KR101811426B1 - 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템은, 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 스마트 전력관리 시스템; 및 수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 상기 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보를 상기 스마트 전력관리 시스템에 등록된 수용가의 참여고객별로 실시간 발송 및 응답 처리하는 수요반응 자원관리시스템을 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 스마트 전력관리 시스템; 및 수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 상기 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보를 상기 스마트 전력관리 시스템에 등록된 수용가의 참여고객별로 실시간 발송 및 응답 처리하는 수요반응 자원관리시스템을 제공함으로, 효율적으로 히트펌프 등의 작동을 제어하여 전기 요금을 낮출 수 있고, 여분의 태양광 전력을 효율적으로 사용하여 수익을 창출할 수 있을 뿐만 아니라, 수용가의 참여고객 각각의 수요반응(DR) 이행 율을 최대화 할 수 있는, 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템에 관한 것이다.
가전기기를 포함하여 이러한 다양한 기기들은 그 에너지원으로써 전기를 소비하고 있으며, 전기 에너지를 생성하기 위한 발전소가 지어지고 있다.
최근 에너지의 소비는 날로 늘어 가고 있고, 기존의 화력자원은 고갈되어 가고 있는 상태로, 새로운 에너지의 개발에 대한 관심이 증가할 뿐 아니라 그와 함께 에너지의 소비절약에 대한 관심도 증가하고 있다.
이 때문에 인류는 화석 에너지의 의존도를 줄여나갈 뿐만 아니라 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염려가 없는 새로운 에너지원을 찾아 대체에너지와 청정에너지 개발을 위하여 노력하여 왔으며, 최근에는 국내 및 세계적으로 지속 성장 및 새로운 성장 동력원으로서 신재생 에너지를 포함한 녹색 사업의 보급 및 활성화가 각국의 에너지 및 환경 정책의 우선순위에 있다.
신재생 에너지 중에 있어서, 태양광 발전은 태양전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식으로 최근 각광을 받고 있다.
하지만, 종래 기술은 수용가의 전력사용량과 태양광 발전을 통해 공급되는 태양광 발전공급량을 비교하고, 비교 결과에 따라 히트펌프 등의 피제어기를 효율적으로 제어하여 수용가의 전기요금을 줄이고, 나아가 여분의 태양광 전력을 효율적으로 사용하여 수익을 창출할 수 있는 전력관리 시스템을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
일반적으로 전력은 단위시간 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지, 또는 단위시간 동안 다른 형태의 에너지로 변환되는 전기에너지를 말하는데, 이러한 전력의 수요에 대한 분석을 통해 전력의 공급 등을 조절하게 된다.
현재 전력판매사업자인 한국전력공사(KEPCO)에서는 전력시장에서 전일 공지되는 전력시장가격으로 전력을 구매하여 전력소비자에게 공급하고 있다. 전력시장가격은 시간대 별로 예측수요를 충족시키는 발전기의 변동비 중 가장 높은 가격의 계통한계가격(System Marginal Pricing, SMP)으로 결정되며, 이는 한국전력공사(KEPCO)의 전력구입가격을 결정하는 매우 중요한 요소로 작용한다.
한편 전력 시스템에서는 공급과 수요 사이에 균형을 이루어야 하는데, 이는 제한된 에너지 자원을 합리적으로 이용하는데 있어서 중요하다. 이러한 목적으로 수요 관리 필요성이 부각되고 있으며 현재는 수요 관리의 발전된 형태인 수요 반응(Demand Response, DR)에 관한 연구가 증가하고 있는 실정이다.
종래 기술에 따른 수요관리사업자가 수요반응 이벤트를 처리하는 방법은, 수요자원거래시장 운영시스템에서 수요반응(Demand Response, DR) 이벤트를 수신 받아 수요자원거래시장에 참여하고 있는 참여고객들에게 유선 또는 무선 전화를 이용하여 이벤트 발행에 관한 정보를 통보하는 방식을 이용하였다.
하지만, 종래 기술은 수요반응(DR) 이벤트 처리 시 지연시간이 발생하였고, 수요관리 사업자 및 참여고객 업무 담당자 부재 시 수요반응(DR) 이벤트에 적절히 대응할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 종래기술은 시장 참여고객이 많을 경우 참여고객별 계약감축용량에 대한 분배가 어려워, 수요반응(DR) 응답시간을 초과할 수 있는 위험성이 내포된 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 스마트 전력관리 시스템; 및 수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 상기 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보를 상기 스마트 전력관리 시스템에 등록된 수용가의 참여고객별로 실시간 발송 및 응답 처리하는 수요반응 자원관리시스템을 제공함으로, 효율적으로 히트펌프 등의 작동을 제어하여 전기 요금을 낮출 수 있고, 여분의 태양광 전력을 효율적으로 사용하여 수익을 창출할 수 있을 뿐만 아니라, 수용가의 참여고객 각각의 수요반응(DR) 이행 율을 최대화 할 수 있는, 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템은, 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 스마트 전력관리 시스템; 및 수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 상기 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보를 상기 스마트 전력관리 시스템에 등록된 수용가의 참여고객별로 실시간 발송 및 응답 처리하는 수요반응 자원관리시스템을 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 효율적으로 히트펌프 등의 작동을 제어하여 전기 요금을 낮출 수 있고, 여분의 태양광 전력을 효율적으로 사용하여 수익을 창출할 수 있을 뿐만 아니라, 수용가의 참여고객 각각의 수요반응(DR) 이행 율을 최대화 할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 전력관리시스템의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템과 주변 장치들의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템을 통한 절전운전 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 2d는 본 발명에 따른 일 실시예로, 도 2c에 의한 절전 운전 시 피제어기로 사용된 히트 펌프의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2e는 도 2d의 히트 펌프의 제어 방법을 일 실시예로 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템 및 주변 시스템들 간의 관계를 계략적으로 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템의 주요 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 최대전력점추종(MPPT) 제어를 구현하는 방식을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 4b는 도 4a의 태양광 발전 시스템의 구성 중 제어유닛의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템과 주변 장치들의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템을 통한 절전운전 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 2d는 본 발명에 따른 일 실시예로, 도 2c에 의한 절전 운전 시 피제어기로 사용된 히트 펌프의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2e는 도 2d의 히트 펌프의 제어 방법을 일 실시예로 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템 및 주변 시스템들 간의 관계를 계략적으로 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템의 주요 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 최대전력점추종(MPPT) 제어를 구현하는 방식을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 4b는 도 4a의 태양광 발전 시스템의 구성 중 제어유닛의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 전력관리시스템의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 통합형 전력관리시스템(A100)은 스마트 전력관리시스템(100) 및 수요반응자원 관리시스템(200)을 포함함으로, 수용가의 전력을 통합적으로 관리 및 제어하는 기능을 수행한다.
스마트 전력관리시스템(100)은 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 기능을 수행하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 2a ~ 도2e에서 후술한다.
수요반응자원 관리시스템(200)은 수요관리사업자가 운영하는 시스템으로, 수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행하는데, 이때 분배된 수요반응(DR) 이벤트 정보는 상기 스마트 전력관리시스템(100)에 등록된 수용가의 참여고객들에게 SMS(Short Message Service) 또는 모바일 푸시(push) 알림 등으로 동시에 발송하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 3a 및 도 3b에서 후술한다.
