KR20160023090A

KR20160023090A - 휴대용 태양광 발전 장치

Info

Publication number: KR20160023090A
Application number: KR1020140108899A
Authority: KR
Inventors: 이훈재; 김월영; 박재현; 서종성; 김신복
Original assignee: 동서대학교산학협력단; (주)솔라라이트
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-03-03

Abstract

본 발명은 간편하게 조립 및 분해가 용이하게, 모듈 자체도 간단하면서 휴대용으로 개발되어 캠핑시나 오지에서 임시로 사용가능한 휴대용 태양광 발전 장치를 제공하는 것으로, 하나 이상의 태양광 발전 모듈(200, 200-1, 200-2, 200-3); 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워를 입력받아 충전되는 배터리(400); 및 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워의 상기 배터리로의 충전을 제어하며, 외부로 출력을 행하는 컨트롤 박스(300); 를 포함하며, 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈의 케이블(230, 240) 단부의 퓨즈 아답터(250)와 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자는 각각 반대 형의 커넥터로 구성하도록 하며, 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자 자체도 반대 형의 커넥터로 구성되며, 각 태양광 발전 모듈의 +/- 케이블(240, 230) 단부의 퓨즈 아답터 자체도 각각 반대 형의 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 태양광 발전 장치{PORTABLE SOLAR CELL APPARATUS}

본 발명은 휴대용 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대가능한 휴대용 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명에서는, 플러스(+) 및 마이너스(-) 각 케이블의 일단 및 타단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터와 함께 각 케이블의 중간부에 일체로 결합된 Y자형 분로기의 말단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터를 통해 각 병렬 케이블의 체결 및 분리를 간편하게 하면서도 접속함을 대체할 수 있는 퓨즈 아답터가 각 케이블의 말단에 구비된 조립이 용이한 휴대용 태양광 발전 장치에 관한 것이기도 하다.

최근, 석탄 및 석유와 같은 에너지를 대체하여 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시켜 사용하는 태양광 발전에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.

이러한 태양광 발전을 위해 구비되는 태양광 발전 모듈은 태양으로부터 발산되는 광을 축적하여 전기에너지로 변환하는 것을 주목적으로 하며, 이를 위해 다양한 모듈의 특성을 갖는 태양광 발전 모듈이 개발되고 있다.

더욱이, 이러한 태양광 발전 모듈은, 한전의 전력공급 시스템에 연결되어 사용되면서 발전된 전력을 사용하고 남는 잉여 전력을 한전의 변전소로 역공급하여 반대로 한전에 전력을 판매하는 계통형과, 한전의 전력시스템과 독립적으로 운영되는 독립형으로 나누어지는바, 본 발명은 이러한 독립형 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

먼저, 제1 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전장치로는, 대한민국 등록특허공보 제10-0717653호(독립형 태양광 발전용 복합 전자식 안정기 제어장치)와 같은 것이 있다.

상기 제1 종래기술은, 도 1에서 보는 바와 같이, 태양광발전용 가로등 및 기타 전등시스템의 구성을 간결하게 하는 측면과 전력변환회로 간의 최적 효율을 구현할 수 있는 독립형 태양광 발전용 복합 전자식 안정기 제어장치를 제공하기 위한 것으로, 태양에너지를 이용하여 전원을 공급하기 위한 솔라-셀(solar cell)(10)과, 상기 솔라-셀에서 출력된 전기 에너지를 충전 및 방전시키기 위한 배터리(11)와, 상기 솔라-셀과 배터리의 충전 및 방전하도록 제어하는 충방전 제어부(20)와, 상기 배터리로부터 방전되는 전압을 고전압으로 승압하는 DC-DC 컨버터부(40)와, 상기 컨버터부로부터의 승압된 전압을 방전등 구동 전원으로 변환하는 인버터 회로부(50)와, 상기 인버터 회로부터 공급된 구동 전원에 의해 동작하는 방전등(60)으로 이루어지며, 상기 충방전 제어부, 상기 DC-DC컨버터 부 및 상기 인버터회로부를 통합적으로 제어 및 관리하는 통합 제어부(80)가 마이크로프로세서 칩 또는 마이크로컨트롤 칩보드의 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 통합 제어부는 상기 방전등의 점/소등시각을 관리하기 위하여 년간 일/출몰시각 등을 기억하는 메모리부(81)와, 실시간으로 상기 솔라-셀 및 상기 배터리의 충/방전량, 현재시각, 점/소등 예정시각, 배터리 자기진단 결과 및 기타 각종 측정 제어신호를 나타내는 디스플레이부(82)를 포함될 수 있다.

