KR101294807B1 - 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 태양광을 직류 전류로 변환시키는 태양전지모듈(10); 상기 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류 전류를 충전하는 배터리부(20); 상기 태양전지모듈(10)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 상기 배터리부(20)에 충전하거나 방전하는 충전제어기(30); 상기 충전제어기(30)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 부하(50)에 공급하는 인버터(40);를 포함하되, 상기 충전제어기(30)의 입력단에 마련되어, 상기 태양전지모듈(10)로부터 상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하는 전력량 감지부(60)와, 상기 배터리부(20)의 입력단에 마련되어, 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하는 충전량 감지부(70)와, 상기 인버터(40)의 출력단에 마련되어, 상기 인버터(40)로부터 상기 부하(50)에 공급되는 전류 공급량을 감지하는 공급량 감지부(80)와, 상기 전력량 감지부(60) 및 상기 충전량 감지부(70) 및 상기 공급량 감지부(80)로부터 감지된 정보를 입력받아 상기 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 상기 충전 제어기를 제어하는 제어모듈(90)을 포함하며, 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 충전 제어기를 제어함으로써, 고가인 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법{Control device and control method for SolarStand-alone generating system}
본 발명은 태양광 전지판의 출력과 전력변환장치, 부하의 전력량을 분석하여 충방전 제어를 통해 배터리의 수명을 늘려 시스템의 안정도를 높이기 위한 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 반도체로 구성된 태양전지판에 태양광이 조사되면 광 기전력현상에 의하여 전류가 발생하는데, 이렇게 발전된 전기를 충전하여 실생활에 사용할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 태양광 발전시스템은 계통연계형 태양광 발전시스템과 독립형 태양광 발전시스템으로 크게 분류된다.
계통연계형 태양광 발전시스템은 계통전원과 연계된 시스템을 말하는데, 태양광발전 전력이 가정에서 소비되는 전력에 못 미치는 경우 계통전원으로부터 부족분을 공급받고, 태양광발전 전력이 가정에서 소비되는 전력을 초과할 경우에는 역으로 그 잉여전력을 계통전원 측으로 공급한다
독립형 태양광 발전시스템은 계통전원과 연계되지 않고, 배터리가 구비되어, 태양광발전 전력이 가정에서 소비되는 전력을 초과할 경우에는 그 잉여전력을 배터리에 충전하고, 태양광발전 전력이 가정에서 소비되는 전력에 못 미치는 경우 배터리로부터 충전된 전력을 공급받는다.
종래의 독립형 태양광 발전시스템은 다음과 같은 문제가 있다.
부하의 쓰는 양이 낮과 밤, 시간에 따라 일정하지 않고, 우천시에는 배터리에 충전이 되지 않으므로 배터리를 가정의 각 부하에 맞춰서 용량을 산정해야 하는데, 배터리의 용량 산정에는 여러 가지 상황을 고려해야 하므로 많은 문제점이 따른다.
또한, 배터리는 고가인데 부하 변동이 심하여 배터리의 수명이 짧으며, 배터리 충,방전 효율이 낮아서 배터리의 신뢰성이 많이 떨어진다는 문제점이 있다.
나아가, 배터리의 교체비용이 많이 들어 비용면에서 경제성이 떨어진다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 태양광 전지판의 출력과 전력변환장치, 부하의 전력량을 분석하여 충방전 제어함으로써 고가인 배터리의 수명을 늘려 전체적인 시스템의 안정도를 높이고 신뢰성을 높일 수 있는 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치는 태양광을 직류 전류로 변환시키는 태양전지모듈(10); 상기 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류 전류를 충전하는 배터리부(20); 상기 태양전지모듈(10)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 상기 배터리부(20)에 충전하거나 방전하는 충전제어기(30); 상기 충전제어기(30)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 부하(50)에 공급하는 인버터(40);를 포함하되, 상기 충전제어기(30)의 입력단에 마련되어, 상기 태양전지모듈(10)로부터 상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하는 전력량 감지부(60)와, 상기 배터리부(20)의 입력단에 마련되어, 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하는 충전량 감지부(70)와, 상기 인버터(40)의 출력단에 마련되어, 상기 인버터(40)로부터 상기 부하(50)에 공급되는 전류 공급량을 감지하는 공급량 감지부(80)와, 상기 전력량 감지부(60) 및 상기 충전량 감지부(70) 및 상기 공급량 감지부(80)로부터 감지된 정보를 입력받아 상기 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 상기 충전 제어기를 제어하는 제어모듈(90)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 충전량 감지부(70)에 의해 감지된 상기 배터리부(20)의 충전량과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 사용가능한 전력과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 상기 배터리부(20)의 충전완료시간과, 상기 공급량 감지부(80)에 의해 감지된 상기 전류 공급량 등의 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(100)가 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리부(20)의 유독가스 및/또는 온도를 검출하는 검출부가 구비되어, 상기 제어모듈(90)은 상기 검출부로부터 검출된 정보를 입력받아 설정값 이상이면 공기를 배기하도록 배기수단을 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법은 태양전지모듈(10)과, 배터리부(20)와, 충전제어기(30)와, 인버터(40)와, 전력량 감지부(60)와, 충전량 감지부(70)와, 공급량 감지부(80)와, 제어모듈(90)을 포함하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법에 있어서, 상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하고, 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하여, 상기 배터리부(20)가 과충전되는 것을 방지하고, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력 이외에는 전력 공급을 차단한다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 제어하되, 상기 배터리부(20)의 충전량이 60% 이상이면, 상기 부하(50)에 전력을 공급하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 40% 이상 내지 60% 미만이면, 디스플레이부(100)를 통하여 주의 표시를 하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 이상 내지 40% 미만이면, 상기 디스플레이부(100)를 통하여 전력 차단 경고 표시를 하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 미만이면, 상기 부하(50)에 전력을 차단하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 태양전지모듈(10)에 일사되는 일사량 및 상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 온도를 체크하여, 과열되는 것을 방지하도록 상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 작동을 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 충전 제어기를 제어함으로써, 고가인 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으며, 시스템의 안정도를 높일 수 있고, 신뢰성을 높일 수 있으며, 이에 따라 비용절감의 효과가 있다.
