KR20150061097A - 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법 - Google Patents

태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법 Download PDF

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Abstract

태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 배터리 충전방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 개시된 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치는 상기 태양광으로부터 전기를 생성하는 태양전지부의 어느 하나의 태양전지와 상기 풍력으로부터 전기를 생성하는 풍력발전부의 어느 하나의 풍력발전기로 구성되어 전기를 생성하는 발전부; 상기 태양전지와 풍력발전기에 직렬로 연결되어 상기 발전부에서 생성된 전기를 충전하도록 다수개의 충전기로 구성되는 충전부; 상기 충전기의 각각에 연결되어 충전된 전기를 저장하도록 다수개의 배터리로 구성되는 배터리부; 상기 각 배터리의 충전전압의 편차를 해소하는 배터리전압 보상부; 및 상기 배터리부 전체 전압이 출력되는 +,- 출력을 포함한다.

Description

태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법{HYBRID GENERATOR USING SOLAR POWER AND WIND FORCE AND BATTERY CHARGE METHOD THEREFOR}
본 발명은 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 및 풍력 등과 같은 다수개의 친환경 에너지의 전력 발생원을 이용하여 하이브리드 방식으로 연결하여 전기를 생성하고 저장하는 전기 저장장치에 있어서, 태양광 및 풍력을 단독으로 사용하거나, 태양광 및 풍력을 하이브리드 방식으로 연결하여 사용하는 직렬 발전방식의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리에 전기를 저장하는 배터리 충전방법에 관한 것이다.
최근 가정 및 산업체에서 사용하는 전기의 양은 해마다 큰 폭으로 증가하는 추세로, 국가적으로 전력에너지 확보에 비상이 걸리고 있어, 장기간 소요되는 발전소 건설보다는 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 대체에너지를 활용하여 전기를 생성하기 위하여 다양한 기술개발이 이루어지고 있다.
대체에너지 중에서 널리 사용되는 것은 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 조력 등이 있으며, 그 중에서 태양광 및 풍력을 이용하여 전기를 생성하는 방안이 널리 이용되고 있다.
태양광을 이용하여 전기를 생성하는 기술은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 광전효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 무한정, 무공해 태양빛을 전기 에너지로 활용하는 것으로, 청정 에너지원 사용에 따른 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 없는 장점이 있어, 친환경적인 에너지원으로 널리 사용 중에 있다.
또한, 풍력을 이용하여 에너지를 생성하는 기술은 태양광의 단점을 보완하는 용도로 널리 사용되는 것으로, 바람이 잦은 지역 및 악천후 기간 동안 잦은 바람에 동작하여 전력을 발생하는 장점이 있다.
이와 같이 태양광 및 풍력을 이용하는 기술은 태양전지(Solar Cell)로 구성된 모듈과 풍력발전기, 배터리 및 전력변환장치로 구성되어 배터리에 전기를 저장하게 된다.
가정에 전기를 공급하기 위해서는 태양전지, 풍력발전기, 충전기, 배터리, 인버터 등이 필요하고, 태양전지 및 풍력발전기에서 생성된 전기는 충전기를 이용하여 배터리에 저장하게 되므로, 인버터를 이용하여 가정에 전기를 공급할 수 있다.
도 1은 기존의 태양광 및 풍력 에너지 저장장치의 구성도로서, 맑은 날씨에는 태양전지부(10)에서 생성된 전기는 태양광 충전부(20)부를 거쳐서 배터리(30)를 충전시키고, 바람이 잦은 기간에는 풍력발전부(11)가 작동하고, 그에 따라 생성된 전기는 풍력 충전부(21)를 거쳐서 배터리(30)를 충전시키게 되어, 배터리(30)에는 전기에너지를 저장하게 된다.
이와 같이 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 방식의 전기 생성방법은, 태양광에서 전기를 생성하는 장점과, 풍력에서 전기를 생성하는 장점을 얻을 수 있어, 바람이 없는 화창한 날씨의 경우에는 태양광에서 전기를 얻고, 악천우 기간 동안에는 잦은 바람에 의해 발생되는 풍력에서 전기를 얻을 수 있어, 가정에 전기 공급이 용이한 장점이 있다.
