KR101797604B1 - 신재생에너지의 충방전 제어 방법 - Google Patents

신재생에너지의 충방전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신재생에너지의 충방전 제어 방법에 관한 것으로, 발전부가 신재생에너지를 이용해 전력을 생산하는 단계, 제어부가 상기 발전부에서 생산한 전력을 배터리부에 저장하는 단계, 및 상기 제어부가 스마트 전력 사용 모드로 설정된 출력부에 연결된 가로등에 상기 저장된 전력을 공급하는 단계를 포함하되, 상기 스마트 전력 사용 모드는, 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 상기 가로등에 출력할 전력 레벨 및 전력 공급 시간을 자동으로 가변 제어하는 모드이다.

Description

신재생에너지의 충방전 제어 방법{CHARGE AND DISCHARGE CONTROL METHOD FOR RENEWABLE ENERGY}
본 발명은 신재생에너지의 충방전 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생에너지를 이용하여 발전된 전력을 배터리에 저장하여 가로등을 제어함에 있어서, 가로등을 일몰과 일출 시간을 고려하여 스마트하게 제어함으로써 배터리의 전력 소모를 절감할 수 있도록 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화 방지를 위한 환경규제의 강화 및 화석연료의 고갈 문제에 대응하기 위하여 신재생에너지에 관련된 기술이 개발되고 있다.
다만, 태양, 풍력, 바이오매스, 지열 등을 이용하는 신재생에너지는 지구온난화 가스를 거의 배출하지 않는 장점이 있으나, 기후 등의 환경에 의해 발전량이 수시로 변하기 때문에 인간에 의한 발전량의 제어가 어렵다는 단점이 있다.
예컨대 신재생에너지를 이용한 전력 생산량은 계절 단위마다 변할 수 있고, 또한 일 단위로도 그 생산량이 시시각각 변할 수 있다.
따라서 신재생에너지를 이용해 생산한 전력을 배터리(예 : 연축전지)에 저장(즉, 충전)하거나, 또는 배터리에 저장된 전력을 부하(예 : 조명장치, 냉각장치, 가열장치 등)에 공급(즉, 방전)함에 있어서, 상기 배터리의 수명을 연장하고, 또한 극한 환경에서의 배터리의 작동 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1035705호(2011.05.12.등록, 태양광 배터리 충방전 제어장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 신재생에너지를 이용하여 발전된 전력을 배터리에 저장하여 가로등을 제어함에 있어서, 가로등을 일몰과 일출 시간을 고려하여 스마트하게 제어함으로써 배터리의 전력 소모를 절감할 수 있도록 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 방법은, 발전부가 신재생에너지를 이용해 전력을 생산하는 단계; 제어부가 상기 발전부에서 생산한 전력을 배터리부에 저장하는 단계; 및 상기 제어부가 스마트 전력 사용 모드로 설정된 출력부에 연결된 가로등에 상기 저장된 전력을 공급하는 단계;를 포함하되, 상기 스마트 전력 사용 모드는, 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 상기 가로등으로 출력할 전력 레벨 및 전력 공급 시간을 자동으로 가변 제어하는 모드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 일몰-일출 시간은, 일몰시부터 일출시까지의 시간인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 미리 설정된 일정 기간 동안 연속으로 누적된 일몰 시간 및 일출 시간에 대한 평균값으로 일몰-일출 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 가장 최근의 일정 기간 동안의 일몰-일출 시간을 산출하기 위하여, 상기 설정된 기간 이전에 저장된 날짜의 일몰 시간 및 일출 시간 값을 순차로 삭제하고, 새로운 날짜의 일몰 시간 및 일출 시간 값을 순차로 누적 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스마트 전력 사용 모드는, 일몰 직후의 제1 구간, 일출 직전의 제2 구간, 및 상기 제1 구간과 제2 구간을 다시 적어도 하나 이상의 세부적인 구간으로 구분한 제3 