KR101609996B1 - 태양열 발전용 에너지저장시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양발전시설의 변화에 능동적으로 대응하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 한 태양열 발전용 에너지저장시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력계통에 연계하였을 때에도 안정적인 출력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전압변동을 줄여 전력품질을 높일 수 있으며, 피크부하시에 예비 전력원으로 사용할 수 있는 태양열 발전용 에너지저장시스템에 관한 것이다.

Description

태양열 발전용 에너지저장시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM FOR SOLAR POWER}

본 발명은 태양열 발전용 에너지저장시스템에 관한 것으로, 상세하게는 태양발전시설의 변화에 능동적으로 대응하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 한 태양열 발전용 에너지저장시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는 전력계통에 연계하였을 때에도 안정적인 출력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전압변동을 줄여 전력품질을 높일 수 있으며, 피크부하시에 예비 전력원으로 사용할 수 있는 태양열 발전용 에너지저장시스템에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고, 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다. 화석에너지를 대체할 수 있는 에너지원으로는 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 태양의 열이나 빛을 이용한 태양에너지 등이 있고, 이러한 자연력을 이용한 발전 시스템에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 관련된 다양한 기술이 개발되고 있다.

이러한 자연력을 이용한 발전시스템 중 하나로 태양열을 이용한 발전장치가 있다.

태양열 발전 장치는 다른 발전에 비해 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 청정에너지로서, 연료의 수송 및 발전설비의 유지관리가 거의 불필요하며, 설치장소의 선택, 설비규모를 자유롭게 할 수 있으며, 장치의 수명이 길고 설치공사가 쉽다는 이점이 있다.

이러한 태양에너지를 이용한 발전장치로는 다양한 것이 있고, 그 예로 태양열을 이용한 발전장치로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 흡열부 및 방열부를 가지며 상기 흡열부 및 방열부의 열교환에 의하여 발생되는 전기를 출력하는 발전단자를 가지는 열전모듈과; 태양열을 집열하는 집열부와; 제1열교환매체가 집열부 및 상기 열전모듈의 흡열부를 순환하도록 하여 집열부에서 흡수된 열을 열전모듈의 흡열부로 전달하는 제1매체순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열발전시스템에 관한 것이고,

특허문헌 2는 그물눈이 있는 메쉬망 형상을 갖고 지상에 노출되는 상단부가 구 형상으로 형성된 고정몸체와; 고정몸체의 그물눈에 각각 결합되어, 태양광을 고정몸체 하단부로 집중시키는 집광렌즈와; 고정몸체의 하단부에 설치되어, 집광렌즈를 통해 집중된 열에너지의 밀도를 증가시켜 몸체 하부에 열 전달하는 집열렌즈로 구성된 집광부와; 고정몸체의 하단부와 결속 되고, 몸체 내부로 열저장매체가 충진되어, 집열렌즈를 통해 전달된 열 에너지로 열저장매체를 가열 및 보관하는 열저장탱크와; 열저장탱크 내에서 판형코일관과, 하부 코일순환관으로 적층 수납되며, 순환펌프와 밸브의 동작으로 각 구성품에 선택적으로 스팀을 이동시키도록 하는 순환관로와; 순환관로의 상부 판형코일관 내부 스팀이 열저장탱크에서 가열되어 현열상태로 변화되고, 이 현열스팀을 분사시켜 증기터빈을 구동해 전기를 생산하는 발전기와; 발전기를 통과한 잠열스팀을 더 열 수축되게 하는 제1 감열부와; 발전기 또는 제1 감열부를 통해 열수축된 잠열스팀이 순환관로의 하부 코일순환관을 통해 열저장탱크를 내부를 통과하면서 가열되고, 이 가열된 현열스팀을 열 수축하는 제2 감열부를 포함한 발전부로 구성된 태양열 열에너지를 이용한 전기 발전 시스템에 있어서, 집광부를 통해 열저장탱크내의 열저장매체를 가열하여 탱크 내부의 상부 판형코일관 및 하부코일순환관과 열교환 되게 하여, 내부에 현열스팀을 갖게 하며, 상부 판형코일관을 통해 배출된 현열스팀이 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하고, 잠열스팀이 제1 밸브와 제1 감열부를 통과하면서 더욱 더 열 수축되고, 이 잠열스팀이 제2 밸브를 통해 하부 코일순환관으로 공급되어 열저장매체와 열교환하며, 하부 코일순환관을 통해 가열된 현열스팀은 제3 밸브와 제2 감열부를 통과하면서 열 수축되어, 제4 밸브를 통해 상부 판형코일관으로 공급되어 순환하는 태양열 열에너지를 이용한 전기 발전 시스템에 관한 것이며,

