KR102407640B1 - apparatus for generating and storing electricity using sunlight - Google Patents

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Abstract

태양전지 셀로부터 전기에너지를 공급받는 저장소측 혹은 중간 경로 상에 셀로부터의 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단을 구비하여, 혹은 태양 전지 셀에서 생산되는 전자와 홀의 이동을 활성화시키기 위하여 태양 전지에서 생산되는 전기 에너지를 능동적으로 가져가는 회로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 및 저장 장치가 개시된다. 이때 경로 상에서 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단으로서, 도선을 통해 태양전지 셀과 연결된 복수의 서로 병렬로 연결되는 임시 에너지 저장소와, 태양전지 셀과 임시 에너지 저장소들 사이에서 태양전지 셀에서 발생하여 이동한 전하를 복수의 임시 에너지 저장소 가운데 어떤 것에 저장할 지를 선택하는 채널 선택기를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 임시 에너지 저장소와 채널 선택기 추가로 태양 전지 셀에서 생산되는 전기 에너지를 매우 짧은 시간 동안 연결하여 복수의 임시 에너지 저장소에 돌입전류 형태로 전기에너지 저장이 이루어져 태양 전지 셀 내에서 신속하게 전하가 저장소로 이동할 수 있고, 발전과 저장 효율을 높일 수 있으며, 이런 효과를 저비용으로 실현할 수 있다. Produced in a solar cell in order to activate the movement of electrons and holes produced in the solar cell, or equipped with a means for accelerating the transfer of charges from the cell on the storage side or intermediate path supplied with electric energy from the solar cell Disclosed is a photovoltaic power generation and storage device, characterized in that it comprises a circuit that actively takes electrical energy to be used. At this time, as a means for accelerating charge transfer on the path, a plurality of temporary energy storages connected to each other in parallel connected to the solar cells through conducting wires, and the solar cells generated and moved between the solar cells and the temporary energy storages It may have a channel selector that selects in which one of the plurality of temporary energy stores a charge is stored.
According to the present invention, the electrical energy produced in the solar cell is connected for a very short time by adding a temporary energy storage and a channel selector, and electrical energy is stored in the form of inrush current in a plurality of temporary energy storages, so that the electrical energy is rapidly charged in the solar cell. can be moved to storage, and the efficiency of power generation and storage can be increased, and this effect can be realized at low cost.

Figure R1020200067283
Figure R1020200067283

Description

태양광 발전 및 저장 장치{apparatus for generating and storing electricity using sunlight}Solar power generation and storage device {apparatus for generating and storing electricity using sunlight}

본 발명은 태양광 발전 및 저장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 셀 내의 전하 축적 및 전자와 홀 결합에 의한 자체 소멸을 줄일 수 있도록 저장소로의 이송 효율을 높일 수 있는 태양광 발전 및 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation and storage device, and more particularly, photovoltaic power generation and storage capable of increasing the transfer efficiency to a storage to reduce charge accumulation in a solar cell and self-dissipation due to electron and hole coupling It's about the device.

산업 현장과 일상 생활에 다양한 에너지원이 사용되고 있으며, 그 가운데 근래에 각광받고 있는 재생에너지원으로 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양광 발전 장치가 있다. Various energy sources are used in industrial sites and daily life, and among them, there is a photovoltaic power generation device that generates electricity using sunlight as a renewable energy source that has been spotlighted in recent years.

기존에 사용되었던 화석연료 에너지원과 원자력은 최근 환경오염 및 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화를 방지, 방사성 물질에 의한 방사능에 의한 오염 위협 등을 이유로 사용이 제한될 필요가 점차 크게 대두되고 있으며, 그에 대한 대안 에너지원으로 풍력 발전, 태양광 발전이 많이 연구되고 다양한 형태로 발전 시설들이 건설되고 있다.The need to limit the use of fossil fuel energy sources and nuclear power, which have been used previously, is gradually emerging for reasons such as prevention of global warming due to environmental pollution and carbon dioxide emission, and the threat of contamination by radioactivity by radioactive materials. As an alternative energy source, wind power generation and solar power generation are being studied a lot, and power generation facilities are being built in various forms.

태양광을 이용한 발전은 태양열을 이용한 발전과 태양전지를 이용한 발전으로 나누어질 수 있으며, 최근에는 발전 효율면에서 우월한 태양전지를 이용한 태양광 발전이 더 중심적으로 이루어지고 있다.Power generation using solar power can be divided into power generation using solar heat and power generation using solar cells.

태양전지 발전은 실리콘과 같은 반도체 물질이 태양광을 받을 때 이루어지는 광전현상을 이용한 것으로, 최근 태양전지는 정형화된 모듈 형태로 생산되고 이들을 다양한 공간에 설치하여 각 모듈에서 생산된 전기를 모아서 사용하게 된다.Solar cell power generation utilizes the photoelectric phenomenon that occurs when a semiconductor material such as silicon receives sunlight. .

도1은 PN 정션을 가진 반도체 소자를 구비하여 이루어지는 태양전지 셀(cell)에서의 태양광을 받을 때의 기전력 발생을 나타내는 개념도이며, 이러한 태양전지 셀에서 태양광을 받을 때 각 영역에서의 전하 생성과 이동에 대해서는 기존에 잘 알려져 있다.1 is a conceptual diagram illustrating the generation of electromotive force when receiving sunlight in a solar cell including a semiconductor device having a PN junction, and generation of electric charge in each region when receiving sunlight in such a solar cell. and movement are well known.

