KR102232315B1 - 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템 - Google Patents

환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템 Download PDF

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임수연
김창남
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(주)신호엔지니어링
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 환경정보를 이용하여 태양광 발전량을 예측하고, 예측을 기반으로 부하 및 에너지저장을 제어하는 태양광 시스템을 제공한다. 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 복수의 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전부와, 상기 태양광 발전부에서 생산된 전기 에너지의 적어도 일부를 저장하며 필요 시 부하로 전력을 전송하는 에너지 저장부와, 상기 태양광 패널의 설치용량, 발전 시간 및, D+1부터 D+n까지 상기 태양광 발전부가 위치한 지역의 기상정보에 따른 기상 가중치로부터 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하여 상기 에너지저장부의 충전량을 제어하거나 부하의 전력 전송을 제어하는 전력 제어부와, 상기 전력 제어부로부터 예측된 발전량을 전송받아, 사용자에게 디스플레이하는 모니터링부를 포함한다.

Description

환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템{Independent Solar power system based on environmental information}
본 발명은 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게 환경정보를 이용한 독립형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 에너지 수요가 빠르게 증가하면서 전력 부족 현상이 심화되고 있다. 이러한 전력 부족 현상을 해소하기 위해, 발전 및 송배전 시설을 추가 설치함에 따라 사회적 비용이 급증하고 있으며, 전력의 공급확대도 지체되고 있다. 이에 따라, 정부에서도 과거의 공급중심에서 수요관리 중심으로 에너지 정책을 전환하고 있다.
전력의 수요관리란 소비자들의 전력 사용 패턴을 변화시켜 비용은 최소화시키면서 전력수요는 안정적으로 충족시키는 방법이다. 전력의 수요관리는 수요반응과 에너지효율향상으로 나눌 수 있다. 이러한 전력 수요관리를 건물, 가정, 공장에 적용할 경우 그 효과가 크게 나타날 수 있다.
최근에는 태양광 등의 신재생 에너지, LED 조명, ESS (Enery Storage System), 전기자동차, 스마트 미터 등 다양한 스마트 그리드 기술들이 건물에 도입됨에 따라 이들의 통합운전을 통해 건물의 전력 소비량을 제어하는 BEMS (Building Energy Management System), HEMS (Home Energy Management System), FEMS (Factory Management System) 기술에 대한 시장수요가 증가하고 있다.
최근에는 한전전력과 연계되지 않고 태양광 등의 신재생에너지만을 이용하여 독립적인 발전시스템을 구성하고, 구성된 시스템내에서 부하의 효율적인 사용을 위해 배터리 충전량과 부하의 사용량을 예측하여 제어하는 기술에 대한 시장수요가 증가하고 있다.
본 발명은 환경정보를 이용하여 태양광 발전량을 예측하고, 예측을 기반으로 부하 및 에너지저장 상태를 제어하여 발전된 전력의 낭비 및 전력부족에 따른 전력사용의 차단을 방지하기 위한 독립형 태양광발전 시스템에 관한 것이다. 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일측면은, 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 복수의 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전부와, 상기 태양광 발전부에서 생산된 전기 에너지의 적어도 일부를 저장하며 필요 시 부하로 전력을 전송하는 에너지 저장부와, 상기 태양광 패널의 설치용량, 발전 시간 및, D+1부터 D+n까지 상기 태양광 발전부가 위치한 지역의 기상정보에 따른 기상 가중치로부터 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하여 상기 에너지저장부의 충전량을 제어하거나 부하의 전력 전송을 제어하는 전력 제어부와, 상기 전력 제어부로부터 예측된 발전량을 전송받아, 사용자에게 디스플레이하는 모니터링부를 포함하는, 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템을 제공한다.
상기 기상 가중치는 상기 지역의 강수확률에 따른 강수 가중치와, n에 따른 시간 가중치를 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부는, 상기 시간 가중치를 D+1부터 D+n으로 갈수록 감소시켜 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측할 수 있다.
상기 전력 제어부는, 상기 시간 가중치를 D+1로부터 특정 시점까지 제1 가중치로 적용하고, 특정시점 이후 D+n까지 제1 가중치보다 적은 제2 가중치로 적용할 수 있고, 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는 일정할 수 있다.
상기 기상 가중치는 상기 지역의 예상 기온에 따른 가중치인 기온 가중치를 더 포함할 수 있다.