도 2a는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템과 주변 장치들의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명은 스마트 전력관리 시스템(100), 수용가 전력처리부(10), 태양광 전력처리부(20) 및 피제어기 그룹(30)을 포함하여 구성된다.
스마트 전력관리 시스템(100)은 수용가 전력처리부(10)가 전송한 전력사용량(P1) 및 태양광 전력처리부(20)가 전송한 전력공급량(P2)을 수신하여 이들의 크기를 비교하며, 비교된 값에 상응하는 전기요금을 산출하고, 산출된 전기요금 정보에 따라 피제어기 그룹(30)의 각각의 피제어기들(30-1 ~ 30-N)을 제어하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 2b에서 후술한다.
수용가 전력처리부(10)는 외부의 전력계통(이를테면, 한국전력)에서 수용가(11)로 공급되는 전력을 계측하는 수용가 전력계량기(12)를 구비하며, 계측된 일별, 주간별, 월별 전력사용량(P1)을 스마트 전력관리 시스템(100)으로 전송한다.
태양광 전력처리부(20)는 태양광 발전기(21) 및 태양광 전력계량기(22)를 포함하며, 태양광 전력계량기(22)는 태양광 발전기(21)를 통해 생산된 일별, 주간별, 월별 전력공급량(P2)을 계측하고, 계측된 일별, 주간별, 월별 전력공급량(P2)을 스마트 전력관리 시스템(100)으로 전송한다.
여기서 태양광 발전기(21)는 일반적으로, 태양전지가 포함되어 있는 태양광전지판(또는 태양광모듈), 축전지 및 전력변환장치로 구성되며, 태양전지를 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산하는데, 이 경우 생산된 태양광 전력이 미리 설정된 기준 태양광 전력 값을 초과하는 경우 잉여전력을 외부의 전력회사에게 판매하여 일정한 수익이 창출될 수 있도록 운영됨이 바람직하다.
이 경우 태양광 발전기(21)의 최적 제어를 구현하기 위해, 태양광 발전 시스템을 이용한 최대전력점추종(MPPT) 제어 방법을 사용하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4a 및 도 4b에서 후술한다.
피제어기 그룹(30)은 복수개의 제1 피제어기(30-1) ~ 제N 피제어기(30-N)를 포함하며, 이를테면, 제1 피제어기(30-1)는 히트 펌프(heat pump), 제2 피제어기(30-2) 등은 각종 가전제품(이를테면, 냉장고, 에어콘, 텔레비전 등)이 사용될 수 있다.
이 경우 히트 펌프(heat pump)는 일 실시예로, 이를테면 냉매를 압축하는 실외기, 압축된 냉매와 물을 열 교환시키기 위한 하이드로유닛, 상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러, 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러에서 가열된 물에 의하여 난방 하는 방열 난방부, 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 2d 및 도 2e에서 후술한다.
도 2b는 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템(100)은, 전원부(110), 통신부(120), 입력부(130), 저장부(140), 전력량 비교부(150), 요금 산출부(160), 피제어기 조정부(170), 디스플레이부(180) 및 제어부(190)를 포함한다.
전원부(110)는 일정한 전력을 기기에 공급하여, 스마트 전력관리 시스템이 작동할 수 있도록 해준다.
통신부(120)는 외부의 단말과 통신을 할 수 있도록 인터페이스를 제공하는데, 통신방식으로 이를테면, 전력선통신(PLC) 등의 유선통신, 지그비(Zigbee), 알에프(RF), 와이파이(WiFi), 3G, 4G, LTE, LTE-A, 와이브로(Wireless Broadband Internet) 등의 무선통신, 또는 인터넷, SNS(Social Network Service) 등을 사용할 수 있다.
입력부(130)는 문자, 숫자, 기호 등이 조합된 형태의 각종 명령어를 입력하기 위한 것으로, 입력수단으로 이를테면, 자판, 마우스, 터치 패드, 터치 스크린 등이 사용될 수 있다.
저장부(140)는 각종 프로그램 및 전력량 비교부(150), 요금 산출부(160) 및 제어부(190)를 통해 처리된 각종 데이터들을 저장하며, 저장매체로 이를테면, 플래시 메모리 등 비휘발성 메모리 소자를 사용할 수 있다.
전력량 비교부(150)는 수용가 전력처리부(10)가 전송한 전력사용량(P1) 및 태양광 전력처리부(20)가 전송한 전력공급량(P2)을 수신하여 이들의 크기를 비교한다.
이 경우 전력사용량(P1) 및 태양광 전력생산량(P2)은 일별, 주간별 및 월별 누적량을 의미하며, 전력차분량(△P) = 전력사용량(P1) - 태양광 전력생산량(P2) 값에 따라 피제어기들(30-1 ~ 30-N)의 작동 여부, 작동되는 피제어기들의 수, 작동 시간 등이 결정된다.
이를테면, 전력차분량(△P) = 전력사용량(P1) - 태양광 전력생산량(P2)=0 인 경우, 즉 수용가의 1달 전력사용량(P1)이 300KWh이고, 태양광 발전기(21)에 축적된 전력량이 최대 300KWh 인 경우, 제1 피제어기(30-1)로 제1 피제어기 중단신호(S10)를 자동으로 전송하여 제1 피제어기(30-1)를 구성하는 히트펌프의 가동을 중단시킨다.
반면, 기상 상태가 좋아 태양광 발전기(21)에 축적된 1달 전력공급량(P2)이 50KWh 인 경우, 제1 피제어기(30-1)로 제1 피제어기 가동신호(S11)를 자동으로 전송하여 중단된 히트펌프를 가동시킨다.
이를 구체적인 예를 들어 부연설명하면, 5KW 태양광 발전설비 설치 시 1년간 전력생산량 = 5KW * (3.7시간/일) * 365일 =6,752KWh/년이 생산되고, 전력사용량은 1달 250KWh/월 사용 시 1년간 전력 사용량 = 250KWh/월 * 12개월 = 3,000KWh/년을 사용할 경우, 전력생산량 - 전력사용량 = 전력 차분량(△P)이 3,752KWh/년 값으로, 이 전력 차분량을 겨울철 히트펌프 전원으로 사용하여 난방비용을 절감할 수 있다.
이때 히트펌프로 겨울철 난방 시 전력 소모량은 히트펌프 전기용량(3RT) 3KW * 10h(1일 10시간 가동기준) * 180일 = 5,400KWh/년으로 전력 차분량(△P) 의 3,752KWh/년 보다 더 사용하게 되어 주택전력 누진제 적용을 받을 수 있으므로, 본 발명에 따라 전력을 차단하여 기존 난방장치로 난방하도록 전환시킨다.
요금 산출부(160)는 전력량 비교부(150)를 통해 산출된 전력차분량(△P)을 토대로, 일별, 주간별 및 월별 예상되는 전기요금을 산출해 줌으로써, 사용자가 태양광 발전기(21)에 축적된 전력량을 복수개의 제1 피제어기(30-1) ~ 제N 피제어기(30-N)를 가동시키는데 사용할 것인지, 누진 요금 구간을 피해 공급하는 시간을 결정할 지 등을 결정할 수 있도록 해준다.