그러나, 이러한 상기 제1 종래기술의 장치는, 충방전 제어부(20) 외에도, DC-DC 컨버터부(40), 인버터 회로부(50), 이그니트 회로부(70) 및 통합제어부(80)를 포함함으로써, 대형화 및 기술의 복잡화가 불가피하며, 특히 휴대용으로 하기에는 부적합하다.

다음, 제2 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전장치로는, 대한민국 공개실용신안 제20-2011-0003978호(독립형 태양광발전 일체형 시스템)와 같은 것이 있다.

상기 제2 종래기술은, 장소에 상관없이 발전시설을 설치 및 이동이 간단하고 누구나 쉽게 설치 사용할 수 있도록 하며, 발전시설의 설비가 통합된 하나의 판넬에서 구성되어 시스템화함으로써 전기적 신뢰성과 확보하여 현장 설치시 문제점을 최소화하기 위한 것으로, 모듈(10)과 모듈을 견고히 부착하는 지지대(50) 상용전원으로 사용 가능하도록 하는 판넬(100) 및 모듈(10)과 판넬(100)의 접속 및 전선의 노출방지를 위해 모듈을 지지하는 지지대(50)로 구성된다.

판넬(100)의 내부에는 태양에너지를 상용전원으로 변화시키는 인버터(101), 전기에너지를 축전할 수 있는 배터리(104), 배터리의 성질에 따라 효율적으로 충전을 하여 배터리를 오랜 기간 동안 사용할 수 있도록 제어하는 컨트롤러(103), 직류전원을 안정적으로 사용할 수 있도록 하는 컨버터(102) 등을 내부에 배치하여 전기적으로 연결하고 외부에 연결하는 전선은 연결가능 박스(111) 내부에 설치된 차단기(109)를 사용 접속한다.

상기 제2 종래기술은, 모듈과 장치를 일체화했다는 점에서 이동이 더 편리하다는 장점은 있으나, 역시 인버터(101), 컨버터(102) 및 판넬(100)로 되어 있는 견고하지만 대형의 장치와 역시 이들을 고정연결하는 지지대(50)로 인하여, 어느 한 곳에 고정 설치되도록 하기 위한 것이며 휴대용으로는 부적합하다.

한편, 제3 종래기술의 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치로서, 대한민국 등록특허 제10-1294807호와 같은 것이 있다.

상기 제3 종래기술은, 태양광 전지판의 출력과 전력변환장치, 부하의 전력량을 분석하여 충방전 제어함으로써 고가인 배터리의 수명을 늘려 전체적인 시스템의 안정도를 높이고 신뢰성을 높일 수 있는 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치는 태양광을 직류 전류로 변환시키는 태양전지모듈(10); 상기 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류 전류를 충전하는 배터리부(20); 상기 태양전지모듈(10)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 상기 배터리부(20)에 충전하거나 방전하는 충전제어기(30); 상기 충전제어기(30)로부터 공급되는 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 부하(50)에 공급하는 인버터(40);를 포함하되, 상기 충전제어기(30)의 입력단에 마련되어, 상기 태양전지모듈(10)로부터 상기 충전제어기(30)에 공급되는 전력량을 감지하는 전력량 감지부(60)와, 상기 배터리부(20)의 입력단에 마련되어, 상기 배터리부(20)에 충전되는 충전량을 감지하는 충전량 감지부(70)와, 상기 인버터(40)의 출력단에 마련되어, 상기 인버터(40)로부터 상기 부하(50)에 공급되는 전류 공급량을 감지하는 공급량 감지부(80)와, 상기 전력량 감지부(60) 및 상기 충전량 감지부(70) 및 상기 공급량 감지부(80)로부터 감지된 정보를 입력받아 상기 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 상기 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 상기 충전 제어기를 제어하는 제어모듈(90)을 포함한다.