구간으로 구분하여 제어되는 모드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 구간은 각기 최대로 출력할 수 있는 제한 전력이 미리 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 구간 및 제2 구간은 매뉴얼로 초기 시간이 설정되고, 상기 제3 구간은 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 초기 시간을 자동으로 설정할 수 있고, 초기 시간이 매뉴얼로 설정되었더라도 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 초기 시간을 가변 설정할 수 있음을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 구간 내지 제3 구간에 설정된 총 시간과 일몰-일출 시간이 일치하도록 하기 위하여 상기 제3 구간의 초기 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3 구간이 복수의 세부 구간으로 나누어져 있을 경우, 상기 제어부는, 상기 복수의 세부 구간에 설정된 우선순위에 따라, 각 구간에 설정된 초기 시간이 0 시간이 될 때까지 순차로 구간별 초기 시간을 차감하는 방식으로, 각 구간의 초기 시간을 가변 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 신재생에너지를 이용하여 발전된 전력을 배터리에 저장하여 가로등을 제어함에 있어서, 가로등을 일몰과 일출 시간을 고려하여 스마트하게 제어함으로써 배터리의 전력 소모를 절감할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 신재생에너지를 이용한 일별 발전량을 설명하기 위한 그래프를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 충방전 시스템의 운영을 위한 기준 전압을 자동으로 선택하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 상기 도 3에 있어서, 상기 제1 출력부에 설정된 제1 모드의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 적용된 가로등을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 스마트 전력 사용 모드로 설정된 출력부에 연결된 가로등에 전력을 공급하여 가로등을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치는, 발전부(110), 배터리부(120), 제어부(130), 및 출력부(140)를 포함한다.
상기 발전부(110)는 신재생에너지를 이용해 전력을 생산한다.
가령, 상기 발전부(110)가 태양광을 이용하여 발전한다고 가정할 경우, 상기 발전부(110)는 태양광 모듈(또는 솔라 모듈)을 포함하고, 또한 상기 발전부(110)가 풍력을 이용하여 발전한다고 가정할 경우, 상기 발전부(110)는 풍력 터빈을 포함할 수 있다.
편의상 본 실시예에서는 상기 발전부(110)가 태양광을 이용해 발전하는 것으로 가정하여 설명한다.
상기 배터리부(120)는 상기 발전부(110)에서 생산한 전력을 배터리(예 : 연축전지)에 저장(즉, 충전) 한다. 또한 상기 배터리부(120)는 배터리에 저장된 전력을 상기 제어부(130)의 제어에 따라 출력부(140)를 통해 임의의 부하(예 : 조명장치, 냉각장치, 가열장치 등)에 공급(즉, 방전) 한다.
상기 제어부(130)는 상기 발전부(110)에서 생산된 전력의 흐름과 상기 배터리부(120)에 저장된 전력의 흐름을 제어한다.
예컨대 상기 제어부(130)는 상기 발전부(110)에서 생산된 전력을 상기 배터리부(120)에 저장하거나, 상기 발전부(110)에서 생산된 전력을 상기 배터리부(120)에 저장하지 않고 곧바로 상기 출력부(140) 중 제1 출력부(141)에 연결된 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)에 미리 설정된 제1 모드(예 : 잉여 전력 사용 모드)로 공급한다.
참고로, 상기 잉여 전력은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(110)에서 생산된 전력의 레벨(즉, 전압)이 미리 설정된 기준보다 낮아서 상기 배터리부(120)에 저장할 수 없는 전력을 의미한다.
