KR20010044490A - 태양열 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 발전장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 태양광을 이용하여 접압을 발생시켜 충전함에 있어 낭비되는 전압을 활용하여 충전효율을 높일 수 있는 태양열 발전장치에 관련된다.

본 발명은 조사되는 태양광으로부터 전력을 발생시키는 광전지 셀과; 발생된 전력을 밧데리로 충전시키기 위한 정전압 특성을 가지는 전력으로 변환하는 충전회로부와; 상기 충전회로부로부터 공급된 전력을 저장하는 밧데리;를 포함하는 태양열 발전장치에 있어서, 상기 광전지 셀로부터 공급되는 전력의 전압을 측정하는 입력 전압계와; 상기 입력 전압계로부터 측정된 전압이 기준치 이하일 경우 상기 광전지 셀로부터 발생된 전력을 펄스변조에 기초하여 기준치 이상의 전압으로 승압시켜 상기 충전회로부로 공급하는 전압변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제한된 충전 가능시간동안 낭비되는 전력을 효율적으로 사용하여 충전을 수행함으로써 기후가 나쁜 지역이나 우천시에도 충전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

태양열 발전장치{Apparatus for Generating of Electric Power by Solar Energy}

본 발명은 태양열 발전장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 태양광을 이용하여 접압을 발생시켜 충전함에 있어 낭비되는 전압을 활용하여 충전효율을 높일 수 있는 태양열 발전장치에 관련된다.

태양열 발전장치는 반도체로 구성된 광전지 셀(Photovoltaic Cell)에 태양광이 조사되면 광 기전력현상에 의하여 전류가 발생되는데, 이렇게 발전된 전기를 충전하여 실생활에 사용할 수 있도록 하는 것이다.

일반적으로 태양열 발전장치에 사용되는 밧데리에는 12V 직류 전압이 충전된다. 따라서, 충전기에 충전이 수행되기 위해서는 충전전압이 광전지 셀당 14V 이상이 되어야만 하고 14V 미만인 경우에는 충전이 되지 않는다.

도 3 은 종래 일반적인 태양열 발전장치의 내부 블럭도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 태양열 발전장치는 광전지 셀(10), 충전회로부(20), 밧데리(30), 인버터부(70)를 포함한다.

광전지 셀(10)은 조사되는 태양광으로부터 전력을 발생하는 수단으로 본 출원과 밀접한 관계가 없으며 이 건 출원 전 다양한 공지기술이 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

충전회로부(20)는 광전지 셀(10)로부터 발생된 전력을 밧데리(30)로 충전시키기 위한 수단이다. 밧데리(30)로 충전시키기 위하여 정전압 특성을 가지는 전력으로 변환하는 정전압 제어부를 포함하는 것이 일반적이다.

밧데리(30)는 충전회로부(20)로부터 공급된 전력을 충전하는 수단이다. 전력의 소비가 없는 동안 발전된 전력을 충전한다. 가정용으로 사용되는 밧데리는 직류 12V로 충전하는 것이 일반적이다.

인버터부(70)는 밧데리(30)로부터 전압이 낮은 직류 12V 전압을 공급받아 실생활에서 사용 가능한 교류 220V 상용전압으로 변환하여 실제 교류전압이 공급되는 통로인 인입구(80)로 공급한다.

이러한 태양열 발전장치는 태양광의 조사량에 직접적으로 관계되므로 날씨에 밀접한 관련이 있다. 세계적으로 양호한 일조조건을 가지는 우리나라의 경우 평균 일조시간은 8 ~ 10 시간이며, 이 시간 중에서 충전가능 시간은 3 ~ 4 시간 정도이다. 또한, 충전가능 시간중에 날씨가 흐리거나 비가 오는 경우에는 충전시간은 더욱 짧아지게 된다.

도 1 은 시간에 따른 태양광의 조사에 따라 광전지 셀(10)에서 발생되는 전압을 그래프로 나타낸 도면이다. 도 1a 는 기후에 상관없이 이상적인 경우의 태양광의 조사시간과 발생전압을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 일출에서 일몰까지의 시간 중에서 충전이 가능한 14V 이상의 전압이 발생하는 시간은 일출로부터 태양광이 가장 많이 조사되는 시간동안, 즉 일출 후 A 지점으로부터 일몰 전 B 지점까지의 시간동안이다. 즉, 12V 이상의 전압이 발생하는 시간은 이보다 길지만 충전이 가능한 전압인 14V 이상이 발생하는 시간동안만 충전이 수행된다.

그러나, 기후 조건이 양호한 우리나라의 경우에도 비가 오는 날이나 날씨가 흐린 경우에는 전술한 충전가능 시간의 도중에도 충전이 불가능한 경우가 발생한다. 도 1b 에는 실제 기후 조건을 반영하여 태양광이 조사되는 시간별로 발생되는 전압을 그래프로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 도 1b 에서 이상적으로는 A 지점과 B 지점의 시간동안 충전이 가능하여야 하지만 C 지점과 D 지점의 사이에서는 발생되는 전압이 14V 이하이므로 충전이 수행되지 않는다. 즉, C 지점과 D 지점 사이에서는 날씨가 흐리거나 비가 오고있기 때문에 충전이 가능한 전압이 발생되지 않는다.