피제어기 조정부(170)는 상기 전력차분량(△P) 및 예상 전기요금 정보를 토대로, 각각의 제1 피제어기(30-1) ~ 제N 피제어기(30-N)로 피제어기 조정신호(S)를 전송하여 제1 피제어기(30-1) ~ 제N 피제어기(30-N)를 자동으로 가동(on) 또는 중단(off) 시킨다.
여기서 피제어기 조정신호(S)는 피제어기를 가동시키도록 명령하는 피제어기 가동신호(S1) 및 피제어기를 중단시키도록 명령하는 피제어기 중단신호(S0)를 포함한다.
디스플레이부(180)는 각종 명령에 상응하는 결과를 화면에 출력할 수 있도록 해주는데, 이를테면 디스플레이 장치로 엘시디(LCD), 엘이디(LED) 평판 패널 등을 사용할 수 있다.
제어부(190)는 상기 전원부(110), 통신부(120), 입력부(130), 저장부(140), 전력량 비교부(150), 요금 산출부(160), 피제어기 조정부(170) 및 디스플레이부(180)를 제어한다.
도 2c는 본 발명의 태양광 발전을 이용한 스마트 전력관리 시스템을 통한 절전운전 방법을 순서도로 나타낸 것이다.
이하 도2a ~도2c를 참조하여, 본 발명의 스마트 전력관리 시스템(100)을 이용한 피 제어기들(30-1 ~ 30-N)의 절전 운전 방법을 설명한다.
우선 스마트 전력관리 시스템(100)의 통신부(120)를 통해, 수용가(11)의 전력사용량(P1)을 수신하는 제1 단계(S10)를 갖는다.
다음으로, 스마트 전력관리 시스템(100)의 통신부(120)를 통해, 태양광 발전기(21)를 통해 축적된 전력공급량(P2)을 수신하는 제2 단계(S20)를 갖는다.
다음으로, 스마트 전력관리 시스템(100)의 전력량 비교부(150)를 통해, 수신된 전력사용량(P1) 및 전력공급량(P2)의 크기를 비교하는 제3 단계(S30)를 갖는다.
다음으로, 제3 단계(S30)에서 계산된 전력사용량(P1)에서 전력공급량(P2)을 뺀 전력차분량(△P) 값을 토대로, 스마트 전력관리 시스템(100)의 요금 산출부(160)를 통해, 일별, 주간별 및 월별 예상되는 전기요금을 산출하는 제4 단계(S40)를 갖는다.
마지막으로, 산출된 예상 전기요금 정보에 따라, 스마트 전력관리 시스템(100)의 피제어기 조정부(170)를 통해, 가동(on) 또는 중단(off) 여부를 제어하는 피제어기 가동신호(S1) 또는 피제어기 중단신호(S0)를 전송하여 각각의 제1 피제어기(30-1) ~ 제N 피제어기(30-N)를 자동으로 가동(on) 또는 중단(off) 시키는 제5 단계(S50)를 갖는다.
도 2d는 본 발명에 따른 일 실시예로, 도 2c에 의한 절전 운전 시 피제어기로 사용된 히트 펌프의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 냉매를 압축하는 실외기(O), 압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛(H), 상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러(700), 상기 하이드로유닛(H) 또는 상기 보일러(700)에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부(600), 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하는 히트펌프(1000)를 제공한다.
상기 제어부는 지능형 전력망의 에너지관리장치(미도시)로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러(700) 또는 상기 하이드로유닛(H)을 선택적으로 운전시킬 수 있다.
히트펌프(1000)에 의한 공조 운전은 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 난방 공조하는 난방운전과 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 냉방 공조시키는 냉방운전으로 이루어질 수 있다.
실외기(O)는 압축기(120)의 흡입유로(22)에 압축기(120)로 액냉매가 유입되는 것을 막는 어큐물레이터(110)가 설치되고, 압축기 토출유로(26)에 압축기(120)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 압축기(120)로 회수하는 오일분리기(130)가 설치된다.
실외 열교환기(140)는 냉매가 실외공기와 열교환 되면서 응축되거나 증발되는 장소로서, 실외 공기가 냉매와 열교환 되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉각수가 냉매와 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.
이하, 설명의 편의를 위하여 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 경우를 예로 들어 설명한다.
실외 열교환기(140)는 공기냉매 열교환기로 구성될 경우, 실외팬(150)이 실외 열교환기(140)로 실외 공기를 송풍하게 설치된다.
실외기(O)에 구비된 실외 열교환기(140)와 실내기(I)에 구비된 실내 열교환기(320)와 열교환기 연결배관(32)로 연결된다.
팽창기구(210, 310)는 열교환기 연결배관(32)에 구비될 수 있다.
여기서 팽창기구(210, 310)는 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실외 열교환기(140)에 근접하게 설치된 실외 팽창기구(210)와, 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실내 열교환기(320)에 근접하게 설치된 실내 팽창기구(310)를 포함한다.
열교환기 연결배관(32)은 실외 열교환기(140)와 실외 팽창기구(210)가 연결되는 실외 열교환기-실외 팽창기구 연결배관(34)과, 실외 팽창기구(210)와 실내 팽창기구(310)가 연결되는 팽창기구 연결배관(36)과, 실내 팽창기구(310)와 실내 열교환기(320)가 연결되는 실내 팽창기구-실내 열교환기 연결배관(38)을 포함한다.
실내 열교환기(320)는 실내 공기를 냉매와 열교환시켜 실내를 냉방 또는 난방시키는 열교환기로서, 실내팬(39)이 실내 열교환기(320)로 실내 공기를 송풍한다.
따라서, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 냉방하는 냉방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210, 310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되어 실내 열교환기(320)가 증발기로 기능한다.
그리고, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 난방하는 난방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(14)가 응축기로 기능한다.
실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 난방 운전시 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210, 310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되고 냉방 운전시 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210, 310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 것이 가능하다.
실외기(O)는 냉매가 압축기(120)와 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210, 310)와 실내 열교환기(320) 순서로 유동되게 하거나, 압축기(120)와 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140) 순서로 유동되게 하는 냉난방 절환밸브(190)를 더 포함할 수 있다.
냉난방 절환밸브(190)는 압축기(120)와 압축기 흡입유로(22) 및 압축기 토출 유로(26)로 연결되고, 실외 열교환기(140)와 실외 열교환기 연결배관(42)으로 연결되며, 실내 열교환기(320)와 실내 열교환기 연결배관(44)으로 연결된다.
그리고, 상기 실외기(O)는 상기 압축기 토출 유로(26)에서 공급되는 냉매를 하이드로유닛(H) 또는 상기 냉난방 절환밸브(190) 측으로 선택적으로 공급할 수 있는 냉매 조절밸브(170)를 구비한다.
상기 냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브 형태로 구비될 수 있으며, 상기 냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브로 구비되는 경우, 상기 냉매 조절밸브(170)는 압축기 토출 유로(26) 상에 구비되고, 하이드로유닛(H)로 냉매를 공급하는 하이드로유닛 공급유로(52)가 분지될 수 있다.
