KR102555198B1 - Voltage controllable solar and wind power street light apparatus using super capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 및 풍력 가로등 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 및 풍력 발전을 사용하여 가로등의 발전효율을 높이고, 전압제어 방식으로 축전기의 급속충전 속도를 향상시키면서 축전지 전체의 전압을 제어하여 과충전을 방지하고, 축전기에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하며, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행하여 축전기의 보호성능을 개선한 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar and wind power street lamp device, and more particularly, to increase the power generation efficiency of a street light by using solar and wind power, and to control the voltage of the entire storage battery while improving the rapid charging speed of a capacitor by a voltage control method. to prevent overcharge, prevent overcharge and overdischarge while matching the voltage of a plurality of supercapacitor cells configured in the capacitor, and perform cell balance work by returning to a preset voltage value to improve the protection performance of the capacitor It relates to a voltage-controlled solar and wind power street light device using a supercapacitor.
일반적으로, 태양광 가로등은 태양의 일사량(Solar Radiation Quantity)에 의해 태양전지에서 발전한 전기 에너지를 2차 전지에 저장하여 야간에 작동을 하는 방식으로 보통 납축전지 또는 리튬계의 2차 전자를 사용하여 왔다.In general, a solar street light stores electrical energy generated from a solar cell by solar radiation quantity in a secondary battery to operate at night. come.
2차 전지는 특성상 화학반응에 의하여 충전이 이루어지는 방식이므로 우리나라의 경우는 연평균 일사량이 35시간 이내로 태양으로부터 오는 태양 복사 에너지가 태양전지에 닿는 양이 부족하기 때문에 충전에 한계가 있다. 또한 적도의 나라들은 태양광의 일사량은 많은 반면 태양전지의 급격한 온도 상승으로 인해 2차 전지의 화학적 반응에 문제가 생겨 태양광 발전에너지를 저장하는데 어려운 점이 있다. 그리고 지구의 위도가 높은 나라에서는 동계 기간이 매우 길고 일사량이 적기 때문에 2차 전지의 작동 온도가 낮음에 따라 태양광 발전에너지를 저장하기가 힘들다.Since secondary batteries are charged by chemical reactions due to their characteristics, in Korea, the average annual insolation is less than 35 hours, and the solar radiation energy from the sun is insufficient to reach the solar cells, so there is a limit to charging. In addition, equatorial countries have a lot of solar radiation, but there is a problem in the chemical reaction of the secondary battery due to the rapid temperature rise of the solar cell, making it difficult to store photovoltaic power generation energy. In addition, in countries with high latitudes, it is difficult to store photovoltaic power generation energy as the operating temperature of the secondary battery is low because the winter period is very long and solar radiation is low.
이러한 문제점을 해소시킬 수 있는 축전기 방식은, 급속 충ㆍ방전 특성을 갖고 있기 때문에 태양광 발전에너지의 저장 기간은 2차 전지에 비해 짧지만, 초 급속 충전이 가능하여 당일 태양광 발전에너지의 저장 능력이 매우 높고 장시간의 사용이 가능하기 때문에 가로등에 매우 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 2차 전지가 가지는 장시간의 충전과 짧은 수명 그리고 충전지 팩에 내장되어 충전지의 동작과 수명, 안전 등을 자동적으로 관리하는 충전지관리시스템(BMS, Battery Management System)의 오작동으로 인한 충ㆍ방전으로 태양광 발전에너지의 낮은 저장 효율을 개선하여줄 뿐 아니라 반영구적으로 사용을 할 수 있다.The capacitor method that can solve this problem has rapid charge and discharge characteristics, so the storage period of solar power generation energy is shorter than that of secondary batteries, but it is possible to charge super fast and has the ability to store solar power generation energy on the same day. Since it is very high and can be used for a long time, it can be used very efficiently for street lights. In addition, the long charge and short lifespan of secondary batteries and the malfunction of the battery management system (BMS), which is built into the rechargeable battery pack and automatically manages the operation, life, safety, etc. Not only does it improve the low storage efficiency of photovoltaic energy, but it can be used semi-permanently.
그러나 축전기는 직렬로 연결된 콘덴서(커패시터)의 모듈 집합체이므로 급속방전으로 인한 문제점을 해소하기 위해 축전기 셀의 전기저장용 드라이브인 DC/DC 컨버터의 제어 회로가 강구되어야 한다.However, since a capacitor is a module assembly of condensers (capacitors) connected in series, a control circuit of a DC/DC converter, which is a drive for storing electricity in a capacitor cell, must be devised to solve problems caused by rapid discharge.
또한, 축전기는 과충전에 따른 전압제어회로의 구성이 최적화되어야 한다. 즉, 직렬로 연결된 콘덴서(커패시터)의 셀 전압이 선단과 중간 및 후단의 충전전압이 각각 달라질 경우, 내부저항 값이 셀마다 다르게 되므로 어떤 셀은 과충전되고 어떤 셀은 저전압으로 충전되어 결국은 야간에 필요한 전기를 제대로 저장하지 못할 뿐 아니라 과충전 된 셀은 2차 전지보다 수명이 더 단축될 수 있다.In addition, the configuration of the voltage control circuit according to overcharging of the capacitor must be optimized. In other words, if the cell voltage of the condenser (capacitor) connected in series is different from the charging voltage at the front, middle, and rear ends, the internal resistance value is different for each cell, so some cells are overcharged and some cells are charged with low voltage, eventually leading to nighttime Not only do they not properly store the electricity they need, but overcharged cells can have shorter lifespans than secondary batteries.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 대한민국 등록특허공보 제10-2151524호(2020. 08. 28)에는 커패시터를 이용한 태양광 가로등 제어 시스템이 제안된 바 있고, 부하측 등기구(600)의 최대소비전력량의 15배로 태양광발전이 가능하며, 컨버터(110)와 전압전류제어기(400)로 발전된 전원을 공급하는 솔라 셀(100)과; 상기 등기구(600)에 발전전원을 보내기 위하여 주간에는 상기 솔라 셀(100)을 통하여 충전된 전기를 저장하며, 초급속 충전이 가능한 커패시터의 모듈 집합체가 직렬 또는 병렬, 그리고 직ㆍ병렬로 연결되는 어느 하나가 선정되는 축전기(200)와; 상기 축전기에 저장되어 있는 충전량을 축전기관리기(210)를 통해서 실시간(Real-Time)으로 과전압과 과충전을 감시하고, 충전이 완료되었을 경우 전압전류제어기(400)을 구동시켜 충전량을 제한하며, 주간에는 컨버터(110)로부터 입력되는 전원을 감시 제어하여 상기 솔라 셀의 발전 중에 기후 이상 등으로 발전이 안 될 경우 상기 축전기관리기로부터 상기 축전기의 충전전압 상태를 확인하여 중앙제어기의 자체 예비전원(220)으로 하여금 상기 축전기로 공급하여 만충전 상태가 되도록 단속 제어하는 중앙제어기(300)와; 상기 솔라 셀에서 입력되는 전원을 공급 받아 상기 축전기로 공급되는 최적의 충전 전압과 전류를 제어함과 동시에 상기 중앙제어기부터 입력되는 신호를 받아 상기 축전기가 과충전이 발생되지 않도록 전압과 전류를 단속제어하는 전압전류제어기(400)와; 상기 축전기에 저장되어 있는 전원을 입력 받아 상기 등기구가 요구하는 전압으로 변환시켜 주기 위한 가로등입력전압조절기(510)가 구비되는 DC/DC 컨버터(500)와; 상기 등기구와 연결되는 태양광 가로등을 설치하기 전후에 있어 초단위, 분단위로 작동 여부를 시험하고 점검하도록 하는 TEST S/W(700)와; 상기 TEST S/W를 통해 테스트 중이거나 시스템의 운전 중에 전압과 등기구의 상태를 파이롯 램프 또는 LED로 표시해주는 표시 창(800)이 포함되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, as shown in FIG. 1, Korean Patent Registration No. 10-2151524 (August 28, 2020) proposed a solar street light control system using a capacitor, and the maximum power consumption of the load-side lighting fixture 600 A
