하는 부하와의 사이에는 교류를 직류로 변환하는 직류변환부가 구비되어 있으나 초기에 비활성화 상태로 제어되어 있으며, 충방전제어부의 제어신호에 의하여 직류변환부가 활성화 상태로 제어되어 계통전원의 교류는 직류로 변환된다(S370).
이와 같이 직류로 변환된 계통전원은 부하에 공급되고(S380), 직류의 동작전원을 공급받은 가로등은 구동된다.
본 발명의 이러한 구성은 축전지에 충전된 전기가 부하를 구동하기에 충분하지 못한 경우 계통전원을 공급한다.
따라서 축전지가 과방전상태에서 더 이상 운용되지 않도록 보호하고, 축전지의 용량을 줄일 수 있으며, 방전심도를 낮게 설정하지 않으므로 축전지의 수명을 연장하고 유지보수가 간편한 등의 장점이 있다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 제 2 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템(205)은 태양전지(210), 충방전제어부(225), 축전지(230), 릴레이부(240), 교류부하(255), 계통전원(260), 교류변환부(280)를 포함하는 구성이다.
태양전지(210), 축전지(230), 릴레이부(240), 계통전원(260)은 제 1 실시 예의 구성 및 작용과 동일하므로 기능의 반복 설명을 생략하고 충방전제어부(225) 및 교류의 부하(255)에 대하여 차이 나는 부분을 설명하며, 교류변환부(280)에 대하여 추가 설명하기로 한다.
충방전제어부(225)는 태양전지(210)가 발전하는 경우 축전지(230)에 공급하여 충전하고, 수학식을 이용하여 과충전을 방지하는 과정은 이미 설명한 것과 동일하다. 그리고 축전지(230)가 과방전상태로 확인되는 경우 1 차로 자체 구비된 방전 경로를 차단하고 2 차로 릴레이부(240)를 스위칭(절체) 제어하여 방전 경로를 2 중으로 차단하는 구성 및 작용은 제 1 실시 예와 동일하므로 반복 설명을 생략한다.
교류변환부(280)는 충방전제어부(225)를 통하여 축전지(230)로부터 인가되는 직류를 교류로 변환하여 릴레이부(240)에 공급한다. 릴레이부(240)는 정상상태에서 교류변환부(280)로부터 인가된 교류를 부하(255)에 공급한다.
교류의 부하(255)는 교류로 동작하는 가로등이고, 릴레이부(240)를 통하여 공급되는 교류 전원에 의하여 구동한다.
여기서 충방전제어부(225)에 의하여 축전지(230)가 과방전상태로 확인되면 1 차로 자체 구비된 축전지(230)의 방전 경로를 차단하고, 2 차로 릴레이부(240)를 제어하여 축전지(230)와 연결된 방전 경로를 차단하는 동시에 계통전원(260)과 교류부하(255)의 공급 경로를 연결한다.
한편, 교류변환부(280)는 직류가 인가되면 교류로 변환하여 자동 출력하는 구성과 별도의 활성화 제어신호에 의하여 활성화 상태로 제어되고 인가된 직류를 교류로 변환하여 출력하는 구성이 있을 수 있다.
이러한 경우는 축전지(230)의 방전 경로를 차단하는 단계가 하나 더 추가되어 축전지의 과방전을 3 차에 의한 3 중으로 보호한다.
즉, 축전지(230)의 과방전상태에서 1 차로 충방전제어부(225)에 내장된 방전 경로를 차단하고, 2 차로 릴레이부(240)를 스위칭하여 차단하며, 3 차로 교류변환부(280)를 비활성화 제어하여 방전경로를 차단하므로 축전지가 과방전하지 않도록 3 중으로 보호한다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 대한 운용방법의 순서도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 충방전제어부에 의하여 태양전지가 발전하는 것으로 확인하면(S410), 축전지가 과충전상태인지를 확인한다(S420). 여기서 과충전상태의 확인은 수학식을 이용하며, 제 1 실시 예의 설명과 동일하므로 반복 설명을 하지 않기로 한다.
축전지가 과충전상태가 아니면 태양전지로부터 발전된 전기를 이용하여 축전지를 충전한다(S430). 이때, 교류로 동작하는 부하의 구동을 제어하는 신호가 입력되는 경우(S440), 충방전제어부는 축전지가 과방전상태인지를 확인한다(S450).
충방전제어부는 축전지가 과방전상태이면, 1 차로 자체 구비된 경로를 제어하여 축전지와 교류 부하와의 방전경로를 차단하고, 2 차로 릴레이부를 제어하여 축전지와 연결된 방전경로를 차단하는 동시에 계통전원과 연결되도록 스위칭(절체)한다(S460). 여기서 교류변환부가 활성화 제어신호에 의하여 동작하는 경우에는 활성화 제어신호를 출력하지 않으므로 교류변환부가 동작하지 않는 단계가 3 차로 추가된다.
그리고 계통전원은 릴레이부가 연결한 경로를 통하여 교류부하에 교류전원을 공급하므로 교류로 동작하는 가로등이 구동된다(S480).
도 9 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 축전지의 충전 및 방전에 의한 전압 상태 설명도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 태양 빛이 존재하는 낮 시간대에 축전지가 충전하면서 시간이 지나면 내부 전압이 만충전 상태로 올라가고, 태양이 일몰한 이후의 시간대에는 가로등의 동작을 위하여 축전지가 방전하면서 시간이 지나면 방전 허용 최저 전압인 과방전상태까지 내부전압이 하강하는 상태는 종래 기술과 동일하다.
그러나 본 발명에서는 축전지가 과방전상태인 경우, 계통전원으로 자동 절체되어 부하에 전원을 공급하는 상태에 차이가 있음을 보여준다.
따라서 축전지의 용량, 방전심도에 관계없이 부하를 정상적으로 구동할 수 있는 장점이 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 독립형 태양광 가로등에 계통전원을 공급하는 장치의 충방전제어부에 구비된 연결단자의 구성 상태 설명도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 충방전제어부(220, 225)에는 태양전지와 접속하여 발전한 전기를 입력하는 태양전지 연결단자(510), 축전지와 연결되어 충전 및 방전을 위한 경로를 제공하는 축전지 연결단자(520), 부하인 가로등에 연결되고 태양전지가 발전한 전기 또는 축전지가 방전하는 전기 또는 계통전원을 공급하는 부하연결단자(530)를 구비한다.
또한, 부하에 전원을 공급하는 임의 시간값을 선택하여 입력하는 부하 구동시간 입력단자(540)와 충방전제어부가 축전지의 과방전상태에서 계통전원으로 스위칭하는 상태가 정상적으로 동작하는지를 확인하는 충방전 시험단자(550)를 구비한다.
그리고 축전지로부터 검출한 내부 온도를 입력하는 온도 입력 단자(560)와 계통전원을 연결하는 계통전원 연결단자(570)를 더 구비한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
200 : 제 1 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템
205 : 제 2 실시 예에 의한 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템
210 : 태양전지 220, 225 : 충방전제어부
230 : 축전지 240 : 릴레이부
250 : 직류부하 255 : 교류부하
260 : 계통전원 270 : 직류변환부
280 : 교류변환부 510 : 태양전지 연결단자
520 : 축전지 연결단자 530 : 부하 연결단자
540 : 부하 구동시간 입력단자 550 : 충방전 시험단자
560 : 온도 입력단자 570 : 계통전원 연결단자

