KR20150109133A - 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 장치는 태양 전지 모듈 및 전력망으로부터 전달받은 전력을 저장하는 에너지 저장부 및 전력 관리 모드에 따라 상기 전력망 및 상기 에너지 저장부, 전력을 소비하는 부하 간의 전력 전달을 관리하는 에너지 관리 게이트웨이를 포함하고, 상기 전력 관리 모드는 저장된 전력을 상기 부하에 공급하거나, 상기 전력망에 매매하여 전력을 관리하기 위한 경제 모드, 상기 태양 전지 모듈에서 생산하는 전력에 기초하여 전력을 관리하기 위한 친환경 모드, 전력 관리에서 요구되는 복수의 파라미터들에 기초하여 자동으로 전력을 관리하기 위한 자동 모드 및 사용자의 요구에 기초하여 전력 관리를 수행하기 위한 사용자 설정 모드를 포함한다.

Description

에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법{ENERGY MANAGEMENT DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 전력을 효율적으로 사용하기 위한 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
홈 에너지 관리 시스템(Home Energy management, HEM)들은 소비자 친화적 방법 또는 소비자 호환적 방법으로 가정이나, 빌딩에서 소비되는 에너지를 감소시키는데 사용되고 있다. 종래 홈 에너지 관리 시스템들은 일반적으로 다음의 클래스들 중 어느 하나의 클래스에 속해 있다.
제1 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 통합 디스플레이를 포함하는 컴퓨팅 장치의 형태이다. 컴퓨팅 장치는 가정 내의 단말기와 통신할 수 있고, 데이터를 관리하며, 에너지 감소를 가능하게 하는 프로세스들을 가진다. 제1 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 입력을 위한 키패드, 터치 스크린을 포함하는 디스플레이 및 컴퓨터를 포함한다. 디스플레이, 컴퓨터, 키패드는 단일 유닛으로 형성될 수 있다. 이 단일 유닛은 단일 하우징 내에 배치되거나, 디스플레이가 단일 하우징 내에 포함되지 않다면, 디스플레이 및 컴퓨터는 단일 유닛으로 작동하도록 조정되거나, 동기화되거나, 공장으로부터 납품되어 단일 유닛으로 연결 또는 연관될 수 있다.
제2 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 가정 내의 단말기들로부터 정보를 수집하여 원격 서버에 전송하고, 원격 서버로부터 제어 명령을 송수신하는 저비용의 라우터 또는 게이트웨이 장치의 형태이다. 제2 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 제1 클래스의 홈 에너지 관리 시스템과 같이, 컴퓨터와 디스플레이가 단일 유닛으로 설계된 사용자 정의 장치일 수 있다.
제3 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 가전 제품과 통신하고, 알고리즘을 통해 에너지 절감을 가능케 하는 가정 내의 서버 형태이다. 제3 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 홈 에너지 관리 시스템을 관리하기 위한 별도의 디스플레이가 필요하지 않다. 이러한 유형의 장치는 복수의 단말기들(댁내 전력정보표시장치(IHD),스마트폰, PC, 타블렛 PC, 스마트 TV)과 연결될 수 있다.
종래 3가지 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 높은 소비자 비용, 낮은 확장성, 증가된 시스템 복잡성으로 인해 많은 단점을 가지고 있다. 즉, 홈 에너지 관리 시스템에 통합된 디스플레이의 비용은 매우 고가이므로 소비자에게 큰 부담으로 작용한다. 또한, 디스플레이를 구동시키기 위해 필요한 부품들은 복잡하고, 고가이다.
또한, 소비자 관점에서 가정 내에 있는 컴퓨터, 스마트폰, TV 이외에도 또 하나의 디스플레이 화면을 추가해야 하는 문제가 있다.
또한, 제2 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 서버 인프라 및 데이터 전송을 위해 상당한 비용을 수반한다. 더욱이, 제2 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 끊임없이 원격 서버와 연결되어야 하고, 연결되지 않는다면, 에너지 데이터 로깅 및 에너지 절약 명령들이 서비스 중단 동안 손실될 수 있다.
제3 클래스의 홈 에너지 관리 시스템은 경제적일 수 있지만, 가정의 네트워크에서 벗어난 소비자를 제한할 수 있다. 즉, 소비자가 가정에서 멀리 떨어진 위치에 있더라도, 소비자가 홈 에너지 관리 시스템을 날씨나 시간에 따라 모니터하고, 제어하는 것은 중요하나, 소비자는 홈 에너지 관리 시스템에 접근할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 별도의 디스플레이 장치 없이 댁내의 전력을 관리할 수 있는 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 태양 전지 모듈, 전력망, 에너지 저장부 및 부하 간 전력 사용을 효율적으로 수행하기 위한 에너지 관리 장치 및 그의 동작 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 장치는 태양 전지 모듈 및 전력망으로부터 전달받은 전력을 저장하는 에너지 저장부 및 전력 관리 모드에 따라 상기 전력망 및 상기 에너지 저장부, 전력을 소비하는 부하 간의 전력 전달을 관리하는 에너지 관리 게이트웨이를 포함하고, 상기 전력 관리 모드는 저장된 전력을 상기 부하에 공급하거나, 상기 전력망에 매매하여 전력을 관리하기 위한 경제 모드, 상기 태양 전지 모듈에서 생산하는 전력에 기초하여 전력을 관리하기 위한 친환경 모드, 전력 관리에서 요구되는 복수의 파라미터들에 기초하여 자동으로 전력을 관리하기 위한 자동 모드 및 사용자의 요구에 기초하여 전력 관리를 수행하기 위한 사용자 설정 모드를 포함한다.