상기 기상 가중치는, 일출 시간 및 일몰 시간에 따른 가중치인 조광 가중치를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부는, 보상치를 적용하여 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템은 외부에서 입력되는 환경정보를 기반으로 발전량을 계산하고 예측하여, 부하 사용량 및 충전량을 제어하여, 에너지저장장치를 안정적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템은 사용자에게 발전예상 발전량에 따른 배터리의 사용현황을 알려줄 수 있으며, 이로 인해 부정기적 부하의 사용가능 시간 및 일정을 알려줌으로써, 발전량이 낮을 때 부하의 과다 사용으로 문제가 될 수 있는 시스템의 방전을 막을 수 있으며, 발전량이 많을 때 배터리가 완전히 충전되어 발전되는 전력을 사용하지 못하고 버리게 되는 문제점을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템은 연결된 부하를 상시 사용 부하와 부정기적 사용 부하로 분류하여 제어하여, 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 실시예에 따른 독립형 태양광 발전 시스템은 태양광 발전부(100), 에너지저장부, 전력 제어부(300) 및 모니터링부(400)를 포함한다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 독립형 태양광 발전 시스템은 필요에 따라 도시된 전력변환부를 더 포함할 수 있다.
태양광 발전부(100)는 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 복수의 태양광 패널을 포함한다. 태양광 발전부(100)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료로 제작된 태양광 패널의 집합체이다.
태양광 패널은 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다. 이와 같은 태양광 패널은 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.
이러한 태양광 패널을 이루는 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상과 비교하여 1개의 셀로부터 출력되는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.
또한, 태양광 패널은 태양으로부터 전달된 입사 광량을 수집해야 하는 특성상 일반적으로 야외에 설치되기 때문에 비, 바람, 먼지 등의 여러 가지 혹독한 환경을 극복하기 위해 셀을 보호하기 위한 다양한 마감재를 패키지로 구성하여 사용한다.
태양광 발전부(100)는 접속반을 포함하며, 접속반은 상기 태양광 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 출력하는 장치로서, 태양광 어레이에서 생산된 전기에너지를 소정의 전압으로 묶어 출력한다. 이때, 상기 접속반은 배선용 차단기, 부스바, 마그네틱 스위치, 다이오드 및 전력용 퓨즈로 구성되는 주회로장치와 안정된 직류 전력을 출력하기 위한 DC/DC 컨버터 등으로 구성된다.
에너지 저장부(200)는 태양광 발전부(100)에서 생산된 전기 에너지의 적어도 일부를 저장하며, 필요 시 부하로 전력을 전송할 수 있다. 이러한 에너지 저장부(200)는 배터리를 포함하며, 일예로, 에너지 저장 장치(ESS:Energy Storage System)일 수 있다. 이러한 에너지 저장부(200)는 도시된 바와 같이 부하와 연결될 수 있다.
ESS는 배터리를 포함하며, 여기서 배터리는 이차 전지로써 납배터리나 리튬이온배터리일 수 있다. 또한, ESS는 전력변환장치(PCS : Power Conversion System)을 포함한다. 전력변환장치는, 배터리에 저장된 직류전력을 직류로 승압하거나 강압하여 부하에 전력을 공급하거나, 태양광 발전부(100)으로부터 공급되는 직류전력을 직류로 승압하거나 강압하여 배터리에 저장을 제어한다. 또는 전력변환장치는 배터리에 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나, 전력계통으로부터 공급되는 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 저장을 제어한다.
ESS는 외부와 통신을 수행하고, 전력변환장치의 제어를 위한 제어부(PMS: POWER MANAGEMENT SYSTEM)를 포함한다. 또한 ESS는 마찬가지로 배터리에도 외부와 통신을 수행하고, 배터리의 제어를 위한 제어부(BMS : BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)를 포함한다.
전력 제어부(300)는 상기 태양광 패널의 설치용량, 발전시간 및 기상정보로부터 태양광 발전부(100)의 발전량을 예측할 수 있다. 여기서 기상정보는 태양광 발전부(100)가 위치한 지역의 기상정보이다. 이때 전력 제어부(300)는 기상청 등으로부터 강수확률, 날씨, 기온, 일출/일몰시간 등을 포함한 기상정보를 정기적 또는 비정기적으로 수신할 수 있다. 예컨대, 전력 제어부(300)은 EMS일 수 있다.
한편, 모니터링부(400)는 전력 제어부(300)로부터 예측된 발전량을 전송받아, 사용자에게 디스플레이할 수 있다.
이하에서 전력 제어부(300)가 기상정보에 따른 기상 가중치로 태양광 발전부(100)의 발전량을 예측하는 것을 상세히 설명한다.