태양전지 셀에서는 태양광을 받으면 각 영역에서 전하를 가지고 이동할 수 있는 하전 입자인 자유전자 혹은 홀(hole:정공)이 발생하고, 발생된 자유전자나 홀이 누적되어 일정 범위 내에서 내부적인 전위차가 커지고, 이를 도선을 통해 부하와 연결하면 하전 입자가 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 전류의 세기는 발생하는 전하의 양과 흘러가는 전하의 양의 균형이 이루지도록 하는 세기가 된다. In a solar cell, when sunlight is received, free electrons or holes, which are charged particles that can move with electric charge in each region, are generated, and the generated free electrons or holes are accumulated, resulting in an internal potential difference within a certain range. When it becomes larger and is connected to a load through a conductor, the charged particles move and current flows. The strength of the current is such that the amount of generated charge and the amount of flowing charge are balanced.

그런데 기존 태양전지 셀에서는 생산되는 전기 에너지 혹은 전하를 외부에 연결된 부하 혹은 저장장치는 수동적으로 가져 간다. 즉 태양 전지에서 흘러나오는 전기 에너지의 양에 따라 외부 에너지 저장소에 전기에너지 저장이 이루어지는 방식이다.However, in the existing solar cell, an externally connected load or storage device passively takes the electrical energy or charge produced. That is, it is a method in which electric energy is stored in an external energy storage according to the amount of electric energy flowing from the solar cell.

도2는 기존의 태양광 발전 및 저장 장치의 일 예의 구성 개념을 나타내는 박스형 구성도이다. 여기서 n 개의 태양전지 셀(10)에서 발생된 전기에너지는 전하의 형태로 도선을 통해 전력조절장치(MPPT: 20)와 인버터(30)를 거쳐 외부 부하로 전달되어 직접 사용되거나, 이차전지, 축전기와 같은 에너지 저장소(ESS: 40)에 저장된다. 물론 에너지 저장소에 저장된 전기에너지는 외부 부하(50)와 연결되어 전달되고 사용될 수 있다.2 is a box-type configuration diagram illustrating a configuration concept of an example of a conventional solar power generation and storage device. Here, the electrical energy generated by the n solar cells 10 is transferred to an external load through a power control device (MPPT: 20) and an inverter 30 through a conducting wire in the form of electric charge and is directly used, or a secondary battery or a capacitor It is stored in the same energy storage (ESS: 40). Of course, the electrical energy stored in the energy storage may be transmitted and used in connection with the external load 50 .

통상 태양전지모듈이 조합되어 태양전지 어레이를 구성하고 어레이에 의해 발생된 전력은 태양전지가 가지는 고유의 동작점 전압과 전류의 차이뿐만 아니라 일사량의 변동, 외기온도의 변동, 부하 조건에 따른 변동에 영향을 받기 때문에 25℃ 100W/m2의 표준조건에서 발생되는 전력을 항상 지속적으로 생산할 수는 없다. 따라서 어레이에서 발생된 전력을 조절하여 최대전력점을 검출하여 동작할 수 있도록 하는 최대전력점추적제어(Maximum Power Point Tracking Control, MPPT)를 수행하여 최대전력점에서 동작하도록 한다. 인버터에서는 DCTAC방식(스위칭회로 모듈단에서 MPPT를 수행)을 이용하여 소자수를 절감하여 생산비를 낮춘다.In general, solar cell modules are combined to form a solar cell array, and the power generated by the array is not only dependent on the difference between the operating point voltage and current of the solar cell, but also with variations in solar radiation, outside temperature, and load conditions. Because of the influence, it is not always possible to continuously produce the power generated in the standard condition of 25℃ 100W/m 2 . Therefore, Maximum Power Point Tracking Control (MPPT), which detects and operates the maximum power point by adjusting the power generated in the array, is performed to operate at the maximum power point. The inverter uses the DCTAC method (MPPT is performed at the switching circuit module stage) to reduce the number of elements and lower the production cost.

그런데 태양 전지에서 생성된 전자(electron)와 홀(hole) 혹은 정공은 외부로 연결된 외부 회로(부하 혹은 저장소)로 이동하는 것들도 있지만, 태양 전지의 셀 내부에 남아 있거나 내부에서 전자와 전공의 재결합 현상으로 인하여 열을 내면서 소멸되기도 한다.However, some electrons, holes, or holes generated in the solar cell move to an external circuit (load or storage) connected to the outside, but remain inside the cell of the solar cell or recombination of electrons and electrons inside As a result, it is destroyed by heating.

특히 에너지 저장소에 저장되는 전기에너지가 많아지면 에너지 저장소의 전위가 높아지면서 셀에서 발생한 전하가 수동적으로 에너지 저장소로 흘러들어가는 것은 점차 어렵게 되며, 자체적으로 소멸되는 현상이 증가되고, 셀 내의 자체 열발생은 늘어나 전도도가 떨어질 수 있고, 이로써 전하 이동의 효율은 더욱 떨어지고, 소자 열화 현상이 더욱 증가할 수 있다.In particular, when the amount of electrical energy stored in the energy storage increases, as the potential of the energy storage increases, it becomes increasingly difficult for the charges generated in the cell to passively flow into the energy storage. It may be stretched and the conductivity may be lowered, thereby further reducing the efficiency of charge transfer and further increasing device degradation.

따라서, 기존의 태양전지에서는 태양전지판의 셀에서 발생한 전하를 전기 에너지 저장소로 모아서 저장하는 데 있어서 전반적으로 효율성이 떨어지는 문제가 있다.Therefore, in the conventional solar cell, there is a problem in that the overall efficiency in collecting and storing the electric charge generated in the cell of the solar panel in the electrical energy storage is low.

