KR101240534B1 - 전압조정 태양광 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전압조정 태양광 시스템에 관한 것으로 태양광으로부터 전력을 발생시키는 태양광모듈; 상기 태양광모듈에서 발생된 전압을 승압 또는 강압하는 직류/직류 컨버터; 상기 태양광모듈에서 발생하는 전력 및 상기 직류/직류 컨버터에서 승압 또는 강압된 전력을 충전시키는 배터리; 상기 태양광모듈에서 발생된 전압이 배터리의 입력차단전압보다 낮은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 승압시키고, 높은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 강압시켜서 상기 배터리를 충전시키는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압조정 태양광 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면 태양광 시스템에서의 배터리의 효율을 최대한 높일 수 있고, 부조일에 대응하는 사용 일수를 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.

Description

전압조정 태양광 시스템{Solar Light System Regulating Voltage}

본 발명은 전압조정 태양광 시스템에 관한 것이다.

현재 기 설치되어 있는 태양광을 이용한 가로등 및 전광판은 부하의 용량을 저용량(30W 급)으로 최소화하여 저용량의 축전용량으로도 구동이 될 수 있도록 구성하거나, 태양의 일사방향 및 위치에 따른 태양광모듈의 최대축전용량을 얻을 수 있는 동작점을 찾아 모듈의 각도 및 방향을 이동시켜 최대축전용량을 확보하기 위한 최대전력추적시스템으로 구성하여 태양광 모듈의 전류생성 활용도를 극대화시키도록 구성되어 있다. 또한, 상시 일정이상의 전력을 신뢰성 있게 확보하기 위해 가장 많이 사용되고 있는 방식은 하이브리드방식으로 태양광시스템과 사용전력을 이중으로 설치하여, 태양광전력의 축전용량 부족시 이를 감지하여 상용전력으로 바꾸는 시스템을 구축하고 있다.

하지만, 태양광 발전을 활용한 가로등과 표시등 장치는 태양광모듈, 직류/직류 컨버터, 축전지 및 전등을 조합하여 단일 유닛에 취부하는 형태로 되어있어, 태양광발전 효율이 저하되고 설치 및 유지 보수에 어려움을 겪고 있으며 일기불안에 따른 일조량 부족시 축전지의 충전전류에 의존하여 3일 이상 사용할 수 없는 문제점을 안고 있다. 또한 최대전력추적시스템을 사용하고 있는 경우에는 태양광모듈을 전체적으로 회전시키기 위한 구조물과 모터 및 센서를 추가적으로 설치함으로써, 구조물 제작 및 설치의 불편함과 경제적으로 추가비용이 발생하는 문제가 있다. 또한 하이브리드 방식은 이중화 전력선을 매설하기 위한 공사비의 이중부담과 전기료, 태양광시스템 설치 및 운영비에 있어서 경제적 손실을 나타내고 있다.

종래의 독립형 태양광발전 시스템에서는 배터리 관리를 위해 단순히 배터리가 일정 전압 이상 또는 일전 전압 이하일 때 컷오프(cut off)방법을 사용한 경우가 대부분이다. 이 경우에 태양광모듈에 의해 발생된 전압이 배터리 입력 차단전압보다 낮은 경우 충전할 수 없고, 배터리 입력 차단전압보다 높은 경우에도 충전할 수 없다. 따라서 충전효율이 매우 떨어지게 되고, 특히 날씨의 영향을 많이 받게 된다.

또한, 태양전지는 낮은 변환 효율을 갖고 있어 전체 시스템의 단가를 줄이는 대안은 전력변환 장치의 고효율화와 태양전지로부터 최대 에너지를 발생하도록 제어하는 것으로 일반적인 태양광 발전시스템은 태양전지의 직류 출력을 원하는 레벨의 직류 전압으로 변환하기 위해 직류/직류 컨버터를 적용하게 되며, 입출력 전압의 조건에 따라 승압형, 강압형, 승강압 형태로 되어 있다.

태양광 발전 시스템의 출력을 증가시키는 방법으로는 컨버터 모듈을 병렬 접속하여 전체 출력을 증가시키는 방법이 널리 이용된다. 그러나 여러 대의 컨버터가 동일한 입력과 출력단을 가지고 동일한 스위칭 신호에 의해 구동이 될 경우, 각 컨버터의 전류는 불균형이 발생하기 쉽다. 병렬로 접속된 컨버터들의 파라메타가 현실적으로 정확히 동일할 수 없으며, 이로 인해 스위칭 신호의 시비율에 미소한 차이를 발생시키게 된다. 또한 병렬로 여러대의 컨버터를 접속시켜야 하므로 구성이 복잡해지고 제어하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 태양광모듈에서 생성된 전압을 조정하여 배터리의 충전효율을 최대로 높이는 전압조정 태양광 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전압조정 태양광 시스템은 태양광으로부터 전력을 발생시키는 태양광모듈; 상기 태양광모듈에서 발생된 전압을 승압 또는 강압하는 직류/직류 컨버터; 상기 태양광모듈에서 발생하는 전력 및 상기 직류/직류 컨버터에서 승압 또는 강압된 전력을 충전시키는 배터리; 상기 태양광모듈에서 발생된 전압이 배터리의 입력차단전압보다 낮은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 승압시키고, 높은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 강압시켜서 상기 배터리를 충전시키는 제어부; 를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 태양광모듈에서 발생된 전압을 상기 배터리 또는 상기 직류/직류 컨버터로 전송하도록 스위칭하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압조정 태양광 시스템은 상기 태양광모듈 및 상기 배터리의 상태에 따라 상기 제어부의 작동 조건을 조작할 수 있는 키패드를 더 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 태양광 시스템에서의 배터리의 효율을 최대한 높일 수 있다.