그리고, 상기 실외기(O)에는 보조 냉매 조절밸브(180)를 구비할 수 있다. 상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 후술하는 하이드로유닛(H)에서 공급되는 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 공급되거나, 냉난방 절환밸브(190) 측으로 냉매가 공급되도록 한다.
상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 삼방 밸브로 구성될 수 있으며, 상기 보조 냉매 조절밸브(180)가 삼방 밸브로 구성되는 경우, 상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 상기 하이드로유닛(H)에서 냉매가 회수되며, 상기 압축기 토출 유로(26)로 연결되는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 설치되고, 열교환기 바이패스 유로(8)가 분지될 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기는 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 열교환기 바이패스 밸브(230)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와 실내 팽창기구(310) 사이에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 액냉매 밸브(240)를 더 포함할 수 있다.
열교환기 바이패스 밸브(230)는 후술하는 급탕운전 및/또는 방열 난방운전일 경우 개방되고, 공조운전, 공조운전과 급탕운전의 동시운전 또는 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 폐쇄된다.
액냉매 밸브(240)는 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 개방되고, 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전이거나 방열 난방운전이거나 급탕운전일 경우 폐쇄된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕을 위하여 상기 실외기(O)에서 공급된 냉매와 물을 열교환하는 하이드로유닛(H)을 구비한다.
상기 하이드로유닛(H)은 그 내부에 급탕 또는 난방을 위하여, 냉매와 물을 열교환시키는 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)를 구비할 수 있다.
상기 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)은 상기 실외기(O)에서 공급된 냉매가 순차적으로 흐르도록 구성될 수 있으며, 필요에 따라 제2 열교환기(530)는 우회하도록 구성될 수 있다.
제1 열교환기(510)는 압축기(120)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 실외기(O)에서 팽창, 증발, 압축될 수 있게 실외기(O)에 하이드로유닛 순환유로(50) 상에 구비된다.
상기 하이드로유닛 순환유로(50)는 실외기(O)의 냉매 특히, 압축기(120)에서 압축된 냉매가 제1 열교환기(510)로 유동되는 하이드로유닛 공급유로(52)와, 제1 열교환기(510)에서 유출된 냉매가 실외기(O) 특히 냉/난방 절환밸브(190)로 유동되는 하이드로유닛 회수유로(54)를 포함한다.
상기 하이드로유닛 공급유로(52)는 일단이 압축기 토출유로(26)에 구비된 냉매 조절밸브(170)에 연결되고 타단이 제1 열교환기(510)에 연결된다.
상기 하이드로유닛 회수유로(54)는 일단이 제1 열교환기(510)에 연결되고 타단이 압축기 토출유로(26)에 연결된다.
제1 열교환기(510)는 냉매 조절밸브(170)가 냉매를 제1 열교환기(510)로 유동되게 할 경우, 압축기(120)에서 과열된 냉매가 급탕에 이용되는 물과 열교환되면서 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다. 따라서, 제1 열교환기(510)는 신속하게 급탕에 공급되는 물을 가열할 수 있다.
제1 열교환기(510)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.
제1 열교환기(510)는 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다. 설명의 편의를 위하여, 제1 열교환기(510)는 이중관 구조의 열교환기로 구비되고, 제2 열교환기(530)는 판형 열교환기로 구성되는 경우로 설명한다.
제1 열교환기(510)는 급탕탱크(800)와 온수 공급배관(58) 및 온수 회수배관(59)으로 연결되고, 온수 회수배관(59)에는 급탕 펌프(60)가 설치된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 하이드로유닛(H)은 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 제2 열교환기(530)를 통과하거나 바이패스 하도록 냉매의 흐름을 조절하는 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)를 포함한다.
제2 열교환기(530)는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 구비되고 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 항상 바닥 난방 등의 방열난방에 이용되게 하는 것도 가능하나, 사용자 등이 방열 난방을 선택적으로 실시할 수 있게 설치될 수 있다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 사용자 등이 바닥난방을 선택하는 시기에 제2 열교환기(530)로 냉매가 통과하게 할 수 있다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 바닥 난방운전으로서 방열 난방운전을 포함할 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 냉매의 유동 방향을 조절하고, 방열 난방운전을 포함하지 않을 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)를 바이패스하게 냉매의 유동 방향을 조절한다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 방열 난방 운전시, 방열 난방운전과 급탕운전의 동시 운전 시, 방열 난방운전과 급탕운전과 공조운전의 동시 운전시 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 조절된다.
도 2e는 도 2d의 히트 펌프의 제어 방법을 일 실시예로 나타낸 것이다.
도 2e를 참조하면, 우선 사용자가 급탕 운전 및/또는 바닥 난방기능의 운전을 개시하는 제1 단계(S110)를 갖는다.
다음으로, 제어변수 수집단계에서 수집된 실외 공기의 온도, 단위 열량에 대한 전기요금, 단위 열량에 대한 가스요금 및 보일러 또는 하이드로유닛의 고장여부 등에 관한 정보를 사용하여, 에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 최소 요금제 운전모드로 히트펌프(1000)가 운전될 것인지를 판단하는 제2 단계(S120)를 갖는다.
만일, 제2 단계(S120)에서 히트펌프(1000)의 운전모드가 최소요금제 운전모드가 아니라고 판단되면(아니오), 사용자의 선택 또는 설정에 따라 하이드로 유닛 또는 보일러를 작동시키는 제7 단계(S170)를 갖는다.
반면 만일, 제2 단계(S120)에서 히트펌프(1000)의 운전모드가 최소요금제 운전모드라고 판단되면(예), 에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 단위 열량당 전기요금(Pa) 및 단위 열량당 가스요금(Pb)의 데이터를 읽어오는 제3 단계(S130)를 갖는다.
이 경우 상기 스마트 전력관리 시스템로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛을 선택적으로 운전할 수 있게 된다.
다음으로, 단위 열량당 전기요금(Pa)과 단위 열량당 가스요금(Pb)의 크기를 비교하는 제4 단계(S140)를 갖는다.
만일 제4 단계(S140)에서 단위 열량당 전기요금(Pa)이 단위 열량당 가스요금(Pb) 보다 작다고 판단한 경우(예), 에너지관리장치(E)의 제어부는 하이드로 유닛(H)의 운전을 중단하고, 보일러(700)를 운전시켜 통해 급탕 또는 난방기능을 제공하는 제6 단계(S160)를 갖는다.
반면, 만일 제4 단계(S140)에서 단위 열량당 전기요금(Pa)이 단위 열량당 가스요금(Pb) 보다 작자 않다고(크다고) 판단한 경우(아니오), 에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 보일러를 운전시키지 않고, 히트펌프(1000)를 구성하는 하이드로유닛(H)을 통해 급탕 또는 난방기능을 제공하는 제5 단계(S150)를 갖는다.
상기 제어변수 수집단계는 미리 결정된 간격으로 반복될 수 있기 때문에, 사용자가 최소 요금제 운전모드를 선택한 경우에는 단위 열량당 전기요금이 일정 시간 간격으로 가변될 수 있으므로, 미리 결정된 시간이 경과되는 제8 단계(S180)를 수행하면 복귀하여, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하는 과정(S140)을 반복할 수 있다.
만일, 보일러(700) 또는 상기 하이드로유닛(H) 중 어느 하나의 운전 중 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나를 운전시킬 수 있다.
