KR101592926B1 - System for providing a hybrid power by energy circulation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전을 통해 수전된 전기 에너지를 수소 원료로 변환시켜 저장한 후 재사용하기 위한 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
지구 온난화와 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지의 연구 개발에 대한 요구가 지속적으로 높아지고 있는 가운데 실용 가능성 있는 환경 및 에너지 문제 해결의 유일한 대안으로 수소 에너지가 주목받고 있다. 1870년 "Jules Vernes"가 물이 미래에 연료로써 사용될 것이라 주창한 이래 물은 수소와 산소로 반복하여 이용 가능한 재생 가능성을 갖는 이상적인 수소 원료로 생각되어 왔다.Hydrogen energy is attracting attention as the only alternative to practical environmental and energy problems, while global warming and depletion of fossil fuels are continuing to raise the demand for research and development of alternative energy. Since the "Jules Vernes" in 1870 advocated that water will be used as a fuel in the future, water has been thought of as an ideal hydrogen source with renewable renewable potential with hydrogen and oxygen.
수소를 연료로 사용할 경우에 연소 시 극소량의 NOx를 제외하고는 공해물질이 생성되지 않기 때문에 현재 화석 에너지가 갖고 있는 환경 오염 문제를 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 무한정의 물을 원료로 하여 제조할 수 있으므로, 향후 화석에너지 고갈에 대한 궁극적인 대안으로 각광받고 있다. 이와 같이, 수소 에너지 기술은 이미 그 중요성이 국제사회에 너무나 잘 알려져 왔다.When hydrogen is used as a fuel, it does not generate pollutants except for a very small amount of NOx when burned, so it can solve the environmental pollution problem of fossil energy. In addition, since it can be produced with an unlimited amount of water as a raw material, it is attracting attention as an ultimate alternative to depletion of fossil energy in the future. Thus, the importance of hydrogen energy technology has already been well known to the international community.
따라서 미국, 일본, 독일을 비롯한 기술 선진국들은 21세기 에너지문제와 환경문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 거의 유일한 대안으로 수소에너지 기술의 연구에 심혈을 기울여 왔으며, 이미 상당한 성과를 거두고 있다. Therefore, developed countries including the US, Japan, and Germany have been concentrating on the research of hydrogen energy technology as the only alternative to solve 21st century energy problem and environment problem at a time, and have already achieved considerable achievement.
한편, 현재 가장 많이 이용되는 수소의 제조기술은 화석연료를 개질(reforming)하는 것이다. 하지만 여전히 화석연료를 사용한다는 점에서 자원고갈의 문제를 해결할 수 없다. 비 화석 연료로부터 수소를 제조하는 기술로서 지금까지 가장 잘 알려져 있고, 실용화된 기술은 물 전기분해가 유일하다. 열 화학법, 광 촉매법 및 생물학적 제조방법 등의 기타 방법들은 아직까지 기초연구단계로 실용화 기술이 개발되기 위해서는 많은 문제점들을 해결해야 한다.On the other hand, the most widely used hydrogen production technology is the reforming of fossil fuels. However, the issue of resource exhaustion can not be solved in that it still uses fossil fuels. Until now, the best known technology for producing hydrogen from non-fossil fuels, and water electrolysis is the only practical technology. Other methods such as thermochemistry, photocatalysis, and biological production methods have yet to be solved in order to develop commercialization technology as a basic research stage.
현재 상용화되어있는 태양력과 풍력 같은 신재생 에너지들은 태양이 비추거나 바람이 불 경우에만 생산이 가능한 비연속적인 에너지원이므로, 이를 연속적인 형태로 이용하기 위해서는 다른 수단으로 에너지를 생산/저장할 수 있어야 한다. 이에 따라 물 전기분해에 의한 수소제조가 가장 바람직한 전력저장 수단으로 평가되고 있다.Renewable energies such as solar power and wind power, which are currently in commercial use, are non-continuous energy sources that can be produced only when the sun is shining or windy. Therefore, in order to use this continuously, energy must be produced / stored by other means . Therefore, hydrogen production by water electrolysis is regarded as the most preferable power storage means.
물 전기분해에 의한 수전해 방법 중 하나로 전해질로 고체고분자전해질막을 사용하는 방법(고분자전해법, Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis, PEM Electrolysis)이 있다. 이 방법에 사용되는 막은 알카라인 물 전기분해의 격막과 같이 생성된 가스를 분리하며, 수소 이온을 양극에서 음극으로 이동하는 이온교환역할도 한다. 한편, 각 전극에서의 반응은 아래와 같다.One of the methods of electrolysis by water electrolysis is a method of using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte (Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis, PEM Electrolysis). The membrane used in this method separates the generated gas, such as the diaphragm of alkaline water electrolysis, and also acts as an ion exchanger to transport hydrogen ions from the anode to the cathode. On the other hand, the reaction at each electrode is as follows.
음극(Cathode) : 4H+ + 4e- → 2H2 Cathode: 4H + + 4e-? 2H 2
양극(Anode) : 2H2O → 4H+ + 4e- + O2 Anode: 2H 2 O → 4H + + 4e- + O 2
상기 방법은 전해질이 안정되고, 셀 구조가 단순하며, 순수한 물을 사용하기 때문에 부식성의 전해질이 없다. 알카라인 물 전기분해와 비교하여 높은 전류밀도에서 운전이 가능하고, 장치의 효율이 높다.This method is free of corrosive electrolytes because the electrolyte is stable, the cell structure is simple, and pure water is used. Compared with alkaline water electrolysis, it is possible to operate at high current density and the efficiency of the device is high.
고분자전해법은 작동온도를 수백 bar까지 설계할 수 있고, 이동식과 고정식의 시스템 둘 다 가능하다. 하지만 설치비용이 많이 들고 낮은 용량을 가지는 단점이 있다. 뿐만 아니라 효율성이 낮고, 수명이 짧은 단점이 있다. 따라서 고체고분자전해질 물 전기분해법은 알카라인 물 전기분해법만큼 개발이 되어 있지 않다.Polymer electrolysis can be designed for operating temperatures up to hundreds of bar, and both mobile and stationary systems are possible. However, there are disadvantages of installation cost and low capacity. In addition, there is a disadvantage of low efficiency and short life span. Therefore, the solid electrolytic water electrolysis method is not developed as much as the alkaline water electrolysis method.