한편 전기 회로에서 서지 전류(surge current), 돌입 전류가 통상적으로 문제가 되는 경우가 많다. 돌입 전류(inrush current)는 전기기기 또는 전자기기에 전원을 연결하는 순간에 정상전류보다 과도하게 흐르는 전류를 지칭한다. 즉, 돌입전류는 전원 온/오프(On/Off) 동작에서 발생하며, 높은 전기 에너지 준위의 요소와 낮은 전기 에너지 준위의 요소가 전기적으로 연결되어 전위차가 커질 때 현저하게 발생한다.On the other hand, surge current and inrush current in electrical circuits are usually a problem in many cases. The inrush current refers to a current that flows excessively than the normal current at the moment when power is connected to an electric device or an electronic device. That is, the inrush current is generated in the power on/off operation, and is significantly generated when the potential difference becomes large when the element of the high electric energy level and the element of the low electric energy level are electrically connected.

이런 돌입 전류는 통상적으로 계산된 정상상태의 전류 수치보다 큰 전류가 회로에 흐르도록 하여 회로 소자를 열화, 파괴할 수 있고, 제어가 어려운 전류로 주로 열작용에 의해 에너지를 쓸모없이 단순 소모시키는 경우가 많으며, 이런 문제를 없애기 위해 돌입 전류를 줄이는 방법, 회로 요소의 설치가 흔히 이루어지게 된다. This inrush current causes a current larger than the normally calculated steady-state current to flow through the circuit, which can deteriorate and destroy circuit elements. There are many, and in order to eliminate this problem, the method of reducing the inrush current and the installation of circuit elements are often made.

대한민국 특허출원 10-2012-0071150Korean Patent Application 10-2012-0071150 대한민국 특허출원 10-2005-0012943Korean Patent Application 10-2005-0012943 대한민국 특허공개 10-2007-0033395Korean Patent Publication 10-2007-0033395 대한민국 특허출원 10-2010-0098208Korean Patent Application 10-2010-0098208

본 발명은 상술한 종래의 태양광 발전 및 저장 장치의 문제점을 경감시키기 위한 것으로, 태양전지 셀에서 발생한 전하를 빠르고 손실없이 전기에너지 저장소로 이동시켜 저장할 수 있는 태양광 발전 및 저장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to alleviate the problems of the conventional photovoltaic power generation and storage device described above, and to provide a photovoltaic power generation and storage device capable of quickly moving and storing the electric charge generated in the solar cell to an electric energy storage without loss The purpose.

본 발명은 발생된 전기에너지의 저장시 발생된 전하가 저장소로 이동 전에 셀 내부에서의 자체적 소멸되는 것을 줄이고 저장 효율을 높일 수 있는 태양광 발전 및 저장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation and storage device capable of reducing the self-disappearance of electric charges generated during storage of the generated electrical energy within the cell before moving to the storage and increasing the storage efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 발전 및 저장 장치는,Solar power generation and storage device of the present invention for achieving the above object,

태양전지 셀로부터 전기에너지를 공급받는 저장소측 혹은 중간 경로 상에 셀로부터의 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단을 구비하여, 혹은 태양 전지 셀(solar cell, photovoltaic cell)에서 생산되는 전자(electron)와 정공(positive hole)의 이동(움직임)을 활성화시키기 위하여 태양 전지에서 생산되는 전기 에너지를 능동적으로 가져가는 회로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A means for promoting charge transfer from the cell is provided on the storage side or an intermediate path supplied with electric energy from the solar cell, or electrons produced in the solar cell (photovoltaic cell) and In order to activate the movement (movement) of the positive hole, it is characterized in that the circuit is provided with a circuit that actively takes the electric energy produced by the solar cell.

본 발명의 태양광 발전 및 저장 장치는 태양전지 셀과 주된 에너지 저장소를 연결하는 경로 상에서 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단으로서, 도선을 통해 태양전지 셀과 연결된 복수의 서로 병렬로 연결되는 임시 에너지 저장소와, 태양전지 셀과 임시 에너지 저장소들 사이에서 태양전지 셀에서 발생하여 이동한 전하를 복수의 임시 에너지 저장소 가운데 어떤 것에 저장할 지를 선택하는 채널 선택기(channel selector: 임시 저장소 선택 장치)를 더 구비하여 이루어지는 것일 수 있다. The photovoltaic power generation and storage device of the present invention is a means capable of promoting charge transfer on a path connecting a solar cell and a main energy storage, and a plurality of temporary energy storage devices connected in parallel with the solar cell through a conducting wire. and a channel selector (temporary storage selection device) for selecting which of the plurality of temporary energy storages to store electric charges generated and moved in the solar cell between the solar cell and the temporary energy storage. it could be

이때 채널 선택기는 임시 에너지 저장소의 에너지의 일정 비율 이상이 돌입전류를 통해 채워지도록, 선택되는 임시 에너지 저장소를 빠른 주기로 변동시키도록 이루어지는 것일 수 있다. In this case, the channel selector may be configured to change the selected temporary energy storage in a fast cycle so that a certain percentage of the energy of the temporary energy storage is filled through the inrush current.

이때, 채널 선택기가 임시 에너지 저장소에 에너지를 저장하도록 연결을 할당하는 비율(duty)는 반드시 단위량 1을 임시 에너지 저장소의 갯수 m으로 나눈 것이 될 필요는 없다. In this case, the duty of the channel selector to allocate a connection to store energy in the temporary energy storage does not necessarily have to be the unit amount 1 divided by the number m of the temporary energy storage.