Claims (10)

  1. 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 충전하고 해당 제어에 의하여 직류부하에 공급하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 있어서,
    상기 태양전지가 발전한 전기를 상기 축전지에 공급하여 충전하고 상기 축전지의 잔존용량이 방전 허용 최저전압보다 낮으면 부하와 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하는 충방전제어부;
    상기 충방전제어부와 상용의 교류를 공급하는 계통전원 사이에 연결되고 상기 충방전제어부의 활성화 제어에 의하여 상기 계통전원의 교류를 직류로 변환하는 직류변환부;
    상기 충방전제어부의 제어에 의하여 축전지와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하고 상기 직류변환부와 연결되도록 공급 경로로 절체하는 릴레이부; 및
    상기 릴레이부에 접속하고 상기 축전지와 계통전원 중에서 선택되어 인가되는 직류전원에 의하여 가로등으로 동작하는 직류부하; 를 포함하고,
    상기 충방전제어부는 아래의 수학식을 적용하여 상기 축전지를 만충전상태로 제어하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템.

    [수학식]
    V = Vo + αI +β(T-20)
    Vo = xCa

    단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
    Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
    α ; 충전율 보상계수
    I ; 충전전류
    β ; 온도 보상계수
    T ; 축전지의 내부 온도
    x ; 충전계수
    Ca ; 축전지의 충전 용량
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지의 만충전 상태 전압은 14.0 내지 14.4 볼트이고,
    상기 기준 충전전압은 섭씨 20 도에서 12 내지 15 볼트의 범위이며,
    상기 충전율 보상계수는 0.1 내지 0.5 의 범위이고,
    상기 온도 보상계수는 0.01 내지 0.03의 범위이며,
    상기 충전계수는 0.2 내지 3.0의 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템.
  4. 태양전지, 충방전제어부, 축전지, 릴레이부, 계통전원, 직류변환부, 직류부하를 포함하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법에 있어서,
    상기 충방전제어부에 의하여 상기 태양전지가 전기를 발전하는 경우 상기 축전지가 과충전상태인지 확인하고 과충전상태가 아니면 상기 축전지에 공급하여 만충전상태로 충전하는 제 1 과정;
    상기 충방전제어부에 의하여 상기 직류부하를 구동하는 것으로 확인하면 상기 축전지가 과방전상태인지를 확인하는 제 2 과정;
    상기 축전지가 과방전상태이면 상기 릴레이부를 제어하여 상기 직류부하와 축전지가 연결된 방전 경로를 2 중으로 차단하고 계통전원과의 경로를 연결하며 상기 계통전원의 교류를 직류로 변환하는 제 3 과정; 및
    상기 직류부하에 직류전원을 공급하여 구동하는 제 4 과정; 을 포함하고,
    상기 충방전제어부는 상기 축전지의 측정된 내부 온도와 주어진 파라미터를 아래의 수학식으로 연산하여 만충전상태로 제어하며,
    상기 릴레이부는 상기 충방전제어부의 제어에 의하여 상기 축전지의 방전경로를 2 중으로 차단하고 상기 계통전원에 연결된 직류변환부와 상기 직류부하와의 경로로 절체하여 연결하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법.