특허문헌 3은 태양 에너지 수집기 시스템에 있어서, 다수의 인접한 태양열 수집기를 형성하도록 지지 표면을 따라서 전개하기 위한 일정 길이의 가요성 비절연 기부 패널과, 태양으로부터 태양 에너지에 의해 가열될 유동 유체를 포함하기 위하여 가요성 기부 패널의 길이를 따라서 밀봉되고 높은 빛 흡수와 낮은 적외선 방출 특성을 갖는 다수의 평행 도관과, 지면에 평행하고 평행 도관들과 태양 사이에 배치되고 유동 유체로부터 열 손실을 감소시키고 기부 패널과 함께 형성되는 구조물을 팽창시키도록 저압 유체를 포함하기 위하여 기부 패널에 밀봉된 높은 빛 투과성을 갖는 덮개 재료를 포함하는 태양 에너지 수집기 시스템에 관한 것이다.

이러한 통상의 태양열 발전시스템은 발전기에서 생산된 전력을 저장하였다가 필요한 장소에 필요한 시간에 공급할 수 있도록 하기 위한 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)을 구비하고 있다. 이러한 ESS는 전력을 저장하는 배터리(battery), 배터리의 구동을 감시 및 제어하는 BMS(Battery Management System, BMS), 상기 배터리의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환장치(Power Conditioning System, PCS), 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리시스템(Power Management Syetem, PMS)를 포함한다.

이러한 종래의 태양열 발전시스템 또는 장치에 구비된 에너지저장장치 또는 시스템은 통상적으로 부하 전력 계통에 연계하였을 때, 출력 불안정과 전압변동이 심해지는 등 전력품질이 악화되는 문제를 해소하여 전력품질을 개선하고 피크부하 공급에도 기여할 수 있는 장점이 있으나, 다양한 기후의 변화에 따른 에너지원의 변화 즉, 태양열을 수집하기 위한 기후의 변화에 능동적으로 대응하지 못하는 문제가 있다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1221422호 2. 대한민국 등록특허 제10-1120906호 3. 대한민국 공개특허 제10-2000-0077211호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 태양발전시설의 변화에 능동적으로 대응하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 한 태양열 발전용 에너지저장시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 상세하게는 전력계통에 연계하였을 때에도 안정적인 출력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전압변동을 줄여 전력품질을 높일 수 있으며, 피크부하시에 예비 전력원으로 사용할 수 있는 태양열 발전용 에너지저장시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기와, 집광기에서 집광된 태양열에 의해 내부의 열매를 가열하여 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열기를 포함하는 집열장치와, 집열장치에 저장된 열에 의해 구동되는 증기터빈과, 증기터빈의 구동에 의해 작동되어 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 태양열 발전시스템과, 태양열 발전시스템에 구비되되 발전기로부터 출력되는 전력을 저장하고 전력 계통에 전력을 공급하는 에너지저장부와, 배터리의 구동을 감시 및 제어하는 배터리관리부와; 배터리의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부와, 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부를 포함하는 태양열 발전용 에너지저장시스템에 있어서, 상기 집광기와 집열기는 복수가 병렬 또는 직렬로 연결되고, 상기 에너지저장부는 다수의 충전수단을 구비하되, 어느 하나는 전력계통에 전원을 공급하는 전력공급용으로 사용하고, 다른 하나는 전력공급용충전수단의 전력을 보충하는 보조충전수단으로 사용하며, 상기 배터리관리부는 일출, 한낮, 일몰시 집광기의 방향에 따라 각 집열기의 집열 온도를 감지하여 감지된 집열 온도에 따라 증기터빈의 기동을 제어하되, 일출시에는 각 집열기에서 감지된 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 집열기의 출력만을 이용하여 증기터빈을 구동시키되, 집열장치의 출력이 기 설정된 출력값이상인 상태를 기 설정될 터빈기동판단시간 이상 유지될 때만 증기터빈을 기동시켜 발전기를 구동시켜 에너지저장부에 전력이 저장되게 하고, 감지된 집열 온도가 기 설정 온도 이하인 집열기에서 집열된 열은 예비 열원으로 저장 후, 다른 집열기에서 집열된 열량이 적을 경우 사용할 수 있게 하고, 한낮에는 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 일출시보다 짧게 설정하여 증기터빈의 구동시간이 길어지게 하여 발전기의 발전 효율을 높여 에너지저장부에 저장되는 에너지 저장 효율을 높이고, 일몰시에는 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 한낮보다 길게 설정하고, 터빈기동판단시간 동안 집열기의 집열 온도가 유지되지 않을 경우에 증기터빈과 발전기를 정지시켜 출력이 낮은 증기터빈 구동에 의한 불필요한 열에너지의 손실을 줄일 뿐만 아니라, 증기터빈의 낮은 출력에 의한 발전기의 발전 효율 저하를 최소화할 수 있게 하고, 상기 배터리관리부는 자가진단모듈을 더 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환하는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지저장부에는 보조충전수단으로부터 전력공급용충전수단으로 보충되는 에너지의 공급 및 차단을 위해 배터리관리부에 의해 구동에 제어되는 스위칭수단을 더 구비하고, 상기 배터리관리부에는 전력공급용충전수단에 저장된 에너지의 잔량을 감지하는 에너지잔량 감지수단을 더 구비하여, 상기 에너지잔량 감지수단에서 감지된 전력공급용충전수단의 에너지 잔량이 설정된 기준치 이하이면 스위칭수단을 작동시켜 보조충전수단의 에너지가 전력공급용충전수단을 보충하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전력공급용충전수단의 에너지 잔량이 20 내지 30%일 때, 보조충전수단의 에너지가 전력공급용충전수단을 보충하도록 하는 것이 바람직하다.

