KR20140092974A - Ｄｃ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법 - Google Patents

Ｄｃ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 모듈에 의해 생성된 DC 전력을 공급받아 DC 모터펌프와 구동장치에 전원 공급하여 태양광 모듈을 제어하는데, 축열부의 온도센서에 의해 측정된 내부 온도가 제어부의 설정된 온도 이상시, 과열로 판단되어 제어부에서 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단함으로써, 태양열 집열기의 노출면적이 자동으로 조절될 수 있어 태양열 집열기의 과열을 방지하는 특징이 있다.

Description

ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법{Solar thermal ＆ photovoltaics hybrid system and its control method for anti-overheating with DC electricity}
본 발명은 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 모듈에 의해 생성된 DC 전력을 공급받아 DC 모터펌프와 구동장치에 전원 공급하여 태양광 모듈을 제어하는데, 축열부의 온도센서에 의해 측정된 내부 온도가 제어부의 설정된 온도 이상시, 과열로 판단되어 제어부에서 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단함으로써, 태양열 집열기의 노출면적이 자동으로 조절될 수 있어 태양열 집열기의 과열을 방지하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지 시스템은 화석에너지에 대한 대체 에너지로서 태양열에너지를 이용하여 온수급탕 및 난방에 필요한 열에너지 또는 태양광 판넬을 이용하여 전기를 생산하는 시스템을 말한다.
이렇듯 알려진 태양열 시스템은 태양열을 난방 또는 급탕 등으로 활용하는 온수, 난방 시스템과 태양으로부터 조사되는 광을 전기에너지로 변환하여 필요한 전기에너지를 수급하는 태양광 발전 시스템으로 구분된다.
여기서, 태양열 에너지는 에너지밀도가 낮고 계절별, 시간별 변화가 심한 에너지이므로 태양열 에너지의 활용을 극대화하면서 시스템의 전체적인 부하를 최소화할 수 있는 형태의 시스템 최적설계가 필요하다. 예컨대, 여름철의 경우 태양열을 수집하기에 최적의 기후조건을 가지지만 상대적으로 난방 또는 온수 사용이 적거나 거의 없기 때문에 축열부의 용량을 크게 함으로써 시스템 과열이 방지될 수 있도록 하는 설계가 뒷받침되어야 한다.
종래에는 위와 같이 수집되는 태양에너지에 비해 상대적으로 소모에너지가 적은 경우를 대비하여 축열부의 저장용량을 크게 함으로써 시스템의 과열을 방지하고자 하였다. 그러나 축열부의 저장용량은 축열부의 사이즈에 비례하므로 일반 가정과 같이 설치공간이 제한된 경우에 있어서는 큰 사이즈를 갖는 축열부를 설치함에 있어 공간적인 제약 때문에 많은 어려움이 있다.
그런 관계로, 난방 또는 온수 사용이 거의 없는 여름철 상기와 같은 시스템 과열을 방지하기 위해 일반 가정에서는 태양에 노출되는 집열부 일부 또는 전부를 별도의 차양막으로 덮어 태양열을 차단함으로써 시스템이 과열되는 것을 방지하고 있는 실정이다. 하지만 이방법의 경우 여름철에도 난방 또는 온수가 필요한 경우라면 차양막을 걷어내거나 사용하지 않을 경우 다시 덮어야하는 과정이 매번 요구되므로 관리하기가 상당히 까다로울 뿐만 아니라, 관리 소홀로 인해 차양막을 덮지 않는 경우에는 전술한 장치과열 문제가 발생하므로 유지에 상당한 주의가 요구되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1114504호(2012.02.02) 대한민국 등록특허공보 제10-1019098호 (2011.02.24)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
태양광 모듈에 의해 생성된 DC 전력을 공급받아 DC 모터펌프와 구동장치에 전원 공급하여 태양광 모듈을 제어하는데, 축열부의 온도센서에 의해 측정된 내부 온도가 제어부의 설정된 온도 이상시, 과열로 판단되어 제어부에서 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단함으로써, 태양열 집열기의 노출면적이 자동으로 조절될 수 있어 태양열 집열기의 과열을 방지하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 공급하는 태양열 집열기와;
