KR102010322B1 - 태양광 발전시스템의 관리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 집광 태양전지모듈을 구비하는 태양광 발전장치, 태양전지모듈 청소장치, 에너지 저장장치, 전기 자동차 충전장치 및 관리서버를 포함하는 태양광 발전시스템을 관리하는 방법으로서, 상기 태양광 발전장치에 의하여 전력을 생산하는 전력 생산단계, 상기 전력 생산단계에서 상기 태양광 발전장치에서 생산한 전력 및 한전에서 제공하는 심야전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하는 전력 저장단계, 상기 전력 저장단계에서 상기 에너지 저장장치에 저장한 전력량을 실시간으로 모니터하는 저장된 전력의 상황판단단계를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 관리방법에 있어서, 상기 관리서버(740)는 전력 생산단계, 전력 저장단계, 전력의 상황판단단계, 필요에 따라 임의의 에너지 저장장치에 저장된 전력을 타 에너지 저장장치로 전송하는 전력 송수신단계를 제어하거나 수행하는 에너지 매니지먼트를 총괄 수행하는 서버이고, 상기 태양광 발전장치(100)는, 마이크로 트랙커(119)를 이용하여 GPS 위성으로부터 수신한 정보와 내장한 센서로부터 수집한 정보를 이용하여 상기 태양 전지 셀(115)의 표면이 향하는 방향을 지시하는 구동제어신호를 생성하는 단계; 및 구동장치(120)를 이용하여 상기 구동제어신호에 응답하여 상기 고 집광 태양전지모듈(110)의 자세를 제어하는 단계; 를 포함한다.
Description
본 발명은 태양광 발전시스템의 관리방법에 관한 것으로, 특히, 복수의 고 집광 태양 전지모듈을 집광 트리에 설치한 태양광 발전시스템으로서, 전력의 생산단계, 전력의 저장단계, 저장된 전력의 상황판단단계, 전력 송수신단계 및 유지보수단계를, 에너지 종합관리서버를 이용하여 전력을 효과적으로 생산하고, 생산된 전력을 다양한 분야에 효과적으로 분산 활용할 수 있도록 하는 태양광 발전시스템의 관리방법에 관한 것이다.
태양광 발전시스템에서, 태양전지에 입사하는 태양광의 강도에 따라 발전효율이 다르게 나타나므로 태양광을 태양전지에 정확하게 지속적으로 집광하는 것은 매우 중요하다. 이러한 점을 감안하여 태양광 발전모듈에 지속적으로 광을 조사하여 발전효율을 향상시키기 위한 하나의 방법으로, 지구의 자전과 공전을 감안한 태양의 이동경로를 추적하여 태양광 발전 모듈이 움직이도록 하는 태양광 추적장치(트랙커)가 이용되고 있다. (대한민국 등록특허 10-1004731호, 2010년12월22일 등록; 선행기술 1)
이러한 태양광 추적장치가 구비되어 있는 경우에도 태양광 발전 모듈의 성능에 따라 발전 효율의 차이는 크게 발생하므로, 2011년8월2일 공개된 대한민국 공개특허 10-2011-0087159호(선행기술 2)에서는 태양광 발전모듈의 발전효율을 향상시키기 위해서 태양광을 집광하는 방안이 제시하였다.
선행기술 2에 공개된 발명은 단위 면적당 태양광 발전효율을 높일 수 있다는 장점이 있는 반면에, 설치 면에 2차원적으로 설치된다는 점에서 그 효율에도 한계가 있다는 단점이 있어, 땅의 면적이 좁아 태양전지 모듈을 설치할 공간이 적은 곳에서는 그 효과를 최대로 하는 데에는 한계가 있다.
태양전지를 수상에 배열하는 방법(대한민국 등록특허 10-1543727호, 2015년8월5일 등록)과 태양전지를 도로의 상부에 설치하는 방법(대한민국 공개특허 10-2011-0011384호, 2011년2월8일 공개) 등이 제안되었지만, 이들도 물 위나 도로 위에 2차원적으로 배열된다는 점에서, 단위 면적당 수광 능력에 한계가 있다는 단점을 극복하지는 못하였다.