마지막으로 고온수증기를 이용한 물 전기분해(High Temperature Electrolysis; HTE)는 물 분해에 필요한 에너지 중 전기에너지에 해당하는 이론 분해전압이 고온에서 저하되는 현상을 활용한 방법이다. 고온(700 ℃ 이상)에서 전기분해가 일어나므로 필요한 전기에너지를 적게 사용하여 고효율의 물 분해가 가능하다. 또한 전해질이 고체이므로 알카라인 물전기분해와는 달리 전해액의 보충이 불필요하며, 부식의 문제가 없으므로 유지보수가 용이하다. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 역반응이어서 SOFC의 기초기술로 활용이 가능하다. 하지만 고온에서 사용할 수 있는 고체전해질의 개발이 필요하며, 아직까지도 기초연구 단계에 머물러 있다.Finally, high temperature electrolysis (HTE) using high temperature steam is a method utilizing the phenomenon that the theoretical decomposition voltage corresponding to electric energy among the energy required for water decomposition is lowered at high temperature. Because electrolysis occurs at high temperature (over 700 ℃), it can decompose water with high efficiency by using less electric energy. In addition, unlike alkaline water electrolysis, since the electrolyte is solid, it is unnecessary to replenish the electrolytic solution and it is easy to maintain because there is no problem of corrosion. It is the reverse reaction of solid oxide fuel cell (SOFC) and can be used as the basic technology of SOFC. However, it is necessary to develop a solid electrolyte which can be used at high temperature, and it is still in the basic research stage.
따라서, 태양력과 풍력 같은 신재생 에너지들을 다른 수단으로 저장함으로써 연속적인 형태로 이용하기 위한 효과적인 방법의 필요성이 요구되고 있다.Thus, there is a need for an effective method for using renewable energies such as solar and wind power in a continuous fashion by storing them in other means.
본 발명의 목적은 신재생 에너지의 단위 기술들을 통합함으로써 신재생 에너지들을 연속적인 형태로 이용할 수 있는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide an energy circulating hybrid power supply system which can utilize renewable energy in a continuous manner by integrating unit technologies of renewable energy.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양광 발전에서 얻은 전기를 수전해 장치를 통해 수소 및 산소로 변환시키고, 압축 및 저장된 수소와 산소를 다시 연료 전지를 통해 전기로 변환함으로써 자연 에너지만으로도 필요한 에너지의 공급이 가능한 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to convert electricity obtained from solar power generation into hydrogen and oxygen through a water electrolysis device, convert compressed and stored hydrogen and oxygen into electricity through a fuel cell, And to provide an energy-circulating hybrid power supply system capable of achieving such an energy-saving hybrid power supply system.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to accomplish the objects of the present invention as described above and to achieve the specific effects of the present invention described below, the characterizing features of the present invention are as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 태양전지 모듈을 통해 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전력을 생산하고, 상기 생산된 전력을 건물 내부의 전원으로 공급하는 태양광 발전 장치와, 상기 태양광 발전 장치에서 생산된 전력 중 상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력을 전기분해하여 고순도의 수소가스 및 산소가스를 발생시키는 수전해 장치와, 상기 수전해 장치에서 발생된 수소가스 및 산소가스를 고압으로 압축 및 저장하는 압축 및 저장 장치와, 상기 압축 및 저장 장치로부터 수소가스 및 산소가스를 공급받아 전력을 생산하는 연료 전지를 포함하고, 상기 태양광 발전 장치로부터 생산되는 전력이 상기 건물 내부에서 요구되는 설정된 전력 수준 이하일 경우 상기 연료 전지에서 생산된 전력을 상기 건물 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a solar power generation system comprising: a solar power generation device for converting solar energy into electric energy through a solar cell module to produce electric power and supplying the generated electric power to a power source inside the building; A water electrolysis device for generating high purity hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing the surplus electric power supplied to the inside of the building among the electric power generated by the water electrolysis device, And a fuel cell for generating electricity by receiving hydrogen gas and oxygen gas from the compression and storage device, wherein power generated from the solar power generation device is required in the building Supplying power generated by the fuel cell to the inside of the building It shall be.
또한, 상기 태양광 발전 장치로부터 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키는 인버터 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus further includes an inverter device for converting the direct current power generated from the photovoltaic device into alternating-current power.
또한, 상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물로부터 수집된 데이터를 디스플레이하는 중앙 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus further includes a central monitoring device for displaying the data collected from the water electrolysis device, the compression and storage device, the fuel cell, and the building.
또한, 상기 태양광 발전 장치의 발전 전력을 공급받아 상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물 중에서 선택된 적어도 하나 이상에 소요되는 전력 공급을 제어하는 통합 전원 분배 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The system further includes an integrated power distribution device that receives power generated by the photovoltaic power generation device and controls power supply to at least one of the water electrolysis device, the compression and storage device, the fuel cell, and the building .
또한, 상기 통합 전원 분배 장치는, 상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물에서 소비하고 남은 잉여 전력을 상용 전력 기관 그리드로 송전하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the integrated power distributing device performs a function of transmitting a surplus electric power consumed in the water electrolysis device, the compression and storage device, the fuel cell, and the building to a grid of a commercial power plant.
또한, 상기 통합 전원 분배 장치는, 상기 연료 전지에서 발전되는 전압을 상기 건물에 공급하는 전압의 수준까지 상승시키기 위한 변압 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.The integrated power distribution device may further include a transforming means for increasing a voltage generated by the fuel cell to a level of a voltage supplied to the building.
또한, 상기 통합 전원 분배 장치는, 상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력이 상기 수전해 장치와 상기 압축 및 저장 장치를 가동하는데 필요한 전력보다 작을 경우, 상기 잉여 전력을 상용 전력 기관 그리드로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the surplus power supplied to the internal power supply of the building is less than the power required to operate the power receiving apparatus and the compression and storage apparatus, the integrated power distribution apparatus transmits the surplus power to the commercial power grid grid And a control unit.