다수의 충전수단은 다수의 선반에 랙 형태로 탈착 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 충전수단은 각각 방열수단을 구비하되, 방열수단은 방열판과 송풍팬으로 이루어지고, 상기 방열판은, 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀은 방열판본체의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀을 설치하여 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높였다.

상기 에너지저장시스템이 설치되는 컨테이너의 벽에는 단열/방음용 압면이 더 설치하는 것이 바람직하다.

상기 배터리관리부에는 일출, 일몰 시간을 설정하는 일주기설정부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 태양의 일출 일몰에 따른 집열양에 따라 태양발전시설의 변화에 능동적으로 대응하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전력공급용충전수단과 보조충전수단을 구비하여 전력공급용충전수단의 상태를 모니터링 한 후, 전력공급용충전수단의 상태에 따라 보조충전수단의 구동을 제어하여 전력공급용충전수단이 방전되지 않고 전력을 공급할 수 있게 함에 따라, 안정적인 출력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전압변동을 줄여 전력품질을 높일 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 다수의 예비충전수단을 구비하여, 피크부하시에 예비 전력원으로 사용할 수 있는 효과도 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템의 일예의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템을 구성하는 에너지저장부의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템의 에너지저장부의 사시도
도 4은 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템에 구비된 충전수단 방열수단의 일예의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템에 구비된 충전수단 방열수단의 일예의 평면도
도 5는 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템이 구축되는 컨테이너의 내부 사진

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면이 참조되어 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 태양발전시설의 변화 즉, 태양광의 변화에 능동적으로 대응하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 배터리의 충방전을 관리하는 배터리관리부의 구성을 달리하여 보다 효과적으로 충전이 이루어질 수 있게 한 것으로, 상기 배터리관리부는 일출시에는 태양이 떠오르는 시점이므로 집광기의 방향에 따라 태양열을 집광하는 효율이 달라지고, 해당 집광기에 설치된 집열기의 집열 효율이 달라지므로, 각 집열기의 집열 온도를 감지하여 감지된 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 집열기의 출력만을 이용하여 증기터빈을 구동시키되, 집열장치의 출력이 기 설정된 출력값이상인 상태를 기 설정될 터빈기동판단시간 이상 유지될 때만 증기터빈을 기동시켜 발전기를 구동시켜 에너지저장부에 전력이 저장되게 하고, 감지된 집열 온도가 기 설정 온도 이하인 집열기에서 집열된 열은 예비 열원으로 저장 후, 다른 집열기에서 집열된 열량이 적을 경우 사용할 수 있게 하고, 한낮에는 각 집광기의 집광 상태가 양호한 상태를 지속할 수 있는 시점으로, 일부 음영에 의해서만 집광 효율이 떨어질 수 있으므로 해당 집광기에 설치된 집열기의 집열 효율이 일정하게 유지될 수 있으므로 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 일출시보다 짧게 설정하여 증기터빈의 구동시간이 길어지게 하여 발전기의 발전 효율을 높여 에너지저장부에 저장되는 에너지 저장 효율을 높일 수 있게 하며, 일몰시에는 해가 지는 과정에 있어, 집광기에서 집광되는 태양열의 집광 효율이 떨어지는 시점이므로 집열기의 집열 효율이 급격히 낮아지므로 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 한낮보다 길게 설정하고, 터빈기동판단시간 동안 집열기의 집열 온도가 유지되지 않을 경우에 증기터빈과 발전기를 정지시켜 출력이 낮은 증기터빈 구동에 의한 불필요한 열에너지의 손실을 줄일 뿐만 아니라, 증기터빈의 낮은 출력에 의한 발전기의 발전 효율 저하를 최소화할 수 있게 하였다.