이러한 단점을 극복한다고 하더라도, 현재 가솔린과 같은 화석연료를 주로 사용하고 있는 자동차에 연료를 공급하기 위한 주유소와 전기에너지를 공급하는 전기 충전소가 별도로 더 필요하기 때문에 한정인 토지를 효과적으로 활용할 수 있는 방안도 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력의 생산단계, 전력의 저장단계, 저장된 전력의 상황판단단계, 전력 송수신단계 및 유지보수단계를, 에너지를 종합적으로 관리하는 관리서버에서 제어하여, 전력을 효과적으로 생산하고, 생산된 전력을 다양한 분야에 효과적으로 분산 활용할 수 있도록 하는 태양광 발전시스템의 관리방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 관리방법은, 고 집광 태양전지모듈을 구비하는 태양광 발전장치, 태양전지모듈 청소장치, 에너지 저장장치, 전기 자동차 충전장치 및 관리서버를 포함하는 태양광 발전시스템을 관리하는 방법으로서, 상기 태양광 발전장치에 의하여 전력을 생산하는 전력 생산단계, 상기 전력 생산단계에서 상기 태양광 발전장치에서 생산한 전력 및 한전에서 제공하는 심야전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하는 전력 저장단계, 상기 전력 저장단계에서 상기 에너지 저장장치에 저장한 전력량을 실시간으로 모니터하는 저장된 전력의 상황판단단계를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 관리방법에 있어서,
상기 관리서버는, 전력 생산단계, 전력 저장단계, 전력의 상황판단단계, 필요에 따라 임의의 에너지 저장장치에 저장된 전력을 타 에너지 저장장치로 전송하는 전력 송수신단계를 제어하거나 수행하는 에너지 매니지먼트를 총괄 수행하는 서버이고,
상기 태양광 발전장치는, 마이크로 트랙커를 이용하여 GPS 위성으로부터 수신한 정보와 내장한 센서로부터 수집한 정보를 이용하여 상기 태양 전지 셀의 표면이 향하는 방향을 지시하는 구동제어신호를 생성하는 단계; 및 구동장치를 이용하여 상기 구동제어신호에 응답하여 상기 고 집광 태양전지모듈의 자세를 제어하는 단계를 포함한다. .
를 포함한다.
이러한 구성에 있어서, 상기 관리서버는, 상기 저장된 전력의 상황판단단계에서, 지역, 계절, 요일 및 시간 중 적어도 하나를 변수로 해당 에너지 저장장치에서 공급할 수 있는 일일 공급전력량을 추가로 예상하고, 이 예상에 따라 상기 전력 송수신단계를 수행하는 것과,
상기 태양광 발전장치는, 트리 메인 프레임; 및 상기 트리 메인 프레임에 순차적으로 적층 된 복수의 브랜치 모듈; 를 구비하는 집광 삼차원 트리를 포함하며, 상기 복수의 브랜치 모듈 각각은, 상기 트리 메인 프레임의 단면과 동일한 내면으로 상기 트리 메인 프레임을 따라 이동하는 통 형상의 브랜치 고정 바디; 상기 브랜치 고정 바디의 외면에서 외부 방향으로 바 형태로 연장된 복수의 브랜치 암; 및 상기 브랜치 암의 최 외각에 형성되며 적어도 하나의 상기 고 집광 태양전지모듈을 고정하는 전지모듈 고정 플레이트; 를 포함하는 것과,
상기 관리서버는, 상기 태양광 발전장치를 청소하여 태양광이 상기 태양광 발전장치에 효과적으로 입사할 수 있도록 하거나, 상기 태양광 발전시스템에서 수행하는 전력의 공급 및 수요의 추이를 분석하여 전력의 생산을 증가시킬 것으로 지시하거나 전력의 생산을 중단할 것을 지시하는 유지보수단계; 를 더 수행하고,
상기 관리서버는, 전력 생산단계, 전력 저장단계, 전력의 상황판단단계, 필요에 따라 임의의 에너지 저장장치에 저장된 전력을 타 에너지 저장장치로 전송하는 전력 송수신단계를 제어하거나 수행하는 에너지 매니지먼트를 총괄 수행하는 서버이고,
상기 태양광 발전장치는, 마이크로 트랙커를 이용하여 GPS 위성으로부터 수신한 정보와 내장한 센서로부터 수집한 정보를 이용하여 상기 태양 전지 셀의 표면이 향하는 방향을 지시하는 구동제어신호를 생성하는 단계; 및 구동장치를 이용하여 상기 구동제어신호에 응답하여 상기 고 집광 태양전지모듈의 자세를 제어하는 단계를 포함한다. .
를 포함한다.
이러한 구성에 있어서, 상기 관리서버는, 상기 저장된 전력의 상황판단단계에서, 지역, 계절, 요일 및 시간 중 적어도 하나를 변수로 해당 에너지 저장장치에서 공급할 수 있는 일일 공급전력량을 추가로 예상하고, 이 예상에 따라 상기 전력 송수신단계를 수행하는 것과,
상기 태양광 발전장치는, 트리 메인 프레임; 및 상기 트리 메인 프레임에 순차적으로 적층 된 복수의 브랜치 모듈; 를 구비하는 집광 삼차원 트리를 포함하며, 상기 복수의 브랜치 모듈 각각은, 상기 트리 메인 프레임의 단면과 동일한 내면으로 상기 트리 메인 프레임을 따라 이동하는 통 형상의 브랜치 고정 바디; 상기 브랜치 고정 바디의 외면에서 외부 방향으로 바 형태로 연장된 복수의 브랜치 암; 및 상기 브랜치 암의 최 외각에 형성되며 적어도 하나의 상기 고 집광 태양전지모듈을 고정하는 전지모듈 고정 플레이트; 를 포함하는 것과,
상기 관리서버는, 상기 태양광 발전장치를 청소하여 태양광이 상기 태양광 발전장치에 효과적으로 입사할 수 있도록 하거나, 상기 태양광 발전시스템에서 수행하는 전력의 공급 및 수요의 추이를 분석하여 전력의 생산을 증가시킬 것으로 지시하거나 전력의 생산을 중단할 것을 지시하는 유지보수단계; 를 더 수행하고,