또한, 상기 통합 전원 분배 장치는, 상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력이 상기 수전해 장치를 가동시킬 수 있는 전력이고, 상기 압축 및 저장 장치의 가동은 불가능할 경우, 상기 잉여 전력에 의해 상기 수전해 장치를 가동시켜 수소 가스를 생성하고, 상기 생성된 수소 가스를 버퍼 탱크에 임시 저장하는 것을 특징으로 한다.Also, the integrated power distribution device may be configured such that when the remaining power supplied to the inside of the building is the power that can operate the power receiving device, and the compression and storage device can not be operated, The water electrolysis apparatus is operated to generate hydrogen gas, and the generated hydrogen gas is temporarily stored in a buffer tank.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 물을 전기분해하여 수소를 생산함에 있어서, 전해조를 태양광이나 풍력발전과 같은 신재생에너지로 구동함으로써 탄산가스의 배출을 줄일 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, in producing hydrogen by electrolyzing water, there is an advantage that the discharge of carbon dioxide gas can be reduced by driving the electrolyzer with renewable energy such as sunlight or wind power.
또한, 본 발명에 따르면 태양광 에너지로부터 생산한 수소와 산소 시스템과 연료전지는 폐쇄된 시스템이기 때문에 반응물이나 생성물 중 어떠한 것도 대기환경을 오염시키지 않는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since the hydrogen and oxygen system and the fuel cell produced from solar energy are closed systems, none of the reactants or products has an advantage of not polluting the atmospheric environment.
또한, 전해조에 의해 소비된 물은 기체로 전환되고, 기체는 다시 물로 전환되며, 태양전지에 의해 생산된 전기에너지는 기체의 화학에너지로 전환된다. 이들 기체는 저장되고 운송되면서 다시 전기로 전환된다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템은 지속적이며 햇빛이 있는 한 언제 어디서든 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다.In addition, the water consumed by the electrolytic cell is converted to gas, the gas is converted to water, and the electrical energy produced by the solar cell is converted to the chemical energy of the gas. These gases are stored and transported back to electricity. Thus, the system according to the present invention has the advantage of being able to produce electricity anywhere, anytime as long as it is sunny.
또한, 본 발명에 따르면 수전해에서 발생되는 산소를 대기중의 산소 대신 연료전지에 공급하여 효율을 높이고, 수소와 산소의 반응으로 생긴 물 또한 수전해 시스템으로 공급함으로써 물자원의 절약이 가능한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that water generated from the electrolytic water can be supplied to the fuel cell instead of oxygen in the air to increase the efficiency, and water generated by the reaction of hydrogen and oxygen can also be supplied to the electrolytic water system, .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 원리를 나타내는 도면이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수전해 장치의 구현예를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축 및 저장 장치의 구현예를 나타내는 도면이며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수전해 장치 및 연료 전지의 연계를 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 모니터링 장치의 지능형 홈 네트워크 구성을 나타내는 도면이며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 모니터링 장치의 디스플레이 화면을 나타내는 도면이고,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실증 운전에 의해 산출된 결과 데이터를 나타내는 그래프이다.1 is a view showing an energy circulating hybrid power supply system according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing the principle of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention,
3 is a view showing an embodiment of a water electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is a diagram illustrating an embodiment of a compression and storage apparatus according to an embodiment of the present invention,
5 is a view showing a connection of a water electrolysis apparatus and a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
6 is a diagram illustrating a configuration of an intelligent home network of a central monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention,
7 is a view showing a display screen of the central monitoring apparatus according to the embodiment of the present invention,
8 to 10 are graphs showing result data calculated by the demonstration operation according to the embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an energy circulating hybrid power supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
화석연료의 고갈이라는 극한 상황에서 무한에너지를 이용할 수 있는 에너지변환기술은 에너지 문제 및 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 대안이 될 수 있다. 연료전지 기술은 외부에서 수소/산소를 공급하는 동안 안정적으로 에너지를 변환할 수 있는 효율이 높은 에너지변환장치이다.In the extreme situation of depletion of fossil fuels, energy conversion technology that can use infinite energy can be an alternative to solve energy and environmental problems at the same time. Fuel cell technology is an efficient energy conversion device that can stably convert energy while supplying hydrogen / oxygen from the outside.
따라서, 본 발명에서는 신재생 에너지의 단위 기술들을 통합함으로써 신재생 에너지들을 연속적인 형태로 이용할 수 있는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 제안하며, 특히 태양광 발전에서 얻은 전기를 수전해 장치를 통해 수소 및 산소로 변환시키고, 압축 및 저장된 수소와 산소를 다시 연료 전지를 통해 전기로 변환함으로써 자연 에너지만으로도 필요한 에너지의 공급이 가능한 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes an energy-circulating hybrid power supply system that can utilize renewable energy in a continuous manner by integrating new and renewable energy unit technologies. In particular, And oxygen, and converting the compressed and stored hydrogen and oxygen into electricity through the fuel cell again, thereby providing energy required by natural energy alone.
즉, 본 발명에 따른 시스템은 이러한 단위 기술들을 통합하는 시스템으로서, 태양광 발전에서 얻은 전기를 수전해 장치를 통해 수소와 산소로 변환하고 압축 및 저장된 수소와 산소를 다시 연료전지를 통해 전기로 변환하여 가정에 공급하는 에너지 순환형 시스템이다. 본 발명의 실시예에 따라 일사량이 발생될 때 예컨대, 최대 20킬로와트(kW)까지 생산되는 태양광 발전 시스템의 전력을 현재 가정에서 사용되는 전력만큼만 가정에 우선 공급하고 나머지 잉여 전력은 수전해 시스템에 공급하여 예컨대 최대 시간당 2N㎥의 수소와 1N㎥의 산소를 생산할 수 있게 된다.That is, the system according to the present invention is a system for integrating such unit technologies, which converts electricity obtained from solar power generation into hydrogen and oxygen through a water electrolytic device, converts compressed and stored hydrogen and oxygen to electricity through a fuel cell And supplies it to the home. According to the embodiment of the present invention, when the solar radiation amount is generated, for example, the power of the photovoltaic power generation system produced up to 20 kilowatts (kW) is supplied to the home as much as the power currently used in the home, and the remaining surplus power is supplied to the power receiving system For example, 2Nm < 3 > of hydrogen per hour and 1Nm < 3 > of oxygen per hour.
