KR20090091391A - 태양전지 충방전 시스템 - Google Patents

태양전지 충방전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 충방전 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하고 야간에 배터리를 이용하여 조명을 제어할 수 있으며, 풍력 소형발전기로 겸하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 과충전은 물론 과방전 방지기능이 있어 배터리 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 리모컨(30)에 RF모듈(21)이 구비되어 있어 태양전지 제어부(20)의 RF모듈(12)과 무선으로 신호를 송수신할 수 있는 것인바, 사용자가 리모컨(30)의 키입력부(22)를 통해 필요한 신호를 입력하면 리모컨(30)의 CPU(23)에서는 해당되는 제어신호를 RF모듈(21)을 통해 무선으로 제어부(20)쪽으로 송신하며, 상기 제어부(20)에서는 리모컨(30)으로부터 신호를 입력받아 해당되는 제어를 수행한다. 또한 상기 CPU(4)에서는 태양전지 전압, 풍력 발전기 전압, 배터리전압 측정을 수행하고, 조도의 정도를 설정 제어하며, 점등 후 소등시간을 제어함과 함께 배터리 과충전 및 과방전 방지기능을 수행한다. 한편, 날씨가 나빠 태양전지(1)가 제대로 기능을 하지 못할 때 CPU(4)에서 배터리(7)의 전압을 측정하여 전압이 낮아지면 방전시 온 시간을 줄이고 오프 시간을 늘이며, 온 후 오프 타임을 줄이는 등의 조치를 취하여 동작시간을 조정하고, 배터리(7)가 최저전압이 되면 배터리(7) 풀 충전까지 방전정지하거나 또는 100시간(또는 그 이상) 방전 정지하여 충전 시간을 확보한다.
배터리, 태양전지, 소모전력, 컨트롤시스템,

Description

태양전지 충방전 시스템{A solar battery charge or discharge system}
본 발명은 태양전지 충방전 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하고 야간에 배터리를 이용하여 조명을 제어할 수 있으며, 풍력 소형발전기로 겸하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 과충전은 물론 과방전 방지기능이 있어 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 충방전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것으로서, P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용하여 전기를 일으킨다. 상기 태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생하며, 이렇게 발생된 전하들은 P, N극으로 이동하게 되는데 이 현상에 의해 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하며 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다.
이러한 태양전지를 이용한 기술들이 많이 제안되어 있다.
즉, 종래 대체에너지 태양만을 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지의 솔라 셀(solar cell)판만을 사용함으로써 장마가 지고 겨울철 눈이 많이 와서 오래 동안 태양광(太陽光)을 쪼일 수 없을 때 태양전지의 셀판에서 전기가 발생되지 않으므로 바람에 의한 풍력발전기를 이용하고, 또한 바람이 없고 날씨가 맑아서 바람이 없을 때에는 태양전지로 전기를 발생시켜 축전지에 축적된 전기로 가로등이나 보안등을 사용할 수 있게 한 풍력발전기와 태양전지를 겸용으로 이용한 시스템이 제안되어 있다.
그러나 이와 같은 경우에 있어서는, 태양전지 시스템이 지붕 위나 건물 위에 설치되어 있어 시스템 점검하고자 할 때 사용자가 직접 지붕 위까지 올라가서 점검해야 된다는 등의 사용상의 결점이 있었다.
또한, 종래의 태양전지 충방전 시스템의 경우 단순히 태양광을 이용하여 이를 전압으로 변환시켜 사용하도록 하는 것일 뿐, 그 외에 다른 기능, 예를 들어 전압을 점검한다거나 또는 배터리 전원을 연장시킬 수 있는 등의 제반 기능이 구비되어 있지 않은 결점이 있었다.
그리고 종래의 태양광 수집장치중 렌즈를 이용하는 경우에는 무게와 비용면에서 비효율적이고, 포물경을 이용하여 빛을 반사시키는 기술은 간단하고 효율적이지만 반사된 빛에 의해 불쾌감을 초래하고, 직접 반사시킬 경우 주변 장애물에 의해 방해를 받으며, 포물경의 초점에 모인 사선방향의 태양광을 직접 광케이블에 입사시키면 태양광의 손실이 발생한다는 문제가 있다.
