KR102482156B1 - 독립형 태양광 조명시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 독립형 태양광 조명시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 태양광모듈; 상기 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 저장하는 배터리; 상기 태양광모듈을 통해 발전된 상기 전력을 변환하여 상기 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 상기 전력을 방전시켜 변환하는 전력변환기; 상기 전력변환기를 통해 변환된 상기 전력을 이용하여 발광되는 조명장치; 및 상기 태양광모듈, 배터리, 전력변환기 및 조명장치를 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 제어하되, 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 상기 태양광모듈의 발전량 예측정보와 상기 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력을 출력하도록 제어하는 충방전제어기;를 포함함으로써, 할 수 있다.

Description

독립형 태양광 조명시스템 및 이의 제어 방법{STAND ALONE PHOTOVOLTAIC LIGHTING SYSTEM AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장한 후에, 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로 전력을 출력하도록 제어하되, 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어함으로써, 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어할 수 있는 독립형 태양광 조명시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 대체에너지의 하나로 태양광발전시스템이 널리 상용화되면서 태양광모듈에서 생산된 전기를 저장하는 ESS(energy storage system) 역시 그 시장이 점차 넓어지고 있지만, 기존에 사용되고 있는 연축전지를 사용함에 E라 무서운 중량, 충방전관리의 비효율성, 배터리의 짧은 수명, 배터리 관리의 어려움, ESS의 부피 증가 등과 같은 다양한 문제점이 대두되고 있어 이를 극복하기 위한 다양한 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
또한, 종래에 설치된 ESS는 신재생에너지(예를 들면, 태양광, 풍력 등) 및 전력 계통과 연계되어 동작되고 있기 때문에, 에너지 자립보다 전력의 비용적인 특면을 고려하여 전력의 충방전 제어가 수행되고 있는 실정이며, 이는 에너지 자립을 필요로 하는 독립형 태양광 조명시스템에 적용하기 어려운 문제가 있고, 적용되더라도 배터리 방전이나 실제 많은 전력의 출력이 필요한 상황에서는 높은 효율을 발휘하기 어려운 실정이다.
이에 따라, 독립형 태양광모듈을 이용하는 가로등이나 보안등을 포함하는 독립형 태양광 조명 시스템에서 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(충전량, SOC : state of charge)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어하기 위한 기술개발이 필요한 실정이다.
1. 한국등록특허 제10-2084677호(2020.02.27.등록)
본 발명은 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장한 후에, 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로 전력을 출력하도록 제어하되, 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어함으로써, 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어할 수 있는 독립형 태양광 조명시스템 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 태양광모듈; 상기 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 저장하는 배터리; 상기 태양광모듈을 통해 발전된 상기 전력을 변환하여 상기 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 상기 전력을 방전시켜 변환하는 전력변환기; 상기 전력변환기를 통해 변환된 상기 전력을 이용하여 발광되는 조명장치; 및 상기 태양광모듈, 배터리, 전력변환기 및 조명장치를 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 제어하되, 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 상기 태양광모듈의 발전량 예측정보와 상기 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력을 출력하도록 제어하는 충방전제어기;를 포함하는 독립형 태양광 조명시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 충방전제어기는, 상기 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 상기 잔류전력량을 예측하는 독립형 태양광 조명시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 충방전제어기는, 상기 발전량 예측정보를 통해 최초 방전량을 결정하여 방전제어를 수행하는 독립형 태양광 조명시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 충방전제어기는, 상기 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 상기 산출된 충전여유계수와 상기 조명장치의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성하며, 상기 생성된 방전제어기준값에 상기 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성한 후에, 상기 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 상기 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력의 방전을 실시간 제어하는 독립형 태양광 조명시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 독립형 태양광 조명시스템은, 상기 충방전제어기의 제어에 따라 상기 실시간 기상정보를 수집하여 상기 충방전제어기로 제공하는 복수의 센서장치;를 더 포함하는 독립형 태양광 조명시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 충방전제어기에서 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장하도록 제어하는 단계; 상기 충방전제어기에서 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로의 방전제어를 수행하는 단계; 상기 충방전제어기에서 잔류전력량이 마진전력량보다 작은지 체크하는 단계; 및 상기 잔류전력량이 상기 마진전력량보다 작을 경우 상기 충방전제어기에서 상기 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 조명장치에 대한 방전제어를 수행하는 단계는, 상기 충방전제어기에서 상기 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 상기 잔류전력량을 예측하는 독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 충방전제어기에서 상기 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 상기 산출된 충전여유계수와 상기 조명장치의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성하는 독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 충방전제어기에서 상기 생성된 방전제어기준값에 상기 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성하는 독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 상기 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력의 방전을 실시간 제어하는 독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장한 후에, 기 설정된 조제어스케줄에 따라 조명장치로 전력을 출력하도록 제어하되, 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어함으로써, 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 조명시스템의 블록구성도이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 조명시스템의 방전 출력 제어를 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 독립형 태양광 조명시스템의 방전 출력 제어 과정을 나타낸 플로우차트이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 조명시스템의 블록구성도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 조명시스템의 방전 출력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 조명시스템은 태양광모듈(110), 전력변환기(120), 배터리(130), 조명장치(140), 복수의 센서장치(150), 충방전제어기(160) 등을 포함할 수 있다.