또한 태양광 및 풍력 상호간의 기술의 단점을 보완할 수 있는 장점이 있어서, 소형화 기술의 발달과 함께 발전하여 저렴한 가격으로 설치가 용이한 구조로 개발되고 있으며, 배터리에 전기를 저장하여 악천우 기간에도 사용이 용이한 장점으로 인해서 전력회사로 부터 전기를 공급받지 못하는 산간도서 지역 등에서 많이 사용되며, 각 가정에서도 전기를 절약하는 방법으로 널리 활용되는 추세이다.
또한 최근에는 도로 및 마을 진입로, 그리고 가정의 정원에서 가로등 기능으로 널리 사용되는 추세이다.
하이브리드 발전장치를 이용하여 전기를 생성함에 있어서, 태양광 충전기와 풍력 충전기 등을 이용하여 배터리를 충전하게 되며, 인버터를 이용하여 배터리의 전기를 가정에 공급하는 방법을 사용하지만, 이때 배터리에 전기를 저장하는 방법은 태양광 충전기와 풍력 충전기의 출력을 병렬로 연결해서 배터리를 충전하는 방식이 널리 사용되고 있다.
그렇지만, 태양전지 및 풍력발전기를 병렬로 연결하여 태양광 충전기와 풍력 충전기의 출력을 병렬로 연결해서 배터리를 충전하는 방식은 충전기 출력 편차가 약 0.01(V) 정도가 되어야 병렬운전이 가능하지만, 태양광 및 풍력 충전기의 각각의 출력 특성이 동일하지 않아서, 출력 편차는 0.01(V) 보다는 크게 되어 병렬운전이 곤란하게 된다. 이와 같이 충전기를 병렬로 연결하여 사용하게 되면, 2대의 충전기 중에서 출력전압이 미세하게나마 높은 충전기가 배터리를 충전하게 되고, 출력전압이 상대적으로 낮은 충전기는 작동하지 않게 되며, 출력전압이 높은 충전기가 최대 용량으로 배터리를 충전할 경우에서만 낮은 충전기가 충전을 하게 되므로, 이때에만 병렬충전이 진행되는 단점이 있다.
따라서 태양광 및 풍력 충전기를 이용하여 배터리 충전을 최적화하기 위해서는 배터리를 직렬로 연결한 후에 첫번째 배터리는 태양광 충전기에 연결하여 충전하고, 두번째 배터리는 풍력 충전기에 연결하여 충전하면 각각의 배터리를 충전할 수 있다.
그렇다 하더라도, 배터리 각각을 태양광 및 풍력충전기에 연결하여 충전하는 경우에 바람이 없는 맑은 날씨에는 태양광 충전기에 연결된 배터리만 충전되며, 바람이 잦은 밤시간에는 풍력 충전기에 연결된 배터리만 충전되어 각각의 배터리의 충전전압이 불균일하게 되는 단점이 있다. 또한 태양광 및 풍력 발전특성이 동일하지 않아서 직렬로 연결된 충전기 출력단의 전압은 일정하지 않고, 불안정한 상태가 지속되어 가정에서 사용하기 곤란한 단점이 있다.
발명의 배경기술이 되는 선행기술로서 태양광, 전기 저장 장치, 태양전지를 키워드로 하여 검색을 행한 바, 하기의 특허문헌들이 존재한다.
검색된 특허문헌 1은 하이브리드 발전용 충방전 제어시스템으로, 자연에너지를 이용하여 전력을 생성시키는 다수개의 전력원을 포함하는 전력발생부와, 상기 전력발생부에서 생성된 전력의 충전 및 방전을 제어하는 충방전제어부와, 상기 충방전제어부에 의해 전력이 충전되는 충전부 및 상기 충방전제어부에 의해 전력이 외부로 공급되는 부하부를 포함하여 이루어지되, 상기 충방전제어부의 입력단에는 상기 전력발생부에서 생성되는 정격 이하의 전력원들을 직렬로 연결시키는 다중레벨 연결회로가 형성되어 상기 충방전제어부로 유입되는 입력전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 것으로, 다수개의 전력원을 직렬로 연결하여 사용하는 기술임에 반하여, 본 발명은 다수개의 전력원을 직렬로 연결하지 않고, 각각의 전력원을 충전기를 거쳐 배터리를 충전하도록 구성하며, 배터리를 직렬로 연결하여 사용하는 기술로서 차이점이 있다.