더욱이, 이러한 포물경을 이용하여 빛을 반사시키는 태양광의 수집방법은 포물경의 초점에 모인 태양광에 의한 열의 발생으로 부품이 손실을 입을 수 있는 한 편, 태양광을 수집함에 있어 태양을 자동으로 추적할 수 있는 별도의 추적 장치가 필요하므로 이 추적장치를 구동할 수 있는 에너지가 외부에서 공급되어야 하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 수개의 태양전지 충방전 시스템이 제시되어 있는데, 이들 중에서 두어 개를 발췌하여 간략하게 설명하여 보고자 한다.
특허출원 제10-1999-0037007호는 태양광을 이용한 자체 동력으로 태양광을 추적하여 포물경에서 태양광을 최적상태에서 수집할 수 있도록 한 것이나, 포물경의 내주면에서 반사되는 태양광을 볼록렌즈로 수집하여 광케이블을 통해 충전지에 충전하고, 포물경의 상단면을 따라 회전 가능하도록 설치된 태양전지판은 태양광으로부터 전력을 생산하고 상기 제어박스의 제어에 의해 회전모터가 구동되면 회전되면서 상기 포물경의 수집광도를 조절하게 되는 태양광수집부 등을 별도로 구비해야 하므로 구조가 복잡하고 원가가 상승하는 등의 결점이 있었다.
또한, 특허출원번호 10-2005-0063389호에는 회전가능한 수평축과 수직축의 조합으로 솔라셀이 태양을 추적하도록 하는 태양광 추적장치 및 그를 이용한 태양광 추적방법이 제시되어 있으나, 이 방법 또한 프레임과, 상하방향으로 회전가능한 수평축과, 상기 수평축과 수직으로 직교하도록 다수개 결합되며 좌우방향으로 회전가능한 수직축과, 상기 수직축의 말단에 부설되는 솔라셀과; 상기 수평축을 상하방향으로 회전시키는 1구동수단과, 수직축들을 좌우방향으로 회전시키는 2구동수단과; 태양의 고도각과 방위를 계산하고 상기 1구동수단과 2구동수단에 제어신호를 전달하여 상기 솔라셀의 방향을 조절하도록 하는 제어수단 등을 구비해야 하므로 구조가 복잡하고 원가가 상승하는 등의 제반 결점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로서, 그 목적은 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하고 이렇게 충전된 배터리를 야간에 이용하거나 또는 풍력 소형발전기로 사용가능하도록 하며, 사다리를 놓고 태양전지 충방전 시스템까지 올라가지 않고도 간단히 리모컨을 통해 태양광 전압측정, 풍력발전기 전압측정, 배터리 전압측정, 출력램프 온 조도설정, 출력램프 오프 조도 측정, 출력램프 온후 가동시간 설정, 출력 모드 설정, 태양추적장치 자동/수동 설정, 태양 추적장치 수동제어, 출력램프 수동 온/오프 조작 등을 용이하게 수행할 수 있도록 한 태양전지 충방전 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제어부와 리모컨을 포함하여 구성되는 태양전지 충방전 시스템에 있어서, 상기 제어부는 태양전지와 풍력발전기의 충전전압을 제어하는 충전제어부와, 태양전지전압, 풍력발전전압, 배터리 전압 등의 아날로그신호를 입력받아 이를 디지털신호로 변환시켜 CPU로 보내는 A/D컨버터와, 상기 A/D컨버터로부터 입력된 신호에 따라 충전제어부와 방전제어부를 제어 하는 CPU와, 상기 CPU에 사용자가 필요한 신호를 입력하기 위한 키입력부와, 상기 충전제어부와 방전 제어부에 연결되어 전원을 제공하기 위한 배터리와, 상기 방전제어부에 연결된 부하와, 상기 CPU의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부와, 상기 CPU의 제어로 구동되는 태양광 충전장치 구동부와, 상기 CPU에 연결되어 외부와 유무선으로 통신을 하기 위한 RS-232 및 RF모듈을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템에 있어서, 상기 리모컨은 제어부와 무선신호를 주고받기 위한 RF모듈 및 RS-232와, 키신호를 입력하기 위한 키 입력부와, 상기 RS-232와 키입력부로부터 신호를 입력받아 해당되는 제어를 수행하기 위한 CPU와, 상기 CPU의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부와, 상기 CPU에 동작전원을 공급하기 위한 전원부 및 