KR101395352B1 - 태양광을 이용한 대기전력 저감장치 - Google Patents

태양광을 이용한 대기전력 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광을 이용한 대기전력 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가정 중심으로 주택에서 사용하는 콘센트 등에 대기전력차단장치를 적용하는 방법으로 대기전력차단에 필요한 에너지를 태양광에너지로 손쉽게 적용할 수 있고, 타임 시퀀스와 사용자 설정을 더 보강한 태양광을 이용한 대기전력 저감장치에 관한 것이다.
본 발명은 외부 부하에 전원을 공급할 수 있도록 DC 변환기를 포함하는 태양광 시스템, 상기 태양광 시스템에 전기적으로 연결되고, 상기 주전원라인에 연결되어 주전원의 통전을 제어하는 릴레이구동부, 상기 주전원라인에 흐르는 전류를 검출하여 증폭하는 감지부, 상기 감지부에서 감지한 전류를 증폭하는 증폭부 및 상기 태양광 시스템에 전기적으로 연결되고, 상기 부하의 전력소비패턴이 기준 전력소비패턴으로서 롬에 프로그램형태로 저장되고, 상기 감지부에서 전류신호가 검출되면 검출되는 전류신호를 패턴화한 후 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 릴레이구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

태양광을 이용한 대기전력 저감장치{POWER SAVING TYPE DEVICE FOR BREAKING STANDBY POWER USING SOLAR POWER}
본 발명은 태양광을 이용한 대기전력 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가정 중심으로 주택에서 사용하는 콘센트 등에 대기전력차단장치를 설치하고 대기전력차단장치를 구동하는데 필요한 대기전력을 태양광에너지로부터 공급받아 상용전원의 대기전력을 제로화하고, 주전원라인의 통전을 제어하는데 사용하는 릴레이의 구동전원을 타임 시퀀스를 적용하여 절전함과 아울러, 사용자 설정모드를 구비하여 의도치 않게 전원이 차단되는 것을 방지할 수 있도록 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치에 관한 것이다.
에너지의 원자재를 대부분 해외에서 수입하는 한국은 가스, 원유, 유연탄 등으로 전력을 생산하여 국가적 국부유출의 가장 큰 요인이 되고 있다.
이에 에너지난을 겪고 있는 다수의 에너지 빈곤국가의 경우 에너지저감을 위한 각종 프로그램을 운영하고 있다.
특히 화석연료의 대기오염 등에 대한 우려가 매우 높아 전 세계적으로 OECD국가를 중심으로 이산화탄소배출 규제를 급속하게 강화하고 있다.
또한 잦은 원전사고 등으로 특히 전기를 절감하여야 함은 수없이 강조해도 지나치지 않을 만큼 절실한 부분이다.
각 정부에서는 이를 해결하기 위하여 다양한 에너지 절감 정책을 제시하고 있다.
이를 해결하기 위해 태양열, 태양광, 풍력, 조력 및 지열과 같이 자연 상태에서 만들어진 에너지를 일컫는 재생가능 에너지(renewable energy)는 기후변화 문제의 심화와 화석연료의 고갈 등으로 점차 중요성과 비중이 증가되고 있다.
이러한 재생가능 에너지는 그것을 활용하기 위한 다양한 기술들이 개발되어 있다. 그중 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 기술은 인공위성, 계산기, 시계, 주택 난방 등에 널리 사용되고 있다.
한편 최근의 대기전력자동차단 장치는 대기전력을 자동으로 차단하여도 대기전력차단장치의 자체소비전력이 평균 0.5W이상으로 이루어져 있으며 특히 작동시 대기전력은 최소 1W를 상회하는 수준이다. 따라서 최근의 국가의 에너지저감프로그램에 의하여 모든 전자제품을 1W이하로 규제하고 있으나, 전자제품회사의 경우 대기전력에서 유효전력을 줄이는 대신에 무효전력이 상대적으로 높아 실제 범 국가적인 대기전력저감프로그램에 위배된다.