또한 특허문헌 2는 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치로서, 배터리의 과충전 또는 과방전에 따른 온도 상승상태를 검출하는 온도 검출부; 두 발전기의 출력 전압을 인지하는 전압 검출부; 각 발전기에서 공급되는 전력과, 배터리로 인가되는 전력을 단속 제어하는 스위칭부; 각 발전기의 발전 전압을 선별적으로 승압하는 승압회로부; 및 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되고, 온도 검출부로부터 배터리의 과방전상태가 인지될 경우, 두 발전기의 발전 전압을 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 배터리의 과방전 상태가 아닐 경우, 두 발전기의 발전 전압 중 높은 출력 전압을 선택하여 충전하며, 두 발전기의 출력 전압이 기준치 이하일 경우, 어느 하나의 높은 출력 전압을 승압하여 충전하되 배터리의 충전률이 낮을 경우, 나머지 하나의 출력 전압을 승압하여 충전하도록 스위칭부를 운용 제어하는 제어부로 구성되는 것으로, 풍력 발전 시스템과 태양광 발전 시스템에서 공급되는 전력의 차이로 인한 시스템의 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과와, 자연환경에 따라 전력량이 저하되는 발전 시스템에 대한 충전 효율을 높여 하이브리드 발전 용량을 극대화할 수 있는 효과를 가지고자, 두 발전기의 발전 전압을 검출하여 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 또는 높은 출력 전압을 선택하여 충전하는 것이 특징이지만, 본 발명은 다수개의 발전기 중에서 발전 전압의 크기를 구별하지 않고, 각각 생성된 전력을 충전기에 연결하여 각각의 배터리에 충전하며, 직렬로 연결된 배터리 전체 출력을 공급하는 것이므로, 본원과는 차이점이 있다.
또한 특허문헌 3은 태양광과 풍력을 이용한 하이브리드 발전시스템으로, 소형의 풍력발전기와, 풍력발전기의 풍속을 감지하는 풍속센서와, 풍력발전기에서 발생한 교류전력을 직류로 변환하는 정류기와, 상기 직류전력을 일시 저장하는 풍력발전 스토리지와, 제어장치를 포함하는 단위제어부로 구성되는 풍력발전 유닛과; 태양전지셀로 이루어진 태양광발전기와, 상기 태양광발전기에서 발생한 직류전력을 사용전압에 맞게 바꿔주는 DC/DC 컨버터와, 상기 DC/DC 컨버터를 통과한 직류전력이 일시 저장되는 태양광발전 스토리지로 구성되는 태양광발전 유닛; 및 상기 풍력발전 유닛 및 태양광발전 유닛에서 전송되는 전력 및 데이터를 수집하였다가 각 부하 및 관리서버로 전송하는 관리부를 포함하는 구성이나, 태양광 및 풍력 등 다수개의 전력원을 각각 사용하여 배터리를 충전하되, 배터리 충전 전력을 사용하고자 할 경우, 직렬로 연결된 배터리 전체 전압을 사용하는 본원과는 차이점이 있다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제 10-0702223호(2007.3.26. 등록)
(특허문헌 2) 한국등록특허 제 10-1294807호(2013.8.2. 등록)
(특허문헌 3)한국등록특허 제 10-0742607호(2007.7.19. 등록)
따라서 본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 태양광 및 풍력을 이용하는 충전기에 직렬로 연결된 배터리에 배터리 전압의 발란싱을 위해 BMS(Battery Management System)를 장착하여 배터리 전압을 보상해줌에 따라, 태양광 및 풍력을 사용하여 직렬로 구성된 2종류의 배터리를 항상 동일한 전압으로 유지하여 2대 이상의 충전기를 사용하여 배터리를 충전하는 경우에 발생하는 충전의 불균형을 해소할 수 있는 태양광 및 풍력을 사용하는 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 하이브리드 직렬발전에서 발생되는 배터리 셀 발란싱을 해소하여 배터리를 최적의 상태로 유지시키면서, 충전할 수 있으므로, 배터리 전기를 각 가정에 안정적으로 공급할 수 있어 배터리 전력을 기존보다 장시간 사용이 용이한 태양광 및 풍력을 사용하는 배터리 충전방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따르는 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치는 상기 태양광으로부터 전기를 생성하는 태양전지부의 어느 하나의 태양전지와 상기 풍력으로부터 전기를 생성하는 풍력발전부의 어느 하나의 풍력발전기로 구성되어 전기를 생성하는 발전부; 상기 태양전지와 풍력발전기에 직렬로 연결되어 상기 발전부에서 생성된 전기를 충전하도록 다수개의 충전기로 구성되는 충전부; 상기 충전기의 각각에 연결되어 충전된 전기를 저장하도록 다수개의 배터리로 구성되는 배터리부; 상기 각 배터리의 충전전압의 편차를 해소하는 배터리전압 보상부; 및 상기 배터리부 전체 전압이 출력되는 +,- 출력을 포함한다.