그러나, 상기 제안된 기술은 콘덴서(커패시터)의 모듈 집합체로 구성되는 축전기를 태양광발전에너지의 저장장치 및 공급전원으로 최적화하여 태양광 가로등에 효율적으로 사용 가능하도록 유도하였으나, 일조량 및 일사량이 낮은 계절이나 장소와 야간의 경우 태양광 발전효율이 떨어져 가로등의 등기구에 전원을 공급하는데 한계가 있는 문제점이 있다.However, the proposed technology optimizes the capacitor composed of a module assembly of condensers (capacitors) as a storage device and supply power for solar power generation energy, leading to efficient use in solar street lights. However, there is a problem in that there is a limitation in supplying power to lamps of street lights due to low solar power generation efficiency in the case of places and nights.
또한, 상기 제안된 기술은 전압전류제어기를 통하여 축전기의 전압과 전류를 단속하도록 유도하였으나 태양광 발전의 특성상 일조량 일사량에 따라 급속한 전압의 변동과 함께 전류의 변화의 진폭이 많이 발생하는데 전압 및 전류를 제어할 경우 축전기의 급속충전을 방해하고 축전기에 구성된 각 셀간의 전압 불균형이 발생하는 문제점도 있다. 즉, 콘덴서(커패시터)의 모듈 집합체로 구성되는 축전기에서 각 셀 간의 전압차가 과도할 경우에는 셀이 파손되어 축전기의 수명을 단축시킬 수 있고, 전압의 편차로 인하여 전기에너지 저장에 방해요소가 되어 등기구에 전원을 공급하는데 성능이 떨어지는 문제점이 있는데 상기 제안된 기술은 전압전류제어 방식만이 구성되어 있을뿐 이러한 문제점을 해결할 축전기의 보호수단이 전혀 강구된 바 없다.In addition, the proposed technology induces to regulate the voltage and current of the capacitor through the voltage current controller, but due to the nature of photovoltaic power generation, the amplitude of the current change along with the rapid voltage change occurs according to the amount of sunlight, and the voltage and current In the case of control, there is also a problem in that rapid charging of the capacitor is hindered and voltage imbalance occurs between each cell configured in the capacitor. That is, if the voltage difference between each cell is excessive in a capacitor composed of a module assembly of capacitors (capacitors), the cell may be damaged and the life span of the capacitor may be shortened. There is a problem of poor performance in supplying power. The proposed technology only consists of a voltage current control method, and no means of protecting the capacitor has been devised to solve this problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 태양광 및 풍력 발전을 사용하여 가로등의 발전효율을 높이고, 전압제어 방식으로 축전기의 급속충전 속도를 향상시키면서 축전지 전체의 전압을 제어하여 과충전을 방지하고, 축전기에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하며, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행하여 축전기의 보호성능을 개선한 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치를 제공하는 데 있다.The object of the present invention, which was made to solve the above problems, is to increase the power generation efficiency of street lights using solar and wind power, and to control the voltage of the entire storage battery while improving the rapid charging speed of the storage battery through a voltage control method. Prevents overcharge, prevents overcharge and overdischarge while matching the voltage of a plurality of supercapacitor cells composed of a capacitor, and returns to a preset voltage value to perform cell balance to improve the protection performance of the capacitor It is to provide a voltage-controlled solar and wind power street light device using a supercapacitor.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 가로등의 지주에 설치되고, 부하측 등기구(10)의 최대소비전력량의 1.2배 내지 2배로 태양광발전이 가능하도록 발전용량을 갖는 태양광발전모듈(100)과; 가로등의 지주에 설치되고, 부하측 등기구(10)에 발전전기를 제공하도록 풍력발전하는 풍력발전수단(200)과; 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200)에서 각각 생산된 발전전기가 접속되고, 각각의 발전전기 간의 전압차에 의한 전압충돌을 방지하기 위해 전압을 변환하도록 접속단자(310) 및 전압변환기(320)가 각각 구비된 접속기(300)와; 상기 접속기(300)와 연결되고, 입력되는 전압값에 따라 축전기모듈의 과충전 방지를 위하여 중앙제어기의 제어에 의해 입력전압을 차단하는 전압제어기(400)와; 상기 전압제어기(400)와 연결되고, 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀 각각의 전압과 전류를 검출하며 MOSFET을 이용하여 셀 각각의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하고, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행하는 축전기모듈보호기(500)와; 상기 등기구(10)에 발전전기를 제공하도록 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 각각의 발전전기를 저장하고, 초급속 충전이 가능한 다수개의 슈퍼커패시터 셀(super capacitor cell, 610)이 직렬 또는 병렬, 직ㆍ병렬로 연결되되, 상기 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500)를 통하여 전체의 전압 및 각 셀의 밸런스가 제어되는 축전기모듈(600)과; 상기 접속기(300), 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500) 각각의 출력전압을 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 중앙제어기에 공급하는 제1 DC/DC 컨버터(700)와; 상기 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압으로 운전되면서 주간에는 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되고, 상기 전압제어기(400)를 제어하기 위한 만충전전압값을 설정하여 상기 축전기모듈(600)의 과충전을 방지하도록 제어하며, 점등시간, 태양광발전모듈의 전압 및 디밍(dimming) 각각을 설정하여 상기 등기구(10)의 점등 및 소등을 스마트하게 제어하는 중앙제어기(800)와; 상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 상기 등기구가 요구하는 전압으로 변환시키는 제2 DC/DC 컨버터(900)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치를 제공한다.According to the features of the present invention for achieving the above object, a photovoltaic power generation module installed on a post of a street light and having a power generation capacity to enable solar power generation by 1.2 to 2 times the maximum power consumption of the load-side lighting fixture 10 (100) and; a