상기 관리서버는, 적어도 위치 인식 센서, 카메라, 프로세서 및 청소도구를 구비하는 에프터서비스용 드론을 이용하여 청소위치를 설정한 후 필요한 부분의 청소를 수행하는 단계를 더 포함하는 것으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 관리방법은, 복수의 고 집광 태양 전지모듈을 집광 트리에 설치한 태양광 발전시스템을 이용하여 전력의 생산단계, 전력의 저장단계, 저장된 전력의 상황판단단계, 전력 송수신단계 및 유지보수단계를 수행하여 전력을 효과적으로 생산하고, 생산된 전력을 다양한 분야에 효과적으로 분산 활용할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리 및 에너지 저장장치를 포함하는 태양광 발전장치의 구성요소를 나타내는 구성표,
도 2a는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시상태의 사진,
도 2b는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈의 상세구조를 나타내는 사시상태의 확대사진,
도 2c는 본 발명의 프리즘 렌즈 구성부를 나타낸 확대사진,
도 3a는 본 발명의 리시버 PCB를 나타낸 확대사진,
도 3b는 본 발명의 태양전지 셀을 나타낸 확대사진,
도 4a는 본 발명의 집광 트리의 일례를 나타낸 측면도,
도 4b는 본 발명의 집광 삼차원 트리를 나타낸 평면도,
도 5a는 본 발명의 브랜치 모듈의 평면도,
도 5b는 브랜치 모듈의 사시도,
도 6은 본 발명의 브랜치 모듈을 구성하는 전지모듈 고정 플레이트와 전지모듈 고정 플레이트에 장착된 9개의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명의 모듈 청소장치를 나타내는 구성표,
도 8은 본 발명에 따른 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리, 에너지 저장장치 및 에프터서비스용 드론을 포함하는 태양광 발전시스템의 관리단계를 나타내는 구성표이다.
도 2a는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시상태의 사진,
도 2b는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈의 상세구조를 나타내는 사시상태의 확대사진,
도 2c는 본 발명의 프리즘 렌즈 구성부를 나타낸 확대사진,
도 3a는 본 발명의 리시버 PCB를 나타낸 확대사진,
도 3b는 본 발명의 태양전지 셀을 나타낸 확대사진,
도 4a는 본 발명의 집광 트리의 일례를 나타낸 측면도,
도 4b는 본 발명의 집광 삼차원 트리를 나타낸 평면도,
도 5a는 본 발명의 브랜치 모듈의 평면도,
도 5b는 브랜치 모듈의 사시도,
도 6은 본 발명의 브랜치 모듈을 구성하는 전지모듈 고정 플레이트와 전지모듈 고정 플레이트에 장착된 9개의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명의 모듈 청소장치를 나타내는 구성표,
도 8은 본 발명에 따른 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리, 에너지 저장장치 및 에프터서비스용 드론을 포함하는 태양광 발전시스템의 관리단계를 나타내는 구성표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리 및 에너지 저장장치를 포함하는 태양광 발전장치의 구성요소를 나타내는 구성표이다. 도 1을 참조하면, 고 집광 태양전지모듈 및 집광 삼차원 트리를 포함하는 태양광 발전장치(100, 이하 태양광 발전장치)는 태양광으로부터 전기를 생성하는 기능을 수행하는 고 집광 태양전지모듈(110) 및 고 집광 태양전지모듈(110)을 적절한 방식으로 분산시켜 적층 함으로써 단위면적당 쌓이는 집광 태양전지모듈(110)을 최대로 하는 집광 삼차원 트리(150)을 포함한다.
도 1은 본 발명의 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리 및 에너지 저장장치를 포함하는 태양광 발전장치의 구성요소를 나타내는 구성표이다. 도 1을 참조하면, 고 집광 태양전지모듈 및 집광 삼차원 트리를 포함하는 태양광 발전장치(100, 이하 태양광 발전장치)는 태양광으로부터 전기를 생성하는 기능을 수행하는 고 집광 태양전지모듈(110) 및 고 집광 태양전지모듈(110)을 적절한 방식으로 분산시켜 적층 함으로써 단위면적당 쌓이는 집광 태양전지모듈(110)을 최대로 하는 집광 삼차원 트리(150)을 포함한다.
고 집광 태양전지모듈(110) 및 집광 트리(150)는 이하에 설명하는 것과 같은 복수의 서브 구성으로 이루어져 있다. 고 집광 태양전지모듈(110)은 전지모듈 메인 프레임(111), 프레넬 렌즈(112), 프리즘 렌즈(113), 프리즘 렌즈 고정용 프레임(114), 태양전지 셀(115), PCB(116), 방열판(117), 하부 플레이트(118), 마이크로 트랙커(119, micro tracker) 및 구동장치(120)를 포함한다. 집광 삼차원 트리(150, condensing tree)는 트리 메인 프레임(151) 및 복수의 브랜치 모듈(152)을 포함한다.
도 2a는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시상태의 사진, 도 2b는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈의 상세구조를 나타내는 사시상태의 확대사진, 도 2c는 본 발명의 프리즘 렌즈 구성부를 나타낸 확대사진이다.