태양광모듈(110)은 태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 것으로, 태양광을 집광하여 전기에너지를 발생시키는 복수의 태양광패널을 포함할 수 있다.
전력변환기(120)는 태양광모듈(110)을 통해 발전된 전력을 변환하여 배터리(130)에 충전하고, 배터리(130)에 충전된 전력을 방전시켜 변환하는 것으로, 컨버터, 인버터 등을 포함하는 PCS(power conditioning system)를 포함하여 태양광모듈(110)을 통해 출력되는 교류 전력을 직류로 변환시켜 배터리(130)에 저장(충전)하고, 배터리(130)에 저장된 직류 전력을 방전시켜 직류 또는 교류로 변환하여 조명장치(140)에 공급할 수 있다.
예를 들면, DC-DC 컨버터는 전력의 전압레벨을 조절하여 출력할 수 있고, DC-AC 인버터는 전력을 교류전력으로 변환하여 출력할 수 있다.
배터리(130)는 태양광모듈(110)을 통해 발전된 전력을 저장하는 것으로, 예를 들면, 연료전지 등을 포함하여 직류 전류에너지를 화학에너지 형태로 저장할 수 있으며, 충방전제어기(160)의 제어에 따라 저장(충전)된 전력을 조명장치(140)로 출력하기 위해 방전시킬 수 있다.
조명장치(140)는 전력변환기(120)를 통해 변환된 전력을 이용하여 발광되는 것으로, 예를 들면, 가로등, 보안등 등을 포함할 수 있으며, 충방전제어기(160)의 제어에 따라 전력변환기(120)를 통해 변환된 전력을 공급받아 발광됨으로써, 조명장치(140)가 설치된 위치 및 방향으로 조명광을 조사할 수 있다.
복수의 센서장치(150)는 충방전제어기(160)의 제어에 따라 실시간 기상정보를 수집하여 충방전제어기(160)로 제공하는 것으로, 예를 들면, 조도센서, 온도센서, 습도센서 등을 포함할 수 있으며, 이들을 통해 측정된 실시간 기상정보는 충방전제어기(160)로 제공될 수 있다.
여기에서, 실시간 기상정보는 예를 들면, 달빛, 운량, 온도, 습도 등을 포함할 수 있으며, 운량의 경우 예를 들면, 맑음, 구름조금, 구름많음, 흐림 등으로 구분하여 제공될 수 있으며, 달빛의 경우 조도값으로 하여 제공될 수 있다.
충방전제어기(160)는 태양광모듈(110), 전력변환기(120), 배터리(130), 조명장치(140) 및 복수의 센서장치(150)를 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 제어하되, 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치(140)가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어할 수 있다.
이러한 충방전제어기(160)는 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 잔류전력량을 예측할 수 있고, 발전량 예측정보를 통해 최초 방전량을 결정하여 방전제어를 수행할 수 있는데, 발전량 예측정보(즉, 발전량 예측값)와 조명최대 출력을 기준으로 한 기 설정된 조명제어스케줄을 통해 태양광모듈(110)을 통해 배터리(130)에 남아있는 잔류전력량을 예측할 수 있다. 여기에서, 발전과 부하 사용(방전)이 서로 다른 시간대에 이루어지기 때문에 발전량은 ESS 총량(즉, 배터리(130)의 충전가능 전력량)을 넘을 수 없다.
