KR102063887B1 - 충전효율을 향상시킨 고속 태양광 충방전모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 충방전모듈에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 아침시간이나 저녁시간에도 전기에너지를 충전시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라 고속으로 축전지를 충전시켜 사용의 편의성을 향상시킨 것이다.

Description

충전효율을 향상시킨 고속 태양광 충방전모듈{High Speed Photovoltaic Module with Improved Charging Efficiency}

본 발명은 태양광 충방전모듈에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 아침시간이나 저녁시간에도 전기에너지를 충전시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라 고속으로 축전지를 충전시켜 줄 수 있는 태양광 충방전모듈에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 충전시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀을 설치하고, 이를 축전지와 연결하여 상기 솔라셀이 생산한 전기에너지를 축전지에 충전하도록 구축된 것이다.

이때 상기 솔라셀과 축전지 사이에는 솔라셀이 생산한 전기에너지를 축전지 쪽으로 가이드하면서 상기 축전지가 충전한 전기 에너지를 부하 쪽으로 방전되게 하는 충방전모듈이 설치되어, 상기 축전지와 솔라셀의 전기적 능력을 관리할 수 있게 되어 있다.

참고로 이러한 태양광 충전시스템을 유지하기 위해서는 솔라셀이 일정량 이상의 태양 아래 노출되어 광량을 확보할 수 있어야 전기 에너지를 생산할 수 있는데,

통상적으로 저녁이나 아침시간에는 광량이 부족하여 전기에너지를 생산할 수 없고, 마찬가지로 비 오는 날이나 장마철 혹은 어두운 날에도 광량이 부족하여 전기에너지를 생산할 수 없는 단점이 있었다.

따라서 종래의 태양광 시스템은 맑은 날에만 충분한 광량을 확보하여 전기 에너지를 생성할 수 있었고,

특히 맑은 날 오전이나 저녁시간에 상기 솔라셀이 전기에너지를 생산하더라도 축전지 전압보다 낮은 전압의 전기에너지를 생산하게 되면서 축전지 쪽으로 생산된 전기 에너지가 인가되지 않아 버려지게 되게 되었던 것이다.

따라서 전체적으로 계산하여 보았을 때 하루 평균 3~4시간 정도의 솔라셀이 생산한 전기에너지만을 축전지에 충전하게 되면서 그 효율이 낮아 사용자가 원하는 때에 필요한 만큼 사용할 수 없었던 것이다.

KR 10-1599992 B1 KR 10-1424548 B1

이에 본 발명에서는 광량이 부족한 아침시간이나 저녁시간 혹은 비 오는 날이나 어두운 날에 생산되는 버려지던 전기에너지를 축전지에 축전시켜 그 효율을 향상시키면서 고속으로 충전되게 함으로써, 사용자가 원하는 때에 필요한 만큼의 전력을 사용할 수 있는 태양광 충전시스템의 충방전모듈을 목적으로 하는 것이다.

이를 위해 본 발명에서는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀과,

상기 솔라셀이 생산한 전기 에너지를 충전하는 축전지와,

상기 축전지의 전기 에너지를 인가받아 동작하는 부하와,

상기 솔라셀과 축전지와 부하와 연결되어 솔라셀이 생산한 전기에너지를 축전지 쪽으로 가이드하는 한편, 상기 축전지가 충전한 전기 에너지를 부하 쪽으로 방전되게 하는 충방전모듈을 포함하여 이루어진 상태에서,

상기 충방전모듈은 솔라셀로부터 인가된 전기에너지의 전압이 정상전압인지 혹은 저전압인지 확인하고, 정상전압일 경우에는 축전지 쪽으로 전기에너지가 흘러갈 수 있도록 가이드하고 저전압일 경우에는 충전전압까지 승압시켜 버려지던 솔라셀의 전기에너지를 축전지 쪽으로 흘러가도록 가이드 하는 태양광 전압 승압회로와, 태양광 충전시 필요한 전압, 전류, 과충전, 과방전을 컨트롤하는 한편, 설정된 전압 또는 전류 값에 따라 태양광 전압 승압회로를 컨트롤하여 안정적으로 충전 혹은 방전되게 컨트롤하는 태양광 전력 제어 CPU를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 충방전모듈은 태양광 전압 승압회로와 태양광 전력 제어 CPU 사이에 충전전압 발진회로를 형성하여, 상기 태양광 전압 승압회로를 거친 전기에너지기의 전압을 발진시켜 펄스 입력되게 하여 고속 충전되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 태양광 전압 승압회로와 충전전압 발진회로를 포함하여 이루어져, 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 아침시간이나 저녁시간에도 전기에너지를 생산하여 축전지에 충전시켜 향상된 충전효율을 확보할 수 있게 되었고, 특히 정상전압 인가시 충전전압 발진회로를 통해 고속으로 축전지를 충전시켜 줌으로써, 사용자가 원하는 시간에 원하는 만큼의 전원을 용이하게 사용할 수 있게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 충전시스템의 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 충전시스템의 순서도.