또한, 상기 접속기(300)는, 설치장소의 평균 일사량 및 풍력에 따라 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 중에서 어느 하나에 한정되거나 모두 접속이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 접속기(300)는, 역전류 방지를 위하여 역전류방지 다이오드(330)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 전압제어기(400)는, 상기 중앙제어기(800)의 기설정된 만충전전압값에 따라 상기 접속기(300)를 통해 입력되는 전압값을 상기 축전기모듈(600)에서 원하는 만충전전압값 이내에서 제어되고, 만충전전압값을 초과할 경우 상기 접속기(300)의 입력전압이 차단되도록 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 축전기모듈보호기(500)는, 상기 슈퍼커패시터 셀 각각의 만충전전압값, 과충전전압값, 종지전압값, 과방전전압값, 과방전전류값이 사전에 설정되고, 기설정된 상기 전압값 및 전류값과 상기 슈퍼커패시터 셀 각각에 검출된 현재 전압과 전류를 비교 분석하여 셀 각각의 과충전 및 과방전을 방지하고, 충전량 및 방전량을 감시 및 보호하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the
또한, 상기 축전기모듈(600)은, 리튬-이온 커패시터(Lithium-Ion Capacitor, LIC 혹은 하이브리드 커패시터) 또는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)로 이루어진 다수개의 슈퍼커패시터 셀(super capacitor cell, 610)이 모듈화되어 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는, 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되도록 2차전지 또는 축전기로 구성된 예비전원수단(805)이 구성되어 주간에는 상기 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압과 함께 상기 예비전원수단(805)으로 운전되고, 야간에는 상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 사용하면서 상기 등기구(10)로의 전원공급을 관리하여 주야간 지속적으로 가로등 장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는, 상기 등기구(10)의 점등시간을 조절하도록 설정하는 시간설정부(810)와, 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압에 따라 등기구의 점등 및 소등을 결정하도록 태양광점등전압 및 태양광소등전압을 각각 설정하는 전압설정부(820)와, 상기 시간설정부(810)와 연동되어 심야시간의 경우 상기 등기구(10)의 밝기를 조절하기 위한 디밍값을 설정하는 디밍설정부(830)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 전압설정부(820)는, 설치장소의 평균 일사량 및 일조량에 따라 등기구의 점등 및 소등에 필요한 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압을 차별화하도록 상기 태양광점등전압 및 태양광소등전압을 다수개의 케이스로 설정한 셀렉터(Selector)인 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는, 상기 시간설정부(810), 전압설정부(820) 및 디밍설정부(830)를 통한 등기구의 정상 작동 여부를 사용자의 조작으로 일정 시간 간격으로 시험하고 점검하는 TEST S/W(840)와, 상기 TEST S/W(840)의 조작에 따라 등기구의 정상 작동 여부를 표시하도록 서로 구별되는 색상의 램프(ramp)가 점멸 또는 점등 작동하고, 상기 디밍설정부(830)에 따른 등기구(10)의 밝기가 디밍되는 시간에는 램프의 밝기가 디밍 작동하는 TEST RAMP(850)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치는, 상기 중앙제어기(800)의 디밍설정부(830)를 통해 설정된 디밍값으로 상기 등기구의 밝기가 조절되도록 상기 제2 DC/DC 컨버터(900)의 출력전압을 강압 제어하는 디머컨트롤러(dimmer controller, 1000)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the voltage-controlled solar and wind power street lamp device using the supercapacitor, the second DC/DC converter adjusts the brightness of the lamp to a dimming value set through the
본 발명에 따른 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치는,The voltage-controlled solar and wind power street light device using the supercapacitor according to the present invention,
첫째, 접속기를 통하여 설치장소의 평균 일사량 및 풍력에 따라 상기 태양광발전모듈 및 풍력발전수단 중에서 어느 하나에 한정되거나 모두 접속이 가능하도록 구성됨으로써, 종래의 태양광으로만 구성된 가로등이 비해 장소제약이 없어 도심지나 산속의 음지(陰地)에서도 발전효율 및 등기구의 출력을 극대화시킬수 있는 효과가 있다.First, it is configured to be limited to any one of the photovoltaic power generation module and the wind power generation means or to be connected to both according to the average solar radiation and wind power of the installation place through the connector, so that the place is restricted compared to conventional streetlights composed only of sunlight. It has the effect of maximizing the power generation efficiency and the output of lighting fixtures even in urban areas or in the shadows of mountains.
둘째, 전압제어기를 통하여 전압제어 방식으로 접속기로부터 입력되는 전압값에 따라 축전기모듈의 과충전 방지를 위해 입력전압을 차단 제어함으로써, 종래의 전압과 전류를 동시에 제어하여 충전효율을 반감시키는 역작용이 있는 전압전류제어 방식에 비해 제어회로의 구조를 더욱 심플하게 구성이 가능하면서 축전기모듈의 급속충전 속도를 높일 수 있고, 이를 통해 태양광발전모듈 및 축전기모듈의 크기를 줄일 수 있어 가로등의 크기로 인한 설치장소의 제약을 해소할 수 있는 효과가 있다.Second, the input voltage is cut off and controlled to prevent overcharging of the capacitor module according to the voltage value input from the connector in a voltage control method through the voltage controller, thereby controlling the conventional voltage and current at the same time, thereby reducing the charging efficiency by half. Compared to the current control method, the structure of the control circuit can be configured more simply, and the rapid charging speed of the capacitor module can be increased, and through this, the size of the photovoltaic power generation module and the capacitor module can be reduced. has the effect of relieving the constraints of
셋째, 축전기모듈보호기를 통하여 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하며, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행함으로써, 전압제어기를 통한 축전지모듈 전체의 전압을 제어함과 동시에 슈퍼커패시터 셀 각각의 셀 밸런스(cell balance) 제어도 수행함에 따라 축전기모듈의 보호성능을 개선하여 셀 간의 전압차로 인한 셀의 파손을 방지하고 축전지모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.Third, overcharge and overdischarge are prevented while matching the voltages of the plurality of supercapacitor cells configured in the capacitor module through the capacitor module protector, and by returning to a preset voltage value to perform cell balance work, the voltage controller By controlling the voltage of the entire battery module through the power supply and at the same time controlling the cell balance of each supercapacitor cell, the protection performance of the battery module is improved to prevent damage to the cell due to the voltage difference between cells and the life span of the battery module. has the effect of prolonging
넷째, 시간설정부, 전압설정부 및 디밍설정부를 갖는 중앙제어기와 디머컨트롤러를 통하여 기설정된 시간, 태양광발전모듈의 전압, 디밍값에 따라 등기구의 점등 및 소등, 밝기가 조절됨으로써, 시간설정에 한정되어 구성된 종래의 태양광 가로등에 비해 등기구를 더욱 스마트하게 제어가 가능하고, 이에 따라 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.Fourth, turning on and off and adjusting the brightness of the lighting fixtures according to the preset time, the voltage of the photovoltaic module, and the dimming value through the central controller and the dimmer controller having a time setting unit, a voltage setting unit, and a dimming setting unit, thereby controlling the time setting. It is possible to control the luminaire more smartly than the conventional solar street lamp configured to be limited, and thus there is an effect of preventing unnecessary power consumption.