이러한 본 발명의 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 통상적인 태양열 발전시스템에 구비된 것과 동일하게, 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기(110)와, 집광기에서 집광된 태양열에 의해 내부의 열매를 가열하여 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열기(120)를 포함하는 집열장치(100)와, 상기 집열장치에 저장된 열에 의해 구동되는 증기터빈(200)과, 증기터빈에 의해 증기터빈의 구동에 의해 작동되어 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 태양열 발전시스템과, 상기 태양열 발전시스템에 구비되되 발전기로부터 출력되는 전력을 저장하고 전력 계통에 전력 공급하는 에너지저장부(20)와, 배터리의 구동을 감시 및 제어하는 배터리관리부(10)와, 상기 배터리의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부와, 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부(300)를 포함하고 있다.

본 발명은 태양광의 조사 상황 즉, 날씨에 따라 에너지저장부(20)에 저장되는 에너지 저장 효율을 높일 수 있게 한 것으로, 상기 집광기(110)와 집열기(120)는 복수가 병렬 또는 직렬로 연결되어, 일출시와 일몰시 집열장치에서 출력되는 출력을 제어하여 증기터빈(200)을 구동시켜, 발전기로부터 출력되어 에너지저장시스템의 에너지저장부(20)에 저장되는 전력을 제어한다.

즉, 상기한 바와 같이 일주기(日週期)에 따라 달라지는 집광기(110)의 집광 효율에 맞추어 에너지저장부에 저장되는 에너지 저장 상태를 제어할 수 있게 한 것이다.

일주기(日週期) 중 일출(日出)은 태양이 솟아오르는 시각이므로 앞으로 태양광의 조도가 더욱 높아질 것이 예상되는 시기이고, 주중(晝中)은 태양광의 조도가 일정 기준치 이상을 지속할 것으로 예상되는 시기이고, 일몰(日沒)은 태양이 기울어지는 시점으로 앞으로 태양광의 조도가 더욱 낮아질 것이 예상되는 시기이므로 이에 맞추어 증기터빈의 구동시간을 제어하여 에너지저장부로 저장되는 에너지 저장 효율을 높인 것이다.

즉, 일출시에는 태양광이 점차 강해지는 시기이므로, 집열장치의 출력이 기 설정된 출력값이상인 상태를 유지하되, 이 설정출력값이상이 상태가 설정될 터빈기동판단시간 이상 유지될 때만 증기터빈을 기동시켜 발전기를 구동시켜 에너지저장부에 전력이 저장되게 한다.

또한, 집열기의 온도를 감지하여 감지된 집열 온도가 기 설정 온도 이하인 집열기에서 집열된 열은 예비 열원으로 저장 후, 다른 집열기에서 집열된 열량이 적을 경우 사용할 수 있게 함으로써 집열된 열이 버려지는 것을 방지하여 열효율을 높일 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 한낮은 태양광의 조도가 일정하게 유지될 수 있는 시기이므로, 기상의 이변이 없는 한 집열장치(100)에서 집열되는 열은 기준치 이상을 유지할 수 있고, 에너지저장장치의 기동 초기에 순간적으로 집열효율이 떨어진다 하더라도 곧 정상 상태의 집열이 이루어질 것으로 예상되므로, 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 일출시보다 짧게 설정하여 증기터빈의 구동시간이 길어지게 하여 발전기의 발전 효율을 높여 에너지저장부에 저장되는 에너지 저장 효율을 높이는 것이다.