설명에 앞서, D는 특정일을 지칭하며, D+1은 특정일의 다음날, D+2는 다다음날, D+n(n은 정수)은 특정일로부터 n일이 지난 일을 지칭한다. 예를 들어, 특정 일이 오늘이라면, D+1은 내일, D+2는 모레가 된다. 다른 예로, 특정 일이 7월월 31일이면, D+1은 8월 1일, D+2는 8월 2일, D+10은 8월 10일이 된다.
이하에서, 특정 일은 예측하는 현재 시점인 오늘로 설명한다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, D는 현재 시각이며, n은 시간 단위일 수도 있다. 즉, 전력 제어부(300)는 일 단위로 태양광 발전부(100)의 발전량을 예측할 수도 있고, 시간 단위로 태양광 발전부(100)의 발전량을 예측할 수도 있다.
전력 제어부(300)는 D+1부터 D+n까지 기상정보에 따른 기상 가중치와, 설치용량 및 발전시간으로부터 발전량을 예측한다. 예를 들어, 전력 제어부(300)는 장래의 발전량을 설치용량×발전 시간×기상 가중치로 산정할 수 있다. 보다 상세히, 설치용량이 3KW이며, 발전시간이 3시간, D+1의 기상 가중치가 1이면, D+1의 발전량을 9.0KWh로 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 기상 가중치는 태양광 발전부(100)가 설치된 지역의 강수확률에 따른 강수 가중치와 n에 따른 시간 가중치를 포함할 수 있다. 여기서 n은 일 또는 시간에 따른 것일 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 강수확률이 날짜가 지남에 따라 변경된다. 또한, 강수확률이 실제로 적중되는 가능성도 현재로부터 날짜가 지남에 따라 낮아진다. 이러한 것을 반영하여 전력 제어부(300)는 강수 가중치를 강수확률과 날짜(n)에 따라 시간 가중치를 반영하여 발전량을 예측한다.
보다 상세히 설명하면, 강수확률은 구름이 있어 태양광의 양과 관련이 있다. 즉, 강수확률이 높을수록 태양광의 양은 적어져, 발전량이 감소한다. 반대로 강수확률이 낮을수록 태양광의 양이 많아져, 발전량이 증가한다. 따라서 전력 제어부(300)는 강수 가중치를 (1-강수확률/100)로 적용한다.
또한, 현재로부터 날짜가 지날수록 기상 예측이 부정확하다. 즉, 현재 시점에서 D+1의 기상정보 정확도보다 D+4의 기상정보 정확도가 낮다. 따라서, 전력 제어부(300)는 시간 가중치를 D+1부터 D+n으로 갈수록 점차 감소시켜 상기 태양광 발전부(100)의 발전량을 예측한다.
즉, 전력 제어부(300)는 발전량을 설치용량×발전 시간×강수 가중치×시간 가중치로 예측한다. 여기서 강수 가중치는 전술한 바와 같이 (1-강수확률/100)이다.
구체적으로 아래 <표 1>을 참조하여 설명한다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
예상 발전량 6.480 5.040 5.040 2.700 3.150 3.240 2.160 1.260
전술한 바와 같이, 설치용량은 3kW, 발전 시간은 3h로 가정한다.
D+1의 발전 예상 발전량은 3kW×3h×(1-0.2)×0.9로 약 6.480kWh이 된다. 전력 제어부(300)는 D+2, D+3도 마찬가지로 예측한다.
시간 가중치는 위 예시처럼 선형적으로 감소할 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 로그 함수로 감소할 수도 있다. 즉, 시간 가중치는 초반에 급격히 감소하고 현재 시점(D)로부터 멀어질수록 감소폭이 작아질 수 있다.
한편, 다른 일 실시예에 따르면, 전력 제어부(300)는 시간 가중치를 D+1로부터 특정 시점까지 제1 가중치로 적용하고, 특정 시점 이후부터 D+n까지 제1 가중치보다 적은 제2 가중치로 적용할 수 있다. 이때, 제1 가중치와 제2 가중치는 일정할 수 있다.
구체적으로 <표 2>를 참조하여 설명한다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.9 0.9 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
예상 발전량 6.480 5.670 6.480 1.350 1.890 2.430 2.160 1.890
전술한 바와 같이, 설치용량은 3kW, 발전 시간은 3h로 가정한다.