도 1은 종래 기술에 따른 커패시터를 이용한 태양광 가로등 제어 시스템을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치의 일 실시예에 대한 전체 기술적 구성을 나타낸 블록도
도 3은 도 2의 중앙제어기에 구성된 전압설정부의 일 예로서 셀렉터(Selector)를 도시한 도면1 is a view showing a solar street light control system using a capacitor according to the prior art
2 is a block diagram showing the overall technical configuration of an embodiment of a voltage-controlled solar and wind power street lamp device using a supercapacitor according to the present invention.
3 is a view showing a selector as an example of a voltage setting unit configured in the central controller of FIG. 2;
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings, and even if the same numerals as in the prior art are indicated The prior art should be interpreted as such. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치는, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 태양광발전모듈(100), 풍력발전수단(200), 접속기(300), 전압제어기(400), 축전기모듈보호기(500), 축전기모듈(600), 제1 DC/DC 컨버터(700), 중앙제어기(800), 제2 DC/DC 컨버터(900) 및 디머컨트롤러(dimmer controller, 1000)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIGS. 2 and 3, the voltage-controlled solar and wind power street light device using a supercapacitor according to the present invention includes a
태양광발전모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 태양광전지로서 야간에 부하측 등기구(10)가 작동되기 위한 전기에너지를 태양광으로 발전하기 위한 수단으로서, 가로등의 지주에 설치되고, 부하측 등기구(10)의 최대소비전력량의 1.2배 내지 2배로 태양광발전이 가능하도록 발전용량을 갖는다.As shown in FIG. 2, the
풍력발전수단(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 야간에 부하측 등기구(10)가 작동되기 위한 전기에너지를 풍력으로 발전하기 위한 수단으로서, 가로등의 지주에 설치된다.As shown in FIG. 2 , the wind power generating means 200 is a means for generating wind energy for the load-
여기서, 상기 풍력발전수단(200)은 수직형(VRF, VRD) 또는 수평형(HRF) 중에서 어느 하나의 방식으로 가로등의 지주에 설치되거나 수직형 및 수평형이 복합적으로 설치될 수 있다.Here, the wind power generating means 200 may be installed on a post of a street light in any one of a vertical type (VRF, VRD) or a horizontal type (HRF), or a combination of vertical and horizontal types.
접속기(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200)에서 각각 생산된 발전전기가 접속되고, 각각의 발전전기 간의 전압차에 의한 전압충돌을 방지하기 위해 전압을 변환하도록 접속단자(310) 및 전압변환기(320)가 각각 구비된다. 상기 접속단자(310)는 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 각각과 연결되는 접속수단이고, 전압변환기(320)는 각각의 생산된 전기 간에 전압차로 인한 전압충돌을 방지하기 위해 전압을 변환시키는 용도로 구성된다.As shown in FIG. 2, the
여기서, 상기 접속기(300)는 설치장소의 평균 일사량 및 풍력에 따라 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 중에서 어느 하나에 한정되거나 모두 접속이 가능하도록 구성된다. 이는 설치장소의 상황에 맞게 발전효율을 극대화시키기 위함으로서 태양광발전과 함께 풍력발전으로 전기에너지를 생산함으로써, 기존의 태양광 가로등에 비해 설치장소의 제약을 해소하면서 발전효율을 높일 수 있다.Here, the
한편, 상기 접속기(300)는 후술할 중앙제어기(800)의 제어에 따라 주간에는 태양광발전모듈(100)에 접속되고, 야간에는 풍력발전수단(200)에 접속되도록 하거나 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압이 기설정된 값 이하로 떨어진 경우 풍력발전수단(200)에 접속되도록 하여 스마트하게 발전전기를 생산하도록 제어될 수 있다.On the other hand, the
또한, 상기 접속기(300)는 역전류 방지를 위하여 역전류방지 다이오드(330)가 더 구비되는데 이는 정류다이오드(rectification diode)로서 실리콘 또는 게르마늄의 단결정 속에서 PN형을 접합하여 P형 쪽에 에노드, N형 쪽에 캐소드의 두 단자로 구성되고 순방향 접속에서는 전류가 흐르고 역방향 접속에서는 전류가 흐르지 않는 특성을 이용하여 본 발명에서는 상기 접속기(300)로 입력된 전류가 역방향 즉, 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200)으로 흐르지 않도록 한다.In addition, the
전압제어기(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 접속기(300)와 연결되고, 입력되는 전압값에 따라 축전기모듈의 과충전 방지를 위하여 후술할 중앙제어기(800)의 제어에 의해 입력전압을 차단하는 수단이다.As shown in FIG. 2, the
다시 말해서, 상기 전압제어기(400)는 상기 중앙제어기(800)의 기설정된 만충전전압값에 따라 상기 접속기(300)를 통해 입력되는 전압값을 상기 축전기모듈(600)에서 원하는 만충전전압값 이내에서 제어되고, 만충전전압값을 초과할 경우 상기 접속기(300)의 입력전압이 차단되도록 전압을 제어한다.In other words, the