본 발명에서 임시 에너지 저장소와 주된 에너지 저장소 사이에는 전기 에너지가 채워진 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 주된 에너지 저장소로 옮기는 역할을 하는 인버터가 더 구비될 수 있다.In the present invention, an inverter serving to transfer electrical energy of the temporary energy storage filled with electrical energy to the main energy storage may be further provided between the temporary energy storage and the main energy storage.

이때 인버터는 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 일정 비율 이상이 돌입전류로 전달될 수 있도록 주된 에너지 저장소와 연결하는 역할을 하는 것일 수 있다. 즉, 인버터는 채널 선택기와 같이 복수 개의 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 일정 비율 이상이 돌입전류로 전달될 수 있도록 주된 에너지 저장소와 빠른 주기로 선택적으로 연결을 바꾸는 역할을 하도록 이루어지는 것일 수 있다.In this case, the inverter may serve to connect the electrical energy of the temporary energy storage to the main energy storage so that a predetermined ratio or more can be transferred as an inrush current. That is, the inverter may be configured to selectively change the connection between the main energy storage and the main energy storage in a fast cycle so that a predetermined ratio or more of the electrical energy of the plurality of temporary energy storages can be transferred as inrush current, such as a channel selector.

본 발명에서 인버터는 복수 개의 임시 에너지 저장소 가운데 충전된 임시 에너지 저장소를 선택하여 상기 충전된 임시 에너지 저장소의 전기에너지가 초기 상태로 비워질 때까지 주된 에너지 저장소와 연결시키고 비워지면 연결을 차단하고 다른 채워진 임시 에너지 저장소로 연결을 바꾸는 역할을 하도록 이루어지는 것일 수 있다. In the present invention, the inverter selects a charged temporary energy storage from among a plurality of temporary energy storages, connects to the main energy storage until the electric energy of the charged temporary energy storage is emptied to an initial state, and disconnects the connection when empty This may be done to serve as a switch to a temporary energy store.

본 발명에 따르면 기존에 설치된 태양광 발전 및 저장 장치에 본 발명에서 제안하는 복수의 임시 에너지 저장소와 채널 선택기를 설치하고 채널 선택기를 통해 태양전지 셀에서 발생하는 전기에너지를 임시 저장할 임시 에너지 저장소를 빠르게 교체하면서 선택하여 임시 에너지 저장소의 상당 부분의 전기에너지를 돌입 전류를 이용하여 빠르게 저장하고, 이렇게 임시 에너지 저장소에 저장된 에너지를 주된 에너지 저장소로 이송하여 결국 태양전지 셀에서 주된 에너지 저장소로의 전기에너지 이송을 효율적이고 신속하게 할 수 있다. According to the present invention, a plurality of temporary energy storages and a channel selector proposed in the present invention are installed in an existing photovoltaic power generation and storage device, and a temporary energy storage for temporarily storing electrical energy generated from a solar cell is quickly created through the channel selector. By selecting while replacing, a significant portion of the electrical energy of the temporary energy storage is rapidly stored using inrush current, and the energy stored in the temporary energy storage is transferred to the main energy storage, eventually transferring the electrical energy from the solar cell to the main energy storage. can be done efficiently and quickly.

본 발명에 따르면 임시 에너지 저장소와 채널 선택기를 이용하여 태양전지 셀 내에 발생한 이동가능한 하전 입자가 저장소로 신속하게 옮겨질 수 있으므로 이들 하전 입자가 태양전지 셀에 상당 시간 잔류하고, 그 기간 중에 서로 반대 하전 입자와 결합하여 전기에너지가 열에너지로 소모되는 문제를 줄일 수 있다.According to the present invention, the mobile charged particles generated in the solar cell can be quickly transferred to the storage using the temporary energy storage and the channel selector, so that these charged particles remain in the solar cell for a considerable period of time, during which time the oppositely charged particles Combined with particles, it is possible to reduce the problem of electrical energy being consumed as thermal energy.

본 발명에 따르면 태양 전지 셀에서 생산되는 전기 에너지를 매우 짧은 시간, 가령 1초에서 수 밀리초 동안 연결하여 전기에너지를 저장할 수 있도록 하는 임시 에너지 저장소 및 채널 선택기 구성 추가를 통해 저비용, 소형 경량 장비로 에너지 저장 효율을 증가시킬 수 있다. According to the present invention, the electrical energy produced by the solar cell is connected for a very short period of time, for example, from 1 second to several milliseconds, and a temporary energy storage and channel selector configuration that can store the electrical energy are added to a low-cost, small and lightweight equipment. Energy storage efficiency can be increased.

본 발명에 따르면 에너지 저준위 상태의 임시 에너지 저장소와 태양전지 셀을 채널 선택기가 단속적으로 연결되면 발생하는 돌입 전류가 태양전지 셀에서 저장소로의 전하 이동에 대해 트리거 역할을 하여 셀 내의 전하의 외부 방출이 급격히 이루어질 수 있어서 전하의 이동이 활성화되어 에너지 저장 효율을 증가시킬 수 있다. According to the present invention, when the channel selector is intermittently connected to the temporary energy storage in the low energy state and the solar cell, the inrush current acts as a trigger for the charge transfer from the solar cell to the storage, so that the external discharge of the charge in the cell is prevented. This can be done rapidly, so that the transfer of charges is activated, thereby increasing energy storage efficiency.