또한, 디스플레이부(100)를 통하여 전력 사용정보를 사용자에게 알려줄 수 있어, 절전이 가능하고, 배터리의 안정적 사용과 함께 시스템 전체의 안정적인 사용이 가능하며, 이로 인하여 큰 경제적 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치를 도시한 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치는 태양전지모듈(10)과 배터리부(20)와 충전제어기(30)와 인버터(40)와 전력량 감지부(60)와 충전량 감지부(70)와 공급량 감지부(80)와 제어모듈(90)을 포함한다.
태양전지모듈(10)은 태양광의 에너지를 전기적 에너지인 직류(DC) 전류로 변환시킨다.
배터리부(20)는 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류 전류를 충전한다.
충전제어기(30)(Charge controller)는 태양전지모듈(10)로부터 공급되는 직류 전류를 배터리부(20)에 충전하거나 방전한다.
인터버는 충전제어기(30)로부터 공급되는 직류 전류를 교류(AC) 전류로 변환하여 가정에서 이용하는 각 전기기기인 부하(50)에 공급한다.
전력량 감지부(60)는 충전제어기(30)의 입력단에 마련되어, 태양전지모듈(10)로부터 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지한다. 즉, 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하여 전력이 들어오는지 여부도 함께 감지할 수 있다.
충전량 감지부(70)는 배터리부(20)의 입력단에 마련되어, 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지한다.
공급량 감지부(80)는 인버터(40)의 출력단에 마련되어, 인버터(40)로부터 부하(50)에 공급되는 전류 공급량을 감지하여, 부하(50)의 전력 사용량을 체크할 수 있다.
제어모듈(90)은 전력량 감지부(60) 및 충전량 감지부(70) 및 공급량 감지부(80)로부터 감지된 정보를 입력받아 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 충전 제어기를 제어한다.
한편, 제어모듈(90)과 연관된 디스플레이부(100)가 구비되는 것이 바람직한데, 디스플레이부(100)는 부하가 있는 각 가정 내에 배치될 수 있다.
이러한 디스플레이부(100)는 제어모듈(90)로부터 정보를 입력받아 다음과 같은 정보를 표시할 수 있다.
즉, 충전량 감지부(70)에 의해 감지된 배터리부(20)의 충전량을 표시할 수 있다.
또한, 배터리부(20)의 충전량에 따라 사용가능한 전력을 표시할 수 있다.
나아가, 배터리부(20)의 충전량에 따라 앞으로 배터리부(20)의 충전완료시까지 얼만큼의 시간이 걸리는지 배터리부(20)의 충전완료시간을 표시할 수 있다.
또한, 공급량 감지부(80)에 의해 감지된 전류 공급량에 따라 현재 부하(50)가 사용하는 전력량이 얼마인지, 배터리부(20)의 충전량과 전류 공급량을 비교하여 앞으로 전력을 얼마자 사용 가능한지 등을 표시할 수 있다.
한편, 배터리부(20)는 12V, 60A의 축전지를 사용하며, 일반 가정에서는 5개 내지 10개 정도의 축전기를 사용하면 되지만, 섬 지역 등에서는 30개 내지 40개 정도의 축전기를 사용하여 축전기를 별도의 실내에 보관하게 된다.
이때, 축전기로 구성된 배터리부(20)에는 유독가스 등이 발생하게 되는데, 이러한 배터리부(20)의 유독가스나 온도를 검출하는 검출부가 구비되어 있는 것이 바람직하다. 제어모듈(90)은 검출부로부터 검출된 유독가스나 온도 등의 정보를 입력받아 설정값 이상이면, 실내의 공기를 배기하는 환풍팬 등의 배기수단을 제어하여 실내의 유독가스를 외부로 배출시키거나 실내의 온도를 낮출 수 있도록 한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하고, 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하여, 배터리부(20)가 과충전되는 것을 방지한다.
