KR101819177B1 - 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 전기구동식 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 있어서, 신재생 에너지원을 이용하여 발전되는 신재생 발전 전압을 공급하는 하나 이상의 신재생 에너지 발전원; 상기 신재생 에너지 발전원에 각각 연결되며, 상기 신재생 에너지 발전원으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 미리 설정된 DC 전압으로 변환하여 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 DC/DC 컨버터; 상기 신재생 발전 전압에 의해 충전되는 배터리 모듈; 상기 압축기 제어용 인버터에 구동 전력을 공급하도록, 입력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 히트펌프전용 DC/AC 컨버터; 및 상기 DC 컨버팅 전압을 이용하여 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 전압을 공급하면서 상기 배터리 모듈을 충전하며, 상기 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우 상기 배터리 모듈에 충전된 배터리 전압을 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치{heat pump power supply apparatus with electronic function}
본 발명은 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치로서, 전기구동에 의해 히트펌프에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 관한 것이다.
히트 펌프(Heat Pump)는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉,난방에 널리 사용되고 있다. 히트펌프(Heat Pump) 냉난방 시스템은 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어지게 시스템을 구성하고, 냉방모드나 난방모드에 따라 시스템을 선택적으로 운전하여 냉매의 흐름이 서로 역방향으로 행하여지면서 선택 모드에 따라 냉방이나 난방이 이루어지도록 한 것으로, 그 중에서도 냉,난방과 냉,온수 시스템을 혼용하여 사용할 수 있게 한 히트펌프 시스템이 일반적으로 보급되고 있다.
일반적인 히트 펌프 사이클은 압축기, 실외기(이는 냉방일 경우 응축기, 난방일 경우 증발기로 사용됨), 팽창밸브, 실내기를 기본구성으로 한다. 상기와 같은 히트펌프가 채용된 냉난방 시스템은 압축기, 실외기, 팽창밸브 및 실내기가 냉매순환 도관으로 연결되는 한편, 상기 도관 일측에 사방밸브를 설치하여 압축기로부터 공급된 냉매의 흐름을 선택적으로 절환함으로써 냉방 시에는 실내기를 증발기로, 난방 시에는 응축기로 작동시킴으로써 냉난방이 이루어진다.
상기와 같은 종래 일반 히트펌프의 난방운전방법을 살펴보면, 압축기에서 토출된 고온, 고압의 기체 냉매는 사방밸브를 거쳐 실내기로 유입된다. 그리고 고온, 고압의 기체 냉매는 실내기에서 액체 냉매로 상변화하면서, 실내기팬에 의해 실내기로 유입된 공기에 열을 전달하여, 실내 공간을 난방하게 된다. 이때, 상기 과정을 통해 응축된 냉매는 팽창밸브를 통과하면서 저온, 저압의 냉매로 바뀌어 실외기로 유입되고, 실외기팬에 의해 유입된 실외 공기로부터 열을 전달받아 증발된 후 사방밸브와 어큐뮬레이터를 거쳐 압축기로 유입되는 순화과정을 반복하며 난방 기능을 수행한다.
한편, 히트펌프에 열원을 제공하는 방식에 따라서 가스엔진식 히트펌프, 전기구동식 히트펌프 등으로 구별된다.
가스엔진식 히트펌프(GHP;Gas engine Heat Pump)는, 기체 연료를 사용한 엔진에서 히트 펌프의 압축기를 구동하여 외부 열원에서 열을 끌어 올리는 동시에 엔진의 냉각수와 연소 배기 가스의 열도 이용하도록 한 펌프이다.
전기구동식 히트펌프(EHP;Electronic Heat Pump)는, 전기로 압축기를 구동시켜 열원을 발생시키는 펌프이다. 도 1은 전기구동식 히트펌프에 사용되는 압축기 제어용 인버터에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프(EHP) 전용 전원공급장치의 구성 블록도이다.
여름철이나 겨울철 실외기 사용시 전력요금 저감(낮은 심야전력, 누진세저감, 역률 보장)시키기 위하여, 전기구동식 히트펌프(EHP) 용도의 EHP 전용 AC/AC 컨버터에 에너지저장시스템(ESS)을 부가한다. 따라서 전력 피크(PEAK) 사용 시간대에 에너지저장시스템(ESS)을 이용하여 전기구동식 히트펌프(EHP)의 동작 전력 피크(PEAK)를 감소시킬 수 있게 되었다.