따라서 상술한 태양 에너지를 이용한 새로운 태양광적용 대기전력 저감장치의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 각 부하의 전력소비패턴이 기준 전력소비패턴으로서 롬에 프로그램형태로 저장되고, 부하의 전력사용에 따라 흐르는 전류로부터 전류신호를 검출하여 패턴화한 후 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 주전원라인의 통전을 제어하되, 대기전력차단장치를 구동하는데 필요한 최소한의 전력을 태양광시스템으로부터 제공받도록 하여 상용전원으로부터의 대기전력 사용을 제로화 할 수 있도록 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 릴레이구동부의 접점 탈부착 시간 간격을 측정하여 타임 시퀀스(Time sequence)를 적용함으로써 태양광전지 소모를 극소화한 태양광을 이용한 대기전력 저감장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 일반가정 및 사무실 등에서 사용하는 대기전력차단 장치를 포함하여 대기전력소비가 높은 부하에 대한 대기전력 대체장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명으로 주거공간 및 사무공간에 대기전력을 충당할 수 있는 태양광시스템을 장착하여 주택 및 사무실의 모든 대기전력을 제로로 만들 수 있는 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 외부 부하에 전원을 공급할 수 있도록 DC 변환기를 포함하는 태양광 시스템, 상기 태양광 시스템에 전기적으로 연결되고, 상기 주전원라인에 연결되어 주전원의 통전을 제어하는 릴레이구동부, 상기 주전원라인에 흐르는 전류를 검출하는 감지부, 상기 감지부에서 감지한 전류를 증폭하는 증폭부 및 상기 태양광 시스템에 전기적으로 연결되고, 상기 부하의 전력소비패턴이 기준 전력소비패턴으로서 롬에 프로그램형태로 저장되고, 상기 감지부에서 전류신호가 검출되면 검출되는 전류신호를 패턴화한 후 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 릴레이구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 릴레이구동부의 접점 탈부착 시간 간격을 측정하여 0.01 초 내지 상기 탈부착 시간 간격 사이로 타임 시퀀스(Time sequence)를 적용한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부의 전원 차단 유/무에 따른 사용자 설정을 입력받는 자동/사용자 전환 스위치부를 더 포함하여 구성된다.
일 실시예에 있어서, 단독 주택, 집합 건물, 아파트 또는 사무실의 경우, 외부 또는 옥상에 태양광 집열판을 설치하고, 상기 태양광 집열판에서 생산된 전력을 전송하는 케이블을 상기 단독 주택, 집합 건물, 아파트 또는 사무실에 미리 배선된 배전반의 통신 단자함 또는 대기전력 전용케이블 단자함의 케이블에 결선하여 상기 각 대기전력 저감장치에 전력을 공급한다.
본 발명에 따르면 첫째, 소형 태양광 시스템을 통하여 생산한 DC전원을 유선 또는 무선으로 대기전력차단장치에 전송하는 방법을 통하여 대기전력차단장치의 전원부를 별도로 두지 않아 발생되는 비용 절감 효과를 갖는다.
둘째, 본 발명에 따르면 태양광시스템은 매우 가볍고 설치 및 이동이 용이하며, 시간당 약 5W의 전원을 생산하여 대기전력차단장치에 활용시 85㎡의 일반 국민주택 또는 사무실에 저렴한 비용으로 에너지를 절감할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 소용량 태양광 시스템은 그 구성이 간단하며 비용이 매우 저렴할 뿐만 아니라 사용자 설정 스위치를 미리 적용시킨 다면, 대부분의 가정 및 사무실의 대기전력을 완벽하게 차단할 수 있다.
넷째, 본 발명은 대기전력자동차단 장치에 사용하는 전력을 태양광시스템으로 대체하는 기술이며, 태양광에서 남은 전력은 데이터통신기기(모뎀, 공유기 등) 등에 추가로 사용할 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따르면 일반적인 대기전력의 자동차단장치의 가장 큰 단점인 작동시 소비전력이 대부분 1W를 상회하는 것을 릴레이 구동시 시간제어(Time Sequence)를 적용하여 작동시 대기전력을 70%이상 낮출 수 있다.