여기서, 상기 전압제어기(400)를 통한 축전기모듈의 전압제어 방식을 구성시킨 이유는 배경기술에 상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 태양광 가로등의 경우 전압전류제어기를 통하여 축전기의 전압과 전류를 단속하도록 유도하였으나 태양광 발전의 특성상 일조량 일사량에 따라 급속한 전압의 변동과 함께 전류의 변화의 진폭이 많이 발생하는데 전압 및 전류를 제어할 경우 축전기의 급속충전을 방해하고 축전기에 구성된 각 셀간의 전압 불균형이 발생하는 문제점이 있기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위하여 구성시킨 것이다. 즉, 종래의 전압과 전류를 동시에 제어하여 충전효율을 반감시키는 역작용이 있는 전압전류제어 방식에 비해 제어회로의 구조를 더욱 심플하게 구성이 가능하면서 축전기모듈의 급속충전 속도를 높일 수 있고, 이를 통해 태양광발전모듈 및 축전기모듈의 크기를 줄일 수 있는 경제적인 효과를 창출하기 위함이다.Here, the reason for configuring the voltage control method of the capacitor module through the
축전기모듈보호기(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전압제어기(400)와 연결되고, 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀 각각의 전압과 전류를 검출하며 MOSFET을 이용하여 셀 각각의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하고, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행하는 수단이다.As shown in FIG. 2, the
이를 위해 상기 축전기모듈보호기(500)는 상기 슈퍼커패시터 셀 각각의 만충전전압값, 과충전전압값, 종지전압값, 과방전전압값, 과방전전류값이 사전에 설정되고, 기설정된 상기 전압값 및 전류값과 상기 슈퍼커패시터 셀 각각에 검출된 현재 전압과 전류를 비교 분석하여 셀 각각의 과충전 및 과방전을 방지하고, 충전량 및 방전량을 감시 및 보호하도록 제어한다.To this end, the
여기서, 상기 축전기모듈보호기(500)를 구성시킨 이유는 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하며, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행함으로써, 전압제어기를 통한 축전지모듈 전체의 전압을 제어함과 동시에 슈퍼커패시터 셀 각각의 셀 밸런스(cell balance) 제어도 수행함에 따라 축전기모듈의 보호성능을 개선하여 셀 간의 전압차로 인한 셀의 파손을 방지하고 축전지모듈의 수명을 연장시키기 위함이다.Here, the reason why the
축전기모듈(600)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 등기구(10)에 발전전기를 제공하도록 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 각각의 발전전기를 저장하고, 초급속 충전이 가능한 다수개의 슈퍼커패시터 셀(super capacitor cell, 610)이 직렬 또는 병렬, 직ㆍ병렬로 연결되되, 상기 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500)를 통하여 전체의 전압 및 각 셀의 밸런스가 제어되는 전기에너지 저장수단이다.As shown in FIG. 2, the
여기서, 상기 축전기모듈(600)은 화학적으로 전기를 저장하는 2차 전지와는 다른 개념의 물리적 에너지 저장용 셀(Cell)의 집합체를 말하며, 리튬-이온 커패시터(Lithium-Ion Capacitor, LIC 혹은 하이브리드 커패시터) 또는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)로 이루어진 다수개의 슈퍼커패시터 셀(super capacitor cell, 610)이 모듈화되어 구성된다.Here, the
리튬-이온 커패시터(Lithium-Ion Capacitor, LIC)는 슈퍼커패시터(super capacitor)로서, (-)극은 리튬-이온 축전지와 마찬가지로 리튬이 삽입(또는 도핑)된 활성탄소 또는 흑연이고, (+)극은 전기 이중층 캐퍼시터(EDLC)와 마찬가지로 활성탄소이며, 전해질에는 리튬-이온 축전지와 마찬가지로 리튬염이 용해되어 있다. 즉, 리튬-이온 축전지와 전기 이중층 캐퍼시터(EDLC)의 장점들을 결합하여 하이브리드 커패시터(hybrid Capacitor)라고도 한다. 이에 따라 커패시터의 전통적인 특성(빠른 충/방전, 높은 내구성, 안전성, 환경 친화성)을 유지하면서도, 축전지의 핵심 특성(높은 전압과 많은 에너지)을 발휘할 수 있는 장점이 있다.A Lithium-Ion Capacitor (LIC) is a super capacitor. The (-) pole is lithium-intercalated (or doped) activated carbon or graphite, like a lithium-ion battery, and the (+) pole Like the silver electric double layer capacitor (EDLC), it is activated carbon, and lithium salt is dissolved in the electrolyte, like the lithium-ion storage battery. That is, it is also called a hybrid capacitor by combining the advantages of a lithium-ion storage battery and an electric double layer capacitor (EDLC). Accordingly, while maintaining the traditional characteristics of capacitors (fast charge/discharge, high durability, safety, and environmental friendliness), there is an advantage in that the core characteristics of a storage battery (high voltage and high energy) can be exhibited.
전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)는 슈퍼커패시터(super capacitor)로서, 전극과 전해액 사이의 전자 이동에 의한 패러데이 효과에 의해 전기 에너지를 저장하는 형태의 커패시터이고, 전극과 전해액 사이의 경계면에서의 헬름홀츠 이중층을 사용하는 방식으로 급속 충전이 가능하면서 충전과 방전 수명이 긴 장점이 있다.An Electric Double Layer Capacitor (EDLC) is a super capacitor that stores electrical energy by the Faraday effect caused by the movement of electrons between an electrode and an electrolyte. At the interface between the electrode and the electrolyte, The method using the Helmholtz double layer of the method has the advantage of enabling rapid charging and long charge and discharge life.