물론, 이러한 집열 및 에너지 저장 과정에서 집열장치의 온도는 항상 감시되고, 집열온도가 설정온도 이하로 떨어질 경우에는 증기터빈의 구동은 정지시킬 수 있으나, 상기한 바와 같이 집열 효율이 떨어지는 이유가 간헐적인 음영에 의해 집광기가 태양으로부터 가려진 상태가 될 수 있으므로, 집열온도가 떨어지더라도 상기 일출시 기동판단시간보다 긴 시간 이상 떨어진 경우에만 증기터빈을 정지시키고, 이하일 경우에는 다른 집광기에서 집광되는 열을 이용하여 보충할 수 있다.

일몰시에는 태양이 기울어지는 시기이므로, 집광기의 집광 효율이 급격하게 떨어질 수 있다. 이에 따라 일몰시에는 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 한낮보다 길게 설정하고, 터빈기동판단시간 동안 집열기의 집열 온도가 유지되지 않을 경우에 증기터빈과 발전기를 정지시킨다.

이렇게 터빈기동판단시간을 길게 설정하여, 집광기의 출력이 낮은 시점에서 증기터빈 구동이 반복되는 것을 방지함에 따라 불필요한 열에너지의 손실을 줄일 뿐만 아니라, 증기터빈의 낮은 출력에 의한 발전기의 발전 효율 저하를 최소화할 수 있는 것이다.

즉, 일몰시 터빈기동판단시간을 짧게 설정할 경우, 터빈기동판단시간 내에 집광기의 효율이 정상상태를 유지할 수 있으나, 곧 태양이 기울어짐으로 집광기의 집광 효율은 짧은 시간 안에 떨어질 수 있고, 이렇게 점점 짧아지는 집광기의 집광 효율에 맞추어 증기터빈의 구동과 정지를 반복할 경우, 증기터빈이 손상될 수 있는 것이다, 이에 따라 일몰시에는 터빈기동판단시간을 주중이나 일출시보다 길게 설정하여 터빈기동판단시간 동안 집광장치의 온도가 충분히 상승하지 못하면 증기터빈과 발전기는 물론, 에너지저장장치의 구동을 정지시키는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 에너지저장시스템에 있어서, 터빈기동판단시간은 주중, 일출, 일몰 순서로 상대적으로 길게 설정되어야 하고, 일출과 일몰 상태를 인지하는 수단이 필요하다.

물론, 전술한 바와 같이 온도센서나 조도센서를 설치하여 집열장치의 온도나 일조량을 감지하여 일출과 일몰을 인지할 수 있으나, 조도센서에 의해 감지되는 조도는 기후 변화에 따라 달라질 수 있다.

이에 따라 상기 배터리관리부(10)에는 일몰 및 일출 시간을 설정할 수 있는 태양광의 일주기설정부(10s)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 일주기설정부(10s)는 각 날짜에 맞추어 일출과 일몰시간을 설정하는 수단으로, 통계에 의해 얻어진 일출 및 일몰시간을 미리 설정해두거나, 매일 관리자가 설정할 수 있다.

본 발명의 에너지저장장치를 구성하는 상기 배터리관리부(10)는 자가진단모듈을 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환할 수 있게 하였다.

즉, 각 충전수단들에 모두 자가진단모듈을 설치하여 충전수단을 상시 감시하고, 어느 하나의 충전수단에 이상에 발생하였을 경우, 해당 충전수단의 구동을 정지시킨 후, 알람을 발생시켜 해당 충전수단의 이상을 알림과 동시에 고장이 발생된 충전수단의 일을 다른 충전수단으로 대체시켜 구동시키게 된다.

이렇게 충전수단을 효율적으로 전환하여 구동시킬 수 있도록 상기 충전수단들(20m, 20h)중 보조충전수단(20h)은 적어도 2개 이상을 구비하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 에너지저장장치를 구성하는 상기 에너지저장부(20)는 적어도 두 개 이상의 충전수단을 구비하여 어느 하나는 전력계통에 전원을 공급하는 전력공급용충전수단(20m)으로 사용되고, 다른 하나는 전력공급용충전수단의 전력을 보충하는 보조충전수단(20h)으로 사용한다.

상기 보조충전수단(20h)은 상기 배터리관리부에서 구동이 제어되고, 도 2에 도시한 바와 같이 스위칭수단(20s)을 구비하여 이 스위칭수단(20s)의 구동을 제어함에 의해 보조충전수단의 에너지가 전력공급용충전수단에 공급되거나 차단된다.

