KR101234925B1 - 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템 - Google Patents

풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시해주는 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 관한 것이다.
본 발명을 통해 풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시하게 된다.

Description

풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템{display system of solar radiation and wind speed information for Wind turbine and solar power system.}
본 발명은 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시해주는 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 관한 것이다.
화석에너지의 유한성과 공해문제로 인해 대체에너지 개발에 대한 관심이 고조되는 가운데 태양광발전과 풍력발전이 그 중에서 가장 활발하게 연구되고 실제 이용비율도 상당히 높은 편이다.
이는 외기 기후변화에 대한 상대적인 보완성을 가진 두 가지 형태의 에너지원으로부터의 에너지변환과정으로 인해 그 이용이 더욱 부각되고 있는 실정이다.
종래의 풍력발전시스템, 태양광발전시스템 또는 풍력/태양광 복합발전시스템 중 대형발전시스템의 경우는 일사량센서나 풍속센서를 부착하여 최대 출력점 제어나 외기환경 인식을 위해서 일사량이나 풍속과 같은 외기환경정보를 획득하여 사용하며 이를 교육용 또는 외기환경정보를 분석하는데 이용하기도 하고, 다양한 표시장치를 통해 표시하기도 한다.
그 배경기술로는 대한민국공개특허 2005-0024813호인 '태양전지 가상 구현시스템 및 방법'이 있으며, 이는 주변환경의 조건에 따른 전압-전류 곡선을 모델링하여 기존의 태양전지를 대체한 태양전지 가상구현시스템을 구현함으로써, 사용자 임의의 조건설정에 따라 태양전지 어레이와 동일한 일사량과 온도 등의 실험환경을 재현할 수 있어 태양전지에 대한 연구개발의 생산성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 효과를 제공하기 위해서는 반드시 계측센서를 구비하여 외부환경 데이터를 수집하여야 하는 문제점은 여전히 가지고 있었다.
또한, 상기 계측센서 중 일사량센서나 풍속센서는 고가의 센서로 대형 태양광발전시스템이나 풍력발전시스템에서는 여러 개소의 설치를 통해 보다 정확한 정보를 획득해야 하며, 이를 위해 많은 개수의 센서가 필요하다.
그러나, 현실적으로 여러 개의 센서는 고가의 설치 비용으로 인해 대형 발전시스템에서는 한두 개소의 샘플링을 위해서만 설치될 뿐 발전시스템의 설치사이트의 다양한 분석이 어려운 점이 있었다.
한편, 최대 전력점 제어는 상기 두 종류의 발전시스템의 성능을 15%~20% 이상 향상시킬 수 있는 전력제어기술로 시스템 효율의 향상과 안정성에 큰 영향을 줄 수 있으므로 이에 대한 적절한 설계 기술을 요구하게 되었다.
본 발명에서는 풍속센서나 일사량센서없이 태양전지모듈로부터 직접 일사량을 검출하는 방식의 일사량 정보획득과 풍력발전시스템에서의 풍속정보를 획득하는 시스템을 제안한다.
한국공개특허 2005-0024813 (2005.03.11)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시해주도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,
본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
태양전지(100)의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하는 제1전압전류센서(300)와;
태양전지의 온도와 주위 온도를 측정하는 온도센서(500)와;
상기 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제1변환부(350)와;
상기 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제3변환부(550)와;
태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 저장하고 있는 데이터저장부(700)와;
상기 데이터저장부에 저장된 태양전지의 출력특성정보와 제1변환부에 의해 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하며, 제3변환부에 의해 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하는 마이크로컨트롤러(600)와;
상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 일사량과 태양전지의 온도 및 주위온도를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시하게 된다.
즉, 센서의 센싱에 의한 정보 측정이 아닌 발전량을 참조하여 일사량 및 풍속을 측정함으로써, 제조 원가를 절감시키는 효과를 제공하며, 다수의 개소 중 한두개 정도를 측정하여 이를 활용할 경우의 문제점인 부정확성을 해결하게 된다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 태양전지 등가회로이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 태양전지 전압-전류 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 일사량의 차이에 따른 V-I 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 온도 차이에 따른 V-I 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 유체의 흐름 형태를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 출력 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템을 나타낸 구성도이다.
도 8 은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템을 나타낸 구성도이다.
도 9 는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템을 나타낸 구성도이다.