상기 경제 모드는 상기 에너지 관리 게이트웨이가 기 설정된 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 전력을 저장하고, 상기 기설정된 시간 구간이 경과하면, 저장된 전력을 상기 부하에 공급하거나 상기 전력망에 매매하는 모드이다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 전력 요금이 싼 시간대인 제1 시간 구간 동안 상기 전력망으로부터 전달받은 전력을 상기 에너지 저장부에 저장하고, 전력 요금이 비싼 시간 대인 제2 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 저장된 전력을 이용하여 상기 부하에 전력을 제공하거나, 상기 전력망에 매매한다.
상기 친환경 모드는 전력 요금, 시간 대 상기 부하의 전력 소비량 및 상기 태양 전지 모듈에서 생산하는 전력에 기초하여 전력 관리를 수행하는 모드이다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 전력 요금이 비싼 제2 시간 구간 동안 상기 태양 전지 모듈에서 공급된 전력을 이용하여 상기 부하에 전력을 공급하고, 상기 부하의 전력소비량과 상기 상기 태양 전지 모듈에서 공급된 공급전력량을 비교하여 상기 소비전력량이 상기 공급전력량보다 작은 경우, 상기 공급전력량과 상기 소비전력량의 차이를 상기 에너지 저장부에 저장한다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 전력 요금이 싼 제1 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 저장된 전력을 상기 부하에 공급하고, 상기 에너지 저장부에 저장된 전력이 없는 경우, 상기 전력망을 통해 상기 부하에 전력을 공급하도록 한다.
상기 자동 모드는 상기 전력 관리에서 요구되는 복수의 파라미터들 중 적어도 하나를 이용하여 자동으로 전력을 관리하는 모드이다.
상기 복수의 파라미터들은 상기 전력망으로부터 제공되는 전력의 요금, 현재 시간, 현재 날씨, 날씨 예보, 상기 에너지 저장부에 저장된 전력량, 상기 부하의 현재 소비전력량 및 상기 태양 전지 모듈가 생산하는 생산전력량을 포함한다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 상기 에너지 관리 장치의 전력 관리 상황을 사용자의 단말기에 전송한다.
상기 사용자 설정 모드는 상기 에너리 관리 게이트와 사용자의 단말기 간의 정보를 송수신하는 것에 기초하여 전력 관리를 수행하는 모드이다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 단말기로부터 사용자 설정 명령을 수신하여 상기 전력망으로부터 전력을 매입하거나 매매하는 시간을 설정한다.
상기 에너지 관리 게이트웨이는 현재 상기 전력망에서 제공되는 전력의 요금, 상기 전력망에 전력을 매매할 때 얻을 수 있는 매매 가격, 상기 태양 전지 모듈의 전력 생산 상태, 상기 에너지 저장부에 저장된 전력량, 상기 부하의 전체 소비전력량을 포함하는 전력 관리 정보를 사용자의 단말기 또는 원격 서버에 전송한다.
상기 에너지 관리 장치는 상기 태양 전지 모듈의 동작을 제어하며, 상기 태양 전지 모듈로부터 전달받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 제어부를 더 포함한다.
상기 에너지 관리 장치는 상기 태양 전지 모듈이 생성한 전력을 측정하여 측정된 전력을 상기 에너지 관리 게이트웨이에 전달하는 전력 측정부를 더 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 별도의 디스플레이 장치 없이 댁내의 전력을 관리할 수 있어 에너지 관리 시스템의 단가가 감소될 수 있다.
또한, 복수의 전력 관리 모드들에 따라 태양 전지 모듈, 전력망, 에너지 저장부 및 부하 간 전력 사용이 효율적으로 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 장치의 상세 구성을 포함한 에너지 관리 시스템의 구성을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 실제 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 래더 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경제 모드 하에서 에너지 관리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 모드 하에서 에너지 관리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 모드 하에서 에너지 관리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 설정 모드 하에서 에너지 관리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 에너지 관리 장치, 부하 및 전력망 간의 전력 전달의 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 게이트웨이의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 11 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 에너지 관리 게이트웨이의 동작을 설정하기 위한 사용자 화면의 예를 보여준다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 에너지 관리 시스템(10)은 에너지 관리 장치(100), 단말기(200), 원격 서버(300), 부하(400) 및 전력망(500)을 포함한다.