상기 보조충전수단(20h)에서 전력공급용충전수단(20m)으로 에너지를 보충하기 위한 조건은 전력공급용충전수단(20m)의 에너지 잔량이 20 내지 30%이다. 즉, 상기 배터리관리부(10)에는 전력공급용충전수단(20m)에 저장된 에너지의 잔량을 감지하는 에너지잔량 감지 수단을 구비하고 있으며, 이 에너지잔량 감지 수단에서 감지된 전력공급용충전수단(20m)의 에너지 잔량이 설정된 기준치 이하이면 상기 스위칭수단(20s)을 작동시켜 보조충전수단(20h)의 에너지가 전력공급용충전수단(20m)을 보충하게 된다.

또한, 상기 충전수단들(20m, 20h)은 전술한 바와 같이 다수가 구비되어 있고, 이렇게 다수의 충전수단은 다수의 선반에 랙 형태로 탈착 가능하게 설치될 수 있다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 합체형상으로 만들어진 지지대에 다수의 선반을 구비하고, 각 선반에 충전수단을 탈착 가능하게 설치하되, 선반의 내부에는 가이드레일(미도시)을 설치하고, 이 가이드레일을 따라 수평으로 이동하는 슬라이더(21)를 설치하며, 이 슬라이더(21)의 상부에 상기 충전수단을 설치한 상태에서 슬라이더를 밀어 넣음에 의해 충전수단이 선반의 내부로 들어가 지지대에 설치되는 것이다.

또한 각 충전수단들(20m, 20h)에는 방열수단(30)을 구비하고 있다.

상기 충전수단들(20m, 20h)들은 통상적으로 사용되는 충전용배터리로 이루어진 것으로, 충전과 방전을 반복하는 과정에서 많은 열이 발생되고, 이렇게 발생된 열이 과할 경우, 충전수단이 파열되거나 손상될 수 있으므로 효과적인 방열이 필요하며, 이를 위해 상기 방열수단(30)을 구비한 것이다.

상기 방열수단(30)은 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으나, 방열 효율을 높일 수 있도록 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 방열수단(30)은 도시한 바와 같이 방열판(32)과 송풍팬(31)으로 구성할 수 있으며, 송풍팬은 통상적으로 바람을 일으키는 송풍기가 사용될 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 방열판(32)은 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체(32b)의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀(32s, 32d)을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀(32s)은 방열판본체(32b)의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽(32w)에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀(32d)을 설치하여 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높이는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 에너지 효율을 높이고, 구성하는 전자 부품을 보호하기 위해서는 장치가 설치되는 공간이 항온 항습되는 것이 바람직하고, 이를 위해 에너지저장시스템이 설치되는 컨테이너의 내부 또는 외부에 단열수단을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 통상의 에너지저장시스템은 구성하는 기구 장치들이 구동할 때 많은 소음이 발생하고, 이러한 소음이 외부로 방출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이에 본 발명에 따른 태양열 발전용 에너지저장시스템은 도 6에 도시한 바와 같이, 에너지저장시스템이 설치되는 컨테이너의 벽에 단열/방음용 압면(40)을 설치하여 단열과 방음 효과를 높이는 것이 바람직하다.

한편, 상기에서 도 1 내지 도 6을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 6의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

10: 배터리관리부
10s: 일주기설정부
20: 에너지저장부
20m: 전력공급용충전수단 20h: 보조충전수단
21: 슬라이더
30: 방열수단
31: 송풍팬
32: 방열판
32b: 방열판본체
32s: 일체형방열핀 32d: 이격방열핀
32w: 격벽
40: 압면
100: 집열장치
110: 집광기 120: 집열기
200: 증기터빈
300: 전력관리부

Claims (7)