이때, 상기 충전량 감지부(70)에 의해 감지된 상기 배터리부(20)의 충전량과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 사용가능한 전력과, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 상기 배터리부(20)의 충전완료시간과, 상기 공급량 감지부(80)에 의해 감지된 상기 전류 공급량 등의 정보를 디스플레이하는 디스플레이부(100)가 구비되며, 상기 배터리부(20)의 유독가스 및/또는 온도를 검출하는 검출부가 구비되어, 상기 제어모듈(90)은 상기 검출부로부터 검출된 정보를 입력받아 설정값 이상이면 공기를 배기하도록 배기수단을 제어하며, 상기 배터리부(20)의 충전량에 따라 제어하되, 상기 배터리부(20)의 충전량이 60% 이상이면, 상기 부하(50)에 전력을 공급하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 40% 이상 내지 60% 미만이면, 디스플레이부(100)를 통하여 주의 표시를 하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 이상 내지 40% 미만이면, 상기 디스플레이부(100)를 통하여 전력 차단 경고 표시를 하고, 상기 배터리부(20)의 충전량이 25% 미만이면, 상기 부하(50)에 전력을 차단하며, 상기 태양전지모듈(10)에 입사되는 일사량 및 상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 온도를 체크하여, 과열되는 것을 방지하도록 상기 태양전지모듈(10), 상기 배터리부(20), 상기 충전제어기(30), 상기 인버터(40) 각각의 작동을 제어한다.

상기 제3 종래기술에 따르면, 배터리부(20)의 충전 및 방전을 제어하고, 부하(50)에 필요한 최소전력을 공급할 수 있도록 충전 제어기를 제어함으로써, 고가인 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으며, 시스템의 안정도를 높일 수 있고, 신뢰성을 높일 수 있으며, 이에 따라 비용절감의 효과가 있고, 디스플레이부(100)를 통하여 전력 사용정보를 사용자에게 알려줄 수 있어, 절전이 가능하고, 배터리의 안정적 사용과 함께 시스템 전체의 안정적인 사용이 가능하며, 이로 인하여 큰 경제적 효과를 기대할 수 있다.

그러나, 상기 제3 종래기술 역시, 상술한 바와 같이 인버터(40), 충전제어기(30), 전력량 감지부(60), 충전량 감지부(70), 공급량 감지부(80) 및 이들을 제어하는 제어모듈(90)과 같은 복잡한 장치를 구비하여야 하므로, 간편한 휴대용으로 하기에는 무리가 있다.

다른 한편, 상기 태양광 발전에 사용되는 태양광 발전 모듈은 전지용량 등의 특성에 맞게 복수 개의 태양전지 셀이 패키지 내에 배열된 모듈 형태로 제작되며, 태양전지 셀들은 와이어에 의해 상호 전기적으로 연결되고, 와이어의 종단 부분은 태양광 발전 모듈의 배면에 장착된 정션박스의 접속단자에 연결되는바, 휴대용으로 할 수 있기 위해서는, 누구라도 이들을 간편히 결선할 수 있어야 한다.

그리고, 이러한 종래기술에 따른 태양광 모듈의 정션박스 연결장치가 등록특허공보 제10-1077110호(이하, '제4 종래기술'이라 함)에 개시되어 있다.