도 10 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 디스플레이부에 의해 출력되는 예를 나타낸 예시도이다.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 외형도이다.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량과 전압과의 관계 실험치를 나타낸 예시도이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 있어서,
태양전지(100)의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하는 제1전압전류센서(300)와;
태양전지의 온도와 주위 온도를 측정하는 온도센서(500)와;
상기 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제1변환부(350)와;
상기 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제3변환부(550)와;
태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 저장하고 있는 데이터저장부(700)와;
상기 데이터저장부에 저장된 태양전지의 출력특성정보와 제1변환부에 의해 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하며, 제3변환부에 의해 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하는 마이크로컨트롤러(600)와;
상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 일사량과 태양전지의 온도 및 주위온도를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 있어서,
풍력발전기(200)의 발전량으로부터 전압값과 전류값으로 측정하는 제2전압전류센서(400)와;
제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제2변환부(450)와;
상기 제2변환부에 의해 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하는 마이크로컨트롤러(600)와;
상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 풍속 정보를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 있어서,
태양전지(100)의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하는 제1전압전류센서(300)와;
태양전지의 온도와 주위 온도를 측정하는 온도센서(500)와;
풍력발전기(200)의 발전량으로부터 전압값과 전류값으로 측정하는 제2전압전류센서(400)와;
상기 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제1변환부(350)와;
제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제2변환부(450)와;
상기 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제3변환부(550)와;
태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 저장하고 있는 데이터저장부(700)와;
상기 데이터저장부에 저장된 태양전지의 출력특성정보와 제1변환부에 의해 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하며, 제3변환부에 의해 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하며, 제2변환부에 의해 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하는 마이크로컨트롤러(600)와;
상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 일사량과 태양전지의 온도 및 주위온도와 풍속 정보를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로컨트롤러는,
하기의 일사량 산출 모델식을 이용하여 일사량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
[일사량 산출 모델식]
Figure 112011059074304-pat00001
( Isc는 단락전류, G는 일사량, VOC는 개방전압, Ns 는 직렬로 연결된 셀의 수, T는 주위온도, Tpv 는 태양전지 모듈의 온도, Ge 는 유효일사량, STC는 표준시험조건으로 일사량 1000 W/㎡, 셀의 온도 25℃이며, FF는 충진률, Pmodule 은 태양전지의 모듈 일 매당 변환되는 전력량.)
이때, 상기 마이크로컨트롤러는,
하기의 풍속 산출 모델식을 이용하여 풍속을 산출하는 것을 특징으로 한다.
[풍속 산출 모델식]
Figure 112011059074304-pat00002
(ρ는 공기밀도, A는 풍력터빈의 회전 단면적, Cp 는 동력계수,
Figure 112011059074304-pat00003
은 회전자에서 발생하는 기계적인 에너지를 전달하여 주는 전달장치의 효율,
Figure 112011059074304-pat00004
은 발전기의 효율, P(V)는 바람으로부터 얻을 수 있는 풍력발전기의 전기적 출력. )
이때, 상기 마이크로컨트롤러는,
제1변환부에서 변환된 전압값과 전류값과, 제3변환부에서 변환된 태양전지의 온도 및 주위온도를 추출하여 디스플레이부에 송출시켜 일사량 이외에도 전압값과 전류값 및 태양전지의 온도 및 주위온도를 동시에 표시하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로컨트롤러는,
제2변환부에서 변환된 전압값과 전류값을 추출하여 디스플레이부에 송출시켜 풍속 이외에도 전압값과 전류값을 동시에 표시하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 부가적인 양상에 따라 두 개의 수직부재(1210)가 나란히 설치되되, 상단이 중앙측으로 구부러져 서로 연결되어 두 수직부재 사이에 보안등설치공간(1250)이 형성되어 있는 본체프레임(1200)과;
상기 보안등설치공간에 다수개의 발광램프로 설치 구성되는 보안등(1000)과;
본체프레임의 최하단에 제1변환부, 제2변환부, 제3변환부, 데이터저장부 및 마이크로컨트롤러가 내장되어 설치 구성되는 컨트롤박스(1100);를 더 포함하여 구성되되, 디스플레이부(800)가 컨트롤박스 및 보안등 사이에 설치 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로컨트롤러(600)는,
측정된 전압값의 변화량이 적을 경우에, 룩업 테이블을 이용하여 측정된 전압값과 비교하여 일사량 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
풍력과 태양광발전을 동시에 이용하는 하이브리드발전방식의 특징은 대단위의 태양광발전이나 풍력발전시스템의 적용뿐만 아니라 가로등, 무인등대, 부표, 산불감시용장비전원, 목장용 보안등과 같은 소규모 태양광발전 및 풍력발전 시스템이나 하이브리드발전시스템과 같은 저비용, 소규모의 응용장치의 필요성이 요구되며 이러한 소규모 하이브리드발전시스템은 특히, 축전지에 전력을 저장하여 비상시나 야간에 사용하는 방식이 주로 이용된다.
또한 독립형 태양광/풍력 하이브리드 발전시스템은 외기환경에 상호보완적인 기능을 갖는 청정에너지원이라는 특장점을 갖는 미래형 시스템이며 이러한 시스템의 발전성능을 좌우하는 팩터는 외기환경뿐만 아니라 전력제어기술이 역시 매우 중요한 요소이며 이러한 전력제어기술을 바탕으로 스마트 표시 및 관리기능을 구현할 수 있다.