상기 태양열 집열기의 상측부에 구동장치에 의해 이동가능토록 설치되어 상기 태양열 집열기의 상부면을 태양에 노출시키거나 차단시키고, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈과;
상기 태양열 집열기와 연결되어 이송된 온수/난방용 열원을 임시저장하여 공급처에 공급하고, 상기 태양열 집열기와 연결되는 입출구에 온도센서가 설치되는 축열부와;
상기 축열부의 온도센서에서 측정되어 전달된 온도와 설정된 온도를 비교하여 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단하도록 하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법은 태양광 모듈에 의해 생성된 DC 전력을 공급받아 DC 모터펌프와 구동장치에 전원 공급하여 태양광 모듈을 제어하는데, 축열부의 온도센서에 의해 측정된 내부 온도가 제어부의 설정된 온도 이상시, 과열로 판단되어 제어부에서 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단함으로써, 태양열 집열기의 노출면적이 자동으로 조절될 수 있어 태양열 집열기의 과열을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 작동을 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 공급하는 태양열 집열기와;
상기 태양열 집열기의 상측부에 구동장치에 의해 이동가능토록 설치되어 상기 태양열 집열기의 상부면을 태양에 노출시키거나 차단시키고, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈과;
상기 태양열 집열기와 연결되어 이송된 온수/난방용 열원을 임시저장하여 공급처에 공급하고, 상기 태양열 집열기와 연결되는 입출구에 온도센서가 설치되는 축열부와;
상기 축열부의 온도센서에서 측정되어 전달된 온도와 설정된 온도를 비교하여 태양광 모듈을 제어하여 태양열 집열기의 상부측을 차단하도록 하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
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 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 작동을 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템은 태양열 집열기(10)와, 태양광 모듈(20)과, 축열부(30)와, 제어부(40)로 구성되는데, 상기 축열부(30)에 저장되는 에너지에 비해 상대적으로 에너지 소모량이 적은 경우 에너지 과다 축적으로 인한 시스템 과열을 예방하기 위한 것으로, 태양에 노출되는 상기 태양열 집열기(10)의 노출면적이 자동으로 조절될 수 있도록 시스템을 구현한 것을 요지로 한다.
상기 태양열 집열기(10)는 도 1 내지 도 2에서처럼, 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 공급하는 구조인데, 상기 태양열 집열기(10)는 하나 이상 형성된다. 분리 형성된 각각의 상기 태양열 집열기(10)는 태양열 수집에 유리한 방향으로 펼쳐지거나 집열량을 극소화시키기에 적합한 상호 겹쳐지는 방향으로 이동가능하다. 즉, 난방 또는 온수 등의 이용이 많은 계절에는 다수의 상기 태양열 집열기(10)가 상호 겹쳐지지 않게 펼쳐져 집열양을 극대화하고, 난방 또는 온수 등의 이용이 많지 않은 계절에는 상기 태양열 집열기(10)가 상호 겹쳐지는 배열을 가짐으로써 집열량을 최소화 할 수도 있다.
여기서, 상기 태양열 집열기(10)의 구조는 내부에 집열판과 히트파이프가 구비된 진공관형 집열기 또는 프레임 내에 집열판이 형성되고 상부에 태양열이 관통되면서 내부를 보호하는 유리막이 형성되는 판형 집열기 등 다양한 태양열 집열기를 적용할 수 있기에 상세한 기술 설명은 하지 않는다.
그리고, 상기 태양열 집열기(10)는 태양열을 집열하여 내부의 냉매를 가열하여 온수/난방용 열원을 공급하는데, 상기 축열부(30)에 전달되고, 상기 축열부(30)에서는 온수/난방용으로 사용된 냉매를 다시 태양열 집열기(10)에 전달한다.
상기 태양광 모듈(20)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 태양열 집열기(10)의 양측 또는 상하에 각각 설치되는데, 상기 태양열 집열기(10)의 상부측에 구비되어 태양열에 의해 태양광을 전기에너지(DC 전력)로 변환하면서 태양열 집열기(10)가 태양에 노출되는 면적을 조절한다.