에너지 관리 장치(100)는 전력을 생성하여 생성된 전력을 관리할 수 있다. 구체적으로, 에너지 관리 장치(100)는 생성된 전력을 저장하거나, 생성된 전력을 부하(400)에 제공할 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 댁내에 배치될 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 단말기(200)와 근거리 무선 통신을 통해 정보를 송수신할 수 있다. 근거리 무선 통신은 와이파이, 지그비, 블루투스 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 근거리 무선 통신 방식이 사용될 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 인터넷을 통해 원격 서버(300)에 접속할 수 있고, 원격 서버(300)로부터 정보를 송신하거나 수신할 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 부하(400)에 전력을 제공할 수 있다. 에너지 관리 장치(100)는 태양 전지 모듈(110), 에너지 저장부(140) 및 전력망(500)을 통해 부하(400)에 전력을 제공할 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 전력망(500)과 전력을 거래할 수 있다. 즉, 에너지 관리 장치(100)는 전력망(500)으로부터 전력을 매입하거나, 전력망(500)에 전력을 매매할 수 있다.
단말기(200)는 사용자로부터 에너지 관리 장치(100)의 전력 관리를 설정하기위한 전력 관리 설정 입력을 수신할 수 있다. 단말기(200)는 사용자의 전력 관리 설정 입력에 따라 전력 관리 설정 명령을 에너지 관리 장치(100)에 전송할 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 단말기(200)로부터 수신한 전력 관리 설정 명령에 기초하여 복수의 전력 관리 모드들을 통해 에너지 관리 장치(100)의 전력을 관리할 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
단말기(200)는 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있고, 디스플레이부를 통해 전력 관리 화면을 표시할 수 있다.
단말기(200)는 에너지 관리 장치(100)와 근거리 무선 통신을 통해 정보를 송수신할 수 있다. 단말기(200)는 스마트폰, PC, 스마트 TV, 전력 정보를 표시하는 인홈디스플레이 장치(In Home Display, IHD) 중 어느 하나일 수 있다.
원격 서버(300)는 에너지 관리 장치(100)와 인터넷을 통해 연결될 수 있고, 정보를 송수신할 수 있다. 특히, 원격 서버(300)는 에너지 관리 장치(100)로부터 후술할 전력 관리 정보를 수신할 수 있다.
부하(400)는 에너지 관리 장치(100) 또는 전력망(500)을 통해 전력을 수신할 수 있다. 부하(400)는 조명, 세탁기, 냉장고 등 전력을 소비하는 가전기기일 수 있다.
전력망(500)은 에너지 관리 장치(100) 또는 부하(400)에 전력을 제공하거나, 에너지 관리 장치(100)로부터 전력을 전달 받을 수 있다.
일 실시 예에서 전력망(500)은 기존의 전력망에 정보통신 기술을 접목하여 공급자와 수요자의 전력 수요 및 공급 정보를 쌍방향으로 실시한 교환하는 전력 인프라 시스템일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 장치의 상세 구성을 포함한 에너지 관리 시스템의 구성이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 실제 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 관리 장치(100)는 태양 전지 모듈(110), 전력 제어부(120), 전력 측정부(130), 에너지 저장부(140), 스위칭부(150), 엑세스 포인트(160) 및 에너지 관리 게이트웨이(170)를 포함한다.
태양 전지 모듈(110)는 태양광을 흡수하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 변환된 전기 에너지는 직류 전력일 수 있다.
태양 전지 모듈(110)은 복수의 태양 전지 셀들을 포함할 수 있다.
전력 제어부(120)는 태양 전지 모듈(110)로부터 직류 전력을 전달받아 교류 전력을 변환할 수 있다. 전력 제어부(120)는 태양 전지 모듈(110)의 동작을 제어할 수 있다. 전력 제어부(120)는 복수의 전력 제어 유닛들을 포함할 수 있고, 복수의 전력 제어 유닛들 각각은 복수의 태양 전지 셀들 각각에 대응될 수 있다. 복수의 전력 제어 유닛들 각각은 복수의 태양 전지 셀들 각각의 동작을 제어할 수 있다.
전력 제어부(120)는 기상 상태가 좋지 않은 경우, 태양 전지 모듈(110)의 동작을 중단시킬 수도 있다.
전력 측정부(130)는 전력 제어부(120)가 변환환 교류 전력을 측정할 수 있다. 측정된 교류 전력은 에너지 관리 게이트웨이(170)에 전달될 수 있다. 에너지 관리 게이트웨이(170)는 전력 측정부(130)로부터 측정된 교류 전력을 이용하여 태양 전지 모듈(110)이 생산하는 전력량을 확인할 수 있다.
에너지 저장부(140)는 태양 전지 모듈(110)로부터 제공된 전력 및 전력망(500)으로부터 전달받은 전력을 저장할 수 있다.
스위칭부(150)는 부하(400)를 태양 전지 모듈(110), 에너지 저장부(140) 및 전력망(500)에 연결하거나 단속할 수 있다.