특히, 최대전력점제어는 두 종류의 발전시스템의 성능을 15~20% 이상 향상시킬 수 있는 전력제어기술로 시스템 효율 향상과 안정성, 설계기술에 큰 역할을 하며 대상 제품의 품질에 큰 영향을 줄 수 있다.
최대 전력점의 추적에 관한 평가는 일사량에 대한 발전량의 형태로 이루어지므로 일사량의 정보는 시스템의 성능에 영향을 주는 가장 중요한 펙터이다.
또한, 태양광발전 시스템의 성능분석에 있어서 일사량은 발전량의 산출에 가장 큰 영향을 미치는 요소로 작용한다.
본 발명의 디스플레이부의 표시는 일사량, 풍속, 온도, 습도 등의 기상정보를 표시하거나 전압, 전류, 발전량 등과 같은 발전량 데이타, 또는 배터리 충방전상태나 배터리의 유지보수와 관련한 정보를 표시해주는 기능을 의미한다.
이러한 표시는 신재생에너지의 활용을 촉진시키는 홍보 수단으로 활용될 경우에 발전량을 표시하는 의미는 에너지 변환에 관한 인식의 확대를 가져올 수 있는 중요한 수단이다.
이러한 조건은 풍력발전에서도 마찬가지이다.
풍속이 전기 에너지로 변환하는 실질적인 수치 데이타를 제공함으로서 풍력발전의 에너지변환과정을 가시적으로 보여줄 수 있는 형태이다.
본 발명의 경우, 일사량에 대한 정보는 태양전지의 발전량으로부터 획득될 수 있다.
태양전지의 모델링은 일반적으로 등가회로를 이용한 방식이 주로 적용되고 있다.
등가회로를 이용한 방법은 한 개의 이상적인 다이오드와 Iph 의 크기를 갖는 정전류원으로 구성되어 있지만 접촉저항 및 표면층의 시트(sheet)저항 등을 표시하는 직렬저항 Rs 와 병렬저항 Rsh 를 고려하여 이를 나타낸다.
태양전지 표면에 입사하는 빛의 일부는 표면에서 반사되며, 표면을 투과한 빛은 태양전지 내에서 흡수되어 광자수는 지수 함수적으로 감소한다.
도 1은 빛이 조사될 때 광기전력효과(Photovoltaic Effect)를 이용한 태양전지의 등가회로를 보여주고 있다.
여기서, Iph 는 입사된 빛에 의해 생성된 캐리어(carrier)가 외부로부터 방해를 받지 않을 때 폐회로를 통해 흐르는 광전류이고, Id 는 암전류로서 Iph 와는 반대 방향이다.
병렬저항 Rsh 는 이상적인 다이오드 특성에서 벗어나 일정한 상수 저항으로 표시되는 누설저항을 나타내며, Rs 와 RL 은 각각 전지 내부에 존재하는 직렬저항과 외부에서 걸어주는 부하저항을 나타낸다.
태양전지에 저항부하를 연결하여 개방상태에서 단락상태로 서서히 저항을 가변하면 태양전지의 전압, 전류의 변화가 나타난다.
즉, 개방상태에서는 전류가 0[A]이고, 이때의 전압값을 개방전압 (Voc)이라 한다.
저항값을 감소시키면 전류는 증가하는 반면 전압은 감소하며 곡선부분에서는 전압의 감소가 적으며 일반적인 건전지의 정전압원 특성을 나타낸다.
저항값을 더욱 감소시켜 단락상태로 근접시키면 전류의 변화는 적어지며 정전류원 특성을 나타낸다.
저항을 0으로 하면 완전 단락상태로 전압은 0[V]이며 이때의 전류를 단락전류(Isc)라 한다.
단락전류(Isc)는 VL = 0 인 조건으로부터 Isc = Iph 가 된다.
전지에 연결된 부하저항의 크기를 조정함으로서 임의의 최적 동작점에서 최대의 출력 Pmax 를 수식(1)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00005
수식(1)
부하저항에서 소비되는 에너지인 Pout 은 수식(2)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00006
수식(2)
Iph 는 입사된 빛에 의해 생성된 캐리어(carrier)가 외부로부터 방해를 받지 않을 때 폐회로를 통해 흐르는 광전류를 의미하며, 이를 이용하여 실제 일사량에 대한 상관관계를 정리하여 일사량을 획득하는 방식으로 태양전지를 통해 발전된 발전량을 근거로 일사량을 확보한다.
따라서, Iph 를 다시 정리하면 수식(3)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00007
수식(3)
Figure 112011059074304-pat00008
수식(4)
일반적인 태양전지는 일사량변화에 대하여 도 3과 같은 전류-전압특성을 갖고 있다.
일사량 변화에 따라 출력전압의 변화는 미소하지만 단락전류는 크게 변화되는 것을 알 수 있다.
태양전지는 온도에 의존하는 특성을 가지고 있다.