또한, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급하고, 부하(50)에 필요한 최소전력 이외에는 전력 공급을 차단한다.
나아가, 배터리부(20)의 충전량에 따라 제어하는 것이 바람직한데, 그 상세한 제어방법은 다음과 같다.
즉, 배터리부(20)의 충전량이 60% 이상이면, 부하(50)에 전력을 계속 공급한다.
다음으로, 배터리부(20)의 충전량이 40% 이상 내지 60% 미만이면, 디스플레이부(100)를 통하여 사용상 주의 표시를 한다.
다음으로, 배터리부(20)의 충전량이 25% 이상 내지 40% 미만이면, 디스플레이부(100)를 통하여 전력 차단 경고 표시를 한다.
마지막으로, 배터리부(20)의 충전량이 25% 미만이면, 부하(50)에 전력을 차단하여 배터리부(20)가 완전히 방전되는 것을 방지하여 배터리를 보호한다.
한편, 태양전지모듈(10)에 일사되는 일사량 및 태양전지모듈(10), 배터리부(20), 충전제어기(30), 인버터(40) 각각의 온도를 체크하여, 과열되는 것을 방지하도록 태양전지모듈(10), 배터리부(20), 충전제어기(30), 인버터(40) 각각의 작동을 제어한다.
본 발명의 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법은 하나의 독립형 태양광 발전시스템에 사용되는 것으로 설명하였지만, 섬 지역 같은 곳에서 다수의 독립형 태양광 발전시스템을 함께 제어할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10 : 태양전지모듈 20 : 배터리부
30 : 충전제어기 40 : 인버터
50 : 부하 60 : 전력량 감지부
70 : 충전량 감지부 80 : 공급량 감지부
90 : 제어모듈 100 : 디스플레이부

Claims (6)

  1. 태양광을 직류 전류로 변환시키는 태양전지모듈(10);
    상기 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류 전류를 충전하는 배터리부(20);
    상기 태양전지모듈(10)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 상기 배터리부(20)에 충전하거나 방전하는 충전제어기(30);
    상기 충전제어기(30)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 부하(50)에 공급하는 인버터(40);를 포함하되,
    상기 충전제어기(30)의 입력단에 마련되어, 상기 태양전지모듈(10)로부터 상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하는 전력량 감지부(60)와,
    상기 배터리부(20)의 입력단에 마련되어, 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하는 충전량 감지부(70)와,
    상기 인버터(40)의 출력단에 마련되어, 상기 인버터(40)로부터 상기 부하(50)에 공급되는 전류 공급량을 감지하는 공급량 감지부(80)와,
    상기 전력량 감지부(60) 및 상기 충전량 감지부(70) 및 상기 공급량 감지부(80)로부터 감지된 정보를 입력받아 상기 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 상기 충전 제어기를 제어하는 제어모듈(90) 및
    상기 충전량 감지부(70)에 의해 감지된 상기 배터리부(20)의 충전량과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 사용가능한 전력과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 상기 배터리부(20)의 충전완료시간과, 상기 공급량 감지부(80)에 의해 감지된 상기 전류 공급량 등의 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(100)를 포함하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리부(20)의 유독가스 또는 온도 중 적어도 하나를 검출하는 검출부가 구비되어,
    상기 제어모듈(90)은 상기 검출부로부터 검출된 적어도 하나의 정보를 입력받아 설정값 이상이면 공기를 배기하도록 배기수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치.
  4. 태양전지모듈(10)과, 배터리부(20)와, 충전제어기(30)와, 인버터(40)와, 전력량 감지부(60)와, 충전량 감지부(70)와, 공급량 감지부(80)와, 제어모듈(90) 및 디스플레이부(100)를 포함하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량 및 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하여 상기 배터리부(20)가 과충전되는 것을 방지하고,
    부하(50)에 필요한 최소전력을 공급하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력 이외에는 전력 공급을 차단하며,
    상기 충전량 감지부(70)에 의해 감지된 상기 배터리부(20)의 충전량과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 사용가능한 전력과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 상기 배터리부(20)의 충전완료시간과, 상기 공급량 감지부(80)에 의해 감지된 전류 공급량 등의 정보를 상기 디스플레이부(100)에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 제어하되,
    상기 배터리부(20)의 충전량이 60% 이상이면, 상기 부하(50)에 전력을 공급하고,
    상기 배터리부(20)의 충전량이 40% 이상 내지 60% 미만이면, 상기 디스플레이부(100)를 통하여 주의 표시를 하고,
    상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 이상 내지 40% 미만이면, 상기 디스플레이부(100)를 통하여 전력 차단 경고 표시를 하고,
    상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 미만이면, 상기 부하(50)에 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 태양전지모듈(10)에 일사되는 일사량 및
    상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 온도를 체크하여,
    과열되는 것을 방지하도록 상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 발전시스템의 제어방법.
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