전지모듈 메인 프레임(111)은 상부 플레이트(112)와 하부 플레이트(118)의 가장자리에 설치하여 상하로 위치하는 상부 플레이트(112)와 하부 플레이트(118)를 고정한다. 상부 플레이트(112)의 중앙에는 프레넬 렌즈(112-1, fresnel lens)가 설치되어 상부 플레이트(112)의 상부에서 입사하는 태양광은 프리즘 렌즈(113, prism)로 집광한다. 도 3a는 본 발명의 리시버 PCB를 나타낸 확대사진, 도 3b는 본 발명의 태양전지 셀을 나타낸 확대사진이다. 상기 프리즘 렌즈(113) ~ 하부 플레이트(118)에 대해서 설명하면, 프리즘 렌즈 고정용 프레임(114)은 태양 전지 셀(115)의 상부에 대응하는 위치에 형성되며 프리즘 렌즈(113)를 고정하는 프리즘 렌즈 고정부(114-1) 및 프리즘 고정부(114-1)의 가장자리에서 복수의 메인 프레임(111)으로 각각 연장되며 복수의 메인 프레임(111)을 따라 상하로 이동하는 복수의 렌즈 암(114-2)으로 구성된다. 고 집광 태양전지모듈(110) 및 집광 트리(150)는 이하에 설명하는 것과 같은 복수의 서브 구성으로 이루어져 있다.
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고 집광 태양전지모듈(110)은 전지모듈 메인 프레임(111), 상부 플레이트(112), 프레넬 렌즈(112-1), 프리즘 렌즈(113), 프리즘 렌즈 고정용 프레임(114), 태양전지 셀(115), PCB(116), 방열판(117), 하부 플레이트(118), 마이크로 트랙커(119, micro tracker) 및 구동장치(120)를 포함한다. 집광 삼차원 트리(150, condensing tree)는 트리 메인 프레임(151) 및 복수의 브랜치 모듈(152)을 포함한다.
설명의 편의를 위해 실제 제작한 고 집광 태양전지모듈(110)의 사진과 함께 고 집광 태양전지모듈(110)을 구성하는 구성요소들에 대해 설명한다.
도 2a는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시상태의 사진, 도 2b는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈의 상세구조를 나타내는 사시상태의 확대사진이다.
도 2a는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시상태의 사진, 도 2b는 본 발명의 고 집광 태양전지모듈의 상세구조를 나타내는 사시상태의 확대사진이다.
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이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 고 집광 태양전지모듈(110)을 구성하는 구성요소들에 대해 설명한다.
전지모듈 메인 프레임(111)은 상부 플레이트(112)와 하부 플레이트(118)의 가장자리에 설치하여 상하로 위치하는 상부 플레이트(112)와 하부 플레이트(118)를 고정한다. 상부 플레이트(112)의 중앙에는 프레넬 렌즈(112-1, fresnel lens)가 설치되어 상부 플레이트(112)의 상부에서 입사하는 태양광은 프리즘 렌즈(113, prism)로 집광한다.
도 3은 프리즘 렌즈, 리시버 PCB 및 태양전지 셀을 확대한 사진이다.
도 3a는 프리즘 렌즈, 리시버 PCB 및 태양전지 셀을 모두 포함한 사진이며, 도 3b는 도 3a에서 프리즘 렌즈를 제거한 상태의 확대사진이다.
상기 프리즘 렌즈(113) ~ 하부 플레이트(118)에 대해서 설명한다.
프리즘 렌즈 고정용 프레임(114)은 태양 전지 셀(115)의 상부에 대응하는 위치에 형성되며 프리즘 렌즈(113)를 고정하는 프리즘 렌즈 고정부(114-1) 및 프리즘 고정부(114-1)의 가장자리에서 복수의 메인 프레임(111)으로 각각 연장되며 복수의 메인 프레임(111)을 따라 상하로 이동하는 복수의 렌즈 암(114-2)으로 구성된다.
상기 프리즘 렌즈(113)는 삼각뿔의 형태 중 꼭짓점이 절단되어 있는 단면이 마름모 형태를 가지는 렌즈로, 단면이 좁은 면이 태양전지 셀(115)의 표면 쪽을 향하도록 프리즘 렌즈 고정부(114-1)에 고정하도록 함으로써, 넓은 단면으로 입사하는 태양광을 좁은 단면으로 굴절시켜 태양전지 셀(115)로 집광시킨다. 방열판(117)은 하부 플레이트(118)와 PCB(116)의 사이에 설치되어 PCB(116)에 장착된 전기 소자로부터 발생하는 열을 외부로 방출한다.
본 발명에 사용하는 태양전지 셀(115), PCB(116) 및 방열판(117)은 이 분야에서 통상적으로 사용하는 것을 사용하면 되므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 마이크로 트랙커(119)는 하부 플레이트(118)의 하부 면에 설치되어 GPS 위성(미도시)으로부터 수신한 정보와 내장한 센서로부터 수집한 정보를 이용하여 태양전지 셀(115)의 표면이 향하는 방향을 지시하는 구동제어신호를 생성하며, 이를 위해 GPS 모, 자세센서, 저장장치 및 신호처리장치를 포함한다.