도 4는 온도변화에 따른 태양전지의 전류-전압특성을 나타내고 있으며, 온도변화에 따라 전류는 미소하게 변하고 있지만 출력전압은 큰 영향을 받음을 알 수 있다.
태양에너지는 분광(spectrum)에 의해 나타나는 각 파장에 따라 그 에너지 분포가 결정된다.
이러한 특성은 일정한 에너지갭(energy band gap) 이상의 에너지만을 흡수하는 태양전지의 특성을 말한다.
일사량이 모두 태양전지에 흡수되어 이용된다면 태양전지의 온도는 외기온도와 같게 된다.
그러나 일정 에너지값 이상의 일사에너지만을 흡수하는 태양전지의 특성으로 인해 흡수되지 않는 일사에너지는 열로 변환되어 손실로 나타나고 이 열에너지가 태양전지의 온도를 상승시켜 내부 저항을 크게 하여 효율을 감소시킨다.
일사량, 태양전지의 표면온도, 풍속, 이외에도 Air Mass, 투명도, 혼탁도, 오존층과 수증기층의 두께 등이 태양전지의 효율에 영향을 미치는 파라미터로 작용한다.
일사량 및 온도조건을 함께 고려한 특성을 살펴 본 최대 출력식은 수식(5)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00009
수식(5)
여기서, Pm(t)는 동작조건에서의 최대출력, Pm 은 정격 출력(온도 25 ℃, 일사강도 1 kW/㎡), Q는 동작조건에서의 일사강도(kW/㎡), t는 동작조건에서의 태양전지 표면온도(℃), α는 온도 계수 -0.005/℃이다.
온도와 일사량에 따른 단락전류의 관계는 수식(6)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00010
수식(6)
여기서, Isc(t)는 동작상태에서의 동작전류, Isc는 표준상태에서의 단락전류(1kW/㎡, 25℃), Q는 동작조건에서의 일사강도(kW/㎡), β는 단락전류의 온도 계수(0.003/℃)를 의미한다.
온도와 일사량에 따른 개방전압의 관계는 수식(7)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00011
수식(7)
여기서, VOC(t)는 동작상태에서 개방전압, VOC는 표준상태에서 개방전압(1kW/㎡, 25℃), γ는 개방전압의 온도 계수(-0.00377/℃), δ는 개방전압의 일사량 계수[0.000475/(kW/㎡)]이다.
결정계 태양전지의 경우 온도가 상승함에 따라 변환효율이 급격하게 감소되는 현상을 나타낸다.
따라서, 한 여름철에 비해서 봄, 가을에 출력이 크게 나타나는 현상이 발생한다.
실리콘태양전지의 출력은 1℃온도 상승에 따라 출력이 0.4 ~ 0.5%정도 감소하는 특성을 갖는다.
도 4는 온도의 변동에 따른 태양전지의 출력특성의 변화이다.
태양전지의 모듈 일 매당 변환되는 전력량은 수식(8)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00012
수식(8)
여기서, 0.0023은 시스템 손실율이고, Isc는 단락전류, G는 일사량, VOC는 개방전압, Ns 는 직렬로 연결된 셀의 수, T는 주위온도, Tpv 는 모듈의 온도, Ge 는 유효일사량, STC는 표준시험조건으로 일사량 1000 W/㎡, 셀의 온도 25℃이며, FF는 충진률이다.
상기 STC(Standard Test Condition)은 태양전지 모듈의 발전효율을 측정할 때 적용되는 측정조건으로 이를 표준시험조건이라 하고, 일사량 1000W/㎡, 셀의 온도 25℃의 조건에서 측정했을 때 생산되는 태양전지의 발전효율을 의미한다.
태양전지모듈의 출력량을 토대로 일사량을 산출해내기 위해서는 일사량을 기준으로 수식(9)을 정리하면 된다.
Figure 112011059074304-pat00013
수식(9)
일사량의 산출을 위해 모듈의 발전량은 실제 발전량을 전압과 전류값을 측정하여 얻은 값을 통해 실측값을 확보한다.
충진율(Fill factor)은 개방전압과 단락전류를 얻는 식을 통해 산출하고 모듈의 온도와 주위온도는 온도센서를 이용하여 그 값을 산출한다.
즉, 제1전압전류센서가 태양전지의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하며, 온도센서가 태양전지의 온도와 주위온도를 측정하여야 한다.
표준시험조건의 값은 모듈의 생산시에 제공되는 사양값을 토대로 입력함으로서 태양전지모듈의 발전량을 통해 일사량을 산출할 수 있다.
즉, 상기 표준시험조건이 데이터저장부에 저장되어진다.
한편, 본 발명에서 설명하고 있는 스마트 표시는 일사량, 풍속, 온도, 습도 등의 기상 정보를 표시하거나, 전압, 전류, 발전량 등과 같은 발전량 데이터, 배터리 충방전 상태나 배터리의 유지 보수와 관련된 정보 등을 표시하는 기능을 의미하게 된다.