이하, 본발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 충전시스템의 전체 구성을 보여주는 블럭도이다.

이를 참고하여 설명하면, 본 발명은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀(10)을 설치하고, 이와 함께 솔라셀(10)이 생산한 전기 에너지를 충전하는 축전지(20)를 설치하는 한편, 상기 축전지(20)의 전기 에너지를 인가받아 동작하는 부하(30)를 설치하고, 상기 솔라셀(10)과 축전지(20)와 부하(30)와 케이블로 연결된 충방전모듈(40)을 설치하여,

상기 솔라셀(10)이 생산한 전기에너지를 축전지(20) 쪽으로 가이드하면서 축전지(20)가 충전하고 있는 전기 에너지를 부하(30) 쪽으로 인가되게 구축되어 있다.

이때 충방전모듈(40)은, 다각형으로 이루어진 케이스 외측에 복수 개의 입출력 포트를 형성하고, 안쪽에는 태양광 전력 제어 CPU(43)가 설치되어 있는 인쇄회로기판에 혹은 상기 인쇄회로기판과 연결된 또 다른 인쇄회로기판에 태양광 전압 승압회로(40)와 태양광 전압 승압회로(41)를 형성하여 충전 혹은 방전을 컨트롤할 수 있게 되어 있다.

여기서 상기 태양광 전압 승압회로(41)는, 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 날 혹은 아침시간이나 저녁시간 때에 생산한 소량의 전기에너지가 축전지(20)의 충전전압보다 낮아 축전지(20)로 인가되지 않고 버려지게 되었던 것을, 축전지(20)로 인가되어 충전되게 하기 위한 것으로써,

상기 태양광 전압 승압회로(41)는 광량이 충분한 맑은 날 오후에 솔라셀(10)이 생산한 축전지(20)의 충전전압보다 높은 상태의 정상전압인지 혹은 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 날 혹은 아침시간이나 저녁시간 때에 솔라셀(10)이 생산한 축전지(20)의 충전전압보다 낮은 상태의 저전압인지 확인하기 위한 판별부(41a)와 함께,

상기 판별부(41a)가 확인한 결과에 따라 정상전압일 경우에는 축전지(20) 쪽으로 전기에너지가 흘러갈 수 있도록 가이드하고, 만일 저전압일 경우에는 충전전압까지 승압시켜 버려지던 솔라셀(10)의 전기에너지를 축전지(20) 쪽으로 흘러가도록 가이드하기 위한 승압부(41b)를 포함하여 이루어진다.

더불어 상기 태양광 전압 승압회로(41)는, 상기 판별부(41a)가 확인한 결과에 따라서 저전압인 상태이고 축전지(20)를 충전시켜 주기 위한 최저전압 이하로 확인되면, 대기 모드로 전환되어 태양광 전압 또는 솔라셀(10)과의 단선유무를 감시하고 그 결과에 따라 강제출력되게 하는 에러 감지부(41c)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 충전전압 발진회로(42)는 태양광 전압 승압회로(41)로부터 전압이 들어 오게 되면 이를 발진시켜 축전지(20)로 펄스 입력시켜 주기 위한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 상기 축전지(20)가 펄스 형태로 강하게 그리고 약하게 번갈아 가면서 반복적으로 자극을 받으면서 일정하게 전압을 받는 것보다는 더 빠르게 충전되게 하기 위한 것이다.

그리고 이러한 충전전압 발진회로(42)는 태양광 전압 승압회로(41)로부터 전압이 들어오게 되면 이를 400 내지 500 hz 로 발진시켜 충전전압을 29V로 하면서 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 충전할 수 있게 하는 발진부(42a)를 형성한다. 이때의 발진부(42a)는 충전전압을 높여서 충전시 플러스 접지하고 마이너스만 가지고 펄스를 형성한다.