배터리를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템은 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하고 야간에 배터리를 이용하여 조명을 제어할 수 있으며, 풍력 소형발전기로 겸하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 과충전 및 과방전 방지기능이 있어 배터리 수명을 연장할 수 있고, 또한 조도의 정도를 설정 제어할 수 있으며, 점등 후 소등시간을 설정할 수 있고, 전압 측정 기능이 있어 태양전지전압, 풍력발전기전압, 배터리 전압의 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 충방전 시스템이 있는 곳까지 사용자가 사다리 등을 통해 올라가지 않고도 간단히 태양전지 충방전 시스템의 밑에서 리모컨을 통해 태양광 전압측정, 풍력발전기 전압측정, 배터리 전압측정, 출력램프 온 조도설정, 출력램프 오프 조도 측정, 출력램프 온후 가동시간 설정, 출력 모드 설정, 태양추적장치 자동/수동 설정, 태양 추적장치 수동제어, 출력 램프 수동 온/오프 조작 등을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템의 요부인 제어부(20)를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템의 제어를 위한 리모컨(30)의 블록도이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 제어부(20)는 태양전지(1) 또는 풍력발전기(2)에 의해 발생된 전하를 충전시키는 충전제어부(3)와, 태양전지전압, 풍력발전전압, 배터리 전압 등의 아날로그신호를 입력받아 이를 디지털신호로 변환시켜 CPU(4)로 보내는 A/D컨버터(5)와, 상기 A/D컨버터(5)로부터 입력된 신호에 따라 충전제어부(3)와 방전제어부(8)를 제어하는 CPU(4)와, 상기 CPU(4)에 사용자가 필요한 신호를 입력하기 위한 키입력부(9)와, 상기 충전제어부(3)와 방전 제어부(8)에 연결되어 전원을 제공하기 위한 배터리(7)와, 상기 방전제어부(8)에 연결된 부하(10)와, 상기 CPU(4)의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부(13)와, 상기 CPU(4)의 제어로 구동되는 태양광 충전장치 구동부(14)와, 상기 CPU(4)에 연결되어 외부와 유 무선으로 통신을 하기 위한 RS-232(11) 및 RF모듈(12)을 포함하여 구성된 것이다.
리모컨부(30)는 도 2와 같이, 상기 제어부(20)와 무선신호를 주고받기 위한 RF모듈(21) 및 RS-232(27)와, 키신호를 입력하기 위한 키 입력부(22)와, 상기 RS-232(27)와 키입력부(22)로부터 신호를 입력받아 해당되는 제어를 수행하기 위한 CPU(23)와, 상기 CPU(23)의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부(24)와, 상기 CPU(23)에 동작전원을 공급하기 위한 전원부(25) 및 배터리(26)를 포함하여 구성된 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 태양전지 충방전 시스템에 대하여 설명하여 본다.
통상, 태양전지 충방전 시스템은 손이 잘 닿지 않는 지붕 위나 건물 위의 장소에 설치하게 되므로 수동제어 및 점검시 사다리를 놓고 올라가서 배터리 보관함이나 제어함을 열고 점검하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 번거로움을 해결하고자 간단히 태양전지 충방전 시스템의 하부에서 도 2와 같은 리모컨(30)으로 태양전지 충방전 시스템을 제어 및 점검할 수 있는 특징을 가진 것으로, 쉽고 편리하게 시스템을 점검할 수 있으며 시스템의 설정값을 조정 제어할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 리모컨(30)으로 태양광 전압측정, 풍력발전기 전압측정, 배터리 전압측정, 출력램프 온 조도설정, 출력램프 오프 조도측정, 출력램프 온후 가동시간설정, 출력 모드설정, 태양추적장치 자동/수동설정, 태양 추적장치 수동제어, 출력램프 수동 온/오프 조작 및 점검 등을 수행할 수 있다.