가령, 상기 배터리부(120)가 12V 배터리라고 가정할 경우, 종래에는 상기 발전부(110)에서 생산된 전력이 12V(실제로는 스위칭소자의 전압강하, 선간저항의 전압강하, 및 과방전 전압과 현재 배터리의 전압을 고려하여 더 높게 설정된 전압) 보다 낮은 경우에는 상기 배터리부(120)에 저장되지 못하고 버려져야 했으나, 본 실시예에서는 상기 버려지는 전력(즉, 잉여 전력)을 제1 출력부(141)에 연결된 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)에 사용함으로써 배터리부(120)에 저장된 전력의 사용을 줄여 상기 배터리부(120)의 수명을 연장할 수 있도록 한다.
이때 상기 제어부(130)는 상기 제1 출력부(141)에 특정 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)가 계속 연결되어 있다고 하더라도 상기 잉여 전력이 생산되는 구간(예 : 도 2의'나'구간 및'다'구간)에서 미리 지정된 시간 동안(예 : 5분)만 전력을 공급한다. 왜냐하면 상기 제1 출력부(141)에 특정 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)는 짧은 시간(예 : 5분)의 구동에 의해서도 충분한 기능을 발휘할 수 있기 때문이다. 이에 따라 상기 잉여 전력을 미리 지정된 시간 동안만 공급하기 위하여 상기 제어부(130)의 내부나 외부에 타이머(미도시)가 추가로 포함될 수 있다.
한편 상기 제1 출력부(141)에 연결되는 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)는 배터리(예 : 연축전지)의 수명 연장을 위하여 황산염 제거 기능의 고압 고주파 펄스 발생 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
다만 상기 제어부(130)는 잉여전력이 상기 제1 출력부(141)에 연결되는 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)를 구동할 수 있을 정도로 충분하지 않을 경우에는 상기 배터리부(120)에 저장된 전력을 사용하여 상기 제1 출력부(141)에 연결되는 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)를 구동할 수도 있다.
또한 상기 제어부(130)는 상기 배터리부(120)에 저장된 전력을 상기 출력부(140) 중 제2 출력부(142)에 연결된 부하(예 : 냉각장치나 가열장치 등의 상시 전원을 사용하는 장치 등)에 미리 설정된 제2 모드(예 : 상시 전력 사용 모드)로 공급한다.
여기서 상기 상시 전력 사용 모드는, 상기 배터리부(120)에 저장된 전력을 상시(즉, 과충전, 과방전, 및 작동 환경 온도(예 : -45도 ~ +55도)를 벗어난 상태가 아니면서 배터리에 충전 전력이 충분히 남아 있을 경우에 24시간 동안) 100%로 공급하는 모드이다.
한편 상기 제2 출력부(142)에 연결되는 부하는 극한 온도(-45도 ~ +55도를 벗어난 온도)에서 배터리(예 : 연축전지)의 수명 연장을 위한 가열 장치(예 : 히터)나 냉각 장치(예 : 쿨링팬)를 포함할 수 있다.
또한 상기 제어부(130)는 상기 배터리부(120)에 저장된 전력을 상기 출력부(140) 중 제3 출력부(143)에 연결된 부하(예 : 자동 디밍 제어를 수행하는 가로등 장치 등)에 미리 설정된 제3 모드(예 : 스마트 전력 사용 모드)로 공급한다.
여기서 상기 스마트 전력 사용 모드는, 주변 상황에 따라 부하에 전력을 가변하여 공급하는 모드이다. 예컨대 상기 스마트 전력 사용 모드로 동작하는 제3 출력부(143)에 가로등이 부하로 연결되어 있다고 가정할 경우, 일몰 직후에는 가로등에 100%로 전력을 공급하고, 이후 미리 설정된 시간이 경과됨에 따라 점차로 공급 전력을 감소시켜(예 : 70%, 30%, OFF 등) 가로등을 오프(OFF)시키고 , 이후 일출 시간 전에 미리 설정된 수 시간 전에는 다시 100%로 전력을 공급할 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 제어부(130)는, 복수의 출력단(즉, 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141 ~ 143)에 각기 연결된 부하에 각 출력단(즉, 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141 ~ 143) 별로 설정된 모드(예 : 잉여 전력 사용 모드, 상시 전력 사용 모드, 스마트 전력 사용 모드)에 따라 전력을 공급한다.