그리고, 충방전제어기(160)는 발전예측정보(즉, 발전량 예측값)를 통해 최초 방전제어를 수행할 수 있고, 이 후 배터리(130)의 충전상태(SOC) 및 복수의 센서장치(150)를 통해 제공되는 실시간 기상정보를 통해 실시간 방전제어를 수행할 수 있다.
한편, 현재 배터리(130)의 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 충방전제어기(160)는 컨트롤제어를 수행할 수 있는데, 충방전제어기(160)는 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 산출된 충전여유계수와 조명장치(140)의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성하며, 생성된 방전제어기준값에 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성한 후에, 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력의 방전을 실시간 제어할 수 있다.
예를 들면, 충방전제어기(160)는 부하사용시작시간과 부하사용종료시간을 이용하여 하루단위 충전여유계수를 아래의 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00001
여기에서, Kl은 하루단위 충전여유계수를 의미하고, t1은 부하사용시작시간을 의미하며, t2는 부하사용종료시간을 의미한다.
그리고, 상기 수학식 1을 통해 산출된 하루단위 충전여유계수에 비중계수를 정하여 최대 예측가능한날(n)까지의 충전여유계수를 아래의 수학식 2와 같이 산출한 후에, 평균을 산출할 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00002
여기에서, n은 발전예측이 가능한 일수를 의미하고, an은 비중계수를 의미하며, Kn은 하루단위 충전계수를 의미하고, Klsum은 n일까지 충전여유계수의 합(-1<Klsum<1)을 의미한다.
그리고, 충방전제어기(160)는 산출된 충전여유계수와 조명장치(140)의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성할 수 있는데, 상기 수학식 2를 통해 산출된 n일까지 충전여유계수의 합(Klsum)과 중부하 운전시 값(Pmiddle) 및 최대발전값(Pmax)을 이용하여 기준발전량(즉, 방전제어기준값)을 아래의 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00003
다음에, 충방전제어기(160)는 생성된 방전제어기준값에 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성할 수 있는데, 태양광모듈(110)을 통한 발전량 오차율은 발전예측데이터(ΣPVpredict)와 실제발전데이터(ΣPVactual)를 이용하여 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00004
여기에서, 발전예측데이터(ΣPVpredict)의 오차를 대략 6%라고 가정할 경우 실제 출력값(즉, 실시간방전제어값)은 기준출력계수, 달빛계수, 구름계수 및 스케일상수를 이용하여 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00005
여기에서, Pout는 실시간방전제어값(실제 출력값)을 의미하고, Pstandad는 기준출력계수를 의미하며, Kmoon은 달빛계수를 의미하고, Kcloud는 구름계수를 의미하며, Ck는 스케일상수를 의미한다. 즉, 기준출력계수에 실시간 기상정보를 융합하여 실제 출력값(실시간방전제어값)을 산정할 수 있다.
다음에, 충방전제어기(160)는 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력의 방전을 실시간 제어할 수 있는데, 실제 부하사용량(즉, 실시간방전제어값)에 조명 전력출력, 시스템유지용 전력출력 및 충전상태(SOC) 잔량에 따른 출력을 고려하여 출력제어를 수행할 수 있으며, 마진SOC값(SOCmargin)은 자립기간(day)과 시스템용전원(Psys) 및 ESS용량(즉, 배터리용량, ESScp)을 이용하여 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00006
이에 따라, 충방전제어기(160)는 잔류전력량이 마진전력량보다 클 경우와 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우에 대해 아래의 수학식 7과 같이 방전제어를 수행할 수 있다.
Figure 112022055718970-pat00007
즉, 충방전제어기(160)는 잔류전력량이 마진전력량보다 작은지(이하인지)를 체크할 수 있는데, 현재 배터리(130)의 잔류전력량을 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 기 설정된 일수만큼 조명장치(140)로 방전 및 공급하기 위해 기 설정된 마진전력량을 비교하고, 잔류전력량이 마진전력량보다 클 경우 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 기 설정된 조명제어스케줄(즉, 충전상태(SOC)에 따른 로그(log) 스케줄)에 따라 출력을 변화시키는 정출력 제어를 수행할 수 있고, 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우(이하인 경우) 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력의 방전을 실시간 제어하는 컨트롤제어를 수행할 수 있다.
