KR20100114279A - 직류 교류 전력 혼합 조절 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 직류 전원을 혼합하여 공급하는 직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키는 태양광 발전수단; 상기 태양광 발전수단에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 직류 구동전원을 공급하는 정전압부; 상기 정전압부에서 공급된 구동전원으로 점등되는 조명등; 상기 정전압부로부터 출력되는 전압을 검출하는 태양광 전압 검출부; 상용 AC전원을 입력받는 AC전원 입력부; 상기 AC전원 입력부에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하는 정류부; 상기 정류부로부터 공급되는 전류를 상기 조명등에 인가하고 그 온/오프의 타임을 조절하여 밝기를 제어하는 PWM 콘트롤부; 상기 태양광 전압 검출부에서 검출된 태양광 발전수단의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 제어하여 상기 조명등에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 PWM 변조방식으로 제어한 직류 전원을 혼합하여 공급함으로써 항상 일정한 전압이 출력되며, 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.

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Description

직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법{Apparatus and Method for DC Power Mixing Controller}

본 발명은 직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 에너지를 이용하여 조명등을 점등시키는 장치에 있어서, 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 직류 전원을 혼합하여 공급하는 직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

미래사회는 화석연료의 고갈에 따른 새로운 에너지원을 필요로 하고 있으며, 이를 대비한 가장 확실하면서 효과적인 에너지원이 태양 에너지이다.

태양 에너지는 지구의 모든 에너지의 원천이며, 식물체의 엽록소가 태양광을 받아 광합성으로 인간이 사용할 수 있는 에너지를 만들어 낸다.

반도체 기술의 발전으로 최근에는 태양광을 직접 받아서 전기를 발생시키는 태양전지판이 새로운 에너지원으로 대두되어 그 사용 범위를 넓혀가고 있는 상태이며, 앞으로 태양전지판을 이용한 응용 장치는 더 늘어날 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 태양광발전장치는 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식이다.

이를 위하여 태양광발전장치는 통상의 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다.

태양광이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 쪼여지면 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다.

이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.

이와 같은 태양광발전장치의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 것이다.

반면에 전력생산량이 일조량에 의존하기 때문에 일조량이 부족할 경우 일정한 출력 전압을 유지하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 일조량이 부족하여 태양광발전장치의 출력 전압이 일정값 이하로 떨어질 경우 AC전원으로 스위칭하여 동작하므로, 일정량 이하의 태양 에너지가 남아 있음에도 불구하고 불필요하게 전력 소모가 발생하는 문제점도 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 태양광 에너지를 이용하여 조명등을 점등시키는 장치에 있어서, 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 PWM(pulse width modulation) 변조방식으로 제어한 직류 전원을 혼합하여 공급함으로써 항상 일정한 전압이 출력되도록 하는 직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 태양광 에너지의 출력에 따라 필요한 만큼의 에너지만을 PWM 변조방식으로 보충하여 조명등에 공급함으로써 불필요한 전력 소모를 방지하는 데에 그 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 장치는, 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키는 태양광 발전수단; 상기 태양광 발전수단에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 직류 구동전원을 공급하는 정전압부; 상기 정전압부에서 공급된 구동전원으로 점등되는 조명등; 상기 정전압부로부터 출력되는 전압을 검출하는 태양광 전압 검출부; 상용 AC전원을 입력받는 AC전원 입력부; 상기 AC전원 입력부에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하는 정류부; 상기 정류부로부터 공급되는 전류를 상기 조명등에 인가하고 그 온/오 프의 타임을 조절하여 밝기를 제어하는 PWM 콘트롤부; 상기 태양광 전압 검출부에서 검출된 태양광 발전수단의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 제어하여 상기 조명등에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 감소시키는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것을 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 방법은, 태양광 발전수단은 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키고, 정전압부는 상기 태양광 발전수단에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 조명등에 직류 구동전원을 공급하는 단계; AC전원 입력부는 상용 AC전원을 입력받고, 정류부는 상기 AC전원 입력부에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하여 상기 조명등에 공급하는 단계; PWM 콘트롤부는 상기 정류부로부터 공급되는 전류를 인가하고 온/오프의 타임을 조절하여 조명등의 밝기를 제어하는 단계; 태양광 전압 검출부는 상기 정전압부로부터 출력되는 전압을 검출하는 단계; 제어부는 상기 태양광 전압 검출부에서 검출된 태양광 발전수단의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 제어하여 상기 조명등에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어하는 단계는 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 감소시키는 것이 바람직하다.

상기 제어하는 단계는 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것을 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 장치 및 방법에 의하면, 태양광 에너지를 이용하여 조명등을 점등시키는 장치에 있어서, 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 PWM(pulse width modulation) 변조방식으로 제어한 직류 전원을 혼합하여 공급함으로써 일조량이 떨어져 발생하는 태양광 에너지의 부족한 전력을 AC전원으로부터 공급받아 항상 일정한 전압이 출력되도록 하는 효과가 있다.