따라서, 충전이 가능한 제한된 시간동안 충전이 불가능한 시간이 발생하는 경우 태양광이 조사되고 있음에도 불구하고 아주 작은 전압차로 인하여 충전이 수행되지 않는 문제점이 있었다.

종래 태양광의 조사율을 높이기 위하여 태양열 발전장치에 기계적인 장치를 부착하여 태양을 따라 움직이도록 하는 기술이 사용되어 왔다. 일명 썬 플라워(Sunflower)라고 불리는 이 기계장치는 태양의 움직임을 따라 태양열 발전장치의 광전지 셀(10)의 방향을 태양쪽으로 향하게 함으로써 태양광의 조사율을 높이는 기계장치이다.

그러나, 종래 이러한 기술은 전술한 바와 같이 기후조건이 나쁜 경우 충전가능 시간동안 낭비되는 전력을 활용할 수 없으므로 전술한 문제점을 해결할 수 없는 단점이 있었다. 또한, 기계적으로 구동되기 때문에 내구성이 떨어지며 장치가 고가이므로 가격이 비싼 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 기계적으로 구동되기 때문에 소비전력이 크고 구동을 위하여 태양광으로 발전되는 전력을 추가적으로 소모하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 태양광이 조사되는 시간동안 기후 등의 관계로 인해 충전이 되지 않고 낭비되는 전력을 활용하여 충전효율을 높일 수 있는 태양열 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명을 설명하기 위한 시간별 태양광 조사에 따른 발생전압의 그래프.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 발전장치의 내부 블럭도.

도 3 은 종래 태양열 발전장치의 내부 블럭도.

〈도면의 주요 부호에 대한 설명〉

10 : 광전지 셀 20 : 충전회로부

30 : 밧데리 40 : 입력 전압계

50 : 전압변환부 51 : 마이컴

52 : 승압부 60 : 출력 전압계

70 : 인버터부 80 : 인입구

본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 본 발명은 조사되는 태양광으로부터 전력을 발생시키는 광전지 셀과; 발생된 전력을 밧데리로 충전시키기 위한 정전압 특성을 가지는 전력으로 변환하는 충전회로부와; 상기 충전회로부로부터 공급된 전력을 저장하는 밧데리;를 포함하는 태양열 발전장치에 있어서,

상기 광전지 셀로부터 공급되는 전력의 전압을 측정하는 입력 전압계와; 상기 입력 전압계로부터 측정된 전압이 기준치 이하일 경우 상기 광전지 셀로부터 발생된 전력을 펄스변조에 기초하여 기준치 이상의 전압으로 승압시켜 상기 충전회로부로 공급하는 전압변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 태양열 발전장치에 있어서, 상기 전압변환부가,

상기 입력 전압계로부터의 전압을 입력받고 제어를 행하는 마이컴과; 상기 마이컴의 제어에 따라 펄스변조에 기초하여 입력 전압을 기준치 이상으로 승압시키는 승압부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 태양열 발전장치가,

상기 전압 변환부로부터의 출력 전압을 검출하는 출력 전압계;를 더 포함하고, 상기 전압 변환부가 상기 출력 전압계로부터 피드백된 측정치로부터 추가적인 전압 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 태양열 발전장치가,

상기 충전회로부가 출력 전류를 제어하는 정전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 태양열 발전장치가,

상기 밧데리로부터의 직류 전력을 소비용 교류 전력으로 변환하는 인버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 전술한 바와 같이 태양광이 조사되는 시간에 따른 발전전압을 그래프로 나타내는 도면이다. 도 1a 를 참조하면 기후가 맑은 경우 이상적으로 충전이 가능한 시간은 A 지점으로부터 B 지점까지이다.

그러나, 도 1b 를 참조하면 C 지점과 D 지점 사이에는 태양광이 제대로 조사되지 않고 있음을 알 수 있다. 따라서, 충전이 가능한 시간은 A 지점과 C 지점 사이, 그리고 D 지점과 B 지점 사이에서만 충전이 수행된다.

즉, C 지점과 D 지점 사이에서는 충전이 수행되지 않는다. 충전이 가능한 전압인 14V 의 전압은 발생되지 않다 충전이 수행되지는 않지만 C 지점과 D 지점의 사이에서는 12V 이상의 전력이 발생되고 있다.

이렇게 발생되는 많은 양의 충전이 되지 않고 버려지고 있어 충전효율이 낮아지고 그로 인해 무공해 자원인 태양열 발전이 큰 호응을 얻지 못하고 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 충전은 수행되지 않으나 발생되는 전압을 효율적으로 활용할 수 있는 수단이 절실히 요청되어 왔다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열 발전장치의 개략적인 내부 블럭도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예는 광전지 셀(10), 충전회로부(20), 밧데리(30), 입력 전압계(40), 전압변환부(50), 출력 전압계(60) 및 인버터부(70)를 포함한다.

광전지 셀(10), 충전회로부(20), 밧데리(30) 및 인버터부(70)는 전술한 종래 기술과 큰 차이가 없으므로 여기에서 자세한 설명을 생략하기로 한다.