특히 상기 제1 모드(예 : 잉여 전력 사용 모드)에서는 상기 배터리부(120)에 저장된 전력을 사용하는 것이 아니라, 상기 발전부(110)에서 생산된 전력을 곧바로 이용하기 때문에 상기 배터리부(120)의 충방전 회수를 감소시킴으로써 배터리의 수명을 연장시키는데 효과가 있다.
이와 같이 상기 출력부(140)는 적어도 하나 이상의 출력단(예 : 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141 ~ 143)을 포함하고, 각 출력단(예 : 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141~143)에 연결된 부하에 각기 다른 모드로 전력을 공급한다.
한편 본 실시예에서 상기 각 출력단(예 : 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141 ~ 143)에 연결된 부하는 일 예시적으로 기재한 것이므로, 각 출력단(예 : 제1 출력부 ~ 제3 출력부)(141 ~ 143)에 설정된 모드에 따라 전력을 공급받아 구동할 수 있는 부하이면 얼마든지 다른 종류의 부하가 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도로서, 상기 도 1에 있어서, 조작부(150), 센서부(160), 및 디스플레이부(170)를 더 포함한다.
상기 조작부(150)는 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 기능을 설정하기 위한 키(예 : 버튼, 스위치 등)를 포함한다.
상기 조작부(150)는 물리적인 키 및 소프트웨어적인 키(예 : 터치 치)를 모두 포함하는 개념으로서, 가령, 기능 선택키, 셋/리셋키, 온/오프키, 업/다운 조절키, 부하 작동 테스트키, 및 점검 해제키 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 센서부(160)는 일출 및 일몰을 검출하는 센서(예 : 태양광 모듈, CDS 등), 배터리의 전류 및 전압 검출 센서, 부하의 전류 및 전압 검출 센서, 온도 검출 센서, 및 인체 감지 센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(170)는 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 동작 상태, 고장 및 진단 상태, 설정 기능, 및 상기 센서부를 통해 검출된 각종 데이터량 중 적어도 하나 이상을 표시한다.
예컨대 상기 디스플레이부(170)는 엘이디(LED), 엘시디(LCD), 및 에프엔디(FND) 중 적어도 하나 이상의 디스플레이 수단을 포함할 수 있다. 다만 상기 디스플레이 수단을 한정하는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 충방전 시스템의 운영을 위한 기준 전압을 자동으로 선택하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 실시예에서 상기 충방전 시스템(즉, ESS(Energy Storage System))은 배터리(예 : 12V 배터리)를 직렬로 연결하여, 24V, 36V, 48V 등으로 구성할 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치의 제어부(130)는 충방전 시스템에 구성된 전압을 자동으로 검출한다.
예컨대 상기 제어부(130)는 주기적으로 상기 배터리부(120)의 전압 검출 동작과 저장(즉, 충전) 동작을 반복적으로 수행하여 충방전 시스템에 구성된 전압을 검출한다. 이때 정격 전압(예 : 12V, 24V, 36V, 48V 등)의 92~120%의 범위를 기준으로 설정해 놓고, 상기 센서부(120)를 통해 검출된 배터리부(120)의 전압과 비교하여 시스템의 구성 전압을 결정한다.
즉, 상기 제어부(130)는 상기 배터리부(120)를 일정 시간 충전한 다음 검출된 전압이 미리 설정된 정격 전압의 범위를 벗어나는지 아닌지 여부에 따라 시스템의 구성 전압을 결정하는 것이다.
상기와 같이 충방전 시스템의 구성 전압이 결정되면, 상기 제어부(130)는 상기 결정된 시스템의 구성 전압을 기준으로 출력부(140)에 연결된 부하에 대한 출력 전압(즉, 0% ~ 100% 사이에 설정된 출력 전력의 레벨)을 조절한다.