상기 운전모드 결정단계는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있으며, 상기 운전모드 결정단계는 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전 중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있다.
이와 같은 방법에 의하여 최소 요금제 운전모드로 본 발명에 따른 히트펌프를 운전시킬 수 있다.
사용자가 최소 요금제 운전모드를 선택하지 않은 경우에는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 하이드로유닛(H) 또는 보일러(700)를 운전시켜 난방 또는 급탕 운전을 제공(S700)하는 경우, 에너지관리장치 또는 히트펌프의 제어부는 전술한 바와 같이, 실외 공기의 온도(To) 범위에 따라 하이드로유닛(H) 또는 히트펌프(1000)를 운전 시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 히트펌프를 구성하는 하이드로유닛(H)은 실외 공기의 온도(To)가 낮아짐에 따라 효율이 급격히 저하되는 특징을 갖는다.
따라서, 사용자가 난방 및/또는 급탕 운전을 선택하는 경우, 히트펌프(1000)를 구성하는 하이드로유닛(H) 또는 보일러(700) 중 어느 것을 운전시킬 것인지 여부는 단위 열량당 요금 이외에도 실외 공기의 온도(To)가 판단 변수로 사용될 수 있다.
예를 들면, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 영하의 제1 온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위열량에 대한 전기요금이 저렴한 경우에도, 상기 하이드로유닛의 운전을 중단시키고, 상기 보일러를 운전시키는 것이 유리한 경우가 있다.
또한, 사용자는 난방 또는 급탕 운전을 원하고, 하이드로유닛(H) 등의 효율을 고려하여도, 난방 또는 급탕 운전에 소요되는 비용이 지나치게 증가되는 것을 원하지 않을 수 있다.
따라서, 도 2e에 도시된 운전모드와 관련된 최소 요금제 제어와 구별되는 상한 요금제 운전모드를 선택할 수 있다.
즉, 상한 요금제 운전모드는 단위 열량당 가스요금 또는 단위 열량당 전기요금 및 하이드로유닛(H)의 효율 등과 함께 사용자가 정한 요금의 상한선을 넘지 않도록 하는 운전모드를 의미한다.
도 3a는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템 및 주변 시스템들 간의 관계를 계략적으로 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명은 수요반응자원 관리시스템(200)은, 수요자원거래시장 운용시스템(20a), 참여고객 에너지 관리시스템(30a) 및 참여고객 그룹(10a)을 포함한다.
수요반응자원 관리시스템(200)은 수요관리사업자가 운영하는 시스템으로, 수요자원거래시장 운영시스템(20a)에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템(30a)으로 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행하는데, 이때 분배된 수요반응(DR) 이벤트 정보는 등록된 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)에게 SMS(Short Message Service) 또는 모바일 푸시(push) 알림 등으로 동시에 발송하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 3b에서 후술한다.
수요자원거래시장 운용시스템(20a)은 이를테면, 전력거래소(KPX)에서 운영하고 있는 수요자원거래시장을 운용하기 위한 시스템으로, 수요반응(DR) 이벤트를 발행하며, 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수요반응자원 관리시스템(200)으로 Open ADR 2.0b 표준프로토콜을 이용하여 전송한다.
이 경우 Open ADR 2.0b는 업계 기술 표준으로, Open ADR 2.0b에 VEN(Virtual End Node)과 VTN(Virtual Top Node)이 함께 정의 되어 있으며, VEN은 지시를 받는 입장을, VTN은 지시를 보내는 입장을 각각 나타낸다.
VEN은 KPX에 자원을 등록하고, 지시를 받기 위해서 사용하며, VTN은 고객에게 신호를 보내기 위해 사용하며, 이 경우 유선 또는 SMS(Short Message Service)로 고객에게 별도의 정보를 알려줄 필요가 없고, 기기를 직접 제어하는 기능을 수행할 수도 있다.
따라서 본 발명의 경우 Open ADR 2.0b를 사용함으로, 보다 더 빠르게 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수요반응자원 관리시스템(200)으로 전송할 수 있는 장점을 갖는다.
참여고객 에너지 관리시스템(30a)은 수요반응자원 관리시스템(200)에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 내부 알고리즘에 따라 수요 감축을 시행하며, 자체적으로 검침된 계량데이터를 REST(Representational State Transfer) 인터페이스를 사용하여 수요반응자원 관리시스템(200)으로 실시간 전송해 준다.
여기서 REST(Representational State Transfer) 인터페이스는 웹(web) 상의 자료를 HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 위에서 SOAP(Simple Object Access Protocol)이나 쿠키를 통한 세션 트랙킹 같은 별도의 전송 계층 없이 전송하기 위한 아주 간단한 인터페이스를 말한다.
참여고객 그룹(10a)은 복수의 제1 참여고객(10a-1) ~ 제n 참여고객(10a-n)을 포함하며, 참여고객 각각은 수요반응자원 관리시스템(200)으로부터 SMS(Short Message Service) 또는 모바일 푸시(push) 알림 등의 통신수단을 통해 발행된 수요반응(DR) 이벤트 정보를 동시에 발송 받는다.
이로써, 본원발명은 참여고객별로 수요반응(DR)에 정확히 반응할 수 있는 수요반응(DR) 이벤트 정보를 실시간으로 정확히 제공함으로써, 참여고객 각각의 수요반응(DR) 이행 율을 최대화 할 수 있는 장점을 갖는다.
도 3b는 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템의 주요 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 수요반응자원 관리시스템(200)은, 인터페이스부(210), 데이터 저장부(220), 수요반응(DR) 처리부(230), 참여고객별 통보부(240) 및 제어부(250)를 포함한다.
인터페이스부(210)는 제1 인터페이스부(211) 및 제2 인터페이스부(212)를 포함한다.
제1 인터페이스부(211)는 수요자원거래시장 운용시스템(20a)과 수요반응자원 관리시스템(200) 간의 통신을 구현하기 위한 인터페이스를 제공하는데, 이를테면 Open ADR 2.0b 표준프로토콜 등을 사용할 수 있다.
제2 인터페이스부(212)는 수요반응자원 관리시스템(200)과 참여고객 에너지 관리시스템(30a) 간의 통신을 구현하기 위한 인터페이스를 제공하는데, 이를테면 REST(Representational State Transfer) 인터페이스 등을 사용할 수 있다.
데이터 저장부(220)는 수요반응(DR) 처리부(230), 참여고객 통보부(240) 및 제어부(250)를 통해 처리된 각종 데이터들을 저장하는데, 이를테면, 발행된 수요반응(DR) 이벤트 정보, 각종 분석된 데이터, 고객기준부하(Customer Baseline Load, CBL) 기반의 부하 프로파일 데이터 등이 저장될 수 있다.
수요반응(DR) 처리부(230)는 수요반응(DR) 고객관리부(231), 수요반응(DR) 이벤트 관리부(232) 및 수요반응(DR) 이벤트 분석부(233)를 포함한다.
수요반응(DR) 고객관리부(231)는 이를테면, 상시부하절감 이벤트 등의 수요반응(DR) 이벤트에 참여할 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)의 계약 및 절차의 운영을 관리하는데, 이를테면, 상시부하절감 이벤트의 가입자 등록 및 관리, 가입 현황 조회 및 분석 기능을 한다.