액세스 포인트(160)는 디지털 가입자 회선(Digital Subscriber Line, DSL) 액세스 포인트일 수 있고, 에너지 관리 게이트웨이(170)와 원격 서버(300)간의 네트워크 연결을 제공한다. 구체적으로, 액세스 포인트(160)는 외부 통신망(인터넷)과 근거리 통신망을 연결하여 에너지 관리 게이트웨이(170)와 원격 서버(300)를 접속시킬 수 있다. 여기서, 근거리 통신망은 이더넷(Ethernet)일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 관리 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 관리 장치(100)를 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나의 모드로 동작시킬 수 있다. 복수의 전력 관리 모드들은 경제 모드(economic mode or saving mode), 친환경 모드(green mode), 자동 모드(auto mode or intelligent mode) 및 사용자 설정 모드(user mode)를 포함할 수 있다. 각 모드에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 태양 전지 모듈(110)의 생산 전력량, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량 및 전력망(500)의 전력 요금에 기초하여 부하(400)에 전력을 공급하거나 공급하지 않을 수 있다. 이를 위해 에너지 관리 게이트웨이(170)는 스위칭(150)의 동작을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 래더 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 에너지 관리 장치(100)는 단말기(200)와 무선 통신을 통해 연결된 상태에 있다(S100). 구체적으로, 에너지 관리 장치(100)의 에너지 관리 게이트웨이(170)는 단말기(200)와 근거리 무선 통신을 이용하여 연결될 수 있다. 근거리 무선 통신은 와이파이, 지그비, 블루투스 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 근거리 무선 통신 방식이 사용될 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 인터넷을 통해 원격 서버(300)와 연결된 상태에 있다(S200). 에너지 관리 장치(100)는 인터넷을 통해 원격 서버(300)와 연결하기 위해 액세스 포인트(access point, 160)를 포함할 수 있다. 액세스 포인트(160)는 디지털 가입자 회선(Digital Subscriber Line, DSL) 액세스 포인트일 수 있고, 에너지 관리 게이트웨이(170)와 원격 서버(300)간의 네트워크 연결을 제공한다. 구체적으로, 액세스 포인트(160)는 외부 통신망(인터넷)과 근거리 통신망을 연결하여 에너지 관리 게이트웨이(170)와 원격 서버(300)를 접속시킬 수 있다. 여기서, 근거리 통신망은 이더넷(Ethernet)일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
단말기(200)는 디스플레이부를 통해 전력 관리 화면을 표시한다(S300).
단말기(200)는 스마트폰, PC, 스마트 TV, 전력 정보를 표시하는 인홈디스플레이 장치(In Home Display, IHD) 중 어느 하나일 수 있다.
단말기(200)는 디스플레이부(미도시)를 구비하고, 디스플레이부를 통해 전력 관리 화면을 표시할 수 있다. 전력 관리 화면은 에너지 관리 장치(100)의 전력 관리 상태를 보여주는 화면일 수 있다.
단말기(200)는 사용자로부터 전력 관리 설정 입력을 수신한다(S400).
단말기(200)는 사용자로부터 에너지 관리 장치(100)의 전력 관리를 설정하기위한 전력 관리 설정 입력을 수신할 수 있다.
단말기(200)는 사용자의 전력 관리 설정 입력에 따라 전력 관리 설정 명령을 에너지 관리 장치(100)에 전송한다(S500). 단말기(200)는 앞서 설명한 무선 통신을 통해 에너지 관리 장치(100)의 에너지 관리 게이트웨이(170)에 전력 관리 설정 명령을 전송할 수 있다.
일 실시 예에서 전력 관리 설정 명령은 후술한 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나를 선택하는 명령일 수 있다.
또 다른 실시 예에서 전력 관리 설정 명령은 전력망(500)과 전력의 거래를 요청하는 명령일 수 있다.
에너지 관리 장치(100)는 단말기(200)로부터 수신한 전력 관리 설정 명령에 기초하여 복수의 전력 관리 모드들을 통해 에너지 관리 장치(100)의 전력을 관리한다(S600).
에너지 관리 장치(100)의 에너지 관리 게이트웨이(170)는 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나의 모드로 에너지 관리 장치(100)를 동작시킬 수 있다. 이 경우, 단말기(200)로부터 수신한 전력 관리 설정 명령은 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나의 모드로 에너지 관리 장치(100)를 동작시키기 위한 명령일 수 있다.
복수의 전력 관리 모드들은 경제 모드(economic mode or saving mode), 친환경 모드(green mode), 자동 모드(auto mode or intelligent mode) 및 사용자 설정 모드(user mode)를 포함할 수 있다.
경제 모드(economic mode or saving mode)는 미리 설정된 시간 구간 동안 전력을 저장하고, 설정된 시간 구간이 경과하면, 저장된 전력을 부하에 공급하거나 전력망(500)에 매매하는 모드일 수 있다. 경제 모드에 대해서는 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경제 모드 하에서 에너지 관리 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 에너지 관리 장치(100)의 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간 동안 에너지 저장부(140)를 통해 전력을 저장한다(S601).