도 5는 상기 도 3에 있어서, 상기 제1 출력부에 설정된 제1 모드(예 : 잉여 전력 사용 모드)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발전부(110)를 통해서 전력 발전이 시작되면(S101의 예), 제어부(130)는 상기 발전부(110)에서 발전된 전력의 전압이 배터리부(120)에 저장(즉, 충전) 가능한 레벨인지 판단한다(S102).
상기 배터리부(120)에 저장(즉, 충전) 가능한 레벨(즉, 전압)은, 적어도 스위칭소자의 전압강하(예 : 0.6V), 선간저항의 전압강하(예 : 0.1V), 및 과방전 전압과 현재 배터리의 전압(예 : 13V)을 고려하여 설정된 전압 이상이다. 이에 따라 통상적으로 12V 배터리를 충전하기 위해서는 적어도 발전 전압이 13.7V 이상이어야 저장이 가능하다.
상기 판단(S102) 결과에 따라, 상기 발전 전력의 전압이 배터리부(120)에 저장 가능한 레벨이 아니면(즉, 잉여 전력이면)(S102의 아니오), 상기 제어부(130)는 발전 전력을 저장하지 않고 제1 출력부(141)를 통해 곧바로 출력한다(S103).
이에 따라 상기 제1 출력부(141)에 연결된 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)를 잉여 전력을 이용해 구동한다.
그러나 상기 판단(S102) 결과에 따라, 상기 발전 전력의 전압이 배터리부(120)에 저장 가능한 레벨이면(즉, 잉여 전력이 아니면)(S102의 예), 상기 제어부(130)는 발전 전력을 배터리부(120)에 저장한다(S104).
한편 상기 발전 전력을 배터리부(120)에 저장하지 않고 제1 출력부(141)를 통해 곧바로 출력하는 경우, 즉, 상기 제1 출력부(141)에 연결된 부하(예 : 배터리 재생 장치, 황산염 제거 장치 등)를 잉여 전력을 이용해 구동하는 경우, 상기 제어부(130)는 기 지정된 시간 동안만 상기 제1 출력부(141)에 연결된 부하에 잉여 전력을 공급한다.
따라서 상기 제어부(130)는 상기 제1 출력부(141)를 통해 곧바로 출력한 전력이 기 지정된 시간을 경과하는지 체크한다(S105).
상기 체크(S105) 결과에 따라, 상기 잉여 전력의 출력이 기 지정된 시간을 경과하면(S105의 예), 상기 제어부(130)는 상기 제1 출력부(141)를 통한 발전 전력(즉, 잉여 전력)의 출력을 중단한다(S106).
그러나 상기 체크(S105) 결과에 따라, 상기 잉여 전력의 출력이 기 지정된 시간을 경과하지 않으면(S105의 아니오), 기 지정된 시간이 경과될 때까지 제1 출력부(141)를 통한 발전 전력(즉, 잉여 전력)을 계속 출력한다.
상기와 같이 본 실시예는 배터리부(120)에 저장된 전력을 사용하는 것이 아니라, 상기 발전부(110)에서 생산된 전력을 곧바로 특정 부하에 공급하기 때문에 상기 배터리부(120)의 충방전 회수를 감소시킴으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한 상시 전력 사용 모드로 설정된 제2 출력부(142)에 연결된 부하는 상시 모드로 동작시킴으로써 극한 환경에서 배터리의 작동 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 적용된 가로등을 보인 예시도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치 및 배터리는 함체에 내장된다.
상기 신재생에너지의 충방전 제어 장치와 배터리가 내장된 함체, 발전부(예 : 풍력발전기, 태양광발전기)(110), 및 가로등&보안등은 등주에 설치된다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 적용된 가로등은 주변 상황에 따라 전력이 가변적으로 공급됨으로써, 예컨대 일몰 직후에는 가로등에 100%로 전력이 공급되고, 이후 미리 설정된 시간이 경과됨에 따라 점차로 공급 전력이 감소되어(예 : 70%, 30%, OFF 등) 가로등을 오프(OFF)시키고, 이후 일출 시간이 되기 전 미리 설정된 수 시간 전에는 다시 100%로 전력이 공급된다.