기상정보는 현재와 가까울수록 정확도가 높으며, 현재에서 멀어질수록 정확도가 낮아진다. 따라서 특정 일자까지 동일한 시간 가중치인 제1 가중치를 적용하고, 특정 시점 이후부터 제1 가중치보다 적은 제2 가중치를 적용한다.
구체적으로 1구간인 D+1인 1일부터 특정 시점인 3일까지 제1 가중치인 0.9를 적용하여, 전술한 바와 같이 발전량을 설치용량×발전 시간×(1-강수확률/100)×시간 가중치로 예측한다. 그리고 특정 시점 이후인 4일부터 D+8인 8일까지 제2 가중치를 적용한다.
한편, 또 다른 일 실시예에 따르면, 전력 제어부(300)는 시간 가중치를 D+1로부터 특정 시점까지 제1 가중치로 적용하고, 특정 시점 이후부터 D+n까지 제1 가중치보다 적은 제2 가중치로 적용할 수 있다. 이때, 제1 가중치는 제1 감소율을 가지며, 제2 가중치는 일정할 수 있다.
즉, 아래 표와 같이 예상 발전량이 산정될 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
예상 발전량 6.480 5.040 5.040 1.350 1.890 2.430 2.160 1.890
전술한 바와 같이, 설치용량은 3kW, 발전 시간은 3h로 가정한다.
구체적으로 1구간인 D+1인 1일부터 특정 시점인 3일까지 제1 가중치가 제1 감소율로 감소하며, 이를 적용하여 발전량을 예측한다. 그리고 특정 시점 이후인 4일부터 8일까지 일정한 제2 가중치를 적용하여 발전량을 예측한다.
이때, 제1 가중치의 최소값은 제2 가중치보다 크다.
한편, 또 다른 일 실시예에 따르면, 전력 제어부(300)는 시간 가중치를 D+1로부터 특정 시점까지 제1 가중치로 적용하고, 특정 시점 이후부터 D+n까지 제1 가중치보다 적은 제2 가중치로 적용할 수 있다. 이때, 제1 가중치는 일정하며, 제2 가중치는 제2 감소율로 감소할 수 있다.
즉, 아래 표와 같이 예상 발전량이 산정될 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.9 0.9 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
예상 발전량 6.480 5.40 5.040 2.250 2.520 2.430 1.440 0.630
전술한 바와 같이, 설치용량은 3kW, 발전 시간은 3h로 가정한다.
구체적으로 1구간인 D+1인 1일부터 특정 시점인 3일까지 일정한 제1 가중치를 적용하여 발전량을 예측한다. 그리고 특정 시점 이후인 4일부터 8일까지 제2 감소율로 감소하는 제2 가중치를 적용하여 발전량을 예측한다.
한편, 또 다른 일 실시예에 따르면, 전력 제어부(300)는 시간 가중치를 D+1로부터 특정 시점까지 제1 가중치로 적용하고, 특정 시점 이후부터 D+n까지 제1 가중치보다 적은 제2 가중치로 적용할 수 있다. 이때, 제1 가중치는 제1 감소율로 감소하며, 제2 가중치는 제2 감소율로 감소할 수 있다.
즉, 아래 표와 같이 예상 발전량이 산정될 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
예상 발전량 6.480 5.040 5.040 2.250 2.520 2.430 1.440 0.630
전술한 바와 같이, 설치용량은 3kW, 발전 시간은 3h로 가정한다.
구체적으로 1구간인 D+1인 1일부터 특정 시점인 3일까지 제1 감소율로 감소하는 제1 가중치를 적용하여 발전량을 예측한다. 그리고 특정 시점 이후인 4일부터 8일까지 제2 감소율로 감소하는 제2 가중치를 적용하여 발전량을 예측한다.
이때, 제1 가중치의 최소값은 제2 가중치의 최대값보다 크다.
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 전력 제어부(300)는 기상 가중치를 지역의 기온에 따라 발전량을 예측하는 할 수 있다. 보다 상세히, 기상 가중치는 태양광 발전부(100)가 설치된 지역의 예상 기온에 따른 가중치인 기온 가중치를 포함할 수 있다. 이때, 기온 가중치는 복수의 온도 범위에 따른 가중치일 수 있다. 이때 기온은 최고 기온일 수 있다.
일반적으로 태양광 패널은 25℃에서 최대 효율로 발전하므로, 25℃부근의 기온 가중치를 1로 산정한다. 예를 들어, 기온 가중치는 13~17℃ 범위에서 0.6, 18~22℃ 범위에서 0.8, 23~27℃ 범위에서 1. 28~32℃ 범위에서 0.8일 수 있다.