또한. 태양광 에너지의 출력에 따라 필요한 만큼의 에너지만을 PWM 변조방식으로 보충하여 조명등에 공급하기 때문에 불필요한 전력 소모를 방지하는 효과도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 장치의 일실시예를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 태양광 발전수단(10), 정전압부(20), 조명등(30), 태양광 전압 검출부(40), 제어부(50), 메모리부(60), AC전원 입력부(70), 정류부(80) 및 PWM 콘트롤부(90)를 포함한다.

태양광 발전수단(10)은 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시킨다.

잘알려진 바와 같이, 태양광발전은 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식으로, 태양광발전의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이한 것이다.

이를 위하여, 본 발명의 태양광 발전수단(10)은 도시되지 않은 통상의 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다.

정전압부(20)는 상기 태양광 발전수단(10)에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 직류 구동전원을 공급한다.

조명등(30)은 상기 정전압부(20)에서 공급된 구동전원으로 점등되며, 이를 위하여 공지의 전력제어소자를 포함할 수 있다.

상기 조명등(30)은 형광등 또는 백열등을 사용할 수 있으며, 일반 형광등보다 에너지 효율이 높을 뿐 아니라 수명이 매우 길고 오염물질도 방출하지 않는 특징을 가지고 있는 발광다이오드(LED)를 사용할 수 있다.

태양광 전압 검출부(40)는 상기 정전압부(20)로부터 출력되는 전압을 검출한다.

예로서, 일조량이 부족하여 태양광 발전수단(10)에서 발생되는 전압이 떨어질 경우 이러한 전압 변화를 검출할 수 있다.

AC전원 입력부(70)는 전력회사로부터 유선 케이블을 통하여 220V의 상용 AC전원을 입력받는다.

정류부(80)는 상기 AC전원 입력부(70)에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화한다.

PWM 콘트롤부(90)는 상기 정류부(80)로부터 공급되는 직류 전류를 상기 조명등(30)에 인가하고 온/오프의 타임을 조절하여 밝기를 제어한다.

즉, PWM 콘트롤부(90)는 펄스의 온 타임(On Time)을 1%부터 99%까지 제어하면서 밝기를 제어할 수 있다.

제어부(50)는 상기 태양광 전압 검출부(40)에서 검출된 태양광 발전수단(10)의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 제어하여 상기 조명등(30)에 일정한 전압이 공급되도록 제어한다.

이때, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 감소시킨다.

즉, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부(90)에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 제어부(18)는 통상의 연산, 비교 및 판단 기능을 갖는 마이크로컴퓨터(MICOM) 또는 CPU(central processing unit), MPU(microprocessor unit) 등의 중앙처리장치 또는 마이크로프로세서가 적용될 수 있다.

메모리부(60)는 본 발명의 제반기능을 수행하는 펌웨어(FIRMWARE)형태의 소프트웨어가 내장되어 있는 롬(ROM : Read Only Memory)과 제어부(50)가 동작하는데 필요한 동작영역으로서 활용되고 있는 램(RAM : Random Access Memory)으로 이루어진다. 또한, 상기 메모리(60)는 상기 제어부(50)에서 연산된 데이터를 저장하기 위하여 상기 롬(ROM)과 램(RAM) 외에도 별도의 플래시 롬(flash ROM), SD 카드 등으로 구성될 수 있으며, 상기 제어부(50)의 처리 및 제어를 위한 프로그램과 각종 참조 데이터를 저장할 수도 있다.

미설명부호 D1, D2는 전류를 일방향으로 흐르게 하는 다이오드이다.

상기 다이오드(D1, D2)는 각각 태양광 발전수단(10) 및 AC전원 입력부(70)로부터 조명등(30) 쪽으로 일방향으로만 전류가 흐르도록 연결되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 따라 예로서, 일조량이 떨어져 태양광 에너지가 부족하여 상기 정전압부(20)로부터 충분한 전력을 조명등(30)에 공급하지 못할 경우, 상기 태양광 전압 검출부(40)에서 상기 태양광 발전수단(10)의 감소된 출력전압을 검출할 수 있다.

이때, 제어부(50)는 태양광 발전수단(10)의 출력전압이 떨어지는 것을 확인하고, 그 레벨의 감소량만큼 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 증가시켜 상기 조명등(30)에 일정한 전압이 공급되도록 한다.

예로서, 태양광 에너지의 공급레벨이 100%일 경우 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 0로 하여 AC전원은 0%가 된다.

이때, 태양광 에너지의 공급레벨이 80%로 감소할 경우에는 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 증가시켜 AC전원은 20%로 공급하여 상기 조명등(30)에는 일정한 전원이 공급된다.