수요반응(DR) 이벤트 관리부(232)는 이를테면, 시행될 상시부하절감 이벤트 또는 신규 상시부하절감 이벤트를 종류별로 등록하고, 등록된 신규 상시부하절감 이벤트의 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)의 참여현황을 조회하고, 진행 중인 상시부하절감 이벤트에 대한 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)의 참여 현황 분석, 완료된 상시부하절감 이벤트에 대한 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)의 참여 효과 분석 등을 수행한다.
수요반응(DR) 이벤트 분석부(233)는 이를테면, 상시부하절감 이벤트에 대한 효과 분석과 검증을 수행한다.
즉, 수요반응(DR) 이벤트 분석부(233)는 이를테면, 종결된 상시부하절감 이벤트에 대한 효과 분석과 검증을 수행하여, 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)에 대한 행정구역별, 계약종별, 계약전력별로 고객기준분하와 실제 전력사용량과의 비교분석, 전력사용에 대한 CO2 환산 배출량 및 절감량 등을 종합적으로 관리한다.
참여고객별 통보부(240)는 발행된 수요반응(DR) 이벤트 정보 또는 수요반응(DR) 처리부(230)에서 처리한 각종 수요반응(DR) 이벤트 정보를 SMS(Short Message Service) 또는 모바일 푸시(push) 알림 등의 통신수단을 통해 각각의 참여고객들(10a-1 ~ 10a-n)에게 동시에 실시간 전송한다.
제어부(250)는 인터페이스부(210), DB 저장부(220), 수요반응(DR) 처리부(230) 및 참여고객 통보부(240)를 제어한다.
도 4a는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 최대전력점추종(MPPT) 제어를 구현하는 방식을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템(300)은, 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n), 제1 승압기(320-1) ~ 제n 승압기(320-n), 제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n), 제어유닛(340) 및 인버터(350)를 포함한다.
이하 이들 구성들의 연결 관계를 살펴보면, 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)은 제1 출력노드(N1)로 제1 전압을 출력하고, 제1 출력노드(N1)와 제1 태양전지모듈 스트링(310-1) 사이에 제1 승압기(320-1)가 연결되며, 제1 출력노드(N1)에 제1 전력센서(330-1)가 연결된다.
마찬가지 방식으로, 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)은 제n 출력노드(Nn)로 제n 전압을 출력하고, 제n 출력노드(Nn)와 제n 태양전지모듈 스트링(310-n) 사이에 제n 승압기(320-n)가 연결되며, 제n 출력노드(Nn)에 제n 전력센서(330-n)가 연결된다.
제1 출력노드(N1) ~ 제n 출력노드(Nn)는 접속노드(Nc)를 통해 상호간에 병렬로 접속되며, 접속노드(Nc)에는 인버터(350)가 연결되어 있다.
이 경우 인버터(350)는 1개로 운영할 수도 있지만, 상황에 따라 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)에 상응하는 복수개의 인버터들을 운영할 수도 있다.
제어유닛(340)은 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n), 제1 승압기(320-1) ~ 제n 승압기(320-n), 제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n) 및 인버터(350)와 각각 연계되어, 이들 각각을 제어하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4b에서 후술한다.
이하, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 주요 구성에 대한 각각의 기능을 설명한다.
제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)은 직렬 접속된 복수개의 태양 전지 셀로 이루어진 태양전지모듈(미도시)을 사용하고, 태양전지모듈을 직렬로 연결하면 스트링(String)을 구성하게 된다.
이 경우 태양전지모듈이 직렬 연결되어 전압을 증폭하고, 이러한 직렬모듈이 병렬로 연결되어 전류를 증폭하며, 이렇게 발전된 전압과 전류가 접속노드(Nc)를 따라 인버터(350)에 입력된다.
한편 태양전지모듈은 직렬과 병렬로 연결되어 있는데, 편의상 직렬로 연결된 모듈은 행으로, 병렬로 연결된 모듈은 열로 할당하여 행렬구조로 표현할 수 있는데, 이를테면, 태양전지모듈#1은 1행, 1열에 위치하므로 (1,1)로 표현할 수 있고, 태양전지모듈#2는 1행, 2열에 위치하므로 (1,2)로 표현할 수 있다.
이렇게 행렬로 표시하는 이유는, 제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n)가 전체에서 위치를 확인하기 쉽고, 직렬연결에 따른 전압 계산과, 병렬연결에 따른 전류 계산에 유리하기 때문이며, 고장 등의 진단, 교체 등의 유지 보수 작업 시에도 장점이 있기 때문이다.
제1 승압기(320-1) ~ 제n 승압기(320-n)는 최대전력점추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어에 따른 접속노드(Nc)에서의 전압보다 출력전압(또는 출력전류, 출력전력)이 낮은 태양전지모듈 스트링(310-1 ~ 310-n)의 출력전압(또는 출력전류, 출력전력)을 접속노드(Nc)에서의 전압보다 높은 전압(또는 전류, 전력)으로 부스팅(boosting) 한다.
이 경우 출력전압은 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)들의 출력전압의 평균치보다 기 설정치(이를테면, 3%) 이상 작은 경우를 의미한다.
마찬가지로, 출력전류는 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)들의 출력전류의 평균치보다 기 설정치(이를테면, 3%) 이상 작은 경우를 의미한다.
이 경우 제1 승압기(120-1) ~ 제n 승압기(120-n)는 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으므로 이를 제한할 수는 없으나, 바람직한 예로는 트랜스에서 권선비를 달리해서 승압하는 방식인 코일에서 발생하는 역기전력을 이용한 인버터 방식, 스위치와 콘덴서만으로 승압하는 전하펌프(Charge pump) 방식 등이 사용될 수 있다.
제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n)는 각각 제1 출력노드(N1) ~ 제n 출력노드(Nn)에서의 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 출력 전력을 센싱 한다.
이하 제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n)가 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 각각의 출력전력을 계측하는 방법을 간단히 설명한다.
우선, 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)을 구성하는 각각의 태양전지모듈(미도시)의 ID, 센서 ID에 따른 특정시점의 측정 전압과 측정 전류 및 이들의 평균 전압값과 평균 전류값을 계측하는 방법을 이하 설명한다.
여기서 모듈 ID는 태양전지모듈을 생산할 때 할당하는 고유번호이며, 태양전지모듈이 설치되는 시점에 개별 모듈이 위치한 행과 열이 정해지는데, 이 위치를 센서 ID로 할당하며, 모듈 ID와 센서 ID는 설치 후 데이터베이스를 초기화 할 때 서로 연결해 주어야 한다.
모듈 ID는 단순한 고유 번호로 모듈을 식별하기 위한 용도로만 사용되지만, 센서 ID는 전압 비교와 전류 비교를 위한 기준으로 사용되므로 정확히 설정해 주어야 한다. 또한 운용중 고장 등의 이유로 특정 태양전지모듈을 교체하면, 모듈 ID는 달라져도 센서 ID는 정확한 위치로 할당하여야 한다.
동일 행은 태양전지모듈이 직렬로 연결되는 집단으로, 동일 행은 직렬로 연결되므로 개별 태양전지모듈이라도 전류가 모두 동일하게 측정되어야 정상일 것이다.