    [수학식]
    V = Vo + αI +β(T-20)
    Vo = xCa

    단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
    Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
    α ; 충전율 보상계수
    I ; 충전전류
    β ; 온도 보상계수
    T ; 축전지의 내부 온도
    x ; 충전계수
    Ca ; 축전지의 충전 용량
  5. 삭제
  6. 태양전지가 발전한 전기를 축전지에 충전하고 해당 제어에 의하여 교류부하에 공급하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템에 있어서,
    상기 태양전지가 발전한 전기를 상기 축전지에 공급하여 충전하고 상기 축전지의 잔존용량이 방전 허용 최저전압보다 낮으면 부하와 연결된 방전 경로를 1 차로 차단하는 충방전제어부;
    상기 충방전제어부로부터 인가되는 직류를 계통전원의 상용 교류와 같이 변환하는 교류변환부;
    상기 교류변환부에 접속하고 상기 충방전제어부의 제어에 의하여 상기 교류변환부와 연결된 방전 경로를 2 차로 차단하고 계통전원과 연결되도록 경로를 절체하는 릴레이부; 및
    상기 릴레이부에 접속하고 인가된 교류의 전원에 의하여 가로등으로 동작하는 교류부하; 를 포함하고,
    상기 충방전제어부는 아래의 수학식을 적용하여 상기 축전지를 만충전 상태로 제어하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템.

    [수학식]
    V = Vo + αI +β(T-20)
    Vo = xCa

    단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
    Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
    α ; 충전율 보상계수
    I ; 충전전류
    β ; 온도 보상계수
    T ; 축전지의 내부 온도
    x ; 충전계수
    Ca ; 축전지의 충전 용량
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 충방전제어부는,
    상기 축전지의 과방전상태에서 1 차로 자체 방전 경로를 차단하고 2 차로 릴레이부를 스위칭하여 방전 경로를 차단하며 3 차로 교류변환부를 비활성화 제어하여 방전 경로를 차단하므로 축전지가 과방전하지 않도록 3 중으로 보호하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템.
  9. 태양전지, 충방전제어부, 축전지, 교류변환부, 릴레이부, 계통전원, 직류부하, 교류부하를 포함하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법에 있어서,
    상기 충방전제어부에 의하여 상기 태양전지가 전기를 발전하는 경우 상기 축전지가 과충전상태인지 확인하고 과충전상태가 아니면 상기 축전지에 공급하여 만충전상태로 충전하는 제 1 과정;
    상기 충방전제어부에 의하여 상기 교류부하를 구동하는 것으로 확인하면 상기 축전지가 과방전상태인지를 확인하는 제 2 과정;
    상기 축전지가 과방전상태이면 상기 릴레이부를 제어하여 상기 교류부하와 축전지가 연결된 방전경로를 2 중으로 차단하고 계통전원과의 경로를 연결하며, 상기 축전지가 과방전상태가 아니면 상기 축전지의 직류를 교류로 변환하는 제 3 과정; 및
    상기 직류부하에 직류전원을 공급하여 구동하는 제 4 과정; 을 포함하여 이루어지고,
    상기 충방전제어부는 상기 축전지의 측정된 내부 온도와 주어진 파라미터를 아래의 수학식으로 연산하여 만충전상태로 제어하며,
    상기 릴레이부는 상기 충방전제어부의 제어에 의하여 상기 축전지의 방전 경로를 2 중으로 차단하고 상기 계통전원과 상기 교류부하의 경로로 절체하여 연결하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등의 계통전원 연계 시스템의 운용방법.

    [수학식]
    V = Vo + αI +β(T-20)
    Vo = xCa

    단, V ; 축전지의 만충전 상태 전압
    Vo ; 섭씨 20도에서의 기준 충전전압
    α ; 충전율 보상계수
    I ; 충전전류
    β ; 온도 보상계수
    T ; 축전지의 내부 온도
    x ; 충전계수
    Ca ; 축전지의 충전 용량
  10. 삭제
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