반대로, 일조량이 상승하여 태양광 에너지가 상기 정전압부(20)로부터 충분한 전력을 조명등(30)에 공급할 경우, 상기 태양광 전압 검출부(40)에서 상기 태양광 발전수단(10)의 증가된 출력전압을 검출할 수 있다.

이때, 제어부(50)는 태양광 발전수단(10)의 출력전압이 증가된 것을 확인하고, 그 레벨의 증가량만큼 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 감소시켜 상기 조명등(30)에 일정한 전압이 공급되도록하여 불필요한 전력소모를 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저, 태양광 발전수단(10)은 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키고, 정전압부(20)는 상기 태양광 발전수단(10)에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 조명등(30)에 직류 구동전원을 공급하는 단계(S101~S102)를 수행한다.

이후, AC전원 입력부(70)는 상용 AC전원을 입력받고, 정류부(80)는 상기 AC전원 입력부(70)에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하는 단 계(S103~S104)를 수행한다.

PWM 콘트롤부(90)는 상기 정류부(80)로부터 공급되는 전류를 상기 조명등(30)에 인가하고 그 온/오프의 타임을 조절하여 조명등(30)의 밝기를 제어하는 단계(S105)를 수행한다.

태양광 전압 검출부(40)는 상기 정전압부(20)로부터 출력되는 전압을 검출하는 단계(S106)를 수행한다.

제어부(50)는 상기 태양광 전압 검출부(40)에서 검출된 태양광 발전수단(10)의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 제어하여 상기 조명등(30)에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 단계(S107)를 수행한다.

이때, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부(90)의 온 타임을 감소시키는 것이 바람직하다(S108~S109).

또한, 상기 태양광 발전수단(10)에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부(90)에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면 태양광 에너지를 이용하여 조명등을 점등시키는 장치에 있어서, 태양광 에너지의 출력 변화에 따라 PWM(pulse width modulation) 변조방식으로 제어한 직류 전원을 혼합하여 공급함으로써 일조량이 떨어져 발생하 는 태양광 에너지의 부족한 전력을 AC전원으로부터 공급받아 항상 일정한 전압이 출력되도록 할 수 있다.

또한. 태양광 에너지의 출력에 따라 필요한 만큼의 에너지만을 PWM 변조방식으로 보충하여 조명등에 공급하기 때문에 불필요한 전력 소모를 방지할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 장치의 일실시예를 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 직류 전력 혼합 조절 방법의 일실시예를 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 태양광 발전수단 20 : 정전압부

30 : 조명등 40 : 태양광 전압 검출부

50 : 제어부 60 : 메모리부

70 : AC전원 입력부 80 : 정류부

90 : PWM 콘트롤부 D1, D2 : 다이오드

Claims (6)

1. 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키는 태양광 발전수단;

   상기 태양광 발전수단에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 직류 구동전원을 공급하는 정전압부;

   상기 정전압부에서 공급된 구동전원으로 점등되는 조명등;

   상기 정전압부로부터 출력되는 전압을 검출하는 태양광 전압 검출부;

   상용 AC전원을 입력받는 AC전원 입력부;

   상기 AC전원 입력부에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하는 정류부;

   상기 정류부로부터 공급되는 전류를 상기 조명등에 인가하고 그 온/오프의 타임을 조절하여 밝기를 제어하는 PWM 콘트롤부;

   상기 태양광 전압 검출부에서 검출된 태양광 발전수단의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 제어하여 상기 조명등에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는

   상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 감소시키는 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는

   상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 장치.
4. 태양광 발전수단은 태양광을 수집하여 전기신호로 변환시키고, 정전압부는 상기 태양광 발전수단에서 변환된 전기를 일정전압으로 안정시켜 조명등에 직류 구동전원을 공급하는 단계(S101~S102);

   AC전원 입력부는 상용 AC전원을 입력받고, 정류부는 상기 AC전원 입력부에서 입력된 AC전원을 직류 구동전원으로 정류 및 안정화하는 단계(S103~S104);

   PWM 콘트롤부는 상기 정류부로부터 공급되는 전류를 상기 조명등에 인가하고 그 온/오프의 타임을 조절하여 조명등의 밝기를 제어하는 단계(S105);

   태양광 전압 검출부는 상기 정전압부로부터 출력되는 전압을 검출하는 단계(S106);

   제어부는 상기 태양광 전압 검출부에서 검출된 태양광 발전수단의 출력전압을 확인하고, 그 레벨의 증감에 따라 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 제어하여 상기 조명등에 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 단계(S107)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어하는 단계는

   상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 낮을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 증가시키고, 상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압이 높을수록 상기 PWM 콘트롤부의 온 타임을 감소시키는(S108~S109) 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어하는 단계는

   상기 태양광 발전수단에서 검출되는 전압과 PWM 콘트롤부에서 출력되는 전압은 상호 반비례 관계를 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 혼합 조절 방법.

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