여기서, 상기 태양광 모듈(20)은 도 2에서처럼, 구동장치(21)에 의해 태양열 집열기(10)의 상측부을 이동가능한 구조로써, 태양광 모듈(20)이 이동되도록 레일, 가이드장치 등 별도의 이동수단(미도시)이 설치된다. 이때, 상기 이동수단은 다양한 실시예와 기존에 공개된 특허가 있기에 별도의 기재는 하지 않는다.
그리고, 상기 태양광 모듈(20)은 도 1에서처럼, 제어부(40)와 연결되어 변환된 DC 전력을 공급하고, 상기 제어부(40)에서는 공급받은 DC 전력을 태양광 모듈(20)의 구동장치(21)에 전달하여 작동 및 제어한다. 그리하여, 상기 태양광 모듈(20)이 제어부(40)에 설정된 데이터에 따라 태양열 집열기(10)의 상부측 노출 면적을 조절할 수 있다.
상기 축열부(30)는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 태양열 집열기(10)에서 이송된 온수/난방용 열원을 임시저장하여 필요한 사용처에 공급하는 축열탱크로써, 태양열 집열기(10)와 관으로 연결되는데, 온수/난방용 열원이 축열부에 투입되는 투입관과, 열원이 사용된 냉열원을 다시 태양열 집열기(10)에 이송되는 배출관이 형성된다.
여기서, 상기 축열부(30)의 투입관 측과 배출관 측에는 각각 온도센서(31)가 설치되어 항시 온도를 측정하여 제어부(40)에 전달하는데, 상기 온도센서(31)의 온도차가 제어부(40)에 설정된 온도 이상시, 축열부(30) 내를 과열로 판단한다. 이하에서는 과열시, 제어에 대한 방법을 상세히 설명한다.
그리고, 상기 축열부(30)의 배출관에는 축열부(30) 내의 열원(냉매, 물 등)을 다시 태양열 집열기(10)에 이송시키도록 DC 모터펌프(50)가 더 설치되고, 상기 DC 모터펌프(50)는 제어부(40)의 DC 전력을 공급받아 작동하면서 제어된다.
또한, 상기 축열부(30)의 일단부에는 사용처에 열원을 공급 및 사용처에서 사용된 열원이 회수되도록 공급관과 회수관이 더 형성된다.
상기 제어부(40)는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 축열부(30)의 온도센서(31)에서 측정되어 전달된 온도와 설정된 온도를 비교하여 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단하도록 태양광 모듈(20)을 제어한다.
여기서, 상기 제어부(40)는 도 1에서처럼, 태양광 모듈(20)에서 DC 전력을 공급받고, 상기 축열부(30)의 온도센서(31)로부터 온도 측정데이터를 전달받으며, 상기 태양광 모듈(20)의 구동장치(21)와 DC 모터펌프(50)에 DC 전력을 공급하는 동시에 제어신호를 전달하여 상황에 맞춰 구동장치(21)와 DC 모터펌프(50)를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법은 우선, 태양열 집열기(10)를 통해 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 생성하고, 그 생성된 열원을 DC 모터펌프(50)에 의해 축열부(30)에 공급한다.(S100) 이때, 상기 축열부(30)에서 사용처에 열원을 공급하는데, 사용처에서 사용한 열원은 다시 축열부(30)에 이송되고, 그 열원은 DC 모터펌프(50)에 의해 다시 태양열 집열기(10)에 이송된다.
그리고, 동시에 태양광 모듈(20)을 통해 DC 전력을 생성하여 제어부(40) 또는 필요한 곳에 공급된다.(S200)
그런데, 상기 온도센서(31)에 의해 측정된 축열부(30)의 내부 온도가 제어부(40)에 설정된 온도 이상시, 과열로 판단됨으로써, 제어부(40)에서 구동장치(21)를 작동시켜 태양광 모듈(20)이 이동되어 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단한다.(S300) 이때, 상기 제어부(40)는 설정된 온도범위에 따라 구동장치(21)를 제어하여 태양광 모듈(20)이 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단범위별로 조절한다. 즉, 상기 태양열 집열기(10)의 상부측을 10, 20, 50%식으로 차단하는 것이다.
그런 다음, 상기 축열부(30)의 내부 온도가 제어부(40)에 설정된 온도 이하로 떨어지면 제어부(40)에서 구동장치(21)를 작동시켜 태양열 집열기(10)의 상부측을 개방한다.(S400)
이렇듯, 여름철과 같이 축열부(30)에 저장되는 에너지에 비해 상대적으로 에너지 소모량이 적은 경우에 있어, 에너지 과다 축적으로 인한 시스템 과열을 보다 효과적으로 예방할 수 있게 되며, 전체적인 시스템의 안정성 또한 향상시킬 수 있어 시스템의 수명연장 및 신뢰성을 향상을 기대할 수 있다.
10 : 태양열 집열기 20 : 태양광 모듈
21 : 구동장치 30 : 축열부
31 : 온도센서 40 : 제어부
50 : DC 모터펌프