도1은 일반적 태양전지 셀에서 전기에너지 혹은 전하 발생이 이루어지는 현상을 설명하기 위한 개념도,
도2는 기존의 태양전지 셀과 전기 에너저 저장소를 구비한 태양광 발전 및 저장 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성 개념도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 및 저장 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성 개념도,
도4 및 도5는 복수의 태양전지 셀이 직렬로 연결되거나 직렬 및 병렬로 연결되는 다른 실시예에 따른 태양광 발전 및 저장 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성 개념도들,
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 태양광 발전 및 저장 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성 개념도이다.1 is a conceptual diagram for explaining a phenomenon in which electric energy or charge is generated in a general solar cell;
2 is a configuration conceptual diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic power generation and storage device having an existing solar cell and an electric energy storage;
3 is a configuration conceptual diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic power generation and storage device according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are configuration conceptual diagrams schematically showing the configuration of a photovoltaic power generation and storage device according to another embodiment in which a plurality of solar cells are connected in series or connected in series and in parallel;
6 is a configuration conceptual diagram schematically showing the configuration of a photovoltaic power generation and storage device according to another embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples with reference to the drawings.

도3을 참조하면 태양광 발전 및 저장 장치는 기존과 같이 태양전지 셀(10)과 주된 에너지 저장소(140)를 구비하는 것에 더하여 도선을 통해 태양전지 셀(10)과 연결된 복수의 서로 병렬로 연결되는 임시 에너지 저장소(130)와, 태양전지 셀(10)과 임시 에너지 저장소(130)들 사이에서 태양전지 셀(10)에서 발생하여 이동한 전하를 복수의 임시 에너지 저장소(130) 가운데 어떤 것에 저장할 지를 선택하는 채널 선택기(120: 임시 저장소 선택 장치)를 더 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3 , the photovoltaic power generation and storage device includes a plurality of solar cells 10 and a main energy storage 140 as in the prior art, as well as a plurality of solar cells 10 and connected in parallel with each other through conducting wires. The temporary energy storage 130 to be used, and the electric charge generated and moved in the solar cell 10 between the solar cell 10 and the temporary energy storage 130 is stored in any of the plurality of temporary energy storage 130 . It further comprises a channel selector 120 (temporary storage selection device) for selecting the location.

여기서 이러한 임시 에너지 저장소(130)와 채널 선택기(120)는 태양전지 셀(10)로부터 전기에너지를 공급받는 저장소측 혹은 중간 경로 상에서 태양전지 셀로부터의 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단으로서, 태양 전지에서 생산되는 전기 에너지를 능동적으로 주된 에너지 저장소(140)로 가져가도록 하는 역할을 한다. Here, the temporary energy storage 130 and the channel selector 120 are means capable of accelerating charge transfer from the solar cell on the storage side or an intermediate path receiving electrical energy from the solar cell 10, and the solar cell It serves to actively take the electrical energy produced in the main energy storage (140).

여기서 태양전지 셀(10)은 복수개 가령 n개가 서로 병렬로 결합되어 도선을 통해 채널 선택기(120)와 연결되고, 채널 선택기(120)는 다시 복수 개의 가령 m 개의 임시 에너지 저장소(130)와 연결된다. 채널 선택기(120)는 병렬로 결합된 태양전지 셀(10)들과 개개의 임시 에너지 저장소(130)가 도선을 통해 서로 연결되거나 차단되도록 선택적으로 스위칭하는 역할을 한다.Here, a plurality of, for example, n solar cells 10 are coupled in parallel to each other and connected to the channel selector 120 through a conducting wire, and the channel selector 120 is again connected to a plurality of, for example, m temporary energy storages 130 . . The channel selector 120 serves to selectively switch the solar cells 10 coupled in parallel and the individual temporary energy storage 130 to be connected or blocked with each other through a conducting wire.

가령, 채널 선택기는 처음에는 태양전지 셀들이 첫번째 임시 에너지 저장소와 연결되도록 하고, 다음으로 이 연결을 끊고 두번째 임시 에너지 저장소와 연결되도록 한다. 이런 방식으로 차례로 이전의 임시 에너지 저장소와 연결을 끊고 다음 임시 에너지 저장소와 연결을 시키고, 최종적으로 m번째 임시 에너지 저장소와 연결시킨 다음에는 다시 이 연결을 끊고 첫번재 임시 에너지 저장소와 연결을 하며, 이런 방식으로 순차적 주기적으로 태양전지 셀들과 각 임시 에너지 저장소 사이의 연결과 차단을 이어갈 수 있다.For example, a channel selector initially causes the solar cells to connect to a first temporary energy storage, then disconnects this connection and connects to a second temporary energy storage. In this way, in turn, disconnect from the previous temporary energy storage, connect to the next temporary energy storage, and finally connect to the m-th temporary energy storage, then disconnect this connection again and connect to the first temporary energy storage. In this way, the connection and disconnection between the solar cells and each temporary energy storage can be continued sequentially and periodically.

임시 에너지 저장소(130)는 비교적 소량의 전기에너지 혹은 전하를 축적할 수 있는 충전수단, 가령 2차전지 혹은 축전기가 될 수 있으며, 한 번의 연결이 지속되는 시간은 비교적 짧아 가령 1초(sec) 내지 1밀리초(msec)가 될 수 있다. m개의 임시 에너지 저장소(130)가 있으면서 연결의 교체에 들이는 시간이 매우 짧아 거의 없다고 하고 계속적으로 어딘가 임시 에너지 저장소에 연결이 된다고 생각하면 이론적으로 m초 내지 m밀리초를 주기로 해당 임시 에너지 저장소(130)에 태양전지 셀(10)로부터의 전기에너지 공급이 이루어지게 된다.The temporary energy storage 130 may be a charging means capable of accumulating a relatively small amount of electrical energy or electric charge, for example, a secondary battery or a capacitor, and the duration of one connection is relatively short, for example, from 1 second (sec) to It can be 1 millisecond (msec). If there are m temporary energy storages 130 and the time it takes to replace the connection is very short, and if you think that it is continuously connected to a temporary energy storage somewhere, theoretically, the temporary energy storage ( Electric energy from the solar cell 10 is supplied to 130 ).