상기 제4 종래기술에 따른 태양광 발전 모듈의 정션박스 연결장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, +(양) 또는 -(음) 단자가 직렬로 연결된 태양광 발전 모듈(100a, 100b 및 100c)에 결합되는 정션박스(111a~111c, 112a~112c)를 이웃된 것끼리 전기적으로 연결하는 태양광 케이블(130); 상기 태양광 케이블의 일단부에 마련되어 상기 정션박스의 (+)단자 또는 (-)단자와 전기적으로 착탈 가능하게 결합되는 제1 플러그(140) 및 상기 태양광 케이블의 타단부에 마련되어 상기 정션박스의 (+)단자 또는 (-)단자와 전기적으로 착탈 가능하게 결합되되 상기 정션박스와 조립되는 암수 조립 구조가 상기 제1 플러그와의 상이하게 마련되는 제2 플러그(150)를 포함하며, 상기 제1 플러그(140)는, 제1 플러그 몸체; 상기 제1 플러그 몸체의 중심부에서 돌출되게 마련되는 제1 단자부; 및 상기 제1 단자부에 이웃되게 마련되고, 제1 조립 치형이 외면에 형성되는 다수의 제1 조립 리브를 포함하며, 상기 다수의 제1 조립 리브에 형성되는 제1 조립 치형의 길이는 서로 다르게 마련되고, 상기 제2 플러그(150)는, 제2 플러그 몸체; 상기 제2 플러그 몸체의 중심부에서 함몰되게 마련되는 제2 단자부; 및 상기 제2 단자부에 이웃되게 마련되고, 제2 조립 치형이 내면에 형성되는 다수의 제2 조립 리브를 포함하여 구성된다.

또다른 한편, 다른 예의 종래기술에 따른 커넥터 및 이를 포함하는 태양전지 모듈이 등록특허공보 제10-1283115호(이하, '제5 종래기술'라 함)에 개시되어 있다.

상기 제5 종래기술에 따른 커넥터 및 이를 포함하는 태양전지 모듈은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 케이블(12, 22) 및 제1 커넥터(100)를 포함하는 제1 태양전지 모듈(10); 및 제2 케이블(12, 22) 및 제2 커넥터(102)를 포함하는 제2 태양전지 모듈(20)을 포함하고, 상기 제1 커넥터(100)는 제1 몸체(110), 상기 제1 몸체 내에 수용되는 제1 연결부(120), 제1 고정부(140), 상기 제1 연결부에 위치하는 제11 홈(120a) 및 제12 홈(120b)을 포함하고, 상기 제2 커넥터(102)는 제2 몸체(112), 상기 제2 몸체 내에 수용되는 제2 연결부(122), 제2 고정부(142), 상기 제2 연결부에 위치하는 제21 홈(122a) 및 제22 홈(122b)을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 제1 몸체의 내부 및 상기 제2 몸체의 내부에 위치하며, 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터가 연결되고, 제1 및 제2 이동부(130 및 132)가 상기 제1 및 제2 연결부(120 및 122)에 연결되도록 구성되어 있다.

그러나, 이상의 제4 종래기술 및 제5 종래기술의 커넥터 방식은 복잡하여, 전기에 관하여 기본지식이나 경험이 없는 일반인, 특히 청소년이나 주부가 사용하기에는 무리가 있으며, 곧 이는 사용자가 현장에서 모듈과 제어장치를 조립하여 사용하여야 하는 휴대용 독립형 태양광 발전장치의 사용을 기피하게 하는 결과를 초래하였다.