한편, 상기 축전기모듈(600)은 상기 축전기모듈보호기(500)와 함께 축전기모듈 컨트롤박스(20)에 내장될 수 있다.Meanwhile, the
제1 DC/DC 컨버터(700)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 접속기(300), 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500) 각각의 출력전압을 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 중앙제어기에 공급하는 수단이다.As shown in FIG. 2, the first DC/
중앙제어기(800)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압으로 운전되면서 주간에는 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되고, 상기 전압제어기(400)를 제어하기 위한 만충전전압값을 설정하여 상기 축전기모듈(600)의 과충전을 방지하도록 제어하며, 점등시간, 태양광발전모듈의 전압 및 디밍(dimming) 각각을 설정하여 상기 등기구(10)의 점등 및 소등을 스마트하게 제어하는 수단이다.As shown in FIG. 2, the
여기서, 상기 중앙제어기(800)는 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되도록 2차전지 또는 축전기로 구성된 예비전원수단(805)이 구성되어 주간에는 상기 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압과 함께 상기 예비전원수단(805)으로 운전되고, 야간에는 상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 사용하면서 상기 등기구(10)로의 전원공급을 관리하여 주야간 지속적으로 가로등 장치의 작동을 제어한다.Here, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는 상기 등기구(10)의 점등시간을 조절하도록 설정하는 시간설정부(810)와, 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압에 따라 등기구의 점등 및 소등을 결정하도록 태양광점등전압 및 태양광소등전압을 각각 설정하는 전압설정부(820)를 포함한다.In addition, the
상기 시간설정부(810)는 계절에 따른 일출/일몰 시간, 도심지/산속/공원 등의 설치장소의 특성을 고려하여 등기구의 점등/소등 시간을 설정하고, 등기구의 밝기 조절을 위한 심야시간을 설정한 것으로서, 관리자가 가로등의 설치 및 유지보수 시 설정을 변경할 수 있다.The
상기 전압설정부(820)는 설치장소의 평균 일사량 및 일조량에 따라 등기구의 점등 및 소등에 필요한 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압을 차별화하도록 상기 태양광점등전압 및 태양광소등전압을 다수개의 케이스로 설정한 셀렉터(Selector)로서 도 3은 전압설정 셀렉터의 예를 도시한 것이다. 따라서, 관리자가 설치장소 및 계절에 따라 셀렉터 중에서 어느 하나를 설정하여 등기구가 전압에 따라 점등 및 소등되도록 한다.The
여기서, 상기 시간설정부(810) 및 전압설정부(820)는 두가지 모두를 만족할 경우에 등기구의 점등 및 소등이 제어되거나, 한가지만 만족하더라도 점등 및 소등이 제어되도록 회로로 구성될 수 있다.Here, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는 상기 시간설정부(810)와 연동되어 심야시간의 경우 상기 등기구(10)의 밝기를 조절하기 위한 디밍값을 설정하는 디밍설정부(830)를 포함한다. 이는 후술할 디머컨트롤러(dimmer controller, 1000)를 통하여 등기구(10)에 공급되는 전압값 즉, 평소보다 등기구(10)의 밝기를 낮추기 위해 강압되는 전압값을 설정하는 것이다.In addition, the
또한, 상기 중앙제어기(800)는 상기 시간설정부(810), 전압설정부(820) 및 디밍설정부(830)를 통한 등기구의 정상 작동 여부를 사용자의 조작으로 일정 시간 간격으로 시험하고 점검하는 TEST S/W(840)와, 상기 TEST S/W(840)의 조작에 따라 등기구의 정상 작동 여부를 표시하도록 서로 구별되는 색상의 램프(ramp)가 점멸 또는 점등 작동하고, 상기 디밍설정부(830)에 따른 등기구(10)의 밝기가 디밍되는 시간에는 램프의 밝기가 디밍 작동하는 TEST RAMP(850)를 더 포함한다.In addition, the
다시 말해서, TEST S/W(840) 및 TEST RAMP(850)는 관리자가 별도의 시험용 장비나 테스트기를 휴대하지 않고서도 보다 간편하게 가로등 장치의 등기구 제어 기능이 정상적으로 작동하는지를 시험 및 점검하고 이를 확인할 수 있는 점검수단으로서, 가로등 장치를 현장에 설치하기 전 등기구의 결합여부와 상관없이 등기구 제어에 관련된 제어회로를 용이하게 점검할 수 있다.In other words, the TEST S/W (840) and the TEST RAMP (850) allow the administrator to more easily test, check, and check whether the lamp control function of the street light device is operating normally without carrying a separate test equipment or tester. As an inspection means, it is possible to easily check the control circuit related to the control of the lighting fixtures regardless of whether or not the lighting fixtures are coupled before installing the streetlight device on the site.
제2 DC/DC 컨버터(900)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 상기 등기구가 요구하는 전압으로 변환시키는 수단이다.As shown in FIG. 2, the second DC/
다시 말해서, 상기 제2 DC/DC 컨버터(900)는 축전기모듈(600)의 각 셀을 제어하는 축전기모듈보호기(500)와 연결되어 상기 축전기모듈보호기(500)의 출력전압의 전압 변동과 상관없이 등기구의 전압을 설정 할 수 있도록 하는 벅 부스터 컨버터로서, 등기구의 입력 전압과 전류를 제어하여 밝기는 물론 발열을 최소화하여 등기구에 구성된 LED램프의 수명을 연장시키고, 이를 통해 등기구의 방열수단의 무게를 줄일 수 있는 효과가 있다.In other words, the second DC/
디머컨트롤러(dimmer controller, 1000)는 도 2에 도시된 바와 상기 중앙제어기(800)의 디밍설정부(830)를 통해 설정된 디밍값으로 상기 등기구의 밝기가 조절되도록 상기 제2 DC/DC 컨버터(900)의 출력전압을 강압 제어하는 수단으로서, 상기 시간설정부(810)와 연동되어 심야시간의 경우 상기 등기구(10)의 밝기가 디밍값으로 조절되도록 제어한다.As shown in FIG. 2, a dimmer controller (1000) is the second DC/DC converter (900) so that the brightness of the lamp is adjusted to the dimming value set through the
따라서, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치는, 첫째 접속기를 통하여 설치장소의 평균 일사량 및 풍력에 따라 상기 태양광발전모듈 및 풍력발전수단 중에서 어느 하나에 한정되거나 모두 접속이 가능하도록 구성됨으로써, 종래의 태양광으로만 구성된 가로등이 비해 장소제약이 없어 도심지나 산속의 음지(陰地)에서도 발전효율 및 등기구의 출력을 극대화시킬수 있는 효과가 있다.Therefore, the voltage-controlled photovoltaic and wind power street light device using a supercapacitor according to the present invention is limited to any one of the photovoltaic power generation module and wind power generation means or connected to all of them according to the average solar radiation and wind power of the installation site through the first connector. By being configured to enable this, there is an effect of maximizing the power generation efficiency and the output of the luminaire even in a city center or a shaded area in the mountains because there is no place restriction compared to a conventional street light composed only of sunlight.