임시 에너지 저장소의 충전 용량이 모두 같은 것은 아닐 수 있고, 각 임시 에너지 저장소에 태양전지 셀이 연결되는 비율 혹은 듀티 시간은 주기를 단순히 임시 에너지 저장소 갯수인 m으로 나눈 것이 아닐 수 있다. 따라서 채널 선택기도 임시 에너지 저장소와의 연결을 임시 에너지 저장소의 특성을 반영한 하나의 프로그램에 의해 진행할 수 있다. The charging capacity of the temporary energy storage may not all be the same, and the ratio or duty time of solar cells connected to each temporary energy storage may not be obtained by simply dividing the period by the number of temporary energy storages, m. Accordingly, the channel selector may also be connected to the temporary energy storage by a single program reflecting the characteristics of the temporary energy storage.

여하한 경우라도, 태양전지 셀(10)에서 임시 에너지 저장소(130)가 연결되면 짧은 시간 내에 에너지 저장을 위한 전류가 흐르게 하며, 전기에너지가 공급되는 시간의 전부 혹은 절반과 같은 상당 부분에서 이 전류는 통상 전류보다 큰 돌입전류의 특성을 가지게 된다. In any case, when the temporary energy storage 130 is connected in the solar cell 10, a current for energy storage flows within a short time, and this current is has a characteristic of inrush current that is larger than that of normal current.

이렇게 돌입전류에 의해 충전이 이루어지면, 안정적으로 일정하게 전류가 흘러 충전이 되는 시간에 비해 짧은 시간 동안에 임시 에너지 저장소에는 동일한 전기 에너지가 충전될 수 있다. When charging is performed by the inrush current in this way, the same electrical energy can be charged in the temporary energy storage for a shorter period of time compared to the time during which the current flows stably and is charged.

각각의 임시 에너지 저장소는 주된 에너지 저장소(140)와 연결되어 있으며, 임시 에너지 저장소(130)는 전체적 충전 용량이 작아 전기에너지가 소량만 충전되어도 쉽게 전위가 높아지며, 상대적으로 낮은 에너지 준위를 가진 주된 에너지 저장소(140)에 전하를 공급하여 전기 에너지 축적이 이루어지도록 할 수 있다. Each temporary energy storage is connected to the main energy storage 140, and the temporary energy storage 130 has a small overall charging capacity, so that the potential is easily increased even when only a small amount of electrical energy is charged, and the primary energy having a relatively low energy level Electric energy may be accumulated by supplying an electric charge to the storage 140 .

임시 에너지 저장소(130)에서 주된 에너지 저장소(140)로 대부분의 저장된 전기에너지가 옮겨지는 시간이 짧은 경우, 그 시간동안만 임시 에너지 저장소와 태양전지 셀(10) 사이의 연결 즉 에너지 이동을 멈춘 상태에서 임시 에너지 저장소의 에너지가 주된 에너지 저장소로 옮겨지된 되고, 에너지가 옮겨지면 임시 에너지 저장소의 전위는 초기 값으로 떨어져 태양전지 셀의 전기 공급을 잘 받을 수 있는 상태가 된다. 이런 경우, 임시 에너지 저장소의 갯수를 줄여서 운영하여도 충분하다. When the time for most of the stored electrical energy to be transferred from the temporary energy storage 130 to the main energy storage 140 is short, the connection between the temporary energy storage and the solar cell 10, ie, energy transfer, is stopped only during that time. The energy of the temporary energy storage is transferred to the main energy storage, and when the energy is transferred, the potential of the temporary energy storage decreases to an initial value, which is a state in which the solar cell can receive electricity well. In this case, it is sufficient to reduce the number of temporary energy storages and operate them.

반대로 임시 에너지 저장소(130)에서 주된 에너지 저장소(140)로의 전기에너지 이동에 요하는 시간이 길어지면 그 시간동안은 태양전지 셀(10)에서 다른 임시 에너지 저장소로 충전이 이루어지게 되므로 임시 에너지 저장소의 갯수가 늘어날 필요가 있다.Conversely, if the time required for electric energy transfer from the temporary energy storage 130 to the main energy storage 140 increases, the solar cell 10 is charged to another temporary energy storage during that time. The number needs to be increased.

한편, 여기서는 태양전지 셀(10) 복수개가 서로 병렬로 결합되어 도선을 통해 채널 선택기(120)와 연결되는 경우를 예시하고 있지만, 물론 태양전지 셀은 필요에 따라 도4와 같이 서로 직렬로 결합되거나, 도5와 같이 서로 직렬 및 병렬로 결합되는 경우도 충분히 상정할 수 있고, 이런 실시예들의 경우에도 채널 선택기 이하의 구성은 실질적으로 동일하게 이루어져 같은 동작, 기능이 이루어질 수 있다.Meanwhile, here, a case in which a plurality of solar cells 10 are coupled in parallel to each other and connected to the channel selector 120 through a conductive wire is exemplified. , a case in which they are coupled in series and parallel to each other as shown in FIG. 5 can be sufficiently assumed, and even in these embodiments, the configuration below the channel selector is made substantially the same so that the same operation and function can be achieved.