GPS 모듈은 GPS 위성(미도시)과 통신을 수신하여, GPS 위성으로부터 고 집광 태양전지모듈의 위치 정보와 시간 정보를 수신한다. 자세센서는 고 집광 태양전지모듈(110)의 현재 자세와 자세의 변동을 감지한다.
저장장치는 제조 당시 입력한 전 세계의 지역별 일출시각, 일몰시각, 태양의 진행경로 및 태양과 지면이 이루는 각도에 대한 정보와 GPS 모듈이 GPS 위성으로부터 수신한 태양광 발전장치(100)의 설치 장소에 대한 정보를 저장한다.
신호처리장치는 저장장치에 저장된 정보를 이용하여 해당 고 집광 태양전지모듈의 바람직한 자세를 실시간으로 계산하여 구동제어신호를 생성한다. 저장장치(119-3)에는 세계 각지의 지역별 일출시각, 일몰시각, 태양의 진행경로 및 태양의 지면과 이루는 각도 등과 대상 태양광 발전장치의 설치 위치가 저장되어 있으므로, 설치하기만 하면 신호처리장치에서 설치 장소에 대한 업 데이트 된 정보와 제조 당시에 설정해 놓은 정보를 이용하여 정확한 구동제어신호를 생성할 수 있을 것이다.
구동장치는 하부 플레이트(118)의 하부 면에 설치(미도시)되어, 신호처리장치에서 생성한 구동제어신호에 응답하여 고 집광 태양전지모듈(110)의 자세를 제어한다. 자세를 제어하는데 사용되는 모터나 기어 등은 이 분야의 기술자가 구현하는 것은 어려운 일이 아니므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고 집광 태양전지모듈(110)에서는 2차례에 걸친 집광 작업을 수행하는데, 상부에 위치하는 프레넬 렌즈(112-1)를 이용하여 1차 집광을 수행하고, 하부에 위치하는 프리즘 렌즈(113)를 이용하여 2차 집광을 수행한다. 2차례에 걸친 집광으로 종래의 기술의 집광효율(16~18%)에 비해 높은 집광 효율(40%)을 달성할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 집광 트리의 일례를 나타낸 측면도, 도 4b는 본 발명의 집광 삼차원 트리를 나타낸 평면도, 도 5a는 본 발명의 브랜치 모듈의 평면도, 도 5b는 브랜치 모듈의 사시도, 도 6은 본 발명의 브랜치 모듈을 구성하는 전지모듈 고정 플레이트와 전지모듈 고정 플레이트에 장착된 9개의 고 집광 태양전지모듈을 나타내는 사시도이다.
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이들 도면을 참조하면, 집광 삼차원 트리(150)는 트리 메인 프레임(151) 및 복수의 브랜치 모듈(152)로 구성된다.
트리 메인 프레임(151)은 설치장소에 직접 또는 고정플레이트(미도시)에 1차적으로 고정되는 폴(pole)의 기능을 수행하며, 단면은 원형은 물론 다각형의 형태를 가지는 다양한 실시 예가 가능할 것이다.
복수의 브랜치 모듈(152) 각각은 브랜치 고정 바디(152-1), 브랜치 암(152-2) 및 전지모듈 고정 플레이트(152-3)로 구성되며, 트리 메인 프레임(151)을 따라 순차적으로 적층된다.
브랜치 고정 바디(152-1)는 트리 메인 프레임(151)의 단면과 동일한 내면으로 트리 메인 프레임(151)을 따라 이동하는 통 형상을 가지도록 한다. 브랜치 암(152-2)은 브랜치 고정 바디(152-1)의 외면에서 외부 방향으로 바 형태로 연장되며 복수 개 사용된다. 전지모듈 고정 플레이트(152-3)는 브랜치 암(152-2)의 최 외각에 형성되며 적어도 하나의 고 집광 태양전지모듈(110)을 고정한다. 도 6을 참조하면, 하나의 전지모듈 고정 플레이트(152-3)가 총 9개의 고 집광 태양전지모듈(110)을 고정한 실시 예를 확인할 수 있다.
트리 메인 프레임(151)에는 복수의 브랜치 모듈(152)이 연속하여 층으로 쌓이는데, 도 6에 도시한 바와 같이, 전지모듈 고정 플레이트(152-3)의 수평 및 수직 면의 길이를 각각 1m(meter)라고 가정했을 때, 지면으로부터 가장 가까운 브랜치 모듈(152)은 예를 들면 3.5m 정도 떨어진 상태에 위치하도록 하고, 이어서 쌓이는 브랜치 모듈(152)들 사이의 간격은 약 1.5m로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 트리 메인 프레임(151)에 쌓아 놓은 복수의 브랜치 모듈(152)의 각도를 조절함으로써, 도 4b에 원형의 검은 색 점으로 표시한 전지모듈 고정 플레이트(152-3)의 위치를 분산시킬 수 있다. 점들을 연결하는 가상의 동심원은 이해를 돕기 위해 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 모듈 청소장치를 나타내는 구성표이다.
도 7은 본 발명의 모듈 청소장치를 나타내는 구성표이다.