상기 배터리전압 보상부는 배터리셀을 충전하는 트랜스포머와, 배터리 각각의 전압을 균일하게 유지하는 셀전압 보상부와, 상기 트랜스포머의 작동을 제어하는 셀충전 제어부를 포함할 수 있다.
상기 셀전압 보상부는 직렬로 구성된 상기 배터리 각각의 +,- 출력의 전기를 이용하여 상기 배터리 각각의 전압을 보상하고자 2채널로 구성되며, 상기 배터리의 각각에 상기 셀전압 보상부가 각각 연결되어 있으므로, 상기 배터리 각각에 전압편차가 발생하게 되면, 상기 셀충전 제어부는 상기 트랜스포머를 작동하여 전압이 작은 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 배터리 충전방법은 태양전지에서 생성된 전기로 충전되는 제 1 배터리와 풍력발전기에서 생성된 전기로 충전되는 제 2 배터리의 전압을 체크하는 단계(S10); 전압 체크 결과, 상기 제 1 배터리의 전압(V1)이 상기 제 2 배터리의 전압(V2)보다 커서, V1-V2의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S20); 발생된 전압편차에 따라, 두 개의 채널을 가지는 셀전압 보상부의 어느 한 채널을 작동하도록 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S30) 또는 단계(S70); 상기 셀충전 제어부의 작동에 따라 제 1 배터리 또는 제 2 배터리를 충전하는 단계(S40) 또는 단계(80); 전압편차가 0인 V1=V2 인지를 판단하는 단계(S50) 또는 단계(100); 및 V1=V2여서 전압편차가 0이 되면, 상기 셀충전 제어부의 작동을 정지하는 단계(S60) 또는 단계(S100)를 포함한다.
상기 셀충전 제어부의 작동을 정지하는 단계(S60) 또는 단계(S100)에서의 상기 셀충전 보상부의 각각은 오프상태를 유지할 수 있다.
상기 배터리 각각의 전압을 체크하는 단계(S10) 이후, 상기 제 1 배터리의 전압(V1)이 상기 제 2 배터리의 전압(V2)보다 커서, V1-V2의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S20)를 포함하고, V1>V2의 전압편차가 발생하면, 상기 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S30)에서 상기 다른 하나의 채널의 셀전압 보상부를 작동하여, 배터리 충전단계(S40)에서 상기 제 2 배터리를 충전할 수 있다.