도6은 임시 에너지 저장소(130)의 저장된 에너지를 주된 에너지 저장소(140)로 효율적으로 전달하기 위한 인버터(150)가 구비된 실시예를 나타낸다. 인버터(150)는 임시 에너지 저장소(130)와 주된 에너지 저장소(140) 사이에는 전기 에너지가 채워진 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 주된 에너지 저장소로 옮기는 역할을 하는 것이며, 기존의 태양전지 셀(10)에서 발생한 전기 에너지를 에너지 저장소로 옮기는 과정에서도 존재하면서 기능을 하던 것이며 따라서 본질적 차이는 없는 것이나, 여기서는 다수의 임시 에너지 저장소(130)와 주된 에너지 저장소(140)를 연결하고, 전달 효율을 높이기 위한 것이므로 구체적 구성에서는 차이가 있을 수 있다.6 shows an embodiment in which an inverter 150 is provided for efficiently transferring the stored energy of the temporary energy storage 130 to the primary energy storage 140 . The inverter 150 serves to transfer the electrical energy of the temporary energy storage filled with electrical energy to the main energy storage between the temporary energy storage 130 and the main energy storage 140 , and in the existing solar cell 10 , It exists and functions in the process of transferring the generated electrical energy to the energy storage, and therefore there is no essential difference. There may be differences in configuration.

가령 여기서 인버터(150)도 채널 선택기(120)와 같이 충전된 임시 에너지 저장소를 선택하여 충분하게 방전되어 에너지가 옮겨질 때까지 주된 에너지 저장소와 연결시키고, 에너지가 충분히 제거되어 준위가 낮아질 때, 즉 충분한 에너지 이동으로 해당 임시 에너지 저장소가 저준위가 되면 연결을 차단하고, 차 순위로 에너지가 만충된 임시 에너지 저장소를 주된 에너지 저장소와 연결하는 역할을 내장할 수 있다. 이때 인버터는 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 일정 비율 이상이 돌입전류로 전달될 수 있도록 주된 에너지 저장소와의 연결을 단속하도록 프로그램에 의해 동작하는 것일 수도 있다.For example, here, the inverter 150 also selects a charged temporary energy storage like the channel selector 120 and connects it to the main energy storage until it is sufficiently discharged and energy is transferred, and when the energy is sufficiently removed and the level is lowered, that is, When the temporary energy storage reaches a low level due to sufficient energy movement, the connection is cut off, and a role of connecting the temporary energy storage with full energy in the next order to the main energy storage can be built-in. In this case, the inverter may be operated by a program to intercept the connection with the main energy storage so that a predetermined ratio or more of the electrical energy of the temporary energy storage can be transferred as inrush current.

한편, 인버터(150)는 임시 에너지 저장소(130)의 전기에너지를 일정 비율 이상이 돌입전류로 전달될 수 있도록 주된 에너지 저장소(140)와 연결하는 역할을 하는 것일 수 있다. 즉, 인버터(150)는 채널 선택기(120)와 같이 복수 개의 임시 에너지 저장소의 전기에너지를 일정 비율 이상이 돌입전류로 전달될 수 있도록 주된 에너지 저장소와 빠른 주기로 선택적으로 연결을 바꾸는 역할을 하도록 이루어지는 것일 수 있다.Meanwhile, the inverter 150 may serve to connect the electrical energy of the temporary energy storage 130 with the main energy storage 140 so that a predetermined ratio or more can be transferred as an inrush current. That is, the inverter 150 is configured to selectively change the connection with the main energy storage in a fast cycle so that a certain ratio or more of the electrical energy of the plurality of temporary energy storages can be transferred as inrush current like the channel selector 120 . can

이하 도면을 참조하면서 본 발명 실시예에서의 태양광 발전 및 저장이 이루어지는 작용 혹은 동작을 살펴보면, 먼저 임시 에너지 저장소는 원칙적으로 빈 상태가 되도록 구성되고, 태양 전지에서는 전하 혹은 전기 에너지가 상시적으로 생성되고 있다고 상정한다. Looking at the action or operation of photovoltaic power generation and storage in the embodiment of the present invention with reference to the drawings below, first, the temporary energy storage is configured to be in an empty state in principle, and electric charge or electric energy is constantly generated in the solar cell Assume that it is becoming

따라서 태양전지 셀로부터 전기 에너지를 받으면 전기 에너지가 주된 에너지 저장소로 완전히 이동하도록 구성되고 빈 상태를 유지하도록 이루어진다고 할 수 있다. Thus, when receiving electrical energy from a solar cell, it can be said that the electrical energy is configured to move completely to the main energy storage and is made to remain empty.

이 상태에서 임시 저장소 선택 장치는 가령 1Hz에서 수kHz 동작 속도로 임시 에너지 저장소를 선택하는 동작을 계속한다. 이때 임시 저장소에 에너지를 할당하는 시간 비율(duty)은 단위 주기(1)에 대해 반드시 1/m(임시 저장소 갯수)일 필요는 없으며, 저장소1:저장소2:저장소3 = 33:33:34 혹은 20:50:30이 될 수도 있다.In this state, the temporary storage selection device continues to select the temporary energy storage at an operating rate of, for example, 1 Hz to several kHz. At this time, the time ratio (duty) for allocating energy to the temporary storage does not necessarily have to be 1/m (the number of temporary storages) for the unit period (1), and storage 1: storage 2: storage 3 = 33:33:34 or It could be 20:50:30.

채널 선택기에 의하여 1번 임시 에너지 저장소를 연결(on)하여 1번 임시 저장소에만 전기 에너지를 전송하고 2번 내지 n번 임시저장소는 태양전지 셀과 연결하지 않은 상태가 되도록 한다. 그러면 태양전지 셀과 1번 임시 에너지 저장소 간에 돌입 전류 발생하여 빠른 속도록 전기 에너지가 1번 임시 저장소에 전송 된다.The temporary energy storage No. 1 is connected (on) by the channel selector, so that electrical energy is transmitted only to the temporary storage No. 1, and the temporary storage No. 2 to n is not connected to the solar cell. Then, an inrush current is generated between the solar cell and the temporary energy storage No. 1, and electrical energy is transferred to the temporary storage No. 1 at a high speed.