도 7을 참조하면, 고 집광 태양전지모듈 및 집광 삼차원 트리를 이용한 태양광 발전장치를 포함하는 태양광 발전시스템(700, 이하 태양광 발전시스템)은 태양광 발전장치(100), 태양전지모듈 청소장치(710), 에너지 저장장치(720), 전기 자동차 충전장치(730) 및 관리서버(740)를 포함한다.
태양전지모듈 청소장치(710)는 도 1에 도시된 고 집광 태양전지모듈(110)을 구성하며, 상부 플레이트(112)의 중앙에 설치된 프레넬 렌즈(112-1)을 청소하는 장치를 의미한다. 상술한 바와 같이, 가장 낮은 브랜치 모듈(151)이 지상에서 3.5m의 높이에 위치하며, 연속하여 쌓이는 브랜치 모듈(151) 사이의 간격이 1m라고 가정할 때, 집광 삼차원 트리(150)의 가장 높은 곳에 위치하는 브랜치 모듈(151)의 위치는 적어도 10m에서 20m의 높이가 될 것이다.
태양전지모듈 청소장치(710)는 도 1에 도시된 고 집광 태양전지모듈(110)을 구성하며, 상부 플레이트(112)의 중앙에 설치된 프레넬 렌즈(112-1)을 청소하는 장치를 의미한다. 상술한 바와 같이, 가장 낮은 브랜치 모듈(151)이 지상에서 3.5m의 높이에 위치하며, 연속하여 쌓이는 브랜치 모듈(151) 사이의 간격이 1m라고 가정할 때, 집광 삼차원 트리(150)의 가장 높은 곳에 위치하는 브랜치 모듈(151)의 위치는 적어도 10m에서 20m의 높이가 될 것이다.
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도 6에 예시한 바와 같이, 브랜치 모듈(151)을 구성하는 전지모듈 고정 플레이트(152-3)에 9개의 고 집광 태양전지모듈(110)이 장착된다고 가정할 때, 하나의 브랜치 모듈(151)에는 3개의 브랜치 암(152-2)이 설치되어 있으며, 하나의 브랜치 모듈(151)에는 총 27개의 고 집광 태양전지모듈(110)이 장착되므로, 만일 고 집광 태양전지모듈(110)을 수작업으로 청소를 한다면 청소 작업량이 상당하다는 것을 알 수 있다. 청소의 작업량도 작업량이지만 브랜치 모듈(151)이 위치하는 높이와 이들의 위치가 구동장치(120)에 의해서 정밀하게 조정되는 점을 감안할 때, 청소 작업자가 프리 메인 프레임(151)에 사다리를 걸치고 청소작업을 수행한다는 것은 문제를 일으킬 소지가 다분하다는 것을 쉽게 예상할 수 있다. 또한, 청소작업에 필요한 인력의 고용비용도 무시할 수 있는 정도가 아닐 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 에프터서비스(청소용)용 드론(미도시)을 사용할 것을 제안한다. 즉, 태양전지모듈 청소장치(710)는 복수의 에프터서비스용 드론을 개발하여 저장하고 있으면서, 에프터서비스용 드론을 직접 고객에게 판매하는 방식 또는 대여하는 방식 중 적어도 하나를 수행할 수 있도록 한다.
에프터서비스용 드론(711)에는 위치 인식 센서(712), 카메라(173), 프로세서(714) 및 청소도구(715)가 설치되어 있어, 위치 인식 센서(712)의 정보를 이용하여 청소가 필요한 고 집광 태양전지모듈(110)로 이동한 후 카메라(173)를 이용하여 해당 고 집광 태양전지모듈(110)을 촬영하고, 촬영된 영상을 이용하여 프로세서(174)는 해당 고 집광 태양전지모듈(110)에서의 청소위치를 설정한 후 에프터서비스용 드론(711)의 위치를 이동하면서 청소도구(715)를 이용하여 청소가 필요한 부분의 청소를 수행할 수 있도록 한다.
에프터서비스용 드론(711)의 이동 및 청소과정은 자동으로 수행하도록 하는 것은 물론, 원거리에서 수동으로 조정하는 방식 중 어느 것으로도 달성할 수 있을 것이다.
에너지 저장장치(720)는 태양광 발전장치(100)에서 생산한 전력 또는 한국전력공사(미도시, 이하 한전)에서 야간에 공급하는 전력(이하 심야전력)을 충전하여 보관하고 있다가, 한전에 계통 연계하거나 후술하는 전기 자동차 충전장치(730)에 활용할 수 있도록 한다.
전기 자동차 충전장치(730)는 에너지 저장장치(720)에서 공급받아 전기 자동차에 전력을 공급(충전)하는 장치이다. 현재는 한전에서 공급하는 전력을 이용하는 구조로 되어 있지만, 본 발명에서는 한전에서 직접 공급받는 것이 아니라, 태양광 발전장치(100)에서 공급받은 전기에너지 또는 한전에서 공급하는 심야전력을 일단 에너지 저장장치(720)에 저장한 후 사용하도록 하자는 것이다. 태양광 발전장치(100)에서 생산되는 전기 에너지는 생산 시간이 정해져 있고 그 양도 일정하지 않아 이를 직접 전기 자동차의 충전에 사용하는 것은 바람직하지 않다. 또한, 한전에서 공급하는 전기에너지도 단전이 발생할 경우와 같이 비상시에는 사용할 수 없다는 단점이 있다. 그러나 에너지 저장장치(720)에 저장되어 있는 전기에너지의 양은 실시간으로 검출 가능하기 때문에 완벽한 대책을 세워 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다.