그런데 AC 전원을 에너지저장시스템(ESS)의 입력단에 정지형 스위치(STS;Static Transfer Switch)를 구비하여, 평상시에는 상용전원을 이용하여 배터리를 충전하며 전기구동식 히트펌프(EHP)에 전력을 공급하다가, 피크(PEAK) 시간때에는 상용전원을 절체 제거하여 에너지저장시스템(ESS)이 독립형 전원장치로서 전력을 공급한다. 이때 짧은 순간의 절체 시간이 필요한 문제가 있으며, 시스템이 복잡해지고 시스템 자체가 커져서 고가의 장비가 된다. 즉 AC/DC보다 DC/DC가 저렴하고 소형이다.
또한 배터리가 방전되어 있을 경우에는 심야 시간이 아닐 경우에는 상용전원을 사용할 수 밖에 없어 전력요금 저감효과를 볼 수 없는 문제가 있다.
따라서 풍력, 태양광 같은 신재생 에너지원을 이용하여 병렬로 DC/DC 컨버터 방식을 추가한 전기구동식 히트펌프(EHP)에 전력을 공급하는 수단의 필요성이 절실하다.
또한 ESS 시스템의 경우 시스템의 효율이 중요하기 때문에 DC/DC가 AC/DC보다 효율면에서 좋고 설치가 용이하며, 절체시간이 필요없다.
한국공개특허 10-2012-0056014호
본 발명의 기술적 과제는 신재생 에너지원과 배터리에 충전된 전력을 이용하여 전기구동식 히트펌프에 구동 전력을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 전기구동식 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 있어서, 신재생 에너지원을 이용하여 발전되는 신재생 발전 전압을 공급하는 하나 이상의 신재생 에너지 발전원; 상기 신재생 에너지 발전원에 각각 연결되며, 상기 신재생 에너지 발전원으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 미리 설정된 DC 전압으로 변환하여 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 DC/DC 컨버터; 상기 신재생 발전 전압에 의해 충전되는 배터리 모듈; 상기 압축기 제어용 인버터에 구동 전력을 공급하도록, 입력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 히트펌프전용 DC/AC 컨버터; 및 상기 DC 컨버팅 전압을 이용하여 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 전압을 공급하면서 상기 배터리 모듈을 충전하며, 상기 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우 상기 배터리 모듈에 충전된 배터리 전압을 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 신재생 에너지 발전원은, 풍력을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 풍력 발전원; 및 태양광을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 태양광 발전원;을 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터는, 상기 풍력 발전원에 연결되어, 상기 풍력 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하는 풍력 전용 DC/DC 컨버터; 상기 태양광 발전원에 연결되어, 상기 태양광 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하는 태양광 전용 DC/DC 컨버터; 및 상기 배터리 모듈에 연결되어, 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 배터리 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하며, 상기 풍력 발전원 또는 태양광 발전원에서 제공되는 DC 컨버팅 전압을 배터리 충전 전압으로 변환하여 배터리 모듈에 제공하는 배터리 전용 DC/DC 컨버터;를 포함할 수 있다.
상기 풍력 전용 DC/DC컨버터는, 상기 풍력 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 단주기 출력 완화(smoothing) 알고리즘에 의해 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환할 수 있다.
상기 태양광 전용 DC/DC 컨버터는, 상기 태양광 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 최대전력지점추적(MPPT) 알고리즘에 의해 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환할 수 있다.
상기 전력 제어기는, 상기 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전력에서 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력을 차감한 전력을 이용하여 상기 배터리 모듈을 충전할 수 있다.
상기 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치는, 외부의 전력 계통으로부터의 상용 전압을 공급하는 상용 전원; 및 상기 상용 전원에 연결되어 상기 상용 전원으로부터 공급되는 상용 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 PWM 컨버터 방식 또는 정류 방식의 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터;를 포함하며, 상기 배터리 모듈은, 상기 풍력 전용 DC/DC 컨버터 또는 태양광 전용 DC/DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전되거나, 또는 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전되며, 상기 전력 제어기는, 미리 설정된 심야 시간대에 상기 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압을 이용하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 제어하며, 정전 시간대 또는 미리 설정된 전력사용 피크 시간대에는 상기 상용 전압을 차단하고 상기 배터리 모듈에 충전된 배터리 전압을 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급할 수 있다.
상기 전력 제어기는, 난방 대상인 실내에 마련된 실내온도 제어기로부터 실내온도 변화 요청을 받은 경우, 상기 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에서 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력과 상기 배터리 모듈에 충전되는 충전 전력을 차감한 전력의 크기만큼의 상용 전압이 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 전압을 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 신재생 에너지원을 사용하여 전기구동식 히트펌프의 구동 전력을 제공함으로써, 심야 전력을 이용하여 배터리에 충전할 수 있어 난방비 비용을 절감할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 DC 전원단을 이용하여 신재생 에너지원과 배터리에 충전된 전력을 전기구동식 히트펌프의 구동 전력으로 사용함으로써, 절체 시간이 불필요하다.