한편, 충방전제어기(160)는 조명장치(140)가 설치된 위치(지역)의 환경적영향(즉, 기상상황)으로 인해 태양광모듈(110)의 발전량이 없을 경우에도 배터리(130)의 충전상태(SOC)를 참조하여 출력을 조절할 수 있는데, 정출력으로 제어 시 발전량이 없을 경우 배터리(130)의 충전상태(SOC)를 유지하기 어렵지만, 컨트롤제어 시 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력의 방전을 실시간 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장한 후에, 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로 전력을 출력하도록 제어하되, 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어함으로써, 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 독립형 태양광 조명시스템의 방전 출력 제어 과정을 나타낸 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, 충방전제어기(160)에서는 태양광모듈(110)을 통해 발전된 전력을 배터리(130)에 저장하도록 제어할 수 있다(단계510).
예를 들면, 태양광모듈(110)에서는 태양광을 집광하여 전기에너지를 발생시키고, 전력변환기(120)에서는 태양광모듈(110)을 통해 발전된 전력을 변환하여 배터리(130)에 충전할 수 있다.
그리고, 충방전제어기(160)에서는 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로의 방전제어를 수행할 수 있다(단계520).
예를 들면, 충방전제어기(160)에서는 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 잔류전력량을 예측할 수 있고, 발전량 예측정보를 통해 최초 방전량을 결정하여 방전제어를 수행할 수 있는데, 발전량 예측정보(즉, 발전량 예측값)와 조명최대 출력을 기준으로 한 기 설정된 조명제어스케줄을 통해 태양광모듈(110)을 통해 배터리(130)에 남아있는 잔류전력량을 예측할 수 있다.
다음에, 충방전제어기(160)에서는 잔류전력량이 마진전력량보다 작은지 체크할 수 있다(단계530).
이러한 마진전력량보다 작은지 체크하는 단계(530)는 충방전제어기(160)에서 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 잔류전력량을 예측할 수 있다.
예를 들면, 충방전제어기(160)에서 현재 배터리(130)의 잔류전력량을 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 기 설정된 일수만큼 조명장치(140)로 방전 및 공급하기 위해 기 설정된 마진전력량을 비교하는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 단계(530)에서의 체크 결과, 잔류전력량이 마진전력량보다 클 경우 충방전제어기(160)에서는 기 설정된 조명제어스케줄(즉, 충전상태(SOC)에 따른 로그(log) 스케줄)에 따라 출력을 변화시키는 정출력 제어를 수행할 수 있다(단계540).
한편, 상기 단게(530)에서의 체크 결과, 잔류전력량이 상기 마진전력량보다 작을 경우(이하인 경우) 충방전제어기(160)에서는 조명장치(140)가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어(컨트롤제어)할 수 있다(단계550).
이러한 전력을 출력하도록 제어하는 단계(550)는, 충방전제어기(160)에서 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 산출된 충전여유계수와 조명장치(140)의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성할 수 있다.