에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간 동안 전력망(500)으로부터 전력을 매입할 수 있다. 구체적으로, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간 동안 전력망(500)으로부터 전력을 수신하여 수신된 전력을 에너지 저장부(140)를 통해 저장할 수 있다. 일 실시 예에서 제1 시간 구간은 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 싼 시간대인 오후 11시부터 오전 5시까지일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간 동안에는 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 싸고, 부하(400)의 전력 소비량이 많지 않으므로, 제1 시간 구간 동안 전력망(500)으로부터 전력을 제공받아 제공받은 전력을 에너지 저장부(140)를 통해 저장할 수 있다.
그 후, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간이 경과했는지를 확인하고(S603), 제1 시간 구간이 경과된 경우, 제2 시간 구간이 도래했는지 확인한다(S605).
일 실시 예에서 제2 시간 구간은 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 비싼 시간대인 오전 11시부터 오후 5시까지일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
만약, 제2 시간 구간이 도래한 경우, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 부하(400)에 전력을 공급하거나, 전력망(500)에 전력을 매매할 수 있다(S607).
에너지 관리 게이트웨이(170)는 제2 시간 구간 동안에는 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 비싸므로, 제1 시간 구간 동안 저장된 전력을 이용할 수 있다. 즉, 제2 시간 구간에서 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제1 시간 구간 동안 저장된 전력을 부하(400)에 공급하거나, 전력망(500)에 매매할 수 있다.
또 다른 실시 예에서 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제2 시간 구간 동안 부하(400)의 소비 전력량이 0인 경우, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력을 전력망(500)에 매매할 수 있다.
또 다른 실시 예에서 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제2 시간 구간 동안 태양 전지 모듈(110)이 생성한 전력을 직접 전력망(500)에 전달하여 전력을 매매할 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
친환경 모드(green mode)는 주로, 태양 전지 모듈(110)에서 생성된 전력을 이용하여 전력 관리를 수행하는 모드일 수 있다.
친환경 모드에 대해서는 도 6을 참조하여 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 친환경 모드 하에서 에너지 관리 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 제2 시간 구간 동안 태양 전지 모듈(110)에서 생성된 전력을 이용하여 부하(400)에 전력을 공급한다(S611).
제2 시간 구간은 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 비싼 시간대인 오전 11시부터 오후 5시까지일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 전력의 요금이 상대적으로 비싼 낮 시간대인 제2 시간 구간 동안 태양 전지 모듈(110)에서 생성된 전력을 부하(400)에 제공한다. 즉, 제2 시간 구간 동안 부하(400)는 태양 전지 모듈(110)을 통해 전력을 수신하므로, 전력 요금이 절약될 수 있다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 부하(400) 전체가 소비하는 전체 소비전력량과 공급되는 공급 전력량을 비교하여 전체 소비전력량이 공급전력량보다 작은지 확인한다(S613).
만약, 부하(400) 전체가 소비하는 전체 소비전력량이 공급되는 공급 전력량보다 작은 경우, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 공급 전력량과 전체 소비전력량의 차이를 에너지 저장부(140)를 통해 저장한다(S615). 공급 전력량과 전체 소비전력량의 차이에 해당하는 차이 전력량은 추후, 이용 또는 매매를 위해 에너지 저장부(140)에 저장될 수 있다.
그 후, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 제2 시간 구간이 경과했는지를 확인하고(S617), 제2 시간 구간이 경과된 경우, 제1 시간 구간이 도래했는지를 확인한다(S619). 일 실시 예에서 제1 시간 구간은 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금이 싼 시간대인 오후 11시부터 오전 5시까지일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
만약, 제1 시간 구간이 도래한 경우, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 저장부(140)에 저장된 전력을 부하(400)에 공급한다(S621).
만약 에너지 저장부(140)에 남아있는 전력이 없는 경우(S623), 에너지 관리 게이트웨이(170)는 전력망(500)에 전력을 요청하여 전력망(500)을 통해 부하(400)에 전력을 공급한다(625).
에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 저장부(140)에 저장된 전력을 부하(400)에 공급하고, 에너지 저장부(140)에 남아있는 전력이 없는 경우, 상대적으로 전력 요금이 싼 제1 시간 구간 동안 전력망(500)으로부터 전력을 매입하여 부하(400)에 전력을 공급할 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
자동 모드(auto mode or intelligent mode)는 전력 관리에 필요한 복수의 파라미터들을 고려하여 자동으로 에너지 관리 장치(100)의 전력을 관리하는 모드일 수 있다.
자동 모드는 에너지 관리 게이트웨이(170)가 주체적으로 전력 관리를 수행하므로, 에너지 관리 게이트웨이(170)에 종속적인 모드일 수 있다. 즉, 에너지 관리 장치(100)가 자동 모드로 설정된 경우, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 별도의 전력 관리 설정 명령 없이, 주체적으로 전력 관리를 수행할 수 있다.