입력 전압계(40)는 광전지 셀(10)의 출력 전압을 측정하는 수단이고 출력 전압계(60)는 광전지 셀(10)에 연결된 전압변환부(50)의 출력 전압을 측정하는 수단이다. 전압변환부(50)는 마이컴(51)과 승압부(52)를 포함한다. 마이컴(51)은 입력 전압계(40)로부터 전압을 입력받고 승압부(52)를 제어하는 수단이다.

승압부(52)는 전술한 마이컴(51)의 제어에 따라 광전지 셀(10)로부터 입력되는 전압을 펄스변조에 기초하여 일정한 기준치, 본 실시예에서는 14V 이상의 전압으로 승압시키는 수단이다. 승압부(52)는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)회로를 이용하여 구성할 수 있다. 펄스 폭 변조회로에 주로 사용되는 대표적인 칩으로 TL494, KA494, GD494 등이 있다. 이러한 칩 들을 사용하여 입력전압을 일정한 기준치로 승압시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 승압과정을 설명하면, 입력 전압계(40)는 광전지 셀(10)로부터 출력되는 전압을 측정하여 마이컴(51)으로 전달한다. 마이컴(51)은 입력 접압계로부터 입력된 전압이 충전에 충분한 전압을 가지는지, 본 실시예에서는 14V 이상인지를 판단한다.

광전지 셀(10)의 출력전압이 14V 이상인 경우에는 별도의 승압이 없이 충전회로부(20)로 전력이 전달된다. 충전회로부(20)는 정전압회로를 포함하는 것이 일반적이다. 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 충전회로부(20)는 일정한 전류를 출력하는 정전류회로를 포함하는 것도 가능하다.

광전지 셀(10)의 출력전압이 14V 미만인 경우에는 마이컴(51)은 승압부(52)로 승압제어신호를 전달한다. 그에 따라 승압부(52)에서는 광전지 셀(10)의 출력전압을 펄스변조에 기초하여 승압시킨다. 출력 전압계(60)는 전술한 승압부(52)의 출력전압을 측정하여 마이컴(51)으로 전달한다.

마이컴(51)은 출력 전압계(60)로부터 입력된 전압이 충전이 가능할 정도로 충분히 승압되었는지를 판단한다. 충전이 가능할 정도로 충분히 승압이 되지 않았다고 판단된 경우에는 승압부(52)로 추가적인 승압제어신호를 전달한다. 승압부(52)는 추가적인 승압제어신호에 따라 재차 승압을 수행하게 된다.

기준치 이상으로 승압이 된 경우에는 충전회로부(20)를 거쳐 밧데리(30)로 충전된다. 인버터부(70)는 밧데리로부터 직류 12V 를 실생활에서 사용 가능한 교류 220V 로 변환하여 인입구(80)를 통하여 가정으로 전달한다.

전술한 구성에 따라 본 발명은 제한된 충전 가능시간동안 낭비되는 전력을 효율적으로 사용하여 충전을 수행함으로써 기후가 나쁜 지역이나 우천시에도 충전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 충전이 가능한 전압을 상대적으로 낮추는 효과가 있으므로 충전이 가능한 시간을 확대하는 효과가 있으며, 추가적으로 사용되는 전력의 소모가 없는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해 해석되어져야 한다.

Claims (5)

1. 조사되는 태양광으로부터 전력을 발생시키는 광전지 셀과;

   발생된 전력을 밧데리로 충전시키기 위한 정전압 특성을 가지는 전력으로 변환하는 충전회로부와;

   상기 충전회로부로부터 공급된 전력을 저장하는 밧데리;

   를 포함하는 태양열 발전장치에 있어서,

   상기 광전지 셀로부터 공급되는 전력의 전압을 측정하는 입력 전압계와;

   상기 입력 전압계로부터 측정된 전압이 기준치 이하일 경우 상기 광전지 셀로부터 발생된 전력을 펄스변조에 기초하여 기준치 이상의 전압으로 승압시켜 상기 충전회로부로 공급하는 전압변환부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
2. 청구항 1 에 따른 태양열 발전장치에 있어서, 상기 전압변환부가,

   상기 입력 전압계로부터의 전압을 입력받고 제어를 행하는 마이컴과;

   상기 마이컴의 제어에 따라 펄스변조에 기초하여 입력 전압을 기준치 이상으로 승압시키는 승압부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 태양열 발전장치가,

   상기 전압 변환부로부터의 출력 전압을 검출하는 출력 전압계;

   를 더 포함하고,

   상기 전압 변환부가,

   상기 출력 전압계로부터 피드백된 측정치로부터 추가적인 전압 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
4. 청구항 1, 2, 3 중의 어느 한 항에 따른 태양열 발전장치에 있어서,

   상기 충전회로부가 출력 전류를 제어하는 정전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.
5. 청구항 1, 2, 3 중의 어느 한 항에 따른 태양열 발전장치에 있어서,

   상기 밧데리로부터의 직류 전력을 소비용 교류 전력으로 변환하는 인버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치.