예를 들면, 충방전제어기(160)에서는 부하사용시작시간과 부하사용종료시간을 이용하여 하루단위 충전여유계수를 상기 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있고, 상기 수학식 1을 통해 산출된 하루단위 충전여유계수에 비중계수를 정하여 최대 예측가능한날(n)까지의 충전여유계수를 상기 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
그리고, 충방전제어기(160)에서는 산출된 충전여유계수와 조명장치(140)의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성할 수 있는데, 상기 수학식 2를 통해 산출된 n일까지 충전여유계수의 합과 중부하 운전시 값 및 최대발전값을 이용하여 기준발전량(즉, 방전제어기준값)을 상기 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
다음에, 충방전제어기(160)에서는 생성된 방전제어기준값에 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성할 수 있는데, 태양광모듈(110)을 통한 발전량 오차율을 발전예측데이터(ΣPVpredict)와 실제발전데이터(ΣPVactual)를 이용하여 상기 수학식 4와 같이 나타내고, 발전예측데이터(ΣPVpredict)의 오차를 대략 6%라고 가정할 경우 실제 출력값(즉, 실시간방전제어값)은 기준출력계수, 달빛계수, 구름계수 및 스케일상수를 이용하여 상기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
다음에, 충방전제어기(160)에서는 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력의 방전을 실시간 제어할 수 있는데, 실제 부하사용량(즉, 실시간방전제어값)에 조명 전력출력, 시스템유지용 전력출력 및 충전상태(SOC) 잔량에 따른 출력을 고려하여 출력제어를 수행할 수 있으며, 자립기간과 시스템용전원 및 ESS용량을 이용하여 상기 수학식 6과 같이 나타낸 마진SOC값에 따라 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우(이하인 경우) 상기 수학식 7과 같이 방전제어(컨트롤제어)를 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장한 후에, 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로 전력을 출력하도록 제어하되, 태양광모듈의 발전량 예측정보와 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 전력을 출력하도록 제어함으로써, 시스템 유지에 필요한 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 발전량 및 외부 환경적 요인을 고려하여 조명시스템의 출력을 효율적으로 제어할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
110 : 태양광모듈
120 : 전력변환기
130 : 배터리
140 : 조명장치
150 : 복수의 센서장치
160 : 충방전제어기

Claims (10)

  1. 태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 태양광모듈;
    상기 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 저장하는 배터리;
    상기 태양광모듈을 통해 발전된 상기 전력을 변환하여 상기 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 상기 전력을 방전시켜 변환하는 전력변환기;
    상기 전력변환기를 통해 변환된 상기 전력을 이용하여 발광되는 조명장치; 및
    상기 태양광모듈, 배터리, 전력변환기 및 조명장치를 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 제어하되, 잔류전력량이 마진전력량보다 작을 경우 상기 태양광모듈의 발전량 예측정보와 상기 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력을 출력하도록 제어하는 충방전제어기;를 포함하며,
    상기 충방전제어기는,
    상기 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 상기 산출된 충전여유계수와 상기 조명장치의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성하며, 상기 생성된 방전제어기준값에 상기 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성한 후에, 상기 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 상기 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력의 방전을 실시간 제어하는
    독립형 태양광 조명시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전제어기는,
    상기 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 상기 잔류전력량을 예측하는
    독립형 태양광 조명시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 충방전제어기는,
    상기 발전량 예측정보를 통해 최초 방전량을 결정하여 방전제어를 수행하는
    독립형 태양광 조명시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 독립형 태양광 조명시스템은,
    상기 충방전제어기의 제어에 따라 상기 실시간 기상정보를 수집하여 상기 충방전제어기로 제공하는 복수의 센서장치;
    를 더 포함하는 독립형 태양광 조명시스템.
  6. 충방전제어기에서 태양광모듈을 통해 발전된 전력을 배터리에 저장하도록 제어하는 단계;
    상기 충방전제어기에서 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 조명장치로의 방전제어를 수행하는 단계;
    상기 충방전제어기에서 잔류전력량이 마진전력량보다 작은지 체크하는 단계; 및
    상기 잔류전력량이 상기 마진전력량보다 작을 경우 상기 충방전제어기에서 상기 조명장치가 설치된 지역의 실시간 기상정보를 이용하여 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 충방전제어기에서 태양광모듈의 발전량 예측정보를 이용하여 충전여유계수를 산출하고, 상기 산출된 충전여유계수와 상기 조명장치의 최대부하에 따라 방전제어기준값을 생성하는
    독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 마진전력량보다 작은지 체크하는 단계는,
    상기 충방전제어기에서 상기 발전량 예측정보 및 기 설정된 조명제어스케줄에 따라 상기 잔류전력량을 예측하는
    독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 충방전제어기에서 상기 생성된 방전제어기준값에 상기 실시간 기상정보를 반영하여 실시간방전제어값을 생성하는
    독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력을 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 생성된 실시간방전제어값을 이용하여 상기 최소 충전상태(SOC)를 유지하면서 상기 전력의 방전을 실시간 제어하는
    독립형 태양광 조명시스템의 제어 방법.
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