자동 모드 하에서 에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 관리 장치(100)의 전력 관리 상황을 실시간으로 업데이트 할 수 있고, 사용자의 단말기(200)에 전력 관리 상황을 전송할 수 있다. 예를 들어, 현재 시간이 전력망(500)에 전력을 매매하는 가장 좋은 시간이라고 판단되는 경우, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 전력망(500)에 전력을 매매할 것을 알리는 알람을 단말기(200)에 전송할 수 있다.
자동 모드에 대해서는 도 7을 참조하여 자세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 모드 하에서 에너지 관리 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 전력 관리를 위해 복수의 파라미터들을 획득한다(S631).
복수의 파라미터들은 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금, 현재 시간, 현재 날씨, 날씨 예보, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량, 부하(400)의 현재 소비전력량 및 태양 전지 모듈(110)가 생산하는 생산전력량을 포함할 수 있다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 획득된 복수의 파라미터들 중 적어도 어느 하나에 기초하여 전력을 관리한다(S633).
예를 들어, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 현재 시간에 날씨가 좋지 않아 태양 전지 모듈(110)가 생산하는 생산전력량이 부하(400)의 현재 소비전력량보다 작은 경우, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량을 이용하여 부하(400)에 전력을 공급할 수 있다. 이 때, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량이 모두 소비된 경우, 전력망(500)으로부터 전력을 매입하여 부하(400)에 전력을 공급할 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
사용자 설정 모드(user mode)는 사용자의 요구에 기초하여 전력 관리를 수행할 수 있는 모드이다.
사용자 설정 모드에 대해서는 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 설정 모드 하에서 에너지 관리 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 단말기(200)로부터 전력 관리를 위한 사용자 설정 명령을 수신한다(S641). 일 실시 예에서 사용자 설정 명령은 전력망(500)으로부터 전력을 매입하거나 매매하는 시간을 설정하는 명령일 수 있다.
또 다른 실시 예에서 사용자 설정 명령은 경제 모드(economic mode or saving mode) 및 친환경 모드(green mode)를 혼합한 모드로 에너지 관리 장치(100)의 동작을 제어하는 명령일 수 있다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 수신된 사용자 설정 명령에 기초하여 전력 관리를 수행한다(S643).
사용자 설정 모드 하에서 사용자는 전력망(500)으로부터 전력을 매입하거나 매매하는 시간을 설정할 수 있다. 또한, 사용자는 에너지 저장부(140)에 저장될 전력량 및 전력 제어부(120)의 전력 제어 방식도 조절할 수 있다.
또한, 사용자 설정 모드는 경제 모드(economic mode or saving mode), 친환경 모드(green mode)가 혼합된 모드일 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
에너지 관리 장치(100)는 전력 관리 정보를 단말기(200) 또는 원격 서버(300)에 전송한다(S700).
전력 관리 정보는 현재 전력망(500)에서 제공되는 전력의 요금, 현재 전력망(500)에 전력을 매매할 때 얻을 수 있는 매매 가격, 태양 전지 모듈(110)의 전력 생산 상태, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량, 부하(400)의 전체 소비전력량을 포함할 수 있다.
다음으로 도 9를 설명한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 에너지 관리 장치, 부하 및 전력망 간의 전력 전달의 과정을 보여주는 도면이다.
도 9에서 Grid는 전력망(500), PV(photovolataic)는 태양 전지 모듈(110), BESS(Battery Energy Storage System)는 에너지 저장부(140), Home load는 부하(400)를 나타낼 수 있다.
또한, A 화살표는 PV(110)가 Grid(500), BESS(140), Home load(400) 중 적어도 어느 하나에 전력을 제공함을 나타낸다.
B 화살표는 Grid(500)가 BESS(140) 및 Home load(400) 중 적어도 어느 하나에 전력을 제공하거나, PV(110) 및 BESS(140) 중 적어도 어느 하나로부터 전력을 전달받음을 나타내는 화살표이다.
C 화살표는 BESS(140)가 Grid(500) 및 PV(110) 중 적어도 어느 하나로부터 전력을 전달받거나, Grid(500) 및 부하(400)로 전력을 제공함을 나타낸다.
에너지 관리 장치(100)는 전력망(500)으로부터 제공되는 전력의 요금, 현재 시간, 현재 날씨, 날씨 예보, 에너지 저장부(140)에 저장된 전력량, 부하(400)의 현재 소비전력량 및 태양 전지 모듈(110)가 생산하는 생산전력량 중 적어도 하나 이상에 기초하여 다음의 전력 전달 과정을 수행할 수 있다.
먼저, <1>의 경우, Grid(500), PV(110) 및 BESS(140)는 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다.
<2>의 경우, Grid(500) 및 PV(110)는 및 BESS(140) 및 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다. BESS(140)는 Grid(500) 및 PV(110)로부터 제공받은 전력을 저장할 수 있고, Home load(400)는 Grid(500) 및 PV(110)로부터 제공받은 전력을 소비할 수 있다.
<3>의 경우, PV(110)는 Grid(500), BESS(140) 및 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다. PV(110)가 Grid(500)에 전력을 제공하는 것은 Grid(500)에 전력을 매매하는 것을 나타낼 수 있다.