반면, 동일 행이라도 열이 다르면 전압은 다르게 측정될 수 있는데, 이는 동일 행에서는 개별 태양전지모듈의 전압이 누적되어 출력되기 때문이다.
이렇게 전류는 동일 행인 경우는 직렬이므로 같아야 하지만, 전압인 경우는 개별 태양전지모듈이 모두 다를 수 있다.
특정 시점에서 전력을 측정하면 전압과 전류를 알 수 있는데, 이 전압과 전류 측정값을 기록하고, 전압 평균과 전류평균을 구한다.
측정 간격은 크게 중요하지 않으나, 실제적으로 태양발전량이 순간적으로 변화하지 않으므로 측정 간격은 최소 수분 단위에서 최대 수 시간 단위로 할 수 있다.
이를테면, 측정 간격은 3시간 단위로 설정할 수 있으나, 실제적으로 10분에서 1시간 사이가 적당한 측정 간격으로 여겨지며, 측정 시간은 매일 오전 6시에 측정을 시작하여 오후 19시까지 매 3시간 간격으로 측정함이 바람직한데, 이는 19시 이후의 심야시간은 태양발전이 없을 것이고, 측정값이 무의미하기 때문이다.
다음으로, 인버터(350)는 MPPT 제어가 이루어지고, 상황에 맞도록 구동시간을 설정하고, 제어하기 위한 제어기(351)를 더 구비하고 있다.
제어기(351)는 일조량의 변화 즉, 일출, 일몰 및 주중에 따른 상황에 맞추어 인버터의 인버팅 여부 판단시간을 달리하여 인버터의 구동을 제어한다.
제어기(351)는 일출, 일몰, 주중에 대응하는 인버팅 여부 판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링 중 일부의 출력 전압이 기 설정된 기준전압 이상이 되면 인버터를 구동시키고, 일출, 일몰, 주중에 대응하는 인버팅 여부 판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링 모두의 출력 전압이 기 설정된 기준전압 미만이 되면 인버터를 정지시킨다.
도 4b는 도 4a의 태양광 발전 시스템의 구성 중 제어유닛의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
다음으로, 제어유닛(340)은 도 4b에 도시된 바대로, 평균전력 계산부(341), 보상 판단부(342), 승압 조정부(343), 통신부(344) 및 저장부(345)를 포함한다.
평균전력 계산부(341)는 제1 전력센서(330-1) ~ 제n 전력센서(330-n) 각각이 계측한 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 각각의 출력전력 값들을 입력 받아 평균전력 값을 계산한다.
여기서 평균전력 값(Pa)은 하기 수학식 1로 표현된다.
[수학식1]
Pav = Vav × Iav
여기서, Vav는 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 출력전압(V1 ~ Vn)의 평균 값을 의미하며, 하기 수학식2로 표현된다.
[수학식2]
수학식1에서 Iav는 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 출력전류(I1 ~ In)의 평균 값을 의미하며, 하기 수학식3으로 표현된다.
[수학식3]
보상 판단부(342)는 평균전력 계산부(341)에서 계산된 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 평균 전력값(Pav)을 기준으로, 평균 전력값(Pav)과 미리 설정된 기준 전력값(Pref)의 차이를 백분율로 표시한 보상 허용 전력률(Pc)이 접속노드(Nc)에서 인버터(150)를 가동시키기 위해 허용되는 가동률(θ)(이를테면, 3%) 이상으로 작은 지를 판단하여, 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 보상 여부를 결정한다.
여기서 보상 허용 전력률(Pc)은 하기 수학식4로 표현된다.
[수학식4]
만일, 수학식 4에서 만일 보상 허용 전력률(Pc = 5%)이 가동률(θ=3%) 보다 큰 경우, 전력(전압 또는 전류)의 보상이 필요하다고 판단하여 제1 승압기(320-1) ~ 제n 승압기(320-n)로 승압 명령 신호를 전송하여 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 전력 또는 전압을 상승 시키도록 명령한다.
다음으로, 승압 조정부(343)는 보상 판단부(342)에서 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 전력 또는 전압의 부스팅이 필요하다고 판단한 경우, 부스팅 명령 신호를 전송하여 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 전력 또는 전압을 상승시키도록 조정한다.
통신부(344)는 무선 또는 유선 통신을 이용하여 평균전력 계산부(341), 보상 판단부(342), 승압 조정부(343)에서 처리한 데이터를 외부(이를테면, 데이터 수집기, 서버 등)로 전송해 주는데, 이를테면, 지그비(Zigbee), 알에프(RF), 와이파이(WiFi), 3G, 4G, LTE, LTE-A, 와이브로(Wireless Broadband Internet) 등의 무선통신, 또는 인터넷, SNS(Social Network Service) 등을 사용할 수 있다.
이 경우 통신부(344)는 제1 태양전지모듈 스트링(310-1)~ 제n 태양전지모듈 스트링(310-n)의 설치 상태(이를테면, 각도, 방향, 파손 여부 등)를 감시하는 촬영기기(이를테면CCTV(Closed circuit television) 카메라, 적외선 카메라 등)가 촬영한 영상데이터를 수신하고, 이를 외부의 서버로 실시간 전송하여 관리자들이 유지 보수 작업을 신속하게 수행할 수 있도록 함이 바람직하다.