더불어 상기 충전전압 발진회로(42)는 발진부(42a)에 의해 전기 에너지가 펄스 입력되게 되면 축전지(20)가 과전압으로 과충전되는 것을 방지하기 위한 과충전방지부(42b)를 포함하여 이루어지고,

실시 예에 따라서는 상기 발진부(42a)가 발열되는 것을 최소화하기 위하여 저전압일 경우에는 1초에 400 hz로 발진되게 하고, 정상전압일 경우에는 500 hz로 발진시켜 고속으로 충전되게 하는 선택부(42c)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이때의 선택부(42c)는 불균형 전압 충전시에는 자동으로 저전압 충전모드로 선택되어져 충전되게 한다.

또한, 태양광 전력 제어 CPU(43)는 태양광 충전시 필요한 전압, 전류, 과충전, 과방전, 부분방전, 균등충전할 수 있게 컨트롤하는 한편, 저전압 충전 혹은 정상전압충전, 주파수 가변, 전류 가변 설정, 전압 설정 등을 프로그램화하여 안정적으로 충전과 방전이 이루어지도록 한다.

더불어 상기 태양광 전력 제어 CPU(43)는 방전전압 가변 등을 통하여 축전지(20) 소모량을 최소화하면서 일몰과 일출을 감지하여 자체적으로 충전모드 또는 방전모드로 자동 전환할 수 있게 되어 있다. 참고로 이때의 충전모드와 방전모드는 솔라셀(10) 혹은 축전지(20) 혹은 충방전모듈(40) 주변에 설치된 센서에 의해 이루어질 수 있지만, 태양광 전압 승압회로(41)의 저전압 혹은 정상전압의 판별결과에 따라 충전모드 혹은 방전모드의 선택이 이루어질 수도 있다.

더불어 상기 태양광 전력 제어 CPU(43)는, 상기 선택부(42c)를 컨트롤하여 자동으로 주파수를 올려서 급속 충전되게 하면서 발열을 최대한 억제하여 안정된 충전을 할 수 있게 한다.

또한, 컨트롤 디스플레이(50)는 상기 충방전모듈(40)의 케이스 일측에 엘이디 혹은 엘시디 패널과 함께 하나 이상의 누름 버튼을 형성할 수도 있지만, 별도로 터치패널이 장칙된 디스플레이(50) 패널을 설치하고, 이를 충방전모듈(40)과 연결하여 설치된 것일 수도 있다.

그리고 이러한 컨트롤 디스플레이(50)는 누름 버튼 동작시 축전지(20)의 전기적 능력을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 솔라셀(10)이 생산한 전기에너지의 전압, 전류, 전력량 등을 확인할 수 있고, 부하(30) 쪽으로 방전되는 전류, 전압, 전력량 등을 확인할 수도 있다.

따라서 본 발명은광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 아침시간이나 저녁시간에도 전기에너지를 생산하고 이를 충전할 수 있게 되면서 향상된 충전효율을 확보할 수 있게 되는 것이고, 이를 고속으로 축전지(20)에 충전시켜 줌으로써, 사용자가 원하는 시간에 원하는 만큼의 전원을 용이하게 확보하여 사용할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 태양광 충전시스템의 동작과정을 보여주는 순서도이다.

이를 참고하여 설명하면 솔라셀(10)이 광량을 받아 전기에너지를 발생시키게 되면 이를 충방전모듈(40)이 인가받고,

상기 충방전모듈(40)은 태양광 전압 승압회로(41)의 판별부(41a)가 솔라셀(10)로부터 인가된 전기에너지의 전압이 정상전압인지 혹은 저전압인지 확인하고,

만일 정상전압일 경우에는 축전지(20) 쪽으로 전기에너지가 흘러갈 수 있도록 가이드하고,

저전압일 경우에는 승압부(41b)가 버려지던 솔라셀(10)의 전기에너지를 충전전압 이상으로 승압시켜 축전지(20) 쪽으로 흘러가도록 가이드 한다.

이때 상기 저전압인 상태에서 축전지(20)의 최저전압 이하임을 확인하게 되면, 에러 감지부(41c)는 승압시키지 않고 대기 모드로 전환하면서 솔라셀(10)과의 단선 유무를 감시하고 그 결과에 따라 강제출력되게 하게 한다.

그리고 상기 충전전압 발진회로(42)는 상기 태양광 전압 승압회로(41)로부터 전압을 인가받게 되면, 이를 발진시켜 축전지(20)로 펄스 입력되게 한다.

이때의 선택부(42c)는, 저전압일 경우 1초에 400 hz로 발진시켜 충전전압을 기준으로 마이너스 전압과 플러스전압을 번갈아 가면서 펄스 입력되게 하고, 정상전압일 경우에는 500 hz로 발진시켜 고속으로 충전되게 한다.

이때의 선택부(42c)는 불균형 전압 충전시에는 자동으로 저전압 충전모드로 선택되어져 충전되게 한다.