도 1은 기존의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지원으로만 구축된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 평상시의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지원과 상용 전원으로 구축된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 구성 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 심야시간대의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 정전 시간대 또는 전력사용 피크 시간대의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 실내온도 제어기와 연동된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치를 도시한 구성 블록도.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지원으로만 구축된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 구성 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 평상시의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림이다.
본 발명은, 전기구동식 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 있어서, 신재생 에너지 발전원(110), 배터리 모듈(120), DC/DC 컨버터(200), 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400), 및 전력 제어기(300)를 포함할 수 있다.
신재생 에너지 발전원(110)은, 신재생 에너지원을 이용하여 발전되는 신재생 발전 전압을 공급하는 발전원으로써, 복수개로 마련될 수 있다. 여기서 신재생 에너지란, 기존의 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 수소 등의 에너지를 말한다.
신재생 에너지 발전원(110)은, 풍력을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 풍력 발전원(111)과, 태양광을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 태양광 발전원(112)을 포함할 수 있다. 이밖에 제시된 풍력, 태양광 이외에도, 바이오매스, 소수력, 지열, 수소 등을 이용한 다른 다양한 에너지 발전원도 적용될 수 있을 것이다.
배터리 모듈(120)은, 신재생 발전 전압에 의해 충전되는데, 이러한 배터리 모듈(120)은 단일의 배터리팩이 복수개로 결합된 배터리 뱅크 형태를 가질 수 있다. 또한 각 배터리 모듈(120)은, 리튬 이온(Li-ion), 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 배터리 등의 다양한 종류의 배터리가 사용될 수 있다.
히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)는, 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 구동 전력을 공급하도록, 에너지 저장 시스템(ESS)이나 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터로부터 입력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환한다. 따라서 변환된 AC 전압이 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 공급된다.
에너지 저장 시스템(ESS;Energy Storage System)은, 발전소나 사용자가 전력을 저장해 두었다가 지령에 의해 송전해주는 저장장치를 말한다. 여기에는 전기를 모아두는 배터리 모듈(120)과 배터리 모듈(120)을 효율적으로 관리해 주도록 DC/DC 컨버터(200)와 전력 제어기(300)로서 구현된다.
DC/DC 컨버터(200)는, 신재생 에너지 발전원(110)으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 미리 설정된 DC 전압으로 변환하여 DC 컨버팅 전압으로 출력한다.
DC/DC 컨버터(200)는 각 신재생 에너지 발전원(110)마다 각각 연결되어 구비되는데, 풍력 발전원(111)에는, 풍력 발전원(111)로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 풍력 전용 DC/DC 컨버터(210)가 마련된다. 이러한 풍력 전용 DC/DC 컨버터(210)는, 풍력 발전원(111)으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 단주기 출력 완화(smoothing) 알고리즘에 의해 DC 컨버팅 전압으로 변환한다. 이러한 단주기 출력 완화(smoothing) 알고리즘은 공지된 바와 같이 초고용량 커패시터를 이용하여 풍력 발전원(111)으로부터 공급되는 신재생 발전 전압의 단주기 출력의 변동을 완화시켜 DC 형태의 DC 컨버팅 전압으로 변환할 수 있게 된다.
마찬가지로 태양광 발전원(112)에는, 태양광 발전원(112)로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 태양광 전용 DC/DC 컨버터(220)가 마련된다. 태양광 전용 DC/DC 컨버터(220)는, 태양광 발전원(112)로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 최대전력지점추적(MPPT) 알고리즘에 의해 DC 컨버팅 전압으로 변환한다.
한편, DC/DC 컨버터(200)는, 배터리 전용 DC/DC 컨버터(230)를 구비할 수 있다. 배터리 전용 DC/DC 컨버터(230)는, 배터리 모듈(120)에 연결되어, 배터리 모듈(120)로부터 공급되는 배터리 전압을 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력한다. 그리고 풍력 발전원(111) 또는 태양광 발전원(112)에서 제공되는 DC 컨버팅 전압을 배터리 충전 전압으로 변환하여 배터리 모듈(120)에 제공한다.
전력 제어기(300)(PMS;Power Management System)는, 도 3에 도시한 바와 같이 신재생 에너지 발전원(110)으로부터 제공되는 DC 컨버팅 전압을 이용하여 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 전압을 공급하면서 아울러 배터리 모듈(120)을 충전한다. 이때, 배터리 모듈(120)에 충전되는 전압은, 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에서 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급하는 전력을 차감한 전력을 이용하여 배터리 모듈(120)을 충전하도록 제어한다. 즉 "배터리 충전 전력 = 풍력 발전량 + 태양광 발전량 - 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급되는 전력"의 조건이 충족되도록, 배터리 모듈(120)의 충전 제어를 수행한다.