도 7을 참조하여 일사량을 산출하는 것을 구체적으로 설명하도록 하겠다.
태양전지 모듈에 제1전압전류센서(300)가 장착되어지며, 이때 제1전압전류센서가 태양전지의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하게 된다.
또한, 온도센서(500)가 태양전지 모듈에 장착되어 태양전지 모듈의 온도와 주위온도를 측정하게 된다.
이때, 제1변환부는 제1전압전류센서와 연결되어 있어 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러(600)에서 연산 가능한 값으로 변환하게 되며, 제3변환부는 온도센서와 연결되어 있어 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하게 된다.
본 발명에서 설명하고 있는 연산 가능한 값은 A/D 변환을 통해 아날로그값이 디지털값으로 변환되어 실제 연산이 가능한 값으로 변경되어 일반적으로 저장부(미도시)에 저장하고 이 값을 실제 연산에 이용할 수 있도록 가공해 놓은 값을 의미한다.
또한, 본 발명의 방법을 수행하기 위하여 별도의 EEPROM 형식의 데이터저장부(700)를 구성하게 되는데, 상기 데이터저장부에는 태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보 등을 저장하게 된다.
상기 마이크로컨트롤러는 데이터저장부에 저장된 태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 획득하게 되는데, 수식 9가 마이크로컨트롤러에서 일사량 산출시 참조하는 일사량 산출 모델식이 되는 것이다.
즉, 마이크로컨트롤러는 획득된 태양전지의 출력특성정보와 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하게 되며, 상기 일사량 산출시 온도센서에 의해 측정된 온도 및 주변 온도를 적용하게 된다.
또한, 상기 마이크로컨트롤러는 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하게 되며, 산출된 일사량 및 획득된 온도 정보를 디스플레이부에 송출하여 출력시켜 일사량과 태양전지의 온도 및 주변 온도를 인지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 풍력발전기로부터 풍속값을 획득하는 것을 하기와 같이 설명하도록 하겠다.
풍력발전기는 바람에 의한 기계적인 에너지로 변환되는 동력전달장치인 풍력터빈 특성에 의해 전기에너지를 생성하게 된다.
풍력발전기의 가장 일반적인 형태인 수평형(horizontal axis) 프로펠러형태의 기계적인 출력은 풍속의 세제곱에 비례한다.
풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 관계식으로 질량 m[kg]인 공기의 풍속이 V[m/s]일 때 유체가 갖는 운동에너지 Ew 는 수식(10)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00014
수식(10)
이때, 공기흐름의 한 부분(Parcel)의 체적 V는 회전자의 회전단면적을 A[㎡], Parcel의 두께를 D라 하면 체적 V는 수식(11)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00015
수식(11)
공기의 두께 D의 Parcel을 시간 T동안 통과한다고 가정하면 속도 v는 수식 (12)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00016
수식(12)
따라서, 공기가 갖는 풍력은 수식(13)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00017
수식(13)
여기서, ρ(kg/㎥)는 공기밀도, Vw(m/s)는 풍속, A(㎡)는 터빈 블레이드가 움직이는 면적, 즉 풍력터빈의 회전단면적, Cp는 동력계수로 회전자의 효율로 정의되고, 풍력발전기의 동작 상태에 의존한다.
수식(13)은 풍속에 의해 발생할 수 있는 이상적인 풍력이다.
실제로 터빈에 일정속도의 바람이 도달 후 풍력에너지가 기계적인 에너지로 100% 변환한다면 터빈 뒷단의 풍속이 0으로 감소하나 이는 공기역학적으로 불가능하다.
따라서, 풍력터빈에 의해 기계적인 출력으로 흡수되는 풍력은 터빈의 회전자에서 풍력의 감소분에 해당한다.
실제로 풍력터빈에 의해 획득될 수 있는 기계적인 출력은 상류풍속에서의 풍력과 하류풍속에서의 풍력사이의 차에 해당한다.
풍력으로 인해 회전자에서 얻어지는 에너지의 출력은 수식(14)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00018
수식(14)
여기서, 에너지 출력과 회전자 단면적에 대해 정리하면 수식(15)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00019
수식(15)
도 5는 풍속과 풍력과의 관계를 나타낸다.
도 5에서 회전자에 가해지는 힘 T는 입출력 운동량의 변화와 같으므로 수식(16)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00020
수식(16)
압력조건으로부터 힘 T는 수식(17)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00021
수식(17)
회전자 상류 및 하류에 Bernoulli의 방정식을 적용하면 각각 수식(18), 수식 (19)의 관계식과 같다.
Figure 112011059074304-pat00022
수식(18)
Figure 112011059074304-pat00023
수식(19)
따라서, 수식(18)에서 수식(19)을 빼면 수식(20)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00024
수식(20)
이때 P1 과 P4 는 자유유동(free stream)내에서 동일하다.