그리고 전력 제어부(300)는 설치용량×발전시간×기온 가중치를 계산하여 발전량을 예측할 수 있다. 예를 들어 아래 표와 같이 발전량을 예측할 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
기온(℃) 22 22 24 24 24 24 22 24
기온
가중치		 0.8 0.8 1 1 1 1 0.8 0.1
예상
발전량		 7.200 7.200 9.000 9.000 9.000 9.000 7.200 0.900
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 기상 가중치는 전술한 강수 가중치, 시간 가중치 및 전술한 기온 가중치를 포함할 수 있다. 즉 전력 제어부(300)는 강수 가중치, 시간 가중치와 기온 가중치를 모두 적용하여 발전량을 예측할 수 있다. 시간 가중치에 따른 실시예들 각각에 기온 가중치를 적용할 수 있다.
아래 표를 예로 들면, 전력 계산부는 설치용량×발전시간×강수 가중치×시간가중치×기온가중치로 발전량을 예측할 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
기온(℃) 22 22 24 24 24 24 22 24
기온 가중치 0.8 0.8 1 1 1 1 0.8 0.1
예상 발전량 5.184 4.032 5.040 2.250 2.520 2.430 1.152 0.063
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 기상 가중치는 전술한 시간 가중치와 조광 가중치를 포함할 수 있다. 즉 전력 제어부(300)는 시간 가중치와 조광 가중치를 모두 적용하여 발전량을 예측할 수 있다. 시간 가중치에 따른 실시예들 각각에 조광 가중치를 적용할 수 있다.
일반적으로 태양광 패널의 발전 시간은 대략 일당 3시간에서 4시간 정도이다. 이러한 발전 시간은 일출/일몰 시간에 따라 늘어나거나 감소할 수 있다. 일몰 시간에서 일출 시간을 뺀 값에 따라 조광 가중치를 산정한다.
예를 들어, 춘분(春分) 시 일몰 시간에서 일출 시간을 뺀 일광시간은 대략 12시간이다. 그리고 동지의 일광 시간은 9시간 30분이며, 하지의 일광 시간은 14시간 35분이다. 이에 따라 아래와 같이 조광 가중치를 산정할 수 있다.
일광
시간		 9시간 30분 ~ 11시간 11시간 01분 ~13시간 30분 13시간 31분~14시간 30분
조광
가중치		 0.85 1 1.15
전력 계산부는 설치용량×발전시간×(1-강수확률/100)×시간가중치×기온 가중치×조광 가중치로 발전량을 예측할 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
일몰-일출 10h 10h 10h 10h 10h 10h 10h 10h
조광
가중치		 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
예상
발전량		 5.508 4.284 4.284 1.913 2.142 2.066 1.224 0.536
한편, 또 다른 실시예에 따르면, 기상 가중치는 전술한 시간 가중치, 기온 가중치 및 조광 가중치를 포함할 수 있다. 즉 전력 제어부(300)는 시간 가중치, 기온 가중치, 조광 가중치를 모두 적용하여 발전량을 예측할 수 있다. 시간 가중치에 따른 실시예들 각각에 기온 가중치 및 조광 가중치를 적용할 수 있다.
전력 계산부는 설치용량×발전시간×(1-강수확률/100)×시간가중치×조광 가중치로 발전량을 아래 표와 같이 예측할 수 있다.
8월 1일
(D+1)		 8월 2일
(D+2)		 8월 3일
(D+3)		 8월 4일
(D+4)		 8월 5일
(D+5)		 8월 6일
(D+6)		 8월 7일
(D+7)		 8월 8일
(D+8)
강수
확률		 20% 30% 20% 50% 30% 10% 20% 30%
시간
가중치		 0.9 0.8 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
기온(℃) 22 22 24 24 24 24 22 24
기온
가중치		 0.8 0.8 1 1 1 1 0.8 0.1
일몰-일출 10h 10h 10h 10h 10h 10h 10h 10h
조광 가중치 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
예상 발전량 4.406 3.427 4.284 1.913 2.142 2.066 0.979 0.054
한편, 이렇게 가중치를 적용하면, 실제 발전량과 예상 발전량과 차이가 발생할 수 있다. 이를 보정하기 위하여, 전력 제어부(300)는 보상치를 적용할 수 있다. 예Y 를어, 보상치는 실제 발전량에서 1일 예측 발전량을 나눈 값이 될 수 있다.