또한 상기 배터리 각각의 전압을 체크하는 단계(S10) 이후, 상기 제 2 배터리의 전압(V2)이 상기 제 1 배터리의 전압(V1)보다 커서, V2-V1의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S70)를 포함하고, V2>V1의 전압편차가 발생하면, 상기 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S80)에서 상기 하나의 채널의 셀전압 보상부를 작동하여, 배터리 충전단계(S90)에서 상기 제 1 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흐린 날씨와 밤시간에도 원활하게 가정에 전기를 공급하기 위한 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 직렬발전 방식의 배터리에 BMS가 부착됨에 따라 배터리 셀 발란싱을 지속적으로 수행하여 발전전압의 불균형을 해소하므로, 배터리 전압을 균일한 상태로 유지하게 되어 배터리가 최저전압 이하로 방전되는 것을 방지할 수 있어 배터리 수명을 최적화할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 태양광 및 풍력 에너지 저장장치의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 태양광 에너지 저장장치의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 풍력 에너지 저장장치의 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 구성도이고,
도 5는 도 4의 하이브리드 발전장치에 배터리전압 보상부가 포함된 개략 구성도이고,
도 6은 도 5 배터리 전압 보상부의 보상회로도이고,
도 7은 도 5 배터리전압 보상부의 작동 과정을 나타내는 다이어그램이고,
도 8은 도 5 배터리전압 보상부의 작동 과정을 나타내는 플로우 챠트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 도 2는 본 발명에 의한 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 태양광 에너지 저장장치의 구성도로서, 태양전지부(10) 및 충전부(20)는 다수개의 태양전지(10a,10b,10c,10d,10e...) 및 다수개의 태양전지 충전기(20a,20b,20c,20d,20e...)로 구성되며, 각각의 태양전지(10a,10b,10c,10d,10e ...)는 각각의 태양전지 충전기(20a,20b,20c,20d,20e...)에 연결된다.
충전부(20)에는 다수의 배터리(30a,30b,30c,30d,30e...)로 이루어진 배터리부(30)가 부착되며, 각각의 태양전지 충전기(20a,20b,20c,20d,20e...)가 각각의 배터리(30a,30b,30c,30d,30e...)에 연결되어 각각의 태양전지 충전기(20a,20b,20c,20d,20e...)에 충전된 전기를 각각의 배터리(30a,30b,30c,30d,30e...)에 저장함으로써 배터리부(30)를 충전하게 된다.
태양전지부(10)는 동일한 지역에 설치되어 동일한 태양빛에 노출되어 있으므로, 태양전지부(10)에서 생성되는 전기는 동일하게 되어 각각의 태양전지 충전기(20a,20b,20c,20d,20e...)를 거치더라도 동일한 양의 전기에너지를 생성하게 되므로, 각각의 배터리(30a,30b,30c,30d,30e...)가 직렬로 연결되어, 배터리부(30)의 +,-출력 (50)(51)에는 배터리 전체의 전압이 출력된다.
도 3는 본 발명에 의한 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 풍력 에너지 저장장치의 구성도로서, 풍력발전부(11) 및 충전부(21)는 각각 다수개의 풍력발전기(11a,11b,11c,11d,11e...) 및 다수개의 풍력 충전기(21a,21b,21c,21d,21e...)로 구성되며, 각각의 풍력발전기(11a,11b,11c,11d,11e ...)는 각각의 풍력 충전기(21a,21b,21c,21d,21e...)에 연결된다.
충전부(21)에는 다수의 배터리(31a,31b,31c,31d,31e...)로 이루어진 배터리부(31)가 부착되며, 각각의 풍력 충전기(21a,21b,21c,21d,21e...)가 각각의 배터리(31a,31b,31c,31d,31e...)에 연결되어 각각의 풍력 충전기(21a,21b,21c,21d,21e...)에 충전된 전기를 배터리(31a,31b,31c,31d,31e...)에 저장함으로써 배터리부(31)를 충전하게 된다.
풍력발전부(11)는 동일한 지역에 설치되어 풍력발전기를 회전시키는 각각에 바람의 세기는 동일하므로, 풍력발전부(11)에서 생성되는 전기는 동일하게 되어 각각의 풍력 충전기(21a,21b,21c,21d,21e...)를 거치더라도 동일한 양의 전기에너지를 생성하게 되므로, 각각의 배터리(31a,31b,31c,31d,31e...)가 직렬로 연결되어, 배터리부(31)의 +,-출력 (50)(51)에는 배터리 전체의 전압이 출력된다.
이상과 같이 태양전지부(10) 및 풍력발전부(11)에서 생성된 에너지를 이용하여 각각의 충전부(20)(21)에 연결하여 각각의 배터리(30)(31)를 충전시키면, 바람이 없는 맑은 날씨에는 태양전지부(10)에 연결된 배터리(30)가 충전되고, 바람이 잦은 악천우 기간에는 풍력발전부(11)에 연결된 배터리(31)가 충전되어, 배터리 전체 전압을 이용해서 가정에서는 전기를 사용할 수 있게 된다.