예를 들면, 에너지 저장장치(720)가 복수의 저장수단(721)을 포함하고 있는 경우에는 전기에너지가 충만한 타 저장수단을 선택하여 사용할 수 있으며, 에너지 저장장치(720)가 여러 곳에 설치되어 있는 경우에는 이들 사이에 전력을 송수신하여 필요한 에너지 저장장치(720)에 전기에너지를 빌려주는 방식이 있을 것이다.
관리서버(740)는 태양광 발전장치(100), 태양전지모듈 청소장치(710), 에너지 저장장치(720) 및 전기 자동차 충전장치(730)의 관리를 제어한다.
이하에서는, 관리서버(740)에서 수행하는 고 집광 태양전지모듈 및 집광 삼차원 트리를 이용한 태양광 발전장치를 포함하는 태양광 발전시스템의 관리방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 고 집광 태양전지모듈, 집광 삼차원 트리, 에너지 저장장치 및 에프터서비스용 드론을 포함하는 태양광 발전시스템의 관리단계를 나타내는 구성표이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 고 집광 태양전지모듈 및 집광 삼차원 트리를 이용한 태양광 발전장치를 포함하는 태양광 발전시스템의 관리방법(이하 태양광 발전시스템의 관리방법)은 전력 생산단계(810), 전력 저장단계(820), 저장된 전력의 상황판단단계(830), 전력 송수신단계(830) 및 유지보수단계(840)를 수행한다.
전력 생산단계(810)에서는 관리서버(740)가 태양광 발전장치(100)에서 태양광을 이용하여 전력을 생산하도록 한다. 태양광 발전장치(100)에서 생산되는 전력은 태양광 발전장치(100)의 설치 위치 및 일사량 등에 의해 결정되는데, 복수의 서로 떨어진 장소에 위치하는 복수의 태양광 발전장치(100)에서 전력을 생산하게 된다.
전력 저장단계(820)에서는 관리서버(740)는 2가지 경로를 거쳐 전력을 수입하여 에너지 저장장치(720)에 저장한다. 그 중 한가지는 태양광 발전장치(100)에서 생산한 전력 및 한전에서 생산하는 심야전력이다. 심야전력은 산업활동 또는 가정생활에서 전력을 전혀 소비하지 않거나 최소로 소비하는 심야에 한전에서 공급하는 전력으로 전기사용료가 최소가 되는 시간대의 전력을 의미한다. 본 발명에서는 본 발명의 태양광 발전시스템(700)을 구성하는 태양광 발전장치(100)에서 생산된 전력 이외에도 한전의 심야전력을 활용할 수 있도록 하는데 그 특징 중 하나가 있다는 점에 대해서는 이미 언급하였다.
저장된 전력의 상황판단단계(830)에서는 관리서버(740)가 복수의 전력 저장장치(720)에 저장된 전력을 실시간으로 모니터하고, 지역, 계절, 요일 및 시간 중 적어도 하나를 기준으로 일일 공급전력량을 예상한다. 전력 저장장치(720)는 실제로 전력을 저장하는 전력저장수단(721)을 적어도 하나 갖추고 있다고 가정하면, 저장된 전력의 상황판단단계(830)에서는 지역으로 나뉘어 설치되어 있는 복수의 에너지 저장장치(720)에 저장되어 있는 전력량은 실시간으로 모니터한다는 것을 의미한다. 복수의 에너지 저장장치(720)에서 저장(& 소비)되는 전력량은 에너지 저장장치(720)의 설치 위치, 계절, 요일 및 시간에 따라 서로 다르고, 따라서 해당 에너지 저장장치(720)가 하루에 공급(& 소비)할 수 있는 전력량은 복수의 에너지 저장장치(720)에 따라 일정한 편차가 발생할 것은 쉽게 예상할 수 있다. 저장된 전력의 상황판단단계(830)에서 관리서버(740)는 복수의 에너지 저장장치(720)에 저장되는 전력량의 추이를 모니터하여, 임의의 에너지 저장장치(720)에서 남는 전력을 전력이 추가로 필요한 곳의 에너지 저장장치(720)에 전송하는 근거를 확보한다.
전력 송수신단계(840)는 관리서버(740)의 판단에 의해 수행되며, 저장된 전력의 상황판단단계(830)에서의 판단결과 전력이 충만한 에너지 저장장치(720)에 저장된 전력을 전력이 필요하다고 판단되는 에너지 저장장치(720)에 전송하거나, 한전에 계통 연계하거나 전기 자동차 충전장치(730)에 전송하여 저장된 전력을 효과적으로 활용할 수 있도록 한다. 상술한 바와 같이 에너지 저장장치(720) 사이에서 전력을 송수신할 수 있도록 함으로써 저장된 전력을 효과적으로 사용할 수 있도록 하는 것이 본 발명의 핵심 아이디어 중 하나이다.