또한 전력 제어기(300)는, 도 4에 도시한 바와 같이, DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우에는, 배터리 모듈(120)에 충전된 배터리 전압을 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급하도록 제어한다. 태양광 발전원(112)만 존재하는 경우, 태양이 없는 밤 시간대에는 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않기 때문에, 배터리 모듈(120)에 충전된 배터리 전압을 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급하여, 전기구동식 히트펌프가 동작되도록 하기 위함이다.
한편, 상술한 도 2 내지 도 4는 상용 전원(130)없이 신재생 에너지 발전원(110) 만을 사용하여 전기구동식 히트펌프에 전원을 공급하는 예를 설명한 것이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 신재생 에너지 발전원(110) 뿐만 아니라 상용 전원(130)이 함께 공급될 때의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 대하여 도 5 내지 도 8과 함께 상술하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지원과 상용 전원으로 구축된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 구성 블록도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 심야시간대의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 정전 시간대 또는 전력사용 피크 시간대의 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치의 전기 공급 흐름을 도시한 그림이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 실내온도 제어기와 연동된 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치를 도시한 구성 블록도이다.
전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치는, 신재생 에너지 발전원(110), 상용 전원(130), 배터리 모듈(120), DC/DC 컨버터(200), 히트펌프 전용 DC/AC 컨버터(400), 및 전력 제어기(300) 이외에도, 외부의 전력 계통으로부터의 상용 전압을 공급하는 상용 전원(130)을 구비한다. 상용 전원(130)은, 외부의 전력 계통으로부터의 상용 전압을 공급하는 전원을 말한다. 예컨대, 한전 등에서 구축한 전력 계통으로부터 제공되는 220[V], 380[V] 등의 상용 전압을 공급하는 전원을 말한다.
상용 전원 전용 AC/DC 컨버터(240)는, 상용 전원(130)에 연결되어 상용 전원(130)으로부터 공급되는 상용 전압을 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 PWM 컨버터 방식 또는 정류 방식의 AC/DC 컨버터이다..
따라서 배터리 모듈(120)은, 풍력 전용 DC/DC 컨버터(210) 또는 태양광 전용 DC/DC 컨버터(220)로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전되거나, 또는 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터(240)로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전될 수 있다. AC/DC 컨버터는, 역률 보정 및 THD 저감을 위하여 리액터 내장형의 정류기나 PWM 컨버터로 구성될 수 있다.
전력 제어기(300)는, 시간대에 따라서 각각 다른 충전 또는 공급 제어를 수행하는데, 예를 들어, 미리 설정된 심야 시간대에는, 도 6에 도시한 바와 같이 상용 전원 전용 AC/DC 컨버터(240)로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압을 이용하여 배터리 모듈(120)을 충전하도록 제어한다. 따라서 심야 시간대의 싼 전력요금의 상용 전원(130)을 이용하여 배터리 모듈(120)을 충전하여, 난방 비용을 절감할 수 있다.
또한 정전 시간대 또는 미리 설정된 전력사용 피크 시간대에는, 도 7에 도시한 바와 같이 상용 전압을 차단하고 배터리 모듈(120)에 충전된 배터리 전압을 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급한다. 정전이 되어 상용 전압이 공급되지 않더라도 배터리 전압을 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 안정적으로 공급할 수 있으며, 높은 전력요금을 가지는 전력사용 피크 시간대에는 상용 전압을 사용하지 않거나 차단하고 배터리 전압을 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급함으로써, 난방비용을 절감할 수 있게 된다.