이와 같이 생산된 수소와 산소는 압축을 위한 버퍼 탱크(buffer tank)에 일단 저장된 후 압축장치와 부스터를 통해 예컨대 약 100bar의 고압으로 압축되어 고압 저장용기에 예컨대, 수소 최대 35N㎥, 산소 최대 13N㎥까지 저장하게 된다.The hydrogen and oxygen thus produced are temporarily stored in a buffer tank for compression and then compressed to a high pressure of, for example, about 100 bar through a compression device and a booster, and stored in a high-pressure storage container, for example, .
이때, 상기 저장된 수소와 산소는 태양광이 없는 야간에는 연료 전지 시스템에 공급하게 되며, 시간당 최대 1킬로와트(kW)의 전기를 생산하여 주택 또는 건물 등(예컨대, 그린홈)에 공급 활용한다.At this time, the stored hydrogen and oxygen are supplied to the fuel cell system at night when there is no sunlight, and electricity of 1 kilowatt-hour (kW) per hour is produced and supplied to a house or a building (for example, a green groove).
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 전력 공급 시스템은 태양광과 같은 자연에너지만으로 가정에 필요한 에너지를 조달하도록 하며 이를 대단위로 집단화하여 운영할 경우 그린빌리지 나아가 그린시티로 확장 가능하다.Accordingly, the hybrid power supply system according to the present invention can supply the energy required for the home with only natural energy such as sunlight, and can be extended to green villages and green cities when it is operated collectively.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은, 태양광 발전 장치(100), 태양광 발전 전기로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 장치(120)(예컨대, PEM형 수소제조장치), 생산된 저압의 수소와 산소를 고압으로 저장하기 위한 수소/산소 압축 및 저장 장치(130), 상기 저장된 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하기 위한 수소 연료 전지(140), 주택 또는 건물 내의 전기사용량 변동에 맞게 전력 공급을 통제하는 통합 전원 분배 장치(150) 및 지능형 홈 시스템과 더불어 전체 시스템의 상태를 모니터링 하는 중앙 모니터링 장치(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1 is a view showing an energy circulating type hybrid power supply system according to an embodiment of the present invention. 1, a system according to an embodiment of the present invention includes a
이하, 상기 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 구성하는 각 장치의 세부 기능들을 상세히 설명한다.Hereinafter, detailed functions of each device constituting the power supply system according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
상기 통합 전원 분배 장치(150)는 태양광 발전 장치(100)의 발전 전력을 공급받아 수전해 장치(120), 수소/산소 압축 및 저장 장치(130), 연료 전지(140) 및 주택/건물(180) 등에 소요되는 전력 공급을 제어하며, 각 장치들에서 소비하고 남은 잉여 전력은 상용 전력 기관 그리드(170)(예컨대, 한국 전력 그리드 등)로 송전하는 기능을 수행한다.The integrated
또한, 상기 각 장치들에서 소요되는 전력을 분배하며, 각 장치들에서 받은 아날로그 및 디지털 신호를 중앙 모니터링 장치(160)와 통신 가능하게 신호를 변환시키는 기능을 수행한다. 아울러, 상기 연료 전지(140)에서 발전되는 전압을 주택/건물(180) 등에서 소비할 수 있는 전압까지 상승시키는 수단을 구비하며, 각종 구성 시스템의 운전 정지 명령 및 상태 감시, 각종 데이터의 수집, 통신, 모니터링, 기록 등 제어시스템을 총괄하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, the power required by each of the devices is distributed, and the analog and digital signals received from the respective devices are converted into signals for communication with the
먼저, 본 발명에 따른 전력 공급 시스템이 가동되면, 태양광 발전 장치(100)에서 발생된 직류 전력은 인버터 장치(110)를 통해 교류 전력으로 변환되며, 통합 전원 분배 장치(150)를 통해 주택/건물(180)에 우선적으로 공급된다. 이때, 상기 주택/건물(180)에서 우선적으로 소비되고 남은 잉여전력은 수전해 장치(120)와 압축 및 저장 장치(130)로 제공된다. 이때, 잉여 전력량이 상기 수전해 장치(120)와 압축 및 저장 장치(130)를 가동하는데 필요한 전력보다 작을 경우에는 상용 전력 기관 그리드(170)로 전송할 수 있다.First, when the power supply system according to the present invention is activated, the DC power generated in the solar
반면, 잉여 전력량이 수전해 장치(120)는 가동시킬 수 있으나, 압축 및 저장 장치(130)의 가동은 불가능할 경우, 상기 수전해 장치(120)에서 생산되는 수소 가스(예컨대, 약 8바(bar)의 수소 가스)는 버퍼 탱크(미도시)에 저장하게 되고 버퍼 탱크에 저장된 수소는 필요에 따라 연료 전지(140)로 제공된다.On the other hand, when the surplus power amount can operate the
한편, 상기 수전해 장치(120)에서 생산되는 수소량도 통합 전원 분배 장치(150)에서 전류량 조절을 통해 수소 생산량을 조절하여 압축 및 저장 장치(130)로 보내며, 상기 압축 및 저장 장치(130)에 저장된 저압 수소와 고압 수소는 주택/건물(180)의 에너지 부하 변동을 상기 통합 전원 분배 장치(150)에서 모니터링하여 연료 전지(140)로 제공된다.The amount of hydrogen produced by the
또한, 상기 통합 전원 분배 장치(150)는 에너지의 흐름을 제어하는 기능을 수행함과 동시에 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 시스템을 구성하는 각 장치들의 에너지 소비량도 측정하게 된다. 이와 같이, 상기 통합 전원 분배 장치(150)는 에너지의 생산과 분배, 소비 과정들을 복합적이고 효율적으로 관리하는 기능을 수행한다.In addition, the