<4>의 경우, PV(110) 및 BESS(140)는 Grid(500) 및 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다. PV(110) 및 BESS(140)가 Grid(500)에 전력을 제공하는 것은 Grid(500)에 전력을 매매하는 것을 나타낼 수 있다.
<5>의 경우, Grid(500) 및 BESS(140)는 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다.
<6>의 경우, BESS(140)는 Grid(500) 및 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다. BESS(140)가 Grid(500)에 전력을 제공하는 것은 Grid(500)에 전력을 매매하는 것을 나타낼 수 있다.
<7>의 경우, Grid(500)는 BESS(140) 및 Home load(400)에 전력을 제공할 수 있음을 나타낸다. Grid(500)가 BESS(140) 및 Home load(400)에 전력을 제공하는 것은 에너지 관리 장치(100)가 Grid(500)로부터 전력을 매입하는 것을 나타낼 수 있다.
다음으로 도 10을 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 관리 게이트웨이의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 에너지 관리 게이트웨이(170)는 통신 인터페이스부(171) 및 제어부(173)를 포함한다.
에너지 관리 게이트웨이(170)는 에너지 관리 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있는 구성요소로, 에너지 관리 장치(100)를 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나의 모드로 동작시킬 수 있다.
통신 인터페이스부(171)는 에너지 관리 장치(100)의 구성요소와 정보를 송수신하기 위한 연결을 제공한다. 구체적으로, 통신 인터페이스부(171)는 전력 제어부(120) 및 에너지 저장부(140)와 Modbus 프로토콜을 통해 연결될 수 있다. Modbus는 시리얼 통신 프로토콜의 일종으로, 제어와 모니터링에 필요한 기능들을 수행하는데 사용된다.
또한, 통신 인터페이스부(171)는 전력 측정부(130)와 RS-485 통신 방식을 통해 정보를 교환할 수 있다. RS-485 통신 방식은 데이터가 한 가닥의 통신선을 통해 한 비트씩 순차적으로 보내는 직렬 통신 방식이다.
또한, 통신 인터페이스부(171)는 액세스 포인트(160)와 이더넷을 통해 연결될 수 있다.
또한, 통신 인터페이스부(171)는 근거리 무선 통신을 통해 단말기(200)와 통신할 수 있다.
제어부(173)는 에너지 관리 게이트웨이(170)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 특히, 제어부(173)는 에너지 관리 장치(100)를 복수의 전력 관리 모드들 중 어느 하나의 모드로 동작시킬 수 있다.
다음으로 도 11 내지 도 16을 참조하여 단말기(200)에서 표시하는 사용자 인터페이스 화면을 설명한다.
도 11 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 에너지 관리 게이트웨이의 동작을 설정하기 위한 사용자 화면의 예를 보여준다.
먼저, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 게이트웨이 장치(170)의 동작을 제어하기 위한 사용자 설정 화면(600)이다.
사용자 설정 화면(600)은 태양 전지 모듈(110)의 전력 수급 상태를 나타내는 제1 영역(610), 부하(400)의 전력 소비 상태를 나타내는 제2 영역(620), 전력망(500)의 전력 상태를 나타내는 제3 영역(630), 전력 제어부(120)의 동작 상태를 나타내는 제4 영역(640), 에너지 저장부(140)의 충방전 상태를 나타내는 제5 영역(650) 및 복수의 전력 관리 모드들 중 어떤 전력 관리 모드에 있는지를 나타내는 제6 영역(660)을 포함할 수 있다.
제1 영역(610)은 태양 전지 모듈(110)의 전력 생산량을 표시할 수 있고, 도 12에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈(110)의 동작 상태에 따라 활성화된 상태(611))와 비활성화된 상태(613)를 나타낼 수 있다.
제2 영역(620)은 부하(400)가 소비하는 전체 소비전력량을 나타낼 수 있다.
제3 영역(630)은 도 13에 도시된 바와 같이, 전력망(500)으로부터 얼마큼의전력을 공급받는지(631), 전력망(500)에 얼마큼의 전력을 제공하는지(633), 전력망(500)의 동작이 중단되었는지(635)를 나타낼 수 있다.
제4 영역(640)은 전력 제어부(120)에 포함된 복수의 전력 제어 유닛들의 동작 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 전력 제어 유닛이 활성화된 상태(641), 전력 제어 유닛이 비활성화된 상태(643), 전력 제어 유닛에 오류가 난 오류 상태(645) 및 전력 제어 유닛이 에너지 관리 게이트웨이(170)에 연결되지 않은 상태(657)을 나타낼 수 있다.