여섯째, 본 발명에 따르면 1인 가구 등에 해당하는 대기전력 제로화 방법으로서 실제로 아파트 및 사무실 등의 집합건물 및 대형 오피스텔에는 1개의 태양광으로 전체 가구 또는 사무실의 모든 대기전력을 제로화할 수 있다.
일곱번째, 본 발명에 따르면 대기전력 차단콘센트 및 유사 장치의 모든 전원부가 불필요하며 그에 따른 제조 생산원가를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감장치의 주변 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 종래의 대기전력 저감장치의 인식률 저하 현상을 보여주는 그래프 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감 장치의 인식률을 설명하는 그래프 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감 장치를 주택에 적용한 경우를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감 장치를 아파트 등에 적용한 경우를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감장치는 태양광을 통하여 생산한 DC 전력을 일정하게 대기전력차단장치에 전송하기 위하여, 소형 태양광시스템(100)을 구성하는 태양광을 집열하는 집열판(11), 집열된 태양광을 전기로 변환한 후 일정한 DC 전력으로 다시 변환하는 DC 변환기(12), DC 변환된 전기를 충전배터리(14)에 충전시키도록 하는 충전회로(13)로 이루어지고, 상기 충전회로(13)에 충전된 전기가 전송되는 발코니등, 유도등, 비상등, 모뎀 장비, 공유기 등 소용량 부하(19)에 일정 패턴이 발생하면 대기 전력을 차단하는 대기전력차단장치(16)로 나누어 구성된다.
따라서 상기 소형 태양광시스템(100)은 시간당 약 5W의 전원을 생산하여 일반 국민주택 또는 사무실에 저렴한 비용으로 제공할 수 있어, 전체 사용 에너지를 절감할 수 있다.
상기 대기전력차단장치(16)는 롬 형태의 메모리에 각종 부하의 전력소비패턴을 미리 저장하거나 프로그램 상 루프에 의해 반복 수렴 패턴을 도출 및 분석하여 기준 전력소비패턴으로서 미리 저장하여 놓고 감지되는 전류신호를 패턴화한 후 감지된 전력소비패턴을 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 유사도에 따라 통전을 제어한다.
또한 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 태양광을 이용한 대기전력 저감장치는 가볍고 설치 및 이동이 용이한 태양광 시스템(100), 제어부(120), 릴레이구동부(160), 증폭부(170) 및 감지부(180)로 크게 나누어 구성된다.
상기 태양광 시스템(100)은 제어부(120)와 릴레이구동부(160)에 연결되고 외부 부하에 일정한 전력을 공급할 수 있도록 DC 변환기(12) 등을 포함하는 장치로서, 소용량 부하와 대용량부하 뿐만 아니라 주택, 사무실 및 아파트 등의 일정 위치에 고정 설치되어, 이후 설명하는 배전반(70)의 전원라인 등과 연결될 수 있다.
상기 릴레이구동부(160)는 상기 태양광 시스템(100)으로부터 전력을 공급받고, 상기 주전원라인(A)에 연결되어 주전원의 통전을 제어하는 스위칭소자를 구동시키는 장치이고, 상기 감지부(180)는 상기 주전원라인(A)에 흐르는 전류를 검출하여 증폭부(170)에 전송하여 증폭하도록 하는 장치이다.
상기 제어부(120)는 상기 릴레이구동부(160)와 같이 상기 태양광 시스템(100)으로부터 전력을 공급받고, 상기 부하의 전력소비패턴이 기준 전력소비패턴으로서 롬에 프로그램형태로 저장되고, 상기 감지부(180)에서 전류신호가 검출되면 검출되는 전류신호를 패턴화한 후 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 상기 릴레이구동부(160)의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러로 이루어진다.
또한 상기 제어부(120)에는 자동 또는 사용자 설정을 선택할 수 있으며, 구성이 간단하며 비용이 매우 저렴한 자동/사용자 전환스위치부(30)가 연결되고, 상기 자동/사용자 전환스위치부(30)에는 리모콘(50)의 적외선 신호 등을 감지할 수 있는 수신부(40)가 더 연결된다.