도 2를 보면, 리모컨(30)에 RF모듈(21) 및 RS-232(27)가 구비되어 있어 태양전지 제어부(20)의 RF모듈(12)로부터의 신호를 수신할 수 있음은 물론, 상호 간에 신호 송신이 가능하다.
따라서, 사용자가 리모컨(30)의 키입력부(22)를 통해 필요한 신호를 입력하면 리모컨(30)의 CPU(23)에서는 해당되는 제어신호를 RS-232(27)와 RF모듈(21)을 통해 무선으로 제어부(20)쪽으로 송신하게 된다. 이때, 리모컨(30)의 사용시 표시부(24)가 점등되어 사용중임을 나타내 주며, 상기 CPU(23)에는 배터리(26)와 연결된 전원부(25)를 통해 동작전원을 공급하여 주게 된다.
즉, 상기 표시부(24)는 최초 전원이 들어오면 세그멘트에 "8,8,8"로 나타나며, 출력 엘이디(적색), 충전 엘이디(녹색)가 모두 온상태를 약 1초간 유지한 후 메뉴로 들어가게 되는 것으로 예를 들어, So.V는 솔라측정전압, Ba.V는 배터리측정전압, No.d는 출력 모드 등을 나타낸다.
또한, 제어부(20)에서는 리모컨(30)으로부터 신호를 입력받아 해당되는 제어를 수행하게 되는 것으로, RF모듈(12)을 통해 신호를 수신하면 RS-232(11)를 거쳐 CPU(4)에서 해당되는 제어를 수행하게 된다.
즉, CPU(4)에서는 태양광 전압측정, 풍력발전기 전압측정, 배터리 전압측정, 출력램프 온 조도설정, 출력램프 오프 조도측정, 출력램프 온후 가동시간설정, 출력 모드설정, 태양추적장치 자동/수동설정, 태양 추적장치 수동제어, 출력램프 수동 온/오프 조작 등의 동작을 수행하게 된다.
이때, 장마철이나 계속하여 날씨가 흐려 태양전지(1)가 활용되지 않음으로 인하여 배터리(7)의 충전을 하지 못하는 경우 배터리(7)가 소모되어 동작을 못하게 되므로 이를 방지하기 위한 수단으로 CPU(4)에서 배터리(7)의 전압을 측정하여 전압이 낮아지면 방전시 온 시간을 줄이고 오프 시간을 늘인다.
그리고 온 후 오프 타임을 줄이는 등의 조치를 취하여 동작시간을 조정하고 배터리(7)가 최저전압이 되면, 배터리(7)의 풀충전까지 방전정지하거나 또는 100시간(또는 그 이상)방전 정지하여 충전 시간을 확보한다.
또한, 방전 정지시에도 수동방전은 가능하며, 수동 방전신호가 있는 시간만 방전하여 응급전원이 필요한 경우 사용할 수 있다.
본 발명은 배터리(7)의 소모전력을 절약하기 위하여 출력형태를 절전상태로 제어하게 되는데, 출력모드를 "0"으로 하면 연속점등이 되고, "1"로 하면 PWM 점등(50% 절전)이 되며, "2"로 하면 연속+단속점등(30% 절전)이 되고, "3"으로 하면 PWM+단속(67% 절전)상태가 되는 것이므로, 절전기능은 변경 및 조정이 가능하다.
한편, 본 발명은 태양전지(1)를 통해 배터리(7)가 충전되고, 이 배터리(7)에서는 충전제어부(3)와 방전제어부(8)로 전원을 공급하며, 배터리(7)의 전원이 방전제어부(8)를 통해 부하(10)쪽으로 인가되어 부하(10)가 동작하게 된다.
또한, 태양전지 전압이나 풍력발전기전압 또는 배터리 전압이 A/D컨버터(5)를 통해 디지털로 변환되어 CPU(4)로 입력됨과 함께 솔라전압부(6)를 통한 전압이 CPU(4)로 입력된다.