제5 영역(650)은 에너지 저장부(140)의 충방전 상태를 나타내며, 현재 에너지 저장부(140)에 남아있는 전력량을 퍼센트로 표시할 수 있다. 도 15를 참조하면, 제5 영역(640)은 에너지 저장부(140)에 전력이 공급되고 있는 충전 상태(651), 에너지 저장부(140)의 전력이 방전되고 있는 방전 상태(653), 에너지 저장부(140)에 오작동이 발생했음을 나타내는 저장 오작동 상태(655) 및 대기 상태(657)를 나타낼 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에너지 관리 게이트웨이의 동작을 설정하기 위한 사용자 화면의 예를 보여준다.
도 16에 도시된 사용자 화면(700)을 통해 사용자는 에너지 관리 게이트웨이(170)의 전력 관리 모드, 에너지 저장부(140)의 충방전 상태, 전력망(500)과의 전력 거래 시간, 복수의 전력 제어 유닛들의 동작 등을 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 설명된 에너지 관리 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 에너지 관리 장치에 있어서,
    태양 전지 모듈 및 전력망으로부터 전달받은 전력을 저장하는 에너지 저장부; 및
    전력 관리 모드에 따라 상기 전력망 및 상기 에너지 저장부, 전력을 소비하는 부하 간의 전력 전달을 관리하는 에너지 관리 게이트웨이를 포함하고,
    상기 전력 관리 모드는
    저장된 전력을 상기 부하에 공급하거나, 상기 전력망에 매매하여 전력을 관리하기 위한 경제 모드,
    상기 태양 전지 모듈에서 생산하는 전력에 기초하여 전력을 관리하기 위한 친환경 모드,
    전력 관리에서 요구되는 복수의 파라미터들에 기초하여 자동으로 전력을 관리하기 위한 자동 모드 및
    사용자의 요구에 기초하여 전력 관리를 수행하기 위한 사용자 설정 모드를 포함하는
    에너지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경제 모드는
    상기 에너지 관리 게이트웨이가 기 설정된 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 전력을 저장하고, 상기 기설정된 시간 구간이 경과하면, 저장된 전력을 상기 부하에 공급하거나 상기 전력망에 매매하는 모드인
    에너지 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    전력 요금이 싼 시간대인 제1 시간 구간 동안 상기 전력망으로부터 전달받은 전력을 상기 에너지 저장부에 저장하고,
    전력 요금이 비싼 시간 대인 제2 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 저장된 전력을 이용하여 상기 부하에 전력을 제공하거나, 상기 전력망에 매매하는
    에너지 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 친환경 모드는
    전력 요금, 시간 대 상기 부하의 전력 소비량 및 상기 태양 전지 모듈에서 생산하는 전력에 기초하여 전력 관리를 수행하는 모드인
    에너지 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    전력 요금이 비싼 제2 시간 구간 동안 상기 태양 전지 모듈에서 공급된 전력을 이용하여 상기 부하에 전력을 공급하고,
    상기 부하의 전력소비량과 상기 상기 태양 전지 모듈에서 공급된 공급전력량을 비교하여 상기 소비전력량이 상기 공급전력량보다 작은 경우, 상기 공급전력량과 상기 소비전력량의 차이를 상기 에너지 저장부에 저장하는
    에너지 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    전력 요금이 싼 제1 시간 구간 동안 상기 에너지 저장부에 저장된 전력을 상기 부하에 공급하고,
    상기 에너지 저장부에 저장된 전력이 없는 경우, 상기 전력망을 통해 상기 부하에 전력을 공급하도록 하는
    에너지 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자동 모드는
    상기 전력 관리에서 요구되는 복수의 파라미터들 중 적어도 하나를 이용하여 자동으로 전력을 관리하는 모드인
    에너지 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 파라미터들은
    상기 전력망으로부터 제공되는 전력의 요금, 현재 시간, 현재 날씨, 날씨 예보, 상기 에너지 저장부에 저장된 전력량, 상기 부하의 현재 소비전력량 및 상기 태양 전지 모듈가 생산하는 생산전력량을 포함하는
    에너지 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    상기 에너지 관리 장치의 전력 관리 상황을 사용자의 단말기에 전송하는
    에너지 관리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 설정 모드는
    상기 에너리 관리 게이트와 사용자의 단말기 간의 정보를 송수신하는 것에 기초하여 전력 관리를 수행하는 모드인
    에너지 관리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    단말기로부터 사용자 설정 명령을 수신하여 상기 전력망으로부터 전력을 매입하거나 매매하는 시간을 설정하는
    에너지 관리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 게이트웨이는
    현재 상기 전력망에서 제공되는 전력의 요금, 상기 전력망에 전력을 매매할 때 얻을 수 있는 매매 가격, 상기 태양 전지 모듈의 전력 생산 상태, 상기 에너지 저장부에 저장된 전력량, 상기 부하의 전체 소비전력량을 포함하는 전력 관리 정보를 사용자의 단말기 또는 원격 서버에 전송하는
    에너지 관리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈의 동작을 제어하며, 상기 태양 전지 모듈로부터 전달받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 제어부를 더 포함하는
    에너지 관리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈이 생성한 전력을 측정하여 측정된 전력을 상기 에너지 관리 게이트웨이에 전달하는 전력 측정부를 더 포함하는
    에너지 관리 장치.
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