이와 같이 부하(즉, 가로등 또는 보안등)에 공급되는 전력을 주변 상황(예 : 차량이나 보행자의 이동이 많은 시간대인지 적은 시간대인지 여부)에 따라 스마트하게(즉, 일몰-일출 시간을 고려한 시간대에 따라 출력 전력을 자동으로) 제어함으로써, 배터리부(120)의 전력 소모를 절감하면서 가로등의 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지의 충방전 제어 장치가 스마트 전력 사용 모드로 설정된 출력부(예 : 제3 출력부)에 연결된 가로등에 전력을 공급하여 가로등을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제3 출력부(143)에 설정된 제3 모드(예 : 스마트 전력 사용 모드)는 적어도 다섯 개의 구간(즉, 시간적 구간)을 나누어 전력 공급이 제어될 수 있다. 다만 상기 구간은 설명의 편의를 위해 예시적으로 나누어진 구간이므로, 실시예에 따라서는 더 많은 구간이나 적은 구간으로 나누어질 수 있음에 유의한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 다섯 개로 나누어진 각 구간은 각기 최대로 출력할 수 있는 전력이 제한되어 있다.
예컨대 상기 제1 구간(①)은 일몰 직후의 구간으로서, 본 실시예에서는 초기 설정 시간이 2시간(2Hr)으로 설정되며, 100%의 전력이 출력되도록 설정되었다고 가정한다. 즉, 상기 제1 구간(①)은 가로등을 최대 밝기로 제어할 수 있는 구간이다.
상기 제2 구간(②)은 상기 제1 구간(①)에 설정된 시간(2Hr)이 경과된 후의 구간으로서, 본 실시예에서는 초기 설정 시간이 3시간(3Hr)으로 설정되며, 90~70%의 전력이 출력되도록 설정되었다고 가정한다. 즉, 상기 제2 구간(②)은 차량이나 보행자의 통행량이 감소되어 가로등을 점차로 어둡게 제어하는 구간이다.
다만 상기 제2 구간(②)은 '일몰-일출 시간(즉, 일몰에서 일출까지의 시간)'을 고려하여 상기 제어부(130)가 초기 설정 시간을 추후에 자동으로 가변할 수 있는 구간이다.
상기 제3 구간(③)은 상기 제2 구간(②)에 설정된 시간(3Hr)이 경과된 후의 구간으로서, 본 실시예에서는 초기 설정 시간이 3시간(3Hr)으로 설정되며, 70~30%의 전력이 출력되도록 설정되었다고 가정한다. 즉, 상기 제3 구간(③)은 차량이나 보행자의 통행량이 더욱 감소되어 가로등을 이전보다 더 어둡게 제어하는 구간이다.
다만 상기 제3 구간(③)은 '일몰-일출 시간(즉, 일몰에서 일출까지의 시간)'을 고려하여 상기 제어부(130)가 초기 설정 시간을 추후에 자동으로 가변할 수 있는 구간이다.
상기 제4 구간(④)은 상기 제3 구간(③)에 설정된 시간(3Hr)이 경과된 후의 구간으로서, 본 실시예에서는 자동으로 초기 시간이 설정될 수 있으며, 전력이 오프(Off)되도록 설정되었다고 가정한다. 즉, 상기 제4 구간(④)은 차량이나 보행자의 통행량이 거의 없어서 가로등을 오프 시키는 구간이다.