수식(20)을 수식(17)에 대입하여 풀면 수식(21)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00025
수식(21)
상기 수식(21)을 입출력 운동량에 관한 수식(16)에 대입하면 수식(22)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00026
수식(22)
유도계수(axial induction factor)를 V = V1(1-a)로 정의하면 V4 = V1(1-2a)가 되므로 회전자에서 얻는 운동에너지는 수식(23)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00027
수식(23)
최대출력은 dP/da = 0 과 같으므로 이때 a의 값은 1/3이다.
따라서 수식(24)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00028
수식(24)
이때, 0.593은 Betz의 계수이다.
최대 전력은 이를 바탕으로 발생할 수 있는 값이나 실제적으로 Betz의 계수가 0.5이하의 값을 갖는다.
블레이드 타입의 고속터빈의 경우 일반적으로 0.5이하의 값을 가지고 저속의 터빈의 경우 0.2 ~ 0.4의 값을 갖는다.
풍력발전시스템이 풍력에너지로부터 얻을 수 있는 전기적인 에너지는 회전자의 동력계수뿐만 아니라 회전자에서 발생하는 기계적인 에너지를 전달하여 주는 전달장치의 효율
Figure 112011059074304-pat00029
과 발전기의 효율
Figure 112011059074304-pat00030
를 포함하게 된다.
따라서 바람으로부터 얻을 수 있는 풍력발전기의 전기적 출력 P(V)는 수식(25)와 같다.
Figure 112011059074304-pat00031
수식(25)
풍력터빈의 전력계수 Cp 와 주속비 λ(tip-speed ratio)의 곡선에 의해 주어진다.
또한, 주속비는 수식(26)과 같다.
Figure 112011059074304-pat00032
수식(26)
여기서, R 은 풍력발전기 회전자의 반경이고, wm(rad/s)는 회전각속도이다.
따라서, 풍속과 전기에너지의 생성량은 수식(27)과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 발전량은 AC-DC 정류기를 통해 변환된 값으로 변환효율 96~98%의 다이오드 브리지 회로의 적용을 고려하여 계산할 수 있다.
또한, 전달장치의 효율과 발전기의 효율은 표준조건에서의 효율로 산출하여 적용하고 ρ(kg/㎥)는 공기밀도, A(㎡)는 터빈 블레이드가 움직이는 면적, 즉 풍력터빈의 회전단면적, Cp 는 동력계수로 회전자의 효율로 정의하여 적용할 수 있다.
Figure 112011059074304-pat00033
수식(27)
풍속의 변화에 따른 출력 P의 변화는 도 6과 같으며, 일정한 풍속 이상이어야 출력이 가능한 것을 나타내게 된다.
순수한 풍력에너지는 풍속의 3승에 비례하는 곡선으로 표시되고 이상적인 회전자인 Betz의 회전자에서 발생되는 에너지 PB 의 곡선도 Pe 에 0.593을 곱과 같다.
위 수식(27)을 수식(28)과 같이 세제곱근(cubic root)으로 표현할 수 있으며 세제곱근에 대한 풀이를 개립법이나 뉴튼랜슨법을 이용하여 수행하면 된다.
Figure 112011059074304-pat00034
수식(28)
도 8을 참조하여 풍속을 산출하는 예를 구체적으로 설명하도록 하겠다.
풍력발전기에 제2전압전류센서(400)가 장착되어지며, 제2전압전류센서는 풍력발전기의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하게 된다.
제2변환부(450)는 제2전압전류센서와 연결되어 있어 제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러(600)에서 연산 가능한 값으로 변환하게 된다.
마이크로컨트롤러는 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하게 되는데, 이때, 상기 수식 28이 마이크로컨트롤러에서 풍속 산출시 참조하는 풍속 산출 모델식이 된다.
즉, 마이크로컨트롤러가 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하게 된다.
이후, 마이크로컨트롤러는 산출된 풍속 정보를 디스플레이부에 출력시켜 풍속을 인지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템은,
태양전지(100)의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하는 제1전압전류센서(300)와;
태양전지의 온도와 주위 온도를 측정하는 온도센서(500)와;
풍력발전기(200)의 발전량으로부터 전압값과 전류값으로 측정하는 제2전압전류센서(400)와;
상기 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제1변환부(350)와;
제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제2변환부(450)와;
상기 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제3변환부(550)와;
태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 저장하고 있는 데이터저장부(700)와;
상기 데이터저장부에 저장된 태양전지의 출력특성정보와 제1변환부에 의해 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하며, 제3변환부에 의해 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하며, 제2변환부에 의해 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하는 마이크로컨트롤러(600)와;
상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 일사량과 태양전지의 온도 및 주위온도와 풍속 정보를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이는 풍력발전기와 태양광발전시스템이 동시에 설치 구성된 장소에 적용하게 되는 것이다.
즉, 도 9와 같은 구성을 가지게 된다.