상기 태양광 발전 장치(100)는 태양광 에너지를 태양전지 모듈을 통하여 예컨대, 최대 출력 20킬로와트(kW)의 전력을 생산하며, 주택/건물(그린홈)(180)과 수전해 장치(120)에 전력을 공급한다.The
상기 태양광 발전 장치(100)의 기본 원리는 도 2에 도시된 바와 같이 P형과 N형 반도체의 PN 접합 구조를 가진 태양전지판에서 태양광에 의하여 발생된 전자와 정공이 각각 P극과 N극으로 이동함으로써 양극 사이에서 발생하는 전위차, 즉 전압을 태양전지판에 전기를 소비하는 매개체를 연결하여 전류가 흐르도록 한다.As shown in FIG. 2, the basic principle of the
예컨대, 상기 태양광 발전 장치(100)는 열 개의 가로 배열과 열 개의 세로 배열에 의한 117매의 태양전지판으로 구성된 태양전지모듈, 최대 출력 20킬로와트급 태양전지 접속반, 태양전지 접속반에서 인버터로 전력을 분배하는 전력 분배함, 최대 출력 20킬로와트(kW) 시스템 전력 공급용 인버터, 태양전지모듈을 지지하는 지지판 및 구조물, 모니터링을 위한 전압/전류 센서 등으로 구현될 수 있다.For example, the
상기 태양광 발전 장치(100)에서는 태양으로부터 받는 빛이 태양전지모듈 각각의 태양전지판으로부터 직류 전력으로 발생되어 태양전지 접속반으로 공급된다. 이때, 상기 태양전지 접속반을 거친 태양광발전 직류 전력은 전력 분배함을 통과하여 예컨대, 최대 출력 20킬로와트(kW)급 인버터 입력단자로 분배된다.In the
상기 전력 분배함을 통해 분배된 직류 전력은 계통 연계형 인버터 장치(110)를 거쳐 교류 전력으로 변환되며, 20킬로와트(kW)급 상용 전력은 우선적으로 주택/건물(180) 등에 공급되고, 남는 잉여 전력은 수전해 장치(120)로 공급된다. 이때, 상기 수전해 장치(120)를 통해 생산된 수소와 산소는 각각의 배관을 따라 압축 및 저장 장치(130)로 공급된다. The DC power distributed through the power distribution box is converted into AC power through the grid-connected
한편, 상기 수전해 장치(120) 및 주택/건물(그린홈)(180)에 공급되는 전력이 소비되고도 남은 잉여 전력은 상용 전력 기관 그리드(예컨대, 한국 전력 그리드)(170)와 연계된 송전 선로를 통해 송전 되며 부족분의 전력은 상기 상용 전력 기관 그리드(170)로부터 전력을 공급받게 된다.Meanwhile, surplus power remaining after power supplied to the water electrolytic
또한, 태양광 발전 장치(100)의 효율적인 운영을 위하여 관련 데이터인 발전 전력, 전압, 전류, 현재 출력량, 금일 발전량, 누적 발전량, 일사량, 모듈온도, 외기온도 등을 모니터링하여 장치를 용이하게 감시 관리할 수 있다.In order to efficiently operate the photovoltaic
수전해 장치(120)는 상기 태양광 발전 장치(100)를 통해 생성된 전기로 물을 전기분해하여 99.9% 이상 고순도 수소와 산소를 발생시킨다. 상기 수전해 장치(120)의 기본 원리는 전기화학 반응에 의해 물이 분해되어 양극에는 산소분자와 수소이온 그리고 전자가 생성되며, 음극으로 이동한 수소 이온은 전기화학적으로 전자와 결합하여 수소분자가 생성되는 것이다.The water
상기 수전해 장치(120)는 물의 전기분해가 일어나는 전해조와 전해조에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부, 전해조에 물을 공급함과 동시에 발생된 산소와 물을 분리하는 순수 탱크, 발생된 기체와 수소를 저장하기 위한 수소 탱크, 물을 순환시키기 위한 순환 펌프, 정수된 물을 공급시키기 위한 순수 공급 펌프, 수소가스 정제시스템, 수분제거시스템, 안전을 위한 계측시스템 등을 포함하여 구현될 수 있다.The
상기 수전해 장치(120)의 구동은 도 3을 참조하면, 먼저 전해조 내부에 정수된 물이 공급되고, 직류 전원 공급장치로부터 전력을 공급받아 전해조 내부의 핵심 부품인 막전극 접합체의 전극 촉매층에서 전기화학반응에 의하여 양극에서는 산소가스가 발생하며, 음극에서 수소가스가 발생하게 된다.3, purified water is supplied to the inside of the electrolytic cell, and electric power is supplied from the DC power supply device to the electrode catalyst layer of the membrane electrode assembly, which is a core component in the electrolytic cell, Oxygen gas is generated in the anode by the chemical reaction, and hydrogen gas is generated in the cathode.
이와 같이 생성된 수소가스는 수소배관라인을 통해 수소 탱크 내에서 1차 수분이 제거되며, 냉각 장치와 기액 분리기를 통해 2차 수분제거가 이루어지고 마지막 드라이어에서 3차 수분제거를 통하여 예컨대, 순도 99.9퍼센트(%), 압력 약 8 bar의 2N㎥ 수소가 생산된다. 그리고, 상기 생성된 산소는 순수탱크에서 1차 수분 제거후 기액 분리기를 통해 2차 수분제거가 이루어지고 마지막 드라이어에서 3차 수분제거를 통하여 예컨대, 순도 99.9퍼센트(%), 압력 약 2bar의 대기압의 1N㎥ 산소가 생산된다.The hydrogen gas thus generated is firstly removed from the hydrogen tank through the hydrogen piping line, the second water is removed through the cooling device and the gas-liquid separator, and the tertiary water is removed from the last dryer, Percent (%), 2Nm of hydrogen at a pressure of about 8 bar is produced. Then, the generated oxygen is removed from the pure water tank through the gas-liquid separator after the first water removal, and the third dryer removes moisture from the last dryer, for example, at a purity of 99.9 percent (%) and a pressure of about 2 bar 1 N㎥ oxygen is produced.
또한, 수소 산소의 혼입에 의한 폭발을 방지하기 위하여 수소 감지센서가 설치되며, 장치 내부에 기준량 이상의 수소가 혼입된 것이 감지되면 경보를 울리고 시스템이 자동 정지되게 된다. 그 외에도 각종 계측시스템 및 각종 압력조절 밸브가 설치되어 장치의 안전하고 원활한 운전을 제어하며 지원할 수 있다.In addition, a hydrogen sensor is installed to prevent explosion due to the incorporation of hydrogen oxygen. When it is detected that hydrogen of a reference amount or more is mixed in the apparatus, an alarm is sounded and the system is automatically stopped. In addition, various measurement systems and various pressure control valves are installed to control and support the safe and smooth operation of the device.