1. 태양을 추적하면서 하나 이상으로 조립된 집광기와, 집광기에서 집광된 태양열에 의해 내부의 열매를 가열하여 고온의 과열증기(Superheated Steam)를 생성하는 집열기를 포함하는 집열장치와, 집열장치에 저장된 열에 의해 구동되는 증기터빈과, 증기터빈의 구동에 의해 작동되어 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 태양열 발전시스템과, 태양열 발전시스템에 구비되되 발전기로부터 출력되는 전력을 저장하고 전력 계통에 전력을 공급하는 에너지저장부와, 배터리의 구동을 감시 및 제어하는 배터리관리부와, 배터리의 DC전력을 계통의 AC전력으로 변환하는 전력변환부와, 전체 장치의 운전 상태를 감시 및 제어하는 전력관리부를 포함하는 태양열 발전용 에너지저장시스템에 있어서,
   상기 집광기와 집열기는 복수가 병렬 또는 직렬로 연결되고,
   상기 에너지저장부는 다수의 충전수단을 포함하되, 어느 하나는 전력계통에 전원을 공급하는 전력공급용으로 사용하고, 다른 하나는 전력공급용충전수단의 전력을 보충하는 보조충전수단으로 사용하며,
   상기 배터리관리부는 일출, 한낮, 일몰시 집광기의 방향에 따라 각 집열기의 집열 온도를 감지하여 감지된 집열 온도에 따라 증기터빈의 기동을 제어하되,
   일출시에는 각 집열기에서 감지된 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 집열기의 출력만을 이용하여 증기터빈을 구동시키되, 집열장치의 출력이 기 설정된 출력값이상인 상태를 기 설정될 터빈기동판단시간 이상 유지될 때만 증기터빈을 기동시켜 발전기를 구동하여 에너지저장부에 전력이 저장되게 하고, 감지된 집열 온도가 기 설정 온도 이하인 집열기에서 집열된 열은 예비 열원으로 저장 후, 다른 집열기에서 집열된 열량이 적을 경우 사용할 수 있게 하고,
   한낮에는 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 일출시보다 짧게 설정하여 증기터빈의 구동시간이 길어지게 하여 발전기의 발전 효율을 높여 에너지저장부에 저장되는 에너지 저장 효율을 높이고,
   일몰시에는 각 집열기의 집열 온도가 기 설정된 기준 온도 이상인 상태에서 터빈기동판단시간을 한낮보다 길게 설정하고, 터빈기동판단시간 동안 집열기의 집열 온도가 유지되지 않을 경우에 증기터빈과 발전기를 정지시켜 출력이 낮은 증기터빈 구동에 의한 불필요한 열에너지의 손실을 줄일 뿐만 아니라, 증기터빈의 낮은 출력에 의한 발전기의 발전 효율 저하를 최소화할 수 있게 하고,
   상기 배터리관리부는 자가진단모듈을 더 구비하여 각 충전수단의 고장 유무를 감시하고, 소정 충전수단이 고장을 일으킬 경우, 해당 충전수단은 충전 및 방전을 정지시키고, 다른 충전수단으로 충방전회로를 전환하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에너지저장부에는 보조충전수단으로부터 전력공급용충전수단으로 보충되는 에너지의 공급 및 차단을 위해 배터리관리부에 의해 구동에 제어되는 스위칭수단을 더 구비하고,
   상기 배터리관리부에는 전력공급용충전수단에 저장된 에너지의 잔량을 감지하는 에너지잔량 감지수단을 더 구비하여,
   상기 에너지잔량 감지수단에서 감지된 전력공급용충전수단의 에너지 잔량이 설정된 기준치 이하이면 스위칭수단을 작동시켜 보조충전수단의 에너지가 전력공급용충전수단을 보충하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전력공급용충전수단의 에너지 잔량이 20 내지 30%일 때, 보조충전수단의 에너지가 전력공급용충전수단을 보충하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
4. 제1항에 있어서,
   다수의 충전수단은 다수의 선반에 랙 형태로 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 충전수단은 각각 방열수단을 구비하되, 방열수단은 방열판과 송풍팬으로 이루어지고,
   상기 방열판은, 충전수단의 일부를 감싸도록 설치된 방열판본체의 표면에 소정 간격으로 다수의 방열핀을 설치하되, 상기 방열핀들 중 일부 일체형방열핀은 방열판본체의 표면에 일체화되고, 일체형방열핀들 사이에는 방열판본체의 중간에 설치된 격벽에 일단이 일체화되어 방열판본체와의 사이에 통기유로가 형성된 이격방열핀을 설치하여 송풍기에서 송풍되는 바람이 보다 효과적으로 방열판본체를 통과할 수 있게 하여 방열 효율을 높인 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 에너지저장시스템이 설치되는 컨테이너의 벽에는 단열/방음용 압면이 더 설치된 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배터리관리부에는 일출, 일몰 시간을 설정하는 일주기설정부를 구비한 것을 특징으로 하는 태양열 발전용 에너지저장시스템.

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