더불어 상기 충전전압 발진회로(42)의 과충전방지부(42b)는 발진부(42a)에 의해 전기 에너지가 펄스 입력되게 되면서 축전지(20)가 과전압으로 과충전되는 것을 방지하여 준다.

따라서 본 발명은광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 아침시간이나 저녁시간에도 전기에너지를 생산하고 이를 충전할 수 있게 되면서 향상된 충전효율을 확보할 수 있게 되는 것이고, 이를 고속으로 축전지(20)에 충전시켜 줌으로써, 사용자가 원하는 시간에 원하는 만큼의 전원을 용이하게 확보하여 사용할 수 있게 되는 것이다.

10:솔라셀 20:축전지
30:부하 40:충방전모듈
41:태양광 전압 승압회로 41a:판별부
41b:승압부 41c:에러 감지부
42:충전전압 발진회로 42a:발진부
42b:과충전방지부 42c::선택부
43:태양광 전력 제어 CPU 50:컨트롤 디스플레이

Claims (6)

1. 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀과,
   상기 솔라셀이 생산한 전기 에너지를 충전하는 축전지와,
   상기 축전지의 전기 에너지를 인가받아 동작하는 부하와,
   상기 솔라셀과 축전지와 부하와 연결되어 솔라셀이 생산한 전기에너지를 축전지 쪽으로 가이드하는 한편, 상기 축전지가 충전한 전기 에너지를 부하 쪽으로 방전되게 컨트롤하는 충방전모듈을 포함하여 이루어진 상태에서,
   상기 충방전모듈은 광량이 충분한 날에 솔라셀이 생산한 정상전압인지 혹은 광량이 부족한 비 오는 날이나 어두운 날 혹은 아침시간이나 저녁시간 때에 솔라셀이 생산한 축전지의 충전전압보다 낮은 상태의 저전압인지 확인하기 위한 판별부와, 상기 판별부가 확인한 결과에 따라 정상전압일 경우에는 축전지 쪽으로 전기에너지가 흘러갈 수 있도록 가이드하고 저전압일 경우에는 충전전압 이상으로 승압시켜 버려지던 솔라셀의 전기에너지를 축전지 쪽으로 흘러가도록 가이드하는 승압부와, 상기 판별부가 확인한 결과에 따라서 저전압인 상태이고 축전지를 충전시켜 주기 위한 최저전압 이하로 확인되면, 대기 모드로 전환되면서 솔라셀과의 단선유무를 감시하고 그 결과에 따라 강제출력되게 하는 에러 감지부로 구성된 태양광 전압 승압회로와,
   태양광 전압 승압회로로부터 전압이 들어오게 되면 이를 발진시켜 충전전압을 29V로 하면서 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 반복적으로 충전되게 하는 발진부와, 상기 발진부가 발열되는 것을 최소화하기 위하여 저전압일 경우에는 1초에 400 hz로 발진되게 하고 정상전압일 경우에는 500 hz로 발진되게 하는 선택부와, 상기 발진부에 의해 전기 에너지가 펄스 입력되어 질 때 축전지가 과전압으로 과충전되는 것을 방지하기 위한 과충전방지부로 구성된 충전전압 발진회로와,
   태양광 충전시 필요한 전압, 전류, 과충전, 과방전을 컨트롤하는 한편, 설정된 전압 또는 전류 값에 따라 태양광 전압 승압회로 또는 충전전압 발진회로를 컨트롤하여 안정적으로 충전 혹은 방전되게 컨트롤하는 태양광 전력 제어 CPU로 이루어진 것을 특징으로 하는 충전효율을 향상시킨 고속 태양광 충방전모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   충방전모듈의 케이스 일측에는 엘이디 혹은 엘시디 패널과 함께 하나 이상의 누름 버튼이 형성되거나 별도로 터치패널이 장칙된 디스플레이 패널이 설치된 컨트롤 디스플레이가 연결되어,
   누름 버튼 동작시 혹은 터치 동작시, 축전지의 전기적 능력을 또는 솔라셀이 생산한 전기에너지의 전압, 전류, 전력량 또는 부하 쪽으로 방전되는 전류, 전압, 전력량을 확인할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 충전효율을 향상시킨 고속 태양광 충방전모듈.
6. 제1항에 있어서,
   태양광 전력 제어 CPU는 태양광 전압 승압회로의 저전압 혹은 정상전압의 판별결과에 따라 충전모드 혹은 방전모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 충전효율을 향상시킨 고속 태양광 충방전모듈.

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