한편 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치는 태양광으로부터 전기를 생성하는 다수개의 태양전지(10a,10c...)와 풍력으로부터 전기를 생성하는 다수개의 풍력발전기(11b,11d...)로 구성되어 전기를 생성하는 발전부(100)와, 태양전지(10a,10c...)의 어느 하나의 태양전지(10a)와 풍력발전기(11b,11d...)의 어느 하나의 풍력발전기(11b)가 직렬로 연결되어 생성된 전기를 충전하는 다수개의 충전기((20a,210b,20c,21d...)로 구성되는 충전부(200)와, 상기 충전기(20a,21b,20c,21d...)의 각각에 연결되어 충전된 전기를 저장하는 다수개의 배터리(30a,31b,30c,31d...)로 구성되는 배터리부(300)와, 각 배터리의 충전전압의 편차를 해소하는 배터리부(300) 전체 전압이 출력되는 +,- 출력(50)을 포함한다.
그런데 이와 같이 제 1 태양전지(10a)에서 생성된 전기를 충전부(200)의 제 1 충전기(20a)에서 충전하고, 충전된 전기를 제 1 충전기(20a)에 연결된 제 1 배터리(30a)에 저장하고, 또한 제 1 풍력발전기(11b)에서 생성된 전기를 제 2 충전기(21b)에서 충전하고, 충전된 전기를 제 2 충전기(21b)에 연결된 제 2 배터리(31b)에 저장하여 배터리부(300)를 충전하게 되면, 각각의 배터리(30a)(31b)에는 충전전압의 편차가 나타나게 된다.
이에 따라 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치는 배터리의 전압을 균등하게 하는 배터리전압 보상부(400)를 더 포함할 수 있다.
도 5에는 도 4의 하이브리드 발전장치에 배터리전압 보상부가 포함된 개략 구성도이고, 도 6은 도 5 배터리 전압 보상부의 보상회로도를 나타내고 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치는 직렬로 연결된 배터리의 전기를 이용하여 배터리 각각의 전압을 보상하는 배터리전압 보상부(400)를 포함한다.
배터리전압 보상부(400)는 배터리셀을 충전하는 트랜스포머(40)와, 배터리 각각의 전압을 균일하게 유지하는 셀전압 보상부(41a)(41b)와, 트랜스포머(40)의 작동을 제어하는 셀충전 제어부(42)를 포함한다. 셀충전 제어부(42)는 배터리 각각의 전압을 비교하여 전압편차가 발생하는 경우에만 작동하는 것으로, 트랜스포머(40)는 절연구조로 구성되며, 다수개의 출력을 두어 각각의 배터리를 충전시키는 구조로 구성될 수 있다.
발전부(100)를 태양전지(10a)와 풍력발전기(11b)를 하나씩 직렬로 구성하여 각각의 출력을 충전부(200)의 제 1 충전기(20a)와 제 2 충전기(21b)에 연결하고, 각각의 충전기(20a)(21b)의 출력을 배터리부(300)의 배터리(30a)(31b)에 연결함으로써 배터리(30a)(31b)의 충전전압이 균일하지 않은 상태가 될 수 있다.
셀전압 보상부(41a)(41b)는 직렬로 구성된 배터리(30a)(31b)의 +,- 출력(50,51)의 전기를 이용하여 배터리(30a)(31b) 각각의 전압을 보상하고자 2채널로 구성되며, 배터리(30a)(31b)의 각각에 배터리전압 보상부(400)의 셀전압 보상부(41a)(41b)가 각각 연결되어 있으므로, 배터리(30a)(31b) 각각의 셀 충전전압에 편차가 발생하게 되면, 셀충전 제어부(42)는 트랜스포머(40)를 작동하여 도 7에 도시된 바와 같이 배터리셀을 충전할 수 있다.