상기 제4 구간(④)은 일몰시부터 일출시까지의 시간을 고려하여 가변적으로 설정된다. 즉, 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간과 '일몰-일출 시간'의 차이에 따라 초기 시간이 자동으로 설정될 수도 있고(즉, 일몰-일출 시간이 더 큰 값인 경우에 초기 시간이 자동으로 설정됨) 설정되지 않을 수도 있다(즉, 일몰-일출 시간이 더 작은 값인 경우에 초기 시간이 설정되지 않음).
가령, '일몰-일출 시간'이 12시간이고 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간이 10시간인 경우에 상기 제어부(130)는 상기 제4 구간(④)의 초기 시간으로 2시간을 자동으로 설정한다. 한편 '일몰-일출 시간'이 9시간이고 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간이 10시간인 경우에 상기 제어부(130)는 상기 제4 구간(④)의 초기 시간으로 0시간을 자동으로 설정하고, 이에 더하여 상기 제3 구간(③)에서 자동으로 1시간을 차감하여 2시간(2Hr)으로 설정을 변경한다.
다시 말해, 상기 제2, 제3 구간(②,③)은 구간별 초기 시간을 미리 설정하지만, '일몰-일출 시간'을 고려하여 상기 제어부(130)가 설정 시간을 자동으로 가변한다. 하지만, 상기 제4 구간(④)은 처음부터 초기 시간을 설정하지 않고 '일몰-일출 시간'을 고려하여 상기 제어부(130)가 자동으로 초기 시간을 설정하는 구간이라는 차이점이 있다.
따라서 상기'일몰-일출 시간'이 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간보다 더 큰 값이면 상기 제어부(130)가 상기 제4 구간(④)의 초기 시간을 자동으로 설정한다. 하지만, 상기'일몰-일출 시간'이 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간보다 더 작은 값이면, 상기'일몰-일출 시간'과 상기 제1,2,3,5 구간(①,②,③,⑤)에 설정된 총 시간을 맞추기 위하여, 상기 제어부(130)는 기 설정된 우선순위에 따라 상기 제4 구간(④)의 초기 시간을 설정하지 않고(즉, 0시간으로 설정하고), 그래도 시간이 맞지 않으면 우선순위에 따라 상기 제3 구간(③)에 설정된 시간을 차감하여 조정하며, 상기 제3 구간(③)에서 차감할 시간이 더 이상 없을 경우에는 제2 구간(②)에 설정된 시간을 차감하여 조절하는 것이다.
상기 제5 구간(⑤)은 일출 직전의 구간으로서, 본 실시예에서는 초기 설정 시간이 2시간(2Hr)으로 설정되며, 100%의 전력이 출력되도록 설정되었다고 가정한다. 즉, 상기 제5 구간(⑤)은 가로등을 최대 밝기로 제어할 수 있는 구간이다.
이때 상기 각 구간(①,②,③,④,⑤)별 초기 설정 시간은, 본 실시예에 따른 가로등이 설치되는 지역(예 : 낮과 밤의 길이가 다르고 백야 등의 현상이 있을 수도 있는 세계의 여러 지역)의'일몰-일출 시간'을 고려하여 설정되지만, 상기'일몰-일출 시간'은 계절의 변화에 따라 계속해서 변경되므로, 본 실시예에서는 내부 메모리(미도시)에 '일몰-일출 시간'을 일정 기간(예 : 10일) 연속으로 누적하여 그 평균값으로 점차로 변경되는'일몰-일출 시간'을 산출한다.
이때 상기 설정된 기간(예 : 10일) 이전에 저장된 날짜의 값(일몰-일출 시간)은 순차로 삭제되고, 새로운 날짜의 값(일몰-일출 시간)이 순차로 저장됨으로써, 가장 최근에 저장된 일정 기간(예 : 10일) 동안의 데이터를 바탕으로 '일몰-일출 시간'이 산출된다.