둘째, 부조일에 대응하는 사용 일수를 최대한 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정 태양광 시스템의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정 태양광 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전압조정 태양광 시스템은 태양광 모듈(100), 직류/직류 컨버터(200), 배터리(300), 제어부(400), 키패드(500), 디스플레이부(600), 및 전등(700)을 포함하여 구성된다.

태양광 모듈(100)은 태양광을 이용해 발전하여 전력을 생성하는 역할을 하고 직류/직류 컨버터(200)는 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 전압을 승압 또는 강압하는 역할을 하는 것으로, 가변 입력전압에 대한 안정적 전압으로 변환하여 출력하는 기능을 수행하는 소자이다. 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력은 제어부(400)에 의해 제어되어 배터리(300)로 충전된다.

제어부(400)는 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 전압을 측정하여 배터리(300)의 입력차단전압보다 높은지 낮은지 여부를 판단하여 배터리(300)를 충전하며, 전등(700)을 설정된 시간에 따라 On/Off 시키는 역할을 한다. 또한, 제어부(400)는 마이크로프로세서를 포함하고 있어 태양광 모듈(100)의 출력전압에 따라 출력전압을 바이패스시켜 배터리(300)로 보내거나 직류/직류 컨버터(200)로 보내게 된다.

키패드(500)는 태양광 모듈(100)에서 생성되는 전압, 배터리(300)의 종류에 따라 정격전압이 달라지므로 이를 조절할 수 있도록 제어부를 조작하는 역할을 한다.

디스플레이부(600)는 LCD 또는 LED를 포함하여 구성되고, 태양광 모듈(100)에서 들어오는 전압의 상태, 배터리(300)의 충전상태 등을 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전압조정 태양광 시스템은 두가지 경우에 따라 다르게 작동한다.

첫째, 태양광 모듈(100)의 출력전압이 배터리(300)의 입력차단전압의 저전압과 고전압의 범위에서 생성되는 경우에는 제어부(400)에서 태양광 모듈(100)의 출력전압을 측정하여 제어부(400)의 마이크로프로세서에 전달하면 태양광 모듈(100)의 출력전압을 직접 배터리(300)에 충전하도록 마이크로프로세서가 스위칭신호를 전달하여 직류/직류 컨버터(200)를 거치지 않고 바이패스시켜 배터리(300)의 충전을 시작한다.

둘째, 태양광 모듈(100)의 출력전압이 배터리(300)의 입력차단전압의 저전압 이하이거나 배터리(300)의 입력차단전압의 고전압 이상인 경우에는 제어부(400)의 마이크로프로세서에서 직류/직류 컨버터(200)로 출력전압을 전송하도록 스위칭한다. 스위칭된 태양광 모듈(100)의 출력전압은 직류/직류 컨버터(200)를 거치게 되고 직류/직류 컨버터(200)에서 출력전압은 배터리의 충전변위에 적합하도록 자동 조절된다. 예를 들어, 12V 배터리의 입력차단 전압은 11V 내지 14.2V이다. 태양광 모듈(100)의 출력전압이 6V인 경우에는 직류/직류 컨버터(200)를 거쳐 승압되어 11V 내지 14.2V의 범위에 맞춰지게 된다. 태양광 모듈(100)의 출력전압이 17V인 경우에는 직류/직류 컨버터(200)를 거쳐 강압되어 11V 내지 14.2V의 범위에 맞게 자동조절된다. 이는 직류/직류 컨버터(200) 내부의 주파수변조 컨트롤러가 가변입력을 검출하여 일정전압으로 조절하기 위한 신호를 금속산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide Semiconductor Field Transistor, 이하 MOSFET)의 부스터-트랩 게이트드라이버에 전달하여 전압/전류의 주기를 변조함으로써, 배터리의 정격전압에 부합하는 정전압을 출력한다. 상기 MOSFET은 입력전류가 매우 미약하여 소비전력이 적고, 잡음이 적으며, 미세 신호 증폭시 찌그러짐이 적은 등 일반 트랜지스터를 사용하는 것보다 좋은 효과가 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100: 태양광 모듈
200: 직류/직류 컨버터
300: 배터리
400: 제어부
500: 키패드
600: 디스플레이부
700: 전등

Claims (3)

1. 태양광으로부터 전력을 발생시키는 태양광모듈;
   상기 태양광모듈에서 발생된 전압을 승압 또는 강압하는 직류/직류 컨버터;
   상기 태양광모듈에서 발생하는 전력 및 상기 직류/직류 컨버터에서 승압 또는 강압된 전력을 충전시키는 배터리;
   상기 태양광모듈에서 발생된 전압이 배터리의 입력차단전압보다 낮은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 승압시키고, 상기 태양광모듈에서 발생된 전압이 배터리의 입력차단전압보다 높은 경우에는 상기 직류/직류 컨버터를 사용하여 강압시켜서 상기 배터리를 충전시키는 제어부; 를 포함하는 전압조정 태양광 시스템으로서,
   상기 전압조정 태양광 시스템은 상기 태양광모듈 및 상기 배터리의 상태에 따라 상기 제어부의 작동 조건을 조작할 수 있는 키패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압조정 태양광 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하고,
   상기 마이크로프로세서는 상기 태양광모듈에서 발생된 전압을 상기 배터리 또는 상기 직류/직류 컨버터로 전송하는 스위칭수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압조정 태양광 시스템.
   
   
3. 삭제

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