둘째, 전압제어기를 통하여 전압제어 방식으로 접속기로부터 입력되는 전압값에 따라 축전기모듈의 과충전 방지를 위해 입력전압을 차단 제어함으로써, 종래의 전압과 전류를 동시에 제어하여 충전효율을 반감시키는 역작용이 있는 전압전류제어 방식에 비해 제어회로의 구조를 더욱 심플하게 구성이 가능하면서 축전기모듈의 급속충전 속도를 높일 수 있고, 이를 통해 태양광발전모듈 및 축전기모듈의 크기를 줄일 수 있어 가로등의 크기로 인한 설치장소의 제약을 해소할 수 있는 효과가 있다.Second, the input voltage is cut off and controlled to prevent overcharging of the capacitor module according to the voltage value input from the connector in a voltage control method through the voltage controller, thereby controlling the conventional voltage and current at the same time, thereby reducing the charging efficiency by half. Compared to the current control method, the structure of the control circuit can be configured more simply, and the rapid charging speed of the capacitor module can be increased, and through this, the size of the photovoltaic power generation module and the capacitor module can be reduced. has the effect of relieving the constraints of
셋째, 축전기모듈보호기를 통하여 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하며, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행함으로써, 전압제어기를 통한 축전지모듈 전체의 전압을 제어함과 동시에 슈퍼커패시터 셀 각각의 셀 밸런스(cell balance) 제어도 수행함에 따라 축전기모듈의 보호성능을 개선하여 셀 간의 전압차로 인한 셀의 파손을 방지하고 축전지모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.Third, overcharge and overdischarge are prevented while matching the voltages of the plurality of supercapacitor cells configured in the capacitor module through the capacitor module protector, and by returning to a preset voltage value to perform cell balance work, the voltage controller By controlling the voltage of the entire battery module through the power supply and at the same time controlling the cell balance of each supercapacitor cell, the protection performance of the battery module is improved to prevent damage to the cell due to the voltage difference between cells and the life span of the battery module. has the effect of prolonging
넷째, 시간설정부, 전압설정부 및 디밍설정부를 갖는 중앙제어기와 디머컨트롤러를 통하여 기설정된 시간, 태양광발전모듈의 전압, 디밍값에 따라 등기구의 점등 및 소등, 밝기가 조절됨으로써, 시간설정에 한정되어 구성된 종래의 태양광 가로등에 비해 등기구를 더욱 스마트하게 제어가 가능하고, 이에 따라 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.Fourth, turning on and off and adjusting the brightness of the lighting fixtures according to the preset time, the voltage of the photovoltaic module, and the dimming value through the central controller and the dimmer controller having a time setting unit, a voltage setting unit, and a dimming setting unit, thereby controlling the time setting. It is possible to control the luminaire more smartly than the conventional solar street lamp configured to be limited, and thus there is an effect of preventing unnecessary power consumption.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 등기구
20 : 축전기모듈 컨트롤박스
100 : 태양광발전모듈 200 : 풍력발전수단
300 : 접속기 310 : 접속단자
320 : 전압변환기
330 : 역전류방지 다이오드 400 : 전압제어기
500 : 축전기모듈보호기 600 : 축전기모듈
610 : 슈퍼커패시터 셀 700 : 제1 DC/DC 컨버터
800 : 중앙제어기 810 : 시간설정부
820 : 전압설정부 830 : 디밍설정부
840 : TEST S/W 850 : TEST RAMP
900 : 제2 DC/DC 컨버터 1000 : 디머컨트롤러10: luminaire
20: capacitor module control box
100: solar power generation module 200: wind power generation means
300: connector 310: connector
320: voltage converter
330: reverse current prevention diode 400: voltage controller
500: capacitor module protector 600: capacitor module
610: supercapacitor cell 700: first DC / DC converter
800: central controller 810: time setting unit
820: voltage setting unit 830: dimming setting unit
840: TEST S/W 850: TEST RAMP
900: second DC / DC converter 1000: dimmer controller
Claims (11)
가로등의 지주에 설치되고, 부하측 등기구(10)에 발전전기를 제공하도록 풍력발전하는 풍력발전수단(200)과;
상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200)에서 각각 생산된 발전전기가 접속되고, 각각의 발전전기 간의 전압차에 의한 전압충돌을 방지하기 위해 전압을 변환하도록 접속단자(310) 및 전압변환기(320)가 각각 구비된 접속기(300)와;
상기 접속기(300)와 연결되고, 입력되는 전압값에 따라 축전기모듈의 과충전 방지를 위하여 중앙제어기의 제어에 의해 입력전압을 차단하는 전압제어기(400)와;
상기 전압제어기(400)와 연결되고, 축전기모듈에 구성된 다수개의 슈퍼커패시터 셀 각각의 전압과 전류를 검출하며 MOSFET을 이용하여 셀 각각의 전압을 일치시키면서 과충전 및 과방전을 방지하고, 기설정된 전압값으로 복귀시켜 셀 밸런스(cell balance) 작업을 수행하는 축전기모듈보호기(500)와;
상기 등기구(10)에 발전전기를 제공하도록 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 각각의 발전전기를 저장하고, 초급속 충전이 가능한 다수개의 슈퍼커패시터 셀(super capacitor cell, 610)이 직렬 또는 병렬, 직ㆍ병렬로 연결되되, 상기 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500)를 통하여 전체의 전압 및 각 셀의 밸런스가 제어되는 축전기모듈(600)과;
상기 접속기(300), 전압제어기(400) 및 축전기모듈보호기(500) 각각의 출력전압을 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 중앙제어기에 공급하는 제1 DC/DC 컨버터(700)와;
상기 제1 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압으로 운전되면서 주간에는 상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되고, 상기 전압제어기(400)를 제어하기 위한 만충전전압값을 설정하여 상기 축전기모듈(600)의 과충전을 방지하도록 제어하며, 점등시간, 태양광발전모듈의 전압 및 디밍(dimming) 각각을 설정하여 상기 등기구(10)의 점등 및 소등을 스마트하게 제어하는 중앙제어기(800)와;
상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 입력받아 벅 부스터(buck-boost) 방식으로 승압 또는 강압하여 상기 등기구가 요구하는 전압으로 변환시키는 제2 DC/DC 컨버터(900)를 포함하고,
상기 접속기(300)는,
설치장소의 평균 일사량 및 풍력에 따라 상기 태양광발전모듈(100) 및 풍력발전수단(200) 중에서 어느 하나에 한정되거나 모두 접속이 가능하도록 구성되되, 상기 중앙제어기(800)의 제어에 따라 주간에는 태양광발전모듈(100)에 접속되고, 야간에는 풍력발전수단(200)에 접속되도록 하거나 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압이 기설정된 값 이하로 떨어진 경우 풍력발전수단(200)에 접속되도록 하고,
상기 전압제어기(400)는,
상기 중앙제어기(800)의 기설정된 만충전전압값에 따라 상기 접속기(300)를 통해 입력되는 전압값을 상기 축전기모듈(600)에서 원하는 만충전전압값 이내에서 제어되고, 만충전전압값을 초과할 경우 상기 접속기(300)의 입력전압이 차단되도록 전압을 제어하고,
상기 축전기모듈보호기(500)는,
상기 슈퍼커패시터 셀 각각의 만충전전압값, 과충전전압값, 종지전압값, 과방전전압값, 과방전전류값이 사전에 설정되고, 기설정된 상기 전압값 및 전류값과 상기 슈퍼커패시터 셀 각각에 검출된 현재 전압과 전류를 비교 분석하여 셀 각각의 과충전 및 과방전을 방지하고, 충전량 및 방전량을 감시 및 보호하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치.