도 7은 도 5 배터리전압 보상부의 작동 과정을 나타내는 다이어그램이고, 도 8은 도 5 배터리전압 보상부의 작동 과정을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 태양전지(10a)에서 생성된 전기로부터 충전되는 배터리(30a)(이를 도면에서 제 1 배터리로 도시한다.)와 풍력발전기(11b)에서 생성된 전기로부터 충전되는 배터리(31b)(이를 도면에서 제 2 배터리로 도시한다.)의 전압을 체크하고(S10), 그 결과, 태양전지(10a)의 제 1 배터리(30a)의 전압(V1)이 풍력발전기(11b)의 제 2 배터리(31b)의 전압(V2)보다 커서, V1-V2의 전압편차가 발생하는 지를 판단하고(S20), V1>V2의 전압편차가 발생하면, 제 2 채널의 셀전압 보상부(41b)를 작동하도록 셀충전 제어부(42)를 작동하여(S30), 풍력발전기(11b)의 제 2 배터리(31b)를 충전한다(S40).
이어서, 전압편차가 없는 지, 즉 V1=V2 인지를 판단하고(S50), 전압편차가 없게 되면, 즉 V1=V2여서 전압편차가 0이 되면, 셀충전 제어부(42)의 작동을 정지한다(S60). 이때의 배터리전압 보상부(400)의 셀충전 보상부(41a)(41b)의 각각은 오프상태를 유지한다.
한편, 각 배터리(30a)(31b)의 전압을 체크한 결과(S10), 태양전지(10a)의 제 1 배터리(30a)의 전압(V1)보다 오히려 풍력발전기(11b)의 제 2 배터리(31b)의 전압(V2)이 더 커서, V2-V1의 전압편차가 발생하는 지를 판단하고(S70), V2>V1의 전압편차가 발생하면, 1채널의 셀전압 보상부(41a)를 작동하도록 셀충전 제어부(42)를 작동하여(S80), 태양전지(10a)의 제 1 배터리(30a)를 충전한다(S90).
이어서, 전압편차가 없는 지, 즉 V1=V2 인지를 판단하고(S100), 전압편차가 없게 되면, 즉 V1=V2여서 전압편차가 0이 되면, 셀충전 제어부(42)의 작동을 정지한다(S110). 이때의 배터리전압 보상부(400)의 셀충전 보상부(41a)(41b)의 각각은 오프상태를 유지한다.
또한, 각 배터리(30a)(31b)의 전압을 체크한 결과(S10), 태양전지(10a)의 제 1 배터리(30a)의 전압(V1)보다 풍력발전기(11b)의 제 2 배터리(31b)의 전압(V2)이 크지 않아서, V2-V1의 전압편차가 발생하지 않으면, 바로 셀충전 제어부(42)의 작동을 정지하는 단계(S110)로 이동하여 배터리(30a)(31b)의 전압편차를 해소한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법은 태양광 및 풍력을 함께 사용하는 하이브리드 발전방식이므로, 태양광에서 전기를 생성하는 장점과, 풍력에서 전기를 생성하는 장점을 얻을 수 있어, 바람이 없는 화창한 날씨의 경우에는 태양광에서 전기를 얻고, 악천우 기간동안에 발생되는 잦은 바람에 의해서는 풍력에서 전기를 얻을 수 있어, 가정에 전기 공급이 용이한 장점이 있는 관계로, 태양광 및 풍력을 이용하여 전기를 생성하는 방식은 전력회사로 부터 전기를 공급받지 못하는 산간도서 지역 등에서 많이 사용되고 있으며, 각 가정에서도 전기를 절약하는 방법으로 널리 활용될 수 있다.