압축 및 저장 장치(130)는 상기 수전해 장치(120)에서 발생된 수소가스와 산소가스를 100bar의 고압으로 압축 및 저장하며 필요시 연료 전지(140)로 공급하는 기능을 수행한다. 따라서, 상기 압축 및 저장 장치(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 수소압축저장패키지, 산소압축저장패키지, 제어시스템, 가스분석시스템, 가스 및 화염감지시스템, 각종 안전장치 등을 포함하여 구성될 수 있다.The compression and
한편, 내부 폭발 시 외부가 안전하도록 설계된 방호벽 시설 내에 설치된 수소 압축 저장 패키지가 가동되면 예컨대, 최대 2루베의 저압수소를 저장할 수 있는 버퍼탱크에 저장된 약 6bar의 저압수소가 수소 압축기 내의 다이어프램 상부로 흡입되고, 이때 수소압축기 내 모터 구동력에 의한 피스톤 왕복 운동으로 구동 오일을 압축기 내 다이어프램 하부로 밀어낸다. 그러면 상기 다이어프램의 상부로 흡입된 저압 수소는 약 100bar의 고압 수소로 압축되는 원리로 고압 수소는 예컨대, 41.6리터 9개의 고압저장탱크에 저장될 수 있다.On the other hand, if a hydrogen compression storage package installed in a barrier facility designed to be safe for external explosion is activated, low-pressure hydrogen of about 6 bar stored in a buffer tank capable of storing low-pressure hydrogen of a maximum of 2 lubes is sucked into the upper part of the diaphragm in the hydrogen compressor At this time, the reciprocating motion of the piston by the motor driving force in the hydrogen compressor pushes the driving oil to the lower portion of the diaphragm in the compressor. Then, the low-pressure hydrogen sucked into the upper portion of the diaphragm is compressed to a high-pressure hydrogen of about 100 bar, and the high-pressure hydrogen can be stored in, for example, 41.6 liters of nine high-pressure storage tanks.
또한, 외부가 안전하도록 설계된 방호벽 내에 설치된 산소압축저장패키지가 가동되면 수전해 장치(120)로부터 발생하는 산소가스가 압력 2bar의 압력으로 1차 가스부스터에 흡입되며 흡입된 저압산소는 주입되는 에어 구동력에 의한 피스톤 왕복 운동을 통해 5bar까지 압축 후 2차 가스부스터에서 1차 가스부터의 동일한 원리로 100bar까지 압축하는 원리로 동작한다. 이때, 압축된 고압 산소는 예컨대, 3개의 41.6리터 고압저장탱크에 저장된다. 또한, 상기 압축 및 저장 장치(130)의 제어부에서는 압축하는 동안 수소 및 산소압축기에 부착된 각각의 계기를 통하여 가스와 오일의 압력과 온도, 가스 누설 등을 모니터링하여 이상시 경보와 자동정지 기능을 수행함으로써, 비정상적인 운전을 방지하도록 구현된다. 아울러, 그 밖에도 수소 가스 누설을 감지하여 통합 전원 분배 장치(150)등으로 신호를 보내는 가스 및 화염감지시스템, 고압의 수소/산소 가스를 적당량의 유량으로 조절하여 연료 전지(140)에 공급하는 수소/산소 가스제어 판넬을 포함할 수 있다.In addition, when the oxygen compression storage package installed in a barrier designed to be safe is operated, the oxygen gas generated from the water
한편, 주택/건물(그린홈)(180)에 필요한 소비전력을 공급하기 위해 연료 전지(140)가 가동되면 필요 압력과 필요량만큼 저장된 수소가스와 산소가스가 토출 되어 연료 전지(140)의 수소와 산소 공급 배관라인으로 흘러가게 된다.On the other hand, when the
상기 연료 전지(140)는 수소/산소 가스 압축 및 저장 장치(130)에서 공급되는 수소와 산소를 이용하여 예컨대, 시간당 1킬로와트(kW)의 전력과 온수를 생산할 수 있다.The
상기 연료 전지(140)의 기본 원리는 수전해 장치(120)에서 일어나는 전기화학반응의 역반응으로 스택 내에서의 수소가스와 산소가스의 전기화학반응에 의하여 전기와 온수를 생산하게 된다. 상기 연료 전지(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 연료인 수소와 산소가스를 공급할 수 있는 수소공급계, 산소공급계, 공급된 수소와 산소가 전기화학 반응에 의해 전기, 온수를 생성시키는 핵심 부품인 스택 및 주변장치의 적정 온도를 유지시키는 열관리계, 스택에서 발생된 열을 외부의 난방보조로 사용할 수 있게 하기 위한 외부 열교환계, 연료전지 스택에서 발생된 물을 수거하기 위한 기/액 분리기 및 수거된 물을 수전해 장치(120)로 다시 공급하기 위한 물 공급계로 구성될 수 있다.The basic principle of the
먼저, 연료 전지(140)를 동작시키기 위해서는 연료 전지(140) 상단의 기동 버튼(Start signal)을 인가하고, 연료전지 시스템 내에 장착된 내부 축전지에 의해 반응가스 공급 밸브를 열게 되면, 스택 내부로 수소, 산소가 들어가게 되고 양극에 공급된 수소는 수소 이온과 전자로 분리된다. 이때, 상기 분리된 수소 이온은 전해질층을 통해 음극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 음극으로 이동한다. 한편, 음극에서는 산소 이온과 수소 이온이 만나 반응 생성물인 전기와 물 그리고 열이 생성된다.First, in order to operate the
상기 스택이 기동 되면 모든 전기는 스택에서 발생된 전기를 이용하여 장치 자체의 소요 전원 및 외부로 1킬로와트(kW)의 전기를 공급할 수 있는 상태가 된다. 이때, 시스템이 정상 상태에서는 1킬로와트(kW)의 전기와 발생되는 열을 난방보조로 사용할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한. 외부로 전기를 공급하는 경우 1킬로와트(kW) 범위 내에서 소비전력 변화에 따른 전기 공급이 가능하고 그에 따른 반응가스의 공급은 발생 되는 전기에 연동되어 자동 공급되며 연료 전지(140)에서 발생된 온수는 외부의 열교환기를 통해 난방보조로 사용할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따라 연료 전지(140)의 효율은 공급되는 수소에너지에 대비하여 외부로 1킬로와트(kW) 전기를 공급할 때 매우 높은 효율을 보임을 알 수 있다.When the stack is activated, all the electricity can be supplied to the required power of the device itself and the electricity of 1 kilowatt (kW) to the outside by using electricity generated in the stack. At this time, the system can be designed to use 1 kilowatt (kW) of electricity and generated heat as a heating aid in a steady state. Also. In the case of supplying electricity to the outside, electricity can be supplied according to the change of power consumption within a range of 1 kilowatt (kW), and the supply of the reaction gas is automatically supplied in conjunction with the generated electricity, May be used as a heating aid through an external heat exchanger. It can be seen that the efficiency of the