제1전압전류센서(300)가 태양전지의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하며, 제2전압전류센서(400)가 풍력발전기의 발전량으로부터 전압값과 전류값으로 측정하며, 온도센서(500)가 태양전지의 온도와 주위온도를 측정하게 된다.
제1변환부(350)는 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러(600)에서 연산 가능한 값으로 변환하며, 제2변환부(450)는 제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하며, 제3변환부(550)는 온도센서(500)를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하게 된다.
상기 마이크로컨트롤러는 데이터저장부(700)에 저장된 태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 획득하게 되며, 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량 산출 모델식을 참조하여 일사량을 산출하게 된다.
일반적으로 태양전지 모듈의 생산시에 제공되는 기본적인 사양을 데이터저장부에 저장하게 되는데, 기본적인 사양에는 피크발전량, mpp, 전압 및 전류, 개방전압, 단락전류, 발전 효율 등이 있으며 이를 발전 특성 혹은 태양전지의 출력특성이라 한다.
또한, 마이크로컨트롤러는 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속 산출 모델식을 참조하여 풍속을 산출하게 되며, 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하게 된다.
이때, 마이크로컨트롤러는 일사량과 풍속 및 온도 정보를 디스플레이부에 출력하여 정보를 알려주게 되는 것이다.
부연 설명하자면, 상기 검출된 값인 일사량과 풍속 및 온도 정보는 마이크로 컨트롤러를 통해 디스플레이되거나 인터페이스 카드를 통해 외부로 전송된다.
이를 위한 프로그램은 아래와 같다.
double cbrt(double x);
void main()
{
double x, y;
printf(" X Cubic_root(X) nn");
for(x = -10.0; x <= 10.0; x += 1.)
{
printf(" %6.2f %10.7f n", x, cbrt(x));
}
}
한편, 마이크로컨트롤러는 제1변환부에서 변환된 전압값과 전류값과, 제3변환부에서 변환된 태양전지의 온도 및 주위온도를 추출하여 디스플레이부에 송출시켜 일사량 이외에도 전압값과 전류값 및 태양전지의 온도 및 주위온도를 동시에 표시하게 되며, 제2변환부에서 변환된 전압값과 전류값을 추출하여 디스플레이부에 송출시켜 풍속 이외에도 전압값과 전류값을 동시에 표시하게 된다.
또한, 온도센서 이외에 습도 센서를 설치 구성하게 되면 이를 디스플레이부를 통해 출력할 수도 있을 것이다.
한편, 다른 양상에 따라 상기 마이크로컨트롤러(600)는 측정된 전압값의 변화량이 적을 경우에, 룩업 테이블을 이용하여 측정된 전압값과 비교하여 일사량 값을 산출하는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 일사량과 전압과의 관계 실험치에서 나타난 바와 같이 일사량과 전압과의 관계는 일사량이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 특성을 보이나 포화전압에 가까울수록 포화되는 현상이 나타나서 포화전압 이상의 값에서는 일사량의 차이에 의한 전압값의 구분이 어렵다.
즉, 전압값의 변화량이 적으므로 별도의 룩업 테이블을 이용하여 마이크로컨트롤러의 EEPROM에 저장한 데이터를 기반으로 연산된 값과 비교하여 일사량값을 산출할 수도 있을 것이다.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템의 외형도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템을 장착하는 외형은,
두 개의 수직부재(1210)가 나란히 설치되되, 상단이 중앙측으로 구부러져 서로 연결되어 두 수직부재 사이에 보안등설치공간(1250)이 형성되어 있는 본체프레임(1200)과;
상기 보안등설치공간에 다수개의 발광램프로 설치 구성되는 보안등(1000)과;
본체프레임의 최하단에 제1변환부, 제2변환부, 제3변환부, 데이터저장부 및 마이크로컨트롤러가 내장되어 설치 구성되는 컨트롤박스(1100);를 더 포함하여 구성되되, 디스플레이부(800)가 컨트롤박스 및 보안등 사이에 설치 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 본체프레임의 상측에는 태양전지(100)와 풍력발전기(200)가 설치 구성되어 있으며, 본체프레임에는 보안등과 디스플레이부 및 컨트롤박스가 설치 구성되어 진다.
상기 본체프레임(1200)은 두 개의 수직부재(1210)가 나란히 설치되되, 상단이 중앙측으로 구부러져 서로 연결되어 두 수직부재 사이에 보안등설치공간(1250)이 형성되도록 구성된다.
또한, 두 개의 수직부재를 설치한 이유는 디스플레이부의 거치를 용이하게 하기 위함이고 단일 수직부재에도 가능하나 시스템의 안정성이 떨어지고 효과적인 디스플레이가 어렵다는 점에서 두 개의 수직부재를 이용한 것이다.