또한 태양광 및 풍력 발전과정에서 발생하는 충전전력의 편차를 해소함으로써, 배터리가 최소전압 이하로 전압이 저하함에 따른 배터리 내구성 저하를 억제하면서, 장기간 사용함에 따른 배터리 전압의 불균형이 발생하면, 배터리 관리장치로 부터 배터리 전압 불균형을 해소하여 최적의 배터리상태를 유지시켜 줄 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
10 : 태양전지부 10a,10b,10c,10d,10e... : 태양전지
11 : 풍력발전부 11a,11b,11c,11d,11e... : 풍력발전기
20,20a,20b,20c,20d,20e... : 태양광 충전부
21,21a,21b,21c,21d,21e... : 풍력충전부
30,30a,30b,30c,30d,30e... : 배터리
31,31a,31b,31c,31d,31e... : 배터리
40 : 트랜스포머 41a,41b : 셀전압 보상부
42 : 셀충전 제어부 50,51 : 배터리 출력 전압
100 : 발전부 200 : 충전부
300 : 배터리부 400 : 배터리전압 보상부

Claims (7)

  1. 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치에 있어서,
    상기 태양광으로부터 전기를 생성하는 태양전지부의 어느 하나의 태양전지와 상기 풍력으로부터 전기를 생성하는 풍력발전부의 어느 하나의 풍력발전기로 구성되어 전기를 생성하는 발전부;
    상기 태양전지와 풍력발전기에 직렬로 연결되어 상기 발전부에서 생성된 전기를 충전하도록 다수개의 충전기로 구성되는 충전부;
    상기 충전기의 각각에 연결되어 충전된 전기를 저장하도록 다수개의 배터리로 구성되는 배터리부;
    상기 각 배터리의 충전전압의 편차를 해소하는 배터리전압 보상부; 및
    상기 배터리부 전체 전압이 출력되는 +,- 출력을 포함하는
    태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리전압 보상부는
    배터리셀을 충전하는 트랜스포머와,
    배터리 각각의 전압을 균일하게 유지하는 셀전압 보상부와,
    상기 트랜스포머의 작동을 제어하는 셀충전 제어부를 포함하는
    태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 셀전압 보상부는 직렬로 구성된 상기 배터리 각각의 +,- 출력의 전기를 이용하여 상기 배터리 각각의 전압을 보상하고자 2채널로 구성되며,
    상기 배터리의 각각에 상기 셀전압 보상부가 각각 연결되어 있으므로,
    상기 배터리 각각에 전압편차가 발생하게 되면, 상기 셀충전 제어부는 상기 트랜스포머를 작동하여 전압이 작은 배터리를 충전하는
    태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치의 배터리 충전방법에 있어서,
    태양전지에서 생성된 전기로 충전되는 제 1 배터리와 풍력발전기에서 생성된 전기로 충전되는 제 2 배터리의 전압을 체크하는 단계(S10);
    전압 체크 결과, 상기 제 1 배터리의 전압(V1)이 상기 제 2 배터리의 전압(V2)보다 커서, V1-V2의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S20);
    발생된 전압편차에 따라, 두 개의 채널을 가지는 셀전압 보상부의 어느 한 채널을 작동하도록 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S30) 또는 단계(S70);
    상기 셀충전 제어부의 작동에 따라 제 1 배터리 또는 제 2 배터리를 충전하는 단계(S40) 또는 단계(80);
    전압편차가 0인 V1=V2 인지를 판단하는 단계(S50) 또는 단계(100); 및
    V1=V2여서 전압편차가 0이 되면, 상기 셀충전 제어부의 작동을 정지하는 단계(S60) 또는 단계(S100)를 포함하는
    배터리 충전방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀충전 제어부의 작동을 정지하는 단계(S60) 또는 단계(S100)에서의 상기 셀충전 보상부의 각각은 오프상태를 유지하는
    배터리 충전방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 각각의 전압을 체크하는 단계(S10) 이후,
    상기 제 1 배터리의 전압(V1)이 상기 제 2 배터리의 전압(V2)보다 커서, V1-V2의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S20)를 포함하고,
    V1>V2의 전압편차가 발생하면, 상기 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S30)에서 상기 다른 하나의 채널의 셀전압 보상부를 작동하여,
    배터리 충전단계(S40)에서 상기 제 2 배터리를 충전하는
    배터리 충전방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 각각의 전압을 체크하는 단계(S10) 이후,
    상기 제 2 배터리의 전압(V2)이 상기 제 1 배터리의 전압(V1)보다 커서, V2-V1의 전압편차가 발생하는 지를 판단하는 단계(S70)를 포함하고,
    V2>V1의 전압편차가 발생하면, 상기 셀충전 제어부를 작동하는 단계(S80)에서 상기 하나의 채널의 셀전압 보상부를 작동하여,
    배터리 충전단계(S90)에서 상기 제 1 배터리를 충전하는
    배터리 충전방법.
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