유지보수단계(840)에서는 한편으로는 태양광 발전장치(100)를 청소하여 태양광이 태양광 발전장치(100)에 효과적으로 입사할 수 있도록 하며, 다른 한편으로는 전력의 공급 및 수요의 추이를 분석하여 전력의 생산 일정도 예상할 수 있다. 즉, 필요하다고 판단하면 전력의 생산을 증가시킬 것으로 지시하도록 하고, 반대로 전력이 계속하여 남는다고 판단한다면 전력의 생산을 중단하도록 함으로써 유휴전력이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이와 같이, 모든 단계는 관리서버(740)의 제어에 의하여 이루어진다.
이와 같이, 모든 단계는 관리서버(740)의 제어에 의하여 이루어진다.
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 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
100: 태양광 발전장치 110: 고 집광 태양전지모듈
111: 전지모듈 메인 프레임 112: 상부 플레이트
113: 프리즘 렌즈 114: 프리즘 렌즈 고정용 프레임
115: 태양전지 셀 116: 리시버 PCB
117: 방열판 118: 하부 플레이트
119: 마이크로 트랙커 120: 구동장치
150: 집광 삼차원 트리 151: 트리 메인 프레임
152: 복수의 브랜치 모듈 170: 에너지 저장장치
710: 태양전지 모듈 청소장치 720: 전력 저장장치
730: 전기 자동차 충전장치 740: 관리서버
111: 전지모듈 메인 프레임 112: 상부 플레이트
113: 프리즘 렌즈 114: 프리즘 렌즈 고정용 프레임
115: 태양전지 셀 116: 리시버 PCB
117: 방열판 118: 하부 플레이트
119: 마이크로 트랙커 120: 구동장치
150: 집광 삼차원 트리 151: 트리 메인 프레임
152: 복수의 브랜치 모듈 170: 에너지 저장장치
710: 태양전지 모듈 청소장치 720: 전력 저장장치
730: 전기 자동차 충전장치 740: 관리서버
Claims (5)
- 고 집광 태양전지모듈을 구비하는 태양광 발전장치, 태양전지모듈 청소장치, 에너지 저장장치, 전기 자동차 충전장치 및 관리서버를 포함하는 태양광 발전시스템을 관리하는 방법으로서, 상기 태양광 발전장치에 의하여 전력을 생산하는 전력 생산단계, 상기 전력 생산단계에서 상기 태양광 발전장치에서 생산한 전력 및 한전에서 제공하는 심야전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하는 전력 저장단계, 상기 전력 저장단계에서 상기 에너지 저장장치에 저장한 전력량을 실시간으로 모니터하는 저장된 전력의 상황판단단계를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 관리방법에 있어서,
상기 관리서버(740)는 전력 생산단계, 전력 저장단계, 전력의 상황판단단계, 필요에 따라 임의의 에너지 저장장치에 저장된 전력을 타 에너지 저장장치로 전송하는 전력 송수신단계를 제어하거나 수행하는 에너지 매니지먼트를 총괄 수행하는 서버이고,
상기 태양광 발전장치(100)는, 마이크로 트랙커(119)를 이용하여 GPS 위성으로부터 수신한 정보와 내장한 센서로부터 수집한 정보를 이용하여 상기 태양 전지 셀(115)의 표면이 향하는 방향을 지시하는 구동제어신호를 생성하는 단계; 및 구동장치(120)를 이용하여 상기 구동제어신호에 응답하여 상기 고 집광 태양전지모듈(110)의 자세를 제어하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 관리방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 관리서버는, 상기 저장된 전력의 상황판단단계에서, 지역, 계절, 요일 및 시간 중 적어도 하나를 변수로 해당 에너지 저장장치에서 공급할 수 있는 일일 공급전력량을 추가로 예상하고, 이 예상에 따라 상기 전력 송수신단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 관리방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 태양광 발전장치는, 트리 메인 프레임; 및 상기 트리 메인 프레임에 순차적으로 적층 된 복수의 브랜치 모듈; 를 구비하는 집광 삼차원 트리를 포함하며, 상기 복수의 브랜치 모듈 각각은, 상기 트리 메인 프레임의 단면과 동일한 내면으로 상기 트리 메인 프레임을 따라 이동하는 통 형상의 브랜치 고정 바디; 상기 브랜치 고정 바디의 외면에서 외부 방향으로 바 형태로 연장된 복수의 브랜치 암; 및 상기 브랜치 암의 최 외각에 형성되며 적어도 하나의 상기 고 집광 태양전지모듈을 고정하는 전지모듈 고정 플레이트; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 관리방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 관리서버는, 상기 태양광 발전장치를 청소하여 태양광이 상기 태양광 발전장치에 효과적으로 입사할 수 있도록 하거나, 상기 태양광 발전시스템에서 수행하는 전력의 공급 및 수요의 추이를 분석하여 전력의 생산을 증가시킬 것으로 지시하거나 전력의 생산을 중단할 것을 지시하는 유지보수단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 관리방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 관리서버는, 적어도 위치 인식 센서(712), 카메라(173), 프로세서(714) 및 청소도구(715)를 구비하는 에프터서비스용 드론(711)을 이용하여 청소위치를 설정한 후 필요한 부분의 청소를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 관리방법.
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