돌입 전류에 의해 1번 임시 에너지 저장소가 정해진 용량만큼 채워지면 혹은 정해진 시간동안 채워지면 채널 선택기에서 1번 임시 에너지 저장소를 차단(off)하고, 2번 임시 에너지 저장소를 연결(on)하며, 나머지는 모두 차단(off) 상태로 한다. 이와 동시에 인버터의 작용에 의해 1번 임시 에너지 저장소에 저장된 전기 에너지는 주된 에너지 저장소로 전송되어 1번 임시 에너지 저장소는 초기 상태 즉 빈 상태가 된다. When temporary energy storage 1 is filled to a predetermined capacity by inrush current or when it is filled for a predetermined time, the channel selector turns off temporary energy storage 1, turns on temporary energy storage 2, and turns on the rest. All of them are turned off. At the same time, by the action of the inverter, the electrical energy stored in the temporary energy storage No. 1 is transferred to the main energy storage, and the temporary energy storage No. 1 becomes an initial state, that is, an empty state.

이때 2번 임시 에너지 저장소에서도 돌입 전류 발생하여 빠른 속도록 전기에너지가 2번 임시 에너지 저장소로 전송된다.At this time, an inrush current is also generated in the second temporary energy storage, and electrical energy is transferred to the second temporary energy storage at a high speed.

이런 방식으로 채널 선택기는 태양전지 셀과 임시 에너지 저장소의 연결을 교체하게 되며, 태양 전지 셀에서 연결된 임시 에너지 저장소로 항상 돌입 전류 형태로 반복적으로 에너지 이동이 발생하며, 채널 선택기가 새롭게 선택한 임시 에너지 저장소와 태양전지 셀을 연결하는 동작에 의해 태양전지 셀에서 전하 혹은 전기 에너지의 이동(전송)이 활성화된다. In this way, the channel selector replaces the connection between the solar cell and the temporary energy storage, and the energy transfer always occurs repeatedly in the form of inrush current from the solar cell to the connected temporary energy storage, and the newly selected temporary energy storage by the channel selector. The movement (transmission) of electric charge or electric energy in the solar cell is activated by the operation of connecting the solar cell to the solar cell.

결과적으로 태양전지 셀에는 잔류 전하의 축적이나, 반대 극성의 전자와 홀의 결합에 의한 열 발생 현상은 줄어들고, 태양광의 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 효율이 증가되고, 통상 전류보다 큰 돌입 전류에 의한 이송이 이루어지면서 태양 전지 셀에서 생성된 전하(전자)를 외부 회로(부하, 에너지 저장소)로 능동적으로 전송하는 효과를 볼 수 있다.As a result, the accumulation of residual charge in the solar cell or the generation of heat due to the combination of electrons and holes of opposite polarity is reduced, the efficiency of converting light energy of sunlight into electrical energy is increased, and the inrush current As the transfer is made, the effect of actively transferring the charges (electrons) generated in the solar cell to an external circuit (load, energy storage) can be seen.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. In the above, the present invention has been described through limited examples, but these are only illustratively described to help the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific examples.

따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various changes or application examples based on the present invention, and it is natural that such modifications or application examples belong to the appended claims.

10: 태양전지 셀
20: 전력조절장치(MPPT)
30: 150: 인버터
40: 에너지 저장소
50: 부하
120: 채널 선택기(임시 저장소 선택 장치)
130: 임시 에너지 저장소
140: 주된 에너지 저장소10: solar cell
20: power control device (MPPT)
30: 150: inverter
40: energy storage
50: load
120: channel selector (temporary storage selector)
130: temporary energy storage
140: main energy storage

Claims (5)

태양전지 셀과 주된 에너지 저장소를 구비하여 이루어지는 태양광 발전 및 저장 장치에 있어서,
상기 태양전지 셀과 상기 주된 에너지 저장소를 연결하는 경로 상에서 전하 이동을 촉진할 수 있는 수단으로서, 도선을 통해 상기 태양전지 셀과 연결된 복수의 임시 에너지 저장소와,
상기 태양전지 셀과 상기 임시 에너지 저장소들 사이에서 상기 태양전지 셀에서 발생하여 이동하는 전하를 복수의 상기 임시 에너지 저장소 가운데 어떤 것에 저장할 지를 선택하는 채널 선택기(channel selector: 임시 저장소 선택 장치)를 더 구비하되,
상기 채널 선택기는,
상기 태양전지 셀로부터 임시 에너지 저장소로 돌입전류가 흐르도록, 복수의 상기 임시 에너지 저장소들 가운데 선택되는 임시 에너지 저장소를 상기 돌입전류가 흐를 수 있도록 설정된 범위 이내의 주기로 바꾸어 연결시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 및 저장 장치.In the photovoltaic power generation and storage device comprising a solar cell and a main energy storage,
A means for facilitating charge transfer on a path connecting the solar cell and the main energy storage, comprising: a plurality of temporary energy storages connected to the solar cell through a conducting wire;
Further comprising a channel selector (temporary storage selection device) for selecting which of the plurality of temporary energy storage to store the electric charge generated and moved in the solar cell between the solar cell and the temporary energy storage but,
The channel selector,
Solar cell, characterized in that the temporary energy storage selected from among the plurality of temporary energy storage is changed and connected at a cycle within a range set to allow the inrush current to flow so that the inrush current flows from the solar cell to the temporary energy storage. power generation and storage. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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