상기와 같이 구성하는 이유는 온도, 풍속, 일사량, 발전전력량, 배터리 상태 등을 표시하는 디스플레이부를 보안등에 접목시켜 보안등으로서의 역할 이외에도 외부로부터 전기를 공급받지 않고 자체적인 발전에 의한 자가발전 기능을 구비한 보안등을 제공하여 에너지 절약의 효과를 배가시킬 수 있을 것이다.
또한, 축전지를 추가적으로 설치 구성하게 되면 전력을 저장하여 비상시나 야간에 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 구조를 통해 배전선로 상에서 한전전력 계통과 연계되지 않고 독립적으로 운영되므로 시공설비가 간단하고 비용이 적게 드는 장점을 제공하게 된다.
또한, 상기와 같은 구조를 통해 보행자나 보안등 주변의 사람들에게 현재의 기상상태나 발전상태를 알려줌으로써 보다 인터렉티브한 기능을 제공하게 된다.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해 풍력발전기 및 태양광발전시스템 중 적어도 어느 하나 이상을 구현함에 있어서 고가의 풍속센서 및 일사량센서를 이용하여 풍속 및 일사량을 검출하지 않고 풍력발전기의 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 참조하여 풍속 및 일사량 정보를 획득하여 이를 표시하게 된다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 태양전지
200 : 풍력발전기
300 : 제1전압전류센서
350 : 제1변환부
400 : 제2전압전류센서
450 : 제2변환부
500 : 온도센서
550 : 제3변환부
600: 마이크로컨트롤러
700 : 데이터저장부
800 : 디스플레이부

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  4. 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 있어서,
    태양전지(100)의 발전량으로부터 전압값과 전류값을 측정하는 제1전압전류센서(300)와;
    태양전지의 온도와 주위 온도를 측정하는 온도센서(500)와;
    상기 제1전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제1변환부(350)와;
    상기 온도센서를 통해 측정된 태양전지의 온도와 주위온도를 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제3변환부(550)와;
    태양전지의 생산시 제공되는 출력특성정보를 저장하고 있는 데이터저장부(700)와;
    상기 데이터저장부에 저장된 태양전지의 출력특성정보와 제1변환부에 의해 변환된 태양전지의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 일사량을 산출하며, 제3변환부에 의해 변환된 태양전지의 온도와 주위온도를 획득하는 마이크로컨트롤러(600)와;
    상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 일사량과 태양전지의 온도 및 주위온도를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되되,
    상기 마이크로컨트롤러는,
    하기의 일사량 산출 모델식을 이용하여 일사량을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템.
    [일사량 산출 모델식]
    Figure 112012072949918-pat00035

    Isc는 단락전류, G는 일사량, VOC는 개방전압, Ns 는 직렬로 연결된 셀의 수, T는 주위온도, Tpv 는 태양전지 모듈의 온도, Ge 는 유효일사량, STC는 표준시험조건으로 일사량 1000 W/㎡, 셀의 온도 25℃이며, FF는 충진률, Pmodule 은 태양전지의 모듈 일 매당 변환되는 전력량.
  5. 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템에 있어서,
    풍력발전기(200)의 발전량으로부터 전압값과 전류값으로 측정하는 제2전압전류센서(400)와;
    제2전압전류센서를 통해 측정된 전압값과 전류값을 마이크로컨트롤러에서 연산 가능한 값으로 변환하는 제2변환부(450)와;
    상기 제2변환부에 의해 변환된 풍력발전기의 발전량에 대한 전압값과 전류값을 획득하여 풍속을 산출하는 마이크로컨트롤러(600)와;
    상기 마이크로컨트롤러의 제어에 따라 풍속 정보를 디스플레이시키는 디스플레이부(800);를 포함하여 구성되되,
    상기 마이크로컨트롤러는,
    하기의 풍속 산출 모델식을 이용하여 풍속을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 및 태양광발전시스템의 일사량 및 풍속 정보를 표시하는 스마트표시시스템.
    [풍속 산출 모델식]
    Figure 112012072949918-pat00036

    ρ는 공기밀도, A는 풍력터빈의 회전 단면적, Cp 는 동력계수,
    Figure 112012072949918-pat00037
    은 회전자에서 발생하는 기계적인 에너지를 전달하여 주는 전달장치의 효율,
    Figure 112012072949918-pat00038
    은 발전기의 효율, P(V)는 바람으로부터 얻을 수 있는 풍력발전기의 전기적 출력.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003224A (ja) * 1998-06-15 2000-01-07 Sharp Corp 系統連系型太陽光発電装置
JP2006101591A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Hitachi Cable Ltd 太陽光発電装置
JP2008157171A (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 風速計測機能付風力発電装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003224A (ja) * 1998-06-15 2000-01-07 Sharp Corp 系統連系型太陽光発電装置
JP2006101591A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Hitachi Cable Ltd 太陽光発電装置
JP2008157171A (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 風速計測機能付風力発電装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133397A (zh) * 2019-04-17 2019-08-16 安徽省光影电子科技有限公司 一种显示系统、显示单元以及控制方法

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