예측 확률이 가장 높은 것은 n이 1인 날이다. 따라서 D+1의 예측 발전량과, D+1의 실제 발전량을 나눠 보상치를 산정하고, D+2에 반영하여 발전량을 예측한다.
예컨대, 표 10을 참조하면, 7월 31일에 예측한 8월 1일의 발전량은 5.497kWh이다. 만약 전력 제어부(300)는 8월 1일 저녁 또는 8월 2일 일찍에 8월 1일의 발전량을 수집할 수 있다. 이때, 전력 제어부(300)는 (8월 1일의 실제 발전량)/(8월 1일의 예상 발전량)을 계산하여 8월 1일의 보상치를 산출한다.
그리고 전력 제어부(300)는 이 보상치를 8월 2일의 예상 발전량을 예측하는데 적용한다. 즉, 전력 제어부(300)는 설치용량×발전시간×강수 가중치×시간 가중치×기온 가중치×조광 가중치×보상치로부터 8월 2일의 발전량을 예측한다.
이때, 보상치는 여러 단계에서 적용될 수 있다. 즉, 보상치는 강수 가중치와 시간 가중치로부터 발전량을 예측할 때 적용될 수 있다. 또는, 조광 가중치를 적용할 때 함게 적용될 수도 있다.
이러한 보상치가 누적됨에 따라 전력 제어부(300)는 빅데이터 분석을 통해 보다 정확하게 발전량을 예측할 수 있다.
한편, 전력 제어부(300)는 사용자에게 모니터링부(400)를 통해 에너지 저장부(200)의 배터리 사용현황을 알려줄 수 있다. 전력 제어부(300)는 예측 발전량에 따라 에너지 저장부(200)의 배터리의 충전량을 조절할 수 있다.
예를 들어, 전력 제어부(300)는 발전량이 많을 것으로 예상되면, 에너지 저장부(200)로부터 전기 에너지를 부하로 전송하거나, 현재 발전된 전기 에너지를 부하로 전송할 수 있다. 또는, 발전량이 부족하거나 배터리 충전량이 낮아질 것으로 예상되면, 정기적 부하(610)와 부정기적 부하(620) 중 부정기적 부하(620)를 차단할 수 있다.
여기서 부하는 사무실, 주택, 아파트, 건물, 공장 등으로서 전력을 소비하는 소비자에 해당한다. 그리고 전력 변환부(500)는 에너지 저장부와 부하 사이에 연결되어 DC를 AC로 변환하는 인버터이다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 부하가 직류인 경우, DC/DC 컨버터일 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 태양광 발전부
200: 에너지 저장부
300: 전력 제어부

Claims (7)

  1. 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 복수의 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전부;
    상기 태양광 발전부에서 생산된 전기 에너지의 적어도 일부를 저장하며, 필요 시 부하로 전력을 전송하는 에너지 저장부;
    상기 태양광 패널의 설치용량, 발전 시간 및, D+1부터 D+n까지 상기 태양광 발전부가 위치한 지역의 기상정보에 따른 기상 가중치로부터 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하여, 상기 에너지저장부의 충전량을 제어하거나 부하의 전력 전송을 제어하는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부로부터 예측된 발전량을 전송받아, 사용자에게 디스플레이하는 모니터링부;
    를 포함하고,
    상기 기상 가중치는, 상기 지역의 강수확률을 수신하고 상기 강수확률을 (1-강수확률/100)에 대입하여 산출된 강수 가중치와, n에 따른 시간 가중치를 포함하며,
    상기 전력 제어부는 상기 설치용량, 상기 발전 시간, 상기 강수 가중치, 상기 시간 가중치를 곱하여 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하며,
    상기 전력 제어부는, 상기 시간 가중치를 D+1부터 D+n으로 갈수록 선형적으로 감소시켜, 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하며,
    상기 기상 가중치는, 상기 지역의 예상 기온에 따른 가중치이며 13~17℃ 범위에서 0.6, 18~22℃ 범위에서 0.8, 23~27℃ 범위에서 1. 28~32℃ 범위에서 0.8인 기온 가중치를 더 포함하며,
    상기 기상 가중치는, 일출 시간 및 일몰 시간에 따른 가중치이며 일광 시간이 9시간 30~11시간 사이인 경우 0.85, 11시간 01분~ 13시간 30분 사이인 경우 1, 13시간 31분~14시간 30분 사이인 경우 1.15인 조광 가중치를 더 포함하는, 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 제어부는,
    보상치를 적용하여 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측하는, 환경정보 기반 독립형 태양광 발전 시스템.
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