그리고 키입력부(9)를 통해 신호가 입력되면 CPU(4)에서는 해당되는 제어를 수행하게 되는 것으로, 이때 표시부(13)를 통해 현재 태양전지 충방전 시스템이 동 작중임을 나타내 주며, CPU(4)의 제어에 의해 태양광 충전장치 구동부(14)가 구동하게 된다.
한편, 본 발명은 전압측정기능이 있어 태양전지 전압, 풍력 발전기 전압, 배터리전압 측정이 가능하고, 태양전지의 발전 전압으로 조도를 측정하여 어두워지면 자동적으로 점등하는데 조도의 정도를 설정 제어할 수 있으며, 점등 후 소등시간을 설정할 수 있다.
또한, 본 발명은 타임 동작 후 리셋되는 조도를 설정할 수 있는 것으로, 이러한 기능이 없으면 야간에 자동차 불빛이나 기타 전등 빛에 의하여 시스템이 오동작할 수 있다.
그리고 본 발명은 태양전지의 효율을 높이기 위하여 태양의 위치에 따라 태양전지(1)판이 자동적으로 추적하는 태양추적 기능이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템의 요부인 제어부(20)를 개략적으로 나타낸 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 충방전 시스템의 제어를 위한 리모컨(30)의 블록도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 태양전지 2: 풍력발전기
3: 충전제어부 4,23: CPU
5: A/D컨버터 7: 배터리
8: 방전제어부 9,22: 키 입력부
20: 제어부 30: 리모컨

Claims (5)

  1. 제어부(20)와 리모컨(30)을 포함하여 구성되는 태양전지 충방전 시스템에 있어서,
    상기 제어부(20)가, 태양전지(1) 또는 풍력발전기(2)에 의해 발생된 전하를 충전시키는 충전제어부(3)와, 태양전지전압, 풍력발전전압, 배터리 전압 등의 아날로그신호를 입력받아 이를 디지털신호로 변환시켜 CPU(4)로 보내는 A/D컨버터(5)와, 상기 A/D컨버터(5)로부터 입력된 신호에 따라 충전제어부(3)와 방전제어부(8)를 제어하는 CPU(4)와, 상기 CPU(4)에 사용자가 필요한 신호를 입력하기 위한 키입력부(9)와, 상기 충전제어부(3)와 방전 제어부(8)에 연결되어 전원을 제공하기 위한 배터리(7)와, 상기 방전제어부(8)에 연결된 부하(10)와, 상기 CPU(4)의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부(13)와, 상기 CPU(4)의 제어로 구동되는 태양광 충전장치 구동부(14)와, 상기 CPU(4)에 연결되어 외부와 유무선으로 통신을 하기 위한 RS-232(11) 및 RF모듈(12)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 충방전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리모컨(30)은 상기 제어부(20)와 무선신호를 주고받기 위한 RF모듈(21) 및 RS-232(27)와, 키신호를 입력하기 위한 키 입력부(22)와, 상기 RS-232(27)와 키입력부(22)로부터 신호를 입력받아 해당되는 제어를 수행하기 위한 CPU(23)와, 상 기 CPU(23)의 제어에 의해 현재 상태를 표시하여 주는 표시부(24)와, 상기 CPU(23)에 동작전원을 공급하기 위한 전원부(25) 및 배터리(26)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 충방전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지(1)의 판이 태양의 위치에 따라 추적하는 태양광추적 기능을 가진 것을 특징으로 하는 태양전지 충방전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(2)의 CPU(4)가 태양전지 전압, 풍력 발전기 전압, 배터리전압 측정을 수행하고, 조도의 정도를 설정 제어하며, 점등 후 소등시간을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 충방전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 CPU(4)가 배터리 과충전 및 과방전 방지 기능을 가진 것을 특징으로 하는 태양전지 충방전 시스템.
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KR20190034069A (ko) * 2017-09-22 2019-04-01 가부시키가이샤 히다치 산키시스템 발전 시스템 및 그것에 사용하는 회전 전기 조립체, 운전 방법

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