Claims (6)

  1. 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 공급하는 태양열 집열기(10)와;
    상기 태양열 집열기(10)의 상측부에 구동장치(21)에 의해 이동가능토록 설치되어 상기 태양열 집열기(10)의 상부면을 태양에 노출시키거나 차단시키고, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈(20)과;
    상기 태양열 집열기(10)와 연결되어 이송된 온수/난방용 열원을 임시저장하여 공급처에 공급하고, 상기 태양열 집열기(10)와 연결되는 입출구에 온도센서(31)가 설치되는 축열부(30)와;
    상기 축열부(30)의 온도센서(31)에서 측정되어 전달된 온도와 설정된 온도를 비교하여 태양광 모듈(20)을 제어하여 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단하도록 하는 제어부(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양열 집열기(10)와 축열부(30) 사이에는 태양열 집열기(10)에서 형성되어 온수/난방용 열원을 축열부(30)에 이송시키고, 상기 축열부(30)에서 열교환된 열원을 다시 태양열 집열기(10)에 이송시키도록 DC 모터펌프(50)가 설치되는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(40)는 태양광 모듈(20)에서 DC 전력을 공급받아 DC 모터펌프(50)와 구동장치(21)에 전원 공급하여 제어하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(40)는 설정된 온도에 따라 구동장치(21)를 제어하여 태양광 모듈(20)이 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단범위별로 조절하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템.
  5. ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법에 있어서,
    태양열 집열기(10)를 통해 태양열을 집열하여 온수/난방용 열원을 생성하여 DC 모터펌프(50)에 의해 축열부(30)에 공급하는 단계(S100);
    동시에 태양광 모듈(20)을 통해 DC 전력을 생성하여 제어부(40)에 공급하는 단계(S200);
    상기 축열부(30)의 내부 온도가 제어부(40)에 설정된 온도 이상시, 과열로 판단됨으로써, 제어부(40)에서 구동장치(21)를 제어하여 태양광 모듈(20)을 작동시켜 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단하는 단계(S300);
    상기 단계(S300) 후, 축열부(30)의 내부 온도가 제어부(40)에 설정된 온도 이하로 떨어지면 태양열 집열기(10)의 상부측을 개방하는 단계(S400);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부(40)에서 구동장치(21)를 제어하여 태양광 모듈(20)을 작동시켜 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단하는 단계(S300)에서,
    상기 제어부(40)는 설정된 온도에 따라 구동장치(21)를 제어하여 태양광 모듈(20)이 태양열 집열기(10)의 상부측을 차단범위별로 조절하는 것을 특징으로 하는 ＤＣ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템의 제어방법.
KR1020130005041A 2013-01-16 2013-01-16 Ｄｃ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법 KR20140092974A (ko)

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KR1020130005041A KR20140092974A (ko) 2013-01-16 2013-01-16 Ｄｃ 전력을 이용한 과열방지용 태양열 태양광 복합 시스템 및 이에 따른 제어방법

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101684669B1 (ko) * 2015-08-21 2016-12-08 현대건설 주식회사 태양열 이용 냉난방 시스템 및 그의 제어방법
KR101708379B1 (ko) * 2016-12-29 2017-02-20 현대건설 주식회사 태양열 이용 냉난방 시스템 및 그의 제어방법

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KR101684669B1 (ko) * 2015-08-21 2016-12-08 현대건설 주식회사 태양열 이용 냉난방 시스템 및 그의 제어방법
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