한편, 전력 제어기(300)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 난방 대상인 실내에 마련된 실내온도 제어기(500)로부터 실내온도 변화 요청을 받은 경우, 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에서 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 공급하는 전력과 배터리 모듈(120)에 충전되는 충전 전력을 차감한 전력의 크기만큼의 상용 전력이 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)에 전력을 공급하도록 제어한다. 즉, "상용 전력 = 풍력 발전량 + 태양광 발전량 - 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급되는 전력 - 배터리 충전 전력"의 조건이 충족되도록, 상용 전압 제어를 수행한다. 따라서 상용 전압에 의한 히트펌프전용 DC/AC 컨버터(400)로의 전원 공급 및 배터리 모듈(120)로의 충전이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
110:신재생 에너지 발전원
111:풍력 발전원
112:태양광 발전원
120:배터리 모듈
130:상용 전원
200:DC/DC 컨버터
300:전력 제어기
400:히트펌프전용 DC/AC 컨버터

Claims (6)

  1. 전기구동식 히트펌프의 압축기 제어용 인버터에 전원을 공급하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치에 있어서,
    신재생 에너지원을 이용하여 발전되는 신재생 발전 전압을 공급하는 하나 이상의 신재생 에너지 발전원;
    상기 신재생 에너지 발전원에 각각 연결되며, 상기 신재생 에너지 발전원으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 미리 설정된 DC 전압으로 변환하여 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 DC/DC 컨버터;
    상기 신재생 발전 전압에 의해 충전되는 배터리 모듈;
    상기 압축기 제어용 인버터에 구동 전력을 공급하도록, 입력되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 히트펌프전용 DC/AC 컨버터; 및
    상기 DC 컨버팅 전압을 이용하여 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 전압을 공급하면서 상기 배터리 모듈을 충전하며, 상기 DC 컨버팅 전압이 공급되지 않는 경우 상기 배터리 모듈에 충전된 배터리 전압을 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력 제어기;를 포함하며,
    상기 신재생 에너지 발전원은 풍력을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 풍력 발전원; 및 태양광을 이용하여 생성한 전압을 신재생 발전 전압으로 출력하는 태양광 발전원을 포함하며,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 풍력 발전원에 연결되어, 상기 풍력 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하는 풍력 전용 DC/DC 컨버터; 상기 태양광 발전원에 연결되어, 상기 태양광 발전원으로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하는 태양광 전용 DC/DC 컨버터; 및 상기 배터리 모듈에 연결되어, 상기 배터리 모듈로부터 공급되는 배터리 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하여 출력하며, 상기 풍력 발전원 또는 태양광 발전원에서 제공되는 DC 컨버팅 전압을 배터리 충전 전압으로 변환하여 배터리 모듈에 제공하는 배터리 전용 DC/DC 컨버터;를 포함하고,
    상기 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치는 외부의 전력 계통으로부터의 상용 전압을 공급하는 상용 전원;을 포함하며,
    상기 DC/DC 컨버터는, 상기 상용 전원에 연결되어, 상기 상용 전원으로부터 공급되는 상용 전압을 상기 DC 컨버팅 전압으로 출력하는 상용 전원 전용 DC 컨버터;를 포함하며,
    상기 배터리 모듈은, 상기 풍력 전용 DC/DC 컨버터 또는 태양광 전용 DC/DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전되거나, 또는 상용 전원 전용 DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에 의해 충전되며, 상기 전력 제어기는, 미리 설정된 심야 시간대에 상기 상용 전원 전용 DC 컨버터로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압을 이용하여 상기 배터리 모듈을 충전하도록 제어하며, 정전 시간대 또는 미리 설정된 전력사용 피크 시간대에는 상기 상용 전압을 차단하고 상기 배터리 모듈에 충전된 배터리 전압을 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하며,
    상기 전력 제어기는,
    난방 대상인 실내에 마련된 실내온도 제어기로부터 실내온도 상승 요청을 받은 경우 상기 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전압에서 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전압과 상기 배터리 모듈에 충전되는 충전 전압을 차감한 전압의 크기만큼의 상용 전압이 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 전압을 공급하도록 제어하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 풍력 전용 DC/DC컨버터는,
    상기 풍력 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 단주기 출력 완화(smoothing) 알고리즘에 의해 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 태양광 전용 DC/DC 컨버터는,
    상기 태양광 발전원로부터 공급되는 신재생 발전 전압을 최대전력지점추적(MPPT) 알고리즘에 의해 상기 DC 컨버팅 전압으로 변환하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전력 제어기는,
    상기 신재생 에너지원으로부터 공급되는 DC 컨버팅 전력에서 상기 히트펌프전용 DC/AC 컨버터에 공급하는 전력을 차감한 전력을 이용하여 상기 배터리 모듈을 충전함을 특징으로 하는 전기구동식 히트펌프전용 전원공급장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102479198B1 (ko) * 2021-12-21 2022-12-20 한국건설기술연구원 태양광을 이용한 건물 에너지 공급 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012533973A (ja) * 2009-07-14 2012-12-27 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ウィンドファームおよび風力タービンならびに風力タービンの制御方法ならびにバングバング型コントローラ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012533973A (ja) * 2009-07-14 2012-12-27 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ウィンドファームおよび風力タービンならびに風力タービンの制御方法ならびにバングバング型コントローラ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102479198B1 (ko) * 2021-12-21 2022-12-20 한국건설기술연구원 태양광을 이용한 건물 에너지 공급 시스템

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