주택/건물(그린홈)(180)은 상술한 연료 전지(140)로부터 시간당 1킬로와트(kW)의 전원을 공급받아, 도 6에 도시된 바와 같이 근거리 무선 통신방식 또는 원거리 통신방식을 통해 홈서버 및 게이트웨이, 각종 조명 및 센서, 가전기기 등 전원 소비를 필요로 하는 각종 기기들에 전원을 공급하고 지능적으로 제어하며 사용이 가능하게 한다.6, the home / building (green groove) 180 is supplied with power of 1 kilowatt-hour (kW) from the
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 대표적인 버스 구조 방식의 근거리통신망인 이더넷을 통하여 지능형 홈 네트워크를 구성하는 것이 가능하며, 생활 가전 기기는 원거리 통신방식을 통해 원격 제어하며 생활 가전 기기 외의 요소들은 근거리 무선 통신방식을 통해 제어하게 된다.For example, as shown in FIG. 6, it is possible to configure an intelligent home network through ethernet, which is a local area network of a typical bus structure. Remote control of the home appliances through remote communication, And is controlled through a communication method.
주택/건물(180) 내 홈서버와 터치스크린 월패드간 통신을 구축하고, 일반 입주자는 터치스크린 월패드를 통해 에너지 및 환경 정보 감시 및 모니터링, 실내외 환경에 적합한 자동 조명 관리, 실내 냉난방 및 환경관리, TV, 에어컨, 세탁기, 냉장고 등의 생활 가전기기 원격 제어, 방문자 및 침입자 관리 등의 원격 보안시스템 운용 등 다양한 정보를 모니터링을 통하여 감시하고 볼 수 있으며 제어할 수 있다.Establish communication between the home server and the touch screen wall pad in the house / building (180). General residents can monitor and monitor energy and environmental information through touch screen wall pad, automatic lighting management suitable for indoor and outdoor environments, indoor air conditioning and environment management , Remote control of household appliances such as TV, air conditioner, washing machine, refrigerator, remote security system operation such as visitor and intruder management, and so on.
한편, 상기 수전해 장치(120)를 통해 생성된 산소는 주택 또는 건물(180)의 공조 시스템(190)으로 공급되어, 주택 또는 건물 내부의 산소 공급에 재활용될 수 있다.On the other hand, the oxygen generated through the water
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 중앙 모니터링 장치(160)의 디스플레이 화면을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 중앙 모니터링 장치(160)는 각종 장치들(압축 및 저장 장치(130), 태양광 발전 장치(100), 수전해 장치(120), 주택/건물(그린홈)(180), 연료 전지(140), 전압 부스터(VOLTAGE BOOSTER)(미도시), IPD(미도시) 등)로부터 수집된 데이터를 디스플레이한다.7 is a view showing a display screen of the
이때, 주 화면 및 보조 화면에 대한 화면 분할, 구성 등을 다양하게 설정할 수 있다. 예컨대, 주 화면에 나타나는 각 부분의 아이콘을 터치하면 각 부분의 상세 흐름도와 각종 필요한 데이터가 디스플레이될 수 있으며 필요한 데이터를 출력하는 것도 가능하다.At this time, screen division, configuration, etc. for the main screen and the sub screen can be variously set. For example, if the icon of each part displayed on the main screen is touched, a detailed flowchart of each part and various necessary data can be displayed and it is also possible to output necessary data.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실증 운전에 의해 산출된 결과 데이터를 나타내는 그래프이다.8 to 10 are graphs showing result data calculated by the demonstration operation according to the embodiment of the present invention.
도 8은 중앙 모니터링 장치(160)에 의한 실증 운전(24시간)에 따른 데이터로서, 예컨대 20kW급 태양광 발전 시스템에 의한 실증 운전 데이터를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 해가 뜬 후 오전 7시경부터 태양광 발전이 시작되어 오전 11시에서 오후 2시까지 가장 높은 발전량을 보였다. 한편, 날씨가 흐린 날이나 비가 오는 날에도 태양광 발전량은 0.5~2kW를 발생하고 있으며 수전해 장치는 가동하지 못하나 테스트 홈의 소비전력에는 충분한 전력량을 공급하고 있음을 알 수 있다.FIG. 8 shows the demonstration operation data by the 20 kW solar power generation system as data according to the demonstration operation (24 hours) by the
도 9는 실증 운전에 따른 태양광 모니터링 데이터로서, 그린 홈(즉, 건물 또는 주택)의 하루 총 전력 소모를 나타낸 데이터이다. 도 9를 참조하면, 아침, 점심, 저녁식사 시간에 각종 가전기기의 작동으로 전력 소모가 타 시간대에 비해서 높으며 사람이 없는 시간대에는 0.3~0.5kW의 전력을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 통상 가정집의 사람들이 자는 시간인 23시 이후로는 전력소모가 줄어들어 아침까지 0.3kW의 소모전력을 나타내며 저녁 6시 이후로는 1kW 연료전지를 통해서 전력을 공급받게 된다. 한편, 데이터에서 순간적으로 3kW이상의 부하를 보인 것은 전력소모가 높은 가전기기의 순간적인 작동으로 인한 부하이며 지속적으로 3kW이상의 전력소모가 이루어진 것은 아니다.FIG. 9 shows solar power monitoring data according to the demonstration operation, which shows the total power consumption per day of a green home (that is, a building or a house). Referring to FIG. 9, it can be seen that the power consumption is 0.3 to 0.5 kW in the morning, lunch, and dinner hours when the home appliances are operated, and the power consumption is 0.3 to 0.5 kW in the no-occupied time zone. Therefore, power consumption is reduced until 23 o'clock, which is the time when people in the house are sleeping, and 0.3 kW is consumed until morning, and after 1 o'clock by 6 o'clock the power is supplied through the fuel cell. On the other hand, the instantaneous load of 3kW or more on the data is due to the instantaneous operation of the high-power consumption household appliances, and the power consumption is not continuously higher than 3kW.