덧붙여, 상기 자동/사용자 전환스위치부(30)에는 외부 콘센트(34) 등에 설치된 사용자 설정 스위치(32)를 사용하여 보다 편리하게 이용할 수 있다.
보다 세부적으로 상기 제어부(120)에는 사용자가 상기 대기전력차단장치(16)의 차단 시점과 통전 시점에 따른 시각을 입력하여 설정할 수도 있다.
따라서 상기 사용자 설정 스위치(32)의 온/오프에 따라 상기 제어부(120) 등의 전원 차단 유/무를 미리 결정할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 상기 릴레이구동부(160)의 접점 탈부착 시간 간격을 측정하여 0.01 초 내지 상기 탈부착 시간 간격 사이로 타임 시퀀스(Time sequence)를 적용한다.
예를 들어 태양광 시스템(100)의 전력 소모의 극소화를 위하여 릴레이 구동에 타임 시퀀스를 주어 릴레이가 작동시 전력을 1/3로 줄일 수 있도록 구성하는 점이 바람직하다.
또한 이러한 구동방식은 릴레이작동 전원을 극소화하여 태양광 전지를 포함한 태양광시스템을 극소화 할 수 있는 장점을 가진다.
즉 일반적인 릴레이는 전기적신호를 통하여 기계적으로 작동하며 기계적으로 접점이 탈부착되는 데 걸리는 시간의 간격이 약 0.15초정도 걸린다.
이에 대기전력차단장치(16)의 전력을 절감하기 위하여 제어부(120)에서 릴레이구동부(160)에 신호를 지속적으로 주지 않고 0.01 초 내지 상기 탈부착 시간 간격(0.15초) 또는 약 0.05초 간격으로 줄 경우 릴레이는 지속적으로 작동됨과 동시에 전력을 획기적으로 줄일 수 있다.
한편 본 발명에 따른 다른 실시예로서 상기 제어부(120)의 제어로직의 인식률을 높이기 위해서 상술한 본 발명의 기준 전력소비패턴과 비교하여 스위칭소자의 동작을 제어하는 대기전력차단로직에 따라 진행할 수 있으나, 실험 결과 아래와 같은 문제점이 생길 수 있다.
예를 들어 도 3에서 보는 바와 같이 충전 배터리와 컴퓨터와 모니터가 멀티탭 등에 연결되어 차례로 작동되는 경우, 먼저 충전 배터리가 연결되면 A에서 A'까지 전력이 상승하고 일정하게 전력을 사용하는 (가) 구간(A'-B)에서 계속 충전 작용을 진행한다.
계속하여 컴퓨터를 켜고(B), 모니터를 켜는 경우(C) 계속 전력은 올라간다.
그리고 모니터와 컴퓨터가 꺼진 경우(D) 사용 전력은 급강하되며, 이 때 일반적인 대기전력차단장치는 대기전력차단로직에 따라 전력 차단 작용을 하여, 계속 충전을 유지해야할 충전 배터리도 갑자기 전력이 차단되는 문제점이 발생한다.
즉 일반적인 대기전력차단장치가 매설된 콘센트의 부하유무의 판정이 부정확하며, 특히 상기 콘센트에 여러개의 멀티탭을 연결하였을 경우 가늠하기가 어려워 사용 중인 전자제품이 대기전력차단장치에 의하여 꺼지는 사례가 나타날 수도 있었다.
따라서 본 발명은 인식률을 극대화하기 위하여 대기전력차단장치(16)에 사용자 설정 기능을 넣어 인식률을 높일 수 있다.