A photovoltaic power generation module 100 installed on a post of a street light and having a power generation capacity so as to enable solar power generation by 1.2 to 2 times the maximum power consumption of the load-side lamp 10;
a wind power generator 200 installed on a post of a street light and generating wind power to provide generated electricity to the load-side lamp 10;
The power generation module 100 and the wind power generation means 200 are connected to each other, and the connection terminal 310 converts the voltage to prevent a voltage collision caused by a voltage difference between the generators, and connectors 300 each having a voltage converter 320;
a voltage controller 400 connected to the connector 300 and blocking an input voltage under the control of a central controller to prevent overcharging of the capacitor module according to an input voltage value;
It is connected to the voltage controller 400, detects the voltage and current of each of the plurality of supercapacitor cells configured in the capacitor module, and uses a MOSFET to match the voltage of each cell to prevent overcharge and overdischarge, and a preset voltage value a capacitor module protector 500 that returns to a cell balance to perform a cell balance operation;
A plurality of supercapacitor cells (610) that store electricity generated by each of the photovoltaic module 100 and the wind power generator 200 to provide electricity generated to the lamp 10 and can be charged super-quickly a capacitor module 600 connected in series, parallel, or series/parallel to control the overall voltage and balance of each cell through the voltage controller 400 and the capacitor module protector 500;
A first DC/DC converter that receives the output voltage of each of the connector 300, the voltage controller 400, and the capacitor module protector 500, boosts or steps it down in a buck-boost method, and supplies it to the central controller ( 700) and;
While operated with the voltage supplied from the first DC/DC converter 700, electricity generated by the photovoltaic module 100 is stored during the daytime, and a full charge voltage value for controlling the voltage controller 400 is set. A central controller ( 800) and;
A second DC/DC converter 900 receiving the electrical energy stored in the capacitor module 600 and converting it into a voltage required by the lamp by boosting or stepping it down in a buck-boost manner;
The connector 300,
Depending on the average solar radiation and wind power of the installation place, it is configured to be limited to any one of the photovoltaic power generation module 100 and the wind power generation means 200 or to be accessible to both, and during the daytime according to the control of the central controller 800 Connected to the photovoltaic module 100 and connected to the wind power generator 200 at night or connected to the wind power generator 200 when the voltage generated by the photovoltaic module 100 falls below a preset value make it happen,
The voltage controller 400,
The voltage value input through the connector 300 is controlled within the desired full charge voltage value in the capacitor module 600 according to the fully charged voltage value set by the central controller 800 and exceeds the full charged voltage value. If so, the voltage is controlled so that the input voltage of the connector 300 is blocked,
The capacitor module protector 500,
The full charge voltage value, overcharge voltage value, end voltage value, overdischarge voltage value, and overdischarge current value of each of the supercapacitor cells are set in advance, and the preset voltage and current values are detected in each of the supercapacitor cells A voltage-controlled solar and wind power street light device using a supercapacitor, characterized in that the current voltage and current are compared and analyzed to prevent overcharge and overdischarge of each cell, and to monitor and protect the amount of charge and discharge.
상기 중앙제어기(800)는,
상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기가 저장되도록 2차전지 또는 축전기로 구성된 예비전원수단(805)이 구성되어 주간에는 상기 제1 DC/DC 컨버터(700)로부터 공급된 전압과 함께 상기 예비전원수단(805)으로 운전되고, 야간에는 상기 축전기모듈(600)에 저장된 전기에너지를 사용하면서 상기 등기구(10)로의 전원공급을 관리하여 주야간 지속적으로 가로등 장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치.
According to claim 1,
The central controller 800,
A backup power means 805 composed of a secondary battery or a capacitor is configured to store electricity generated by the photovoltaic power generation module 100, and during the daytime, the backup power supply means 805 is provided together with the voltage supplied from the first DC/DC converter 700. It is operated by the power means 805 and manages the power supply to the lamp 10 while using the electric energy stored in the capacitor module 600 at night to continuously control the operation of the street light device during the day and night. Voltage-controlled solar and wind street light devices using capacitors.
상기 중앙제어기(800)는,
상기 등기구(10)의 점등시간을 조절하도록 설정하는 시간설정부(810)와,
상기 태양광발전모듈(100)의 발전전기 전압에 따라 등기구의 점등 및 소등을 결정하도록 태양광점등전압 및 태양광소등전압을 각각 설정하는 전압설정부(820)와,
상기 시간설정부(810)와 연동되어 심야시간의 경우 상기 등기구(10)의 밝기를 조절하기 위한 디밍값을 설정하는 디밍설정부(830)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치.
According to claim 1,
The central controller 800,
A time setting unit 810 for setting the lighting time of the lamp 10 to be adjusted;
A voltage setting unit 820 for setting a solar light-on voltage and a solar light-off voltage, respectively, to determine whether to turn on or off a lamp according to the voltage generated by the photovoltaic power generation module 100;
A voltage-controlled solar system using a supercapacitor, characterized in that it includes a dimming setting unit 830 interlocked with the time setting unit 810 to set a dimming value for adjusting the brightness of the lamp 10 in the case of late night time. Light and wind street lighting devices.
상기 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치는,
상기 중앙제어기(800)의 디밍설정부(830)를 통해 설정된 디밍값으로 상기 등기구의 밝기가 조절되도록 상기 제2 DC/DC 컨버터(900)의 출력전압을 강압 제어하는 디머컨트롤러(dimmer controller, 1000)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전압제어식 태양광 및 풍력 가로등 장치.According to claim 8,
The voltage-controlled solar and wind power street light device using the supercapacitor,
A dimmer controller (1000) step-down-controls the output voltage of the second DC/DC converter (900) so that the brightness of the lamp is adjusted to the dimming value set through the dimming setting unit (830) of the central controller (800) ) Voltage-controlled solar and wind power street lighting device using a supercapacitor, characterized in that it further comprises.
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KR1020220054942A KR102555198B1 (en) | 2022-05-03 | 2022-05-03 | Voltage controllable solar and wind power street light apparatus using super capacitor |
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KR101425338B1 (en) * | 2013-07-22 | 2014-08-01 | 김철웅 | Security illuminator control system |
KR102151525B1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-03 | 두현인프라 주식회사 | Solar Street Light Control Using Capacitors |
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