도 10은 실증 운전에 따른 그린 홈 전력 소모(24시간 기준)를 나타내며, 중앙 모니터링 장치(160)에서의 실증 운전(500시간)에 따른 종합 데이터이다.FIG. 10 shows the green home power consumption (24 hours basis) according to the demonstration operation and is comprehensive data according to the demonstration operation (500 hours) in the
상기 도 10에 따르면, 연료 전지 전력 생산량 테스트 결과 홈 소비 전력의 37%가 공급되며, 500시간 총 전기 생산량은 태양광 발전량(1,338kW), 연료전지(126kW) 등으로 나타남을 알 수 있다. 이때, 500시간 총 테스트 홈 전기 소모량은 334kW 이다.According to FIG. 10, 37% of the home power consumption is supplied as a result of the fuel cell power production test, and the total electricity production for 500 hours is represented by the solar power generation (1,338 kW) and the fuel cell (126 kW). At this time, the electric consumption of 500 hours total test home electric power is 334 kW.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
100 : 태양광 발전 장치 110 : 인버터 장치
120 : 수전해 장치 130 : 압축 및 저장 장치
140 : 연료 전지 150 : 통합 전원 분배 장치
160 : 중앙 모니터링 장치 170 : 상용 전력 기관 그리드
180 : 주택 또는 건물(그린홈) 190 : 공조 시스템100: solar power generation device 110: inverter device
120: water electrolyzer 130: compression and storage device
140: Fuel cell 150: Integrated power distribution device
160: central monitoring device 170: commercial power grid grid
180: House or building (green home) 190: Air conditioning system
Claims (8)
상기 태양광 발전 장치에서 생산된 전력 중 상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력을 전기분해하여 고순도의 수소가스 및 산소가스를 발생시키는 수전해 장치와,
상기 수전해 장치에서 발생된 수소가스 및 산소가스를 고압으로 압축 및 저장하는 압축 및 저장 장치와,
상기 압축 및 저장 장치로부터 수소가스 및 산소가스를 공급받아 전력을 생산하는 연료 전지를 포함하고,
상기 태양광 발전 장치로부터 생산되는 전력이 상기 건물 내부에서 요구되는 설정된 전력 수준 이하일 경우 상기 연료 전지에서 생산된 전력을 상기 건물 내부로 공급하고,
상기 태양광 발전 장치의 발전 전력을 공급받아 상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물 중에서 선택된 적어도 하나 이상에 소요되는 전력 공급을 제어하는 통합 전원 분배 장치를 더 포함하고,
상기 통합 전원 분배 장치는,
상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력이 상기 수전해 장치와 상기 압축 및 저장 장치를 가동하는데 필요한 전력보다 작을 경우, 상기 잉여 전력을 상용 전력 기관 그리드로 전송하도록 제어하고,
상기 통합 전원 분배 장치는,
상기 건물 내부의 전원으로 공급하고 남은 잉여 전력이 상기 수전해 장치를 가동시킬 수 있는 전력이고, 상기 압축 및 저장 장치의 가동은 불가능할 경우, 상기 잉여 전력에 의해 상기 수전해 장치를 가동시켜 수소 가스를 생성하고, 상기 생성된 수소 가스를 버퍼 탱크에 임시 저장하는 것을 특징으로 하는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템.
A photovoltaic power generation device for converting solar energy into electric energy through a solar cell module to produce electric power and supplying the generated electric power to a power source inside the building,
A power receiving unit for generating high-purity hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing a surplus electric power supplied from the power generated by the solar power generator to a power source inside the building,
A compression and storage device for compressing and storing the hydrogen gas and the oxygen gas generated in the water electrolytic apparatus at a high pressure,
And a fuel cell that receives hydrogen gas and oxygen gas from the compression and storage device to produce electric power,
Supplying power generated from the fuel cell to the inside of the building when the power generated from the photovoltaic power generation device is equal to or lower than a predetermined power level required in the building,
Further comprising an integrated power distribution device that receives power generated by the photovoltaic power generation device and controls power supply to at least one of the water electrolysis device, the compression and storage device, the fuel cell, and the building,
The integrated power distribution device includes:
Controlling the surplus power to be transmitted to the utility power grid grid when the remaining surplus power supplied to the inside of the building is smaller than the power required to operate the power receiving apparatus and the compression and storage apparatus,
The integrated power distribution device includes:
Wherein when the surplus electric power supplied to the inside of the building is surplus electric power capable of operating the water electrolysis apparatus and the operation of the compression and storage apparatus is not possible, the water electrolysis apparatus is operated by the surplus electric power, And the generated hydrogen gas is temporarily stored in a buffer tank.
상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물로부터 수집된 데이터를 디스플레이하는 중앙 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a central monitoring device for displaying data collected from said water electrolysis device, said compression and storage device, said fuel cell and said building. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 통합 전원 분배 장치는,
상기 수전해 장치, 상기 압축 및 저장 장치, 상기 연료 전지 및 상기 건물에서 소비하고 남은 잉여 전력을 상용 전력 기관 그리드로 송전하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템.
The method according to claim 1,
The integrated power distribution device includes:
And a surplus electric power consumed in the water electrolysis apparatus, the compression and storage apparatus, the fuel cell, and the building is transmitted to a grid of a commercial power plant.
상기 통합 전원 분배 장치는,
상기 연료 전지에서 발전되는 전압을 상기 건물에 공급하는 전압의 수준까지 상승시키기 위한 변압 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 순환형 하이브리드 전력 공급 시스템.The method according to claim 1,
The integrated power distribution device includes:
And a transforming means for increasing a voltage generated by the fuel cell to a level of a voltage supplied to the building.
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