예를 들어 도 4에서 보는 바와 같이 상술한 단계별(A, B, C)로 전력이 상승하고, 갑자기 모니터 등을 오프시키는 단계(D)에 도달하여 E 단계까지 전력이 낮아질 경우, 본 발명에 따른 사용자 설정에 따라 대기전력차단장치(16)의 전원이 차단되고, 상기 충전 배터리는 상기 대기전력차단장치(16)의 영향을 받지 않고 계속 충전 상태를 유지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 의하여 상기 제어부(120)에는 인식률을 100%수준에 근접하도록 직접 각 부하에 대해 다양한 통전 또는 차단에 대한 사용자 설정을 입력받아 저장시키는 사용자용 설정부가 내장 또는 추가적으로 연결될 수도 있다.
또한 도 5에서 보는 바와 같이 단독 주택의 경우 외부에 소정의 전력을 생산할 수 있는 크기의 태양광 집열판(11)을 설치하고, 상기 태양광 집열판(11)에서 생산된 전력이 전송되는 케이블을 미리 배선된 배전반(70)의 통신 단자함 또는 대기전력 전용케이블 단자함의 케이블에 결선하여 각 방의 대기전력 저감장치(161, 162, 163)에 전력을 공급할 수 있다.
도 6에서 보는 바와 같이 집합 건물, 아파트 또는 사무실의 경우, 옥상에 태양광 집열판(11)을 설치하고, 상기 태양광 집열판(11)에서 생산된 전력을 전송하는 케이블을 상기 집합 건물, 아파트 또는 사무실에 미리 배선된 배전반(70)의 통신 단자함 또는 대기전력 전용케이블 단자함의 케이블에 결선하여 각 세대의 대기전력 저감장치(16)에 전력을 공급할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 태양광을 이용한 대기전력 저감장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : AC 입력부
11 : 집열판
12 : DC 변환기
13 : 충전회로
14 : 충전배터리
16 : 대기전력차단장치
20 : AC 출력부
32 : 사용자 설정 스위치
34 : 외부 콘센트
70 : 배전반
100 : 태양광 시스템
120 : 제어부
160 : 릴레이구동부
180 : 감지부

Claims (4)

  1. 주전원라인에 연결되어 주전원의 통전을 제어하는 릴레이구동부,
    상기 주전원라인에 흐르는 전류를 검출하는 감지부,
    상기 감지부에서 감지한 전류를 증폭하는 증폭부 및
    상기 주전원라인에 연결될 부하의 전력소비패턴이 기준 전력소비패턴으로서 롬에 프로그램형태로 저장되고, 상기 감지부에서 전류신호가 검출되면 검출되는 전류신호를 패턴화한 후 상기 기준 전력소비패턴과 비교하여 릴레이구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 대기전력 저감장치에 있어서,
    외부 부하에 전원을 공급할 수 있도록 DC 변환기를 포함하는 태양광 시스템이 구비되고,
    상기 제어부의 구동전원단과 상기 릴레이구동부의 릴레이 구동전원단에는 상기 태양광 시스템이 전기적으로 연결되어,
    대기전력 차단장치의 대기전력을 상기 태양광 시스템으로부터 공급받도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 릴레이구동부의 접점 탈부착 시간 간격을 측정하여 0.01 초 내지 상기 탈부착 시간 간격 사이로 타임 시퀀스(Time sequence)를 적용하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에는 전원 차단 유/무에 따른 사용자 설정을 입력받는 자동/사용자 전환 스위치부가 추가로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 대기전력 저감장치를 단독 주택, 집합 건물, 아파트 또는 사무실의 건물내에 설치하고, 상기의 단독 주택, 집합 건물, 아파트 또는 사무실의 경우, 외부 또는 옥상에 태양광 집열판을 설치하며, 상기 태양광 집열판에서 생산된 전력을 전송하는 케이블을 상기 단독 주택, 집합 건물, 아파트 또는 사무실에 미리 설치된 배전반의 통신 단자함 또는 대기전력 전용케이블 단자함의 케이블에 결선하여, 상기 통신 단자함 또는 대기전력 전용케이블 단자함으로부터 각 건물내에 배선되어 있는 통신선로 또는 대기전력 전용케이블을 통해 건물내에 설치되어 있는 대기전력 저감장치의 대기전력을 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 대기전력 저감장치.
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