저장부(345)는 평균전력 계산부(341), 보상 판단부(342), 승압 조정부(343)에서 처리한 데이터를 저장한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 수용가 전력처리부
11 : 수용가 12 : 수용가 전력계량기
20 : 태양광 전력처리부
21 : 태양광 발전기 22 : 태양광 전력계량기
100 : 스마트 전력관리 시스템
110 : 전원부
120 : 통신부
130 : 입력부
140 : 저장부
150 : 전력량 비교부
160 : 요금 산출부
170 : 피제어기 조정부
180 : 디스플레이부
190 : 제어부
30 : 피제어기 그룹
30-1 ~ 30-N : 제1 피제어기 ~ 제N 피제어기
11 : 수용가 12 : 수용가 전력계량기
20 : 태양광 전력처리부
21 : 태양광 발전기 22 : 태양광 전력계량기
100 : 스마트 전력관리 시스템
110 : 전원부
120 : 통신부
130 : 입력부
140 : 저장부
150 : 전력량 비교부
160 : 요금 산출부
170 : 피제어기 조정부
180 : 디스플레이부
190 : 제어부
30 : 피제어기 그룹
30-1 ~ 30-N : 제1 피제어기 ~ 제N 피제어기
Claims (5)
- 수용가에서 사용된 전력사용량 및 태양광 발전기에서 생산된 태양광 전력을 상기 수용가로 공급하는 전력공급량을 통신을 통해 수신한 후, 상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 스마트 전력관리 시스템; 및
수요자원거래시장 운영시스템에서 발행된 수요반응(DR) 이벤트를 수신하고, 참여고객 에너지관리시스템으로 상기 수요반응(DR) 이벤트를 재분배하여 발행 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보를 상기 스마트 전력관리 시스템에 등록된 수용가의 참여고객별로 실시간 발송 및 응답 처리하는 수요반응 자원관리시스템을 포함하며,
상기 스마트 전력관리 시스템은,
외부의 단말과 통신을 할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 통신부;
상기 전력사용량과 상기 전력공급량의 크기를 비교하는 전력량 비교부;
상기 전력량 비교부를 통해 산출된 전력차분량을 토대로, 일별, 주간별 및 월별 예상되는 전기요금을 산출해 주는 요금 산출부;
상기 전력량 비교부의 비교 결과에 따라 상기 수용가에 설치된 피제어기들로 피제어기 조정신호를 전송하여 상기 피제어기들의 가동 또는 중단을 자동으로 제어하는 피제어기 조정부; 및
상기 통신부, 상기 비교부, 상기 요금 산출부 및 상기 피제어기 조정부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 태양광 발전기는,
태양광 발전 시스템을 이용한 평균전력 기반의 최대전력점추종(MPPT) 제어를 통해 제어되며,
상기 태양광 발전 시스템은,
직렬 접속된 복수개의 태양 전지 셀로 이루어진 태양전지모듈이 직렬로 연결되어 스트링을 구성하는 태양전지모듈 스트링들;
기준 접속노드에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링들을 상기 기준 접속노드에서의 전압보다 높은 전압이 되도록 평균전력 기반의 최대전력점추종(MPPT) 제어에 따라 부스팅(boosting)하는 승압기들;
상기 태양전지모듈 스트링들의 출력노드에서 각각의 출력 전력을 센싱하는 전력센서들; 및
상기 태양전지모듈 스트링들, 상기 승압기들 및 상기 전력센서들을 제어하는 제어유닛을 구비하고,
상기 제어유닛은,
상기 전력센서들이 계측한 상기 태양전지모듈 스트링들의 출력전력 값들을 입력 받아 평균전력 값을 계산하는 평균전력 계산부;
상기 평균전력 계산부에서 계산된 평균 전력값을 기준으로, 상기 평균 전력값과 미리 설정된 기준 전력값의 차이를 백분율로 표시한 보상 허용 전력률이 기준 접속노드에서 인버터를 가동시키기 위해 허용되는 가동률 이상으로 작은 지를 판단하여, 상기 태양전지모듈 스트링들의 보상 여부를 결정하는 보상 판단부; 및
상기 보상 판단부에서 상기 태양전지모듈 스트링들의 전력 또는 전압의 부스팅이 필요하다고 판단한 경우, 부스팅 명령 신호를 전송하여 상기 태양전지모듈 스트링들의 전력 또는 전압을 상승시키도록 조정하는 승압 조정부를 포함하며,
상기 보상 허용 전력률(Pc)은, 하기 수학식으로 표현되며,
[수학식]
(여기서 Pref는 미리 설정된 기준 전력값, Pav는 평균 전력 값을 의미함)
상기 보상 판단부는,
상기 보상 허용 전력률(Pc)이 상기 가동률(θ) 보다 큰 경우, 전력의 보상이 필요하다고 판단하여 상기 승압기들로 승압 명령 신호를 전송하여 상기 태양전지모듈 스트링들의 전력 또는 전압을 상승 시키도록 명령하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템. - 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 피제어기들은,
히트 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템. - 제 3항에 있어서, 상기 히트펌프는,
냉매를 압축하는 실외기;
압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛;
상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러;
상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부; 및
실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 스마트 전력관리 시스템로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛을 선택적으로 운전시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템. - 제 1항에 있어서, 상기 수요반응 자원관리시스템은,
수요자원거래시장 운용시스템 간에 통신을 구현하기 위한 제1 인터페이스 및 상기 참여고객 에너지 관리시스템 간의 통신을 구현하기 위한 제2 인터페이스를 제공하는 인터페이스부;
수요반응(DR) 이벤트에 참여할 참여고객들의 계약 및 절차의 운영을 관리하고, 상기 수요반응(DR) 이벤트의 종류별 등록 및 등록된 참여고객들의 참여 현황 분석을 하며, 상기 수요반응(DR) 이벤트에 대한 효과 분석과 검증을 수행하는 수요반응(DR) 처리부;
발행된 상기 수요반응(DR) 이벤트 정보 또는 상기 수요반응(DR) 처리부에서 처리한 각종 수요반응(DR) 이벤트 처리정보를 참여고객별로 실시간 발송하는 참여고객별 통보부; 및
상기 인터페이스부, 상기 수요반응(DR) 처리부 및 상기 참여고객별 통보부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160130086A KR101811426B1 (ko) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160130086A KR101811426B1 (ko) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101811426B1 true KR101811426B1 (ko) | 2018-01-25 |
Family
ID=61093823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160130086A KR101811426B1 (ko) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 태양광 발전을 이용한 통합형 전력관리 시스템 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101811426B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200009608A (ko) | 2018-07-19 | 2020-01-30 | 대구가톨릭대학교산학협력단 | 부하 전원의 제어가 가능한 독립형 태양광 시스템 |
| KR20200057822A (ko) | 2018-11-13 | 2020-05-27 | 주식회사 에코시안 | 우수를 이용한 태양광 발전 모듈 최적 냉각 장치 및 방법 |
| CN111641226A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-08 | 浙江工业大学 | 一种计及自动需求响应的建筑型微电网光伏利用率提高方法 |
| KR20210043837A (ko) | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 주식회사 케이티 | 전력 중개 서비스를 제공하는 방법, 서버 및 컴퓨터 프로그램 |
| KR20240138276A (ko) | 2023-03-10 | 2024-09-20 | 손민수 | 하이브리드 가상 발전소 플랫폼 시스템 및 그 제어방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101020813B1 (ko) * | 2010-04-08 | 2011-03-09 | 플러스이앤지 주식회사 | 태양광 발전 장치 |
| JP2015033199A (ja) * | 2013-08-01 | 2015-02-16 | 日本電信電話株式会社 | 情報処理装置及びサービス提供方法 |
-
2016
- 2016-10-07 KR KR1020160130086A patent/KR101811426B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101020813B1 (ko) * | 2010-04-08 | 2011-03-09 | 플러스이앤지 주식회사 | 태양광 발전 장치 |
| JP2015033199A (ja) * | 2013-08-01 | 2015-02-16 | 日本電信電話株式会社 | 情報処理装置及びサービス提供方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200009608A (ko) | 2018-07-19 | 2020-01-30 | 대구가톨릭대학교산학협력단 | 부하 전원의 제어가 가능한 독립형 태양광 시스템 |
| KR20200057822A (ko) | 2018-11-13 | 2020-05-27 | 주식회사 에코시안 | 우수를 이용한 태양광 발전 모듈 최적 냉각 장치 및 방법 |
| KR20210043837A (ko) | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 주식회사 케이티 | 전력 중개 서비스를 제공하는 방법, 서버 및 컴퓨터 프로그램 |
| CN111641226A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-08 | 浙江工业大学 | 一种计及自动需求响应的建筑型微电网光伏利用率提高方法 |
| CN111641226B (zh) * | 2020-05-19 | 2021-12-17 | 浙江工业大学 | 一种计及自动需求响应的建筑型微电网光伏利用率提高方法 |
| KR20240138276A (ko) | 2023-03-10 | 2024-09-20 | 손민수 | 하이브리드 가상 발전소 플랫폼 시스템 및 그 제어방법 |
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