상기와 같이 본 실시예는 부하(즉, 가로등 또는 보안등)에 공급되는 전력 및 전력 공급 시간을 주변 상황(예 : 차량이나 보행자의 이동이 많은 시간대인지 적은 시간대인지 여부)에 따라 스마트하게(즉, 일몰-일출 시간을 고려한 시간대에 따라 출력 전력을 자동으로) 제어함으로써, 배터리부(120)의 전력 소모를 절감하면서 가로등의 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 발전부 120 : 배터리부
130 : 제어부 140 : 출력부
141 : 제1 출력부 142 : 제2 출력부
143 : 제3 출력부 150 : 조작부
160 : 센서부 170 : 디스플레이부

Claims (9)

  1. 신재생에너지의 충방전 제어 장치에 의한 신재생에너지의 충방전 제어 방법에 있어서,
    발전부가 신재생에너지를 이용해 전력을 생산하는 단계;
    제어부가 상기 발전부에서 생산한 전력을 배터리부에 저장하는 단계; 및
    상기 제어부가 스마트 전력 사용 모드로 설정된 출력부에 연결된 가로등에 상기 저장된 전력을 공급하는 단계;를 포함하되,
    상기 스마트 전력 사용 모드는, 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 상기 가로등으로 출력할 전력 레벨 및 전력 공급 시간을 자동으로 가변 제어하는 모드이며,
    상기 신재생에너지의 충방전 제어 장치는, 신재생에너지를 이용해 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에서 생산한 전력을 저장하고, 저장된 전력을 제어부의 제어에 따라 출력부에 연결된 임의의 부하에 공급하는 배터리부; 및 적어도 하나 이상의 출력부에 각기 설정된 모드에 따라, 상기 발전부에서 생산된 전력의 흐름과 상기 배터리부에 저장된 전력의 흐름을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 어느 하나의 출력부에 설정된 모드가 잉여 전력 사용 모드인 경우, 상기 발전부에서 생산된 전력을 상기 배터리부에 저장하지 않고 곧바로 상기 어느 하나의 출력부에 연결된 부하에 공급하고,
    상기 잉여 전력은,
    상기 발전부에서 생산된 전력의 레벨이 미리 설정된 기준보다 낮아서 상기 배터리부에 저장할 수 없는 전력인 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 일몰-일출 시간은,
    일몰시부터 일출시까지의 시간인 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    미리 설정된 일정 기간 동안 연속으로 누적된 일몰 시간 및 일출 시간에 대한 평균값으로 일몰-일출 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는,
    가장 최근의 일정 기간 동안의 일몰-일출 시간을 산출하기 위하여,
    상기 설정된 기간 이전에 저장된 날짜의 일몰 시간 및 일출 시간 값을 순차로 삭제하고, 새로운 날짜의 일몰 시간 및 일출 시간 값을 순차로 누적 저장하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스마트 전력 사용 모드는,
    일몰 직후의 제1 구간, 일출 직전의 제2 구간, 및 상기 제1 구간과 제2 구간을 다시 적어도 하나 이상의 세부적인 구간으로 구분한 제3 구간으로 구분하여 제어되는 모드인 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 구간은 각기 최대로 출력할 수 있는 제한 전력이 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 구간 및 제2 구간은 매뉴얼로 초기 시간이 설정되고,
    상기 제3 구간은 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 초기 시간을 자동으로 설정할 수 있고, 초기 시간이 매뉴얼로 설정되었더라도 일몰-일출 시간을 고려하여 상기 제어부가 초기 시간을 가변 설정할 수 있음을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 구간 내지 제3 구간에 설정된 총 시간과 일몰-일출 시간이 일치하도록 하기 위하여 상기 제3 구간의 초기 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제3 구간이 복수의 세부 구간으로 나누어져 있을 경우,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 세부 구간에 설정된 우선순위에 따라, 각 구간에 설정된 초기 시간이 0 시간이 될 때까지 순차로 구간별 초기 시간을 차감하는 방식으로, 각 구간의 초기 시간을 가변 설정하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지의 충방전 제어 방법.
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