제1 종래기술 : 등록특허공보 제10-0717653호(독립형 태양광 발전용 복합 전자식 안정기 제어장치) 제2 종래기술 : 공개실용신안 제20-2011-0003978호(독립형 태양광발전 일체형 시스템) 제3 종래기술 : 등록특허 제10-1294807호(독립형 태양광 발전시스템의 제어장치 및 제어방법) 제4 종래기술 : 등록특허공보 제10-1077110호(명칭 : 태양광 발전 모듈의 정션박스 연결장치, 등록일 : 2011년 10월 20일) 제5 종래기술 : 등록특허공보 제10-1283115호(명칭 : 커넥터 및 이를 포함하는 태양전지 모듈, 등록일 : 2013년 07월 01일)

상기와 같은 제1 종래기술 내지 제3 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전 기술은, 각 필요한 모듈들 자체도 복잡할 뿐더러, 각 필요한 모듈들이 복잡하게 커넥터로 연결되어 있어 전문가가 아니면 연결이 쉽지 않고, 그나마 매뉴얼이 자세히 되어 있어 연결가능하더라도 전선을 벗겨 내고 연결하여야 하므로 시간이 소요되며 연결부위 노출의 위험이 있었는가 하면, 특히 휴대용으로 되어 있지는 않아서 야외에서나 상용 전원이 들어오지 않는 곳에서의 임시 사용 목적으로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

더욱이, 커넥터 연결의 경우, 상기와 같은 제4 종래기술 및 제5 종래기술에 따른 종래기술은, 복수 개의 태양광 발전 모듈이 직렬로 연결되어 있어서 하나의 태양광 발전 모듈이 외부의 환경에 의한 단락 및 단선에 의해 고장이 나면 전체의 태양광 발전 시스템이 작동되지 않는 문제점이 있으며, 특히 독립형 태양광 발전 장치에 있어서는 더욱 문제가 된다.

또한, 제4 종래기술 및 제5 종래기술에 따른 종래기술은, 태양광 발전 모듈과 연결된 케이블과 커넥터의 체결 및 분리가 복잡하며 방수 및 방진수단이 별도로 구비되지 않아서, 외부에 노출되는 커넥터로 인한 고장이 쉽게 발생하는 문제점이 있다.

또한, 제4 종래기술 및 제5 종래기술에 따른 종래기술은, 태양광 발전 모듈과 연결되어 복수 개의 커넥터가 결합되는 정션박스 및 접속함을 별도로 구비하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술에 따른 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 간편하게 조립 및 분해가 용이하게, 모듈 자체도 간단하면서 휴대용으로 개발되어 캠핑시나 오지에서 임시로 사용가능한 휴대용 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.

더욱이, 각 모듈 간을 연결하는 커넥팅에 있어서, 독립형 태양광 발전 장치에 있어서 플러스(+) 및 마이너스(-) 각 케이블의 일단 및 타단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터와 함께 각 케이블의 중간부에 일체로 결합된 Y자형 분로기의 말단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터를 통해 각 병렬 케이블의 체결 및 분리를 간편하게 수행할 수 있는 휴대용 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 종래기술에 사용되는 정션박스 및 접속함을 대체하여 과전류 및 역전류를 방지하는 퓨즈 아답터를 각 케이블의 말단에 체결 및 분리가 용이하게 구비된 휴대용 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 병렬 케이블에 구비된 암수 커넥터 및 퓨즈 아답터에 방수 및 방진 수단을 구비한 휴대용 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.

이상의 목적 및 다른 추가적인 목적들이, 첨부되는 청구항들에 의해 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자들에게 명백히 인식될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 태양광 발전 장치는, 하나 이상의 태양광 발전 모듈(200, 200-1, 200-2, 200-3); 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워를 입력받아 충전되는 배터리(400); 및 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워의 상기 배터리로의 충전을 제어하며, 외부로 출력을 행하는 컨트롤 박스(300); 를 포함하며, 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈의 케이블(230, 240) 단부의 퓨즈 아답터(250)와 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자는 각각 반대 형의 커넥터로 구성하도록 하며, 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자 자체도 반대 형의 커넥터로 구성되며, 각 태양광 발전 모듈의 +/- 케이블(240, 230) 단부의 퓨즈 아답터 자체도 각각 반대 형의 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 태양광 발전 모듈(200)은, 가벼운 박판에 다수개의 솔라셀이 정열되어 있으며 각 솔라셀이 직병렬로 연결되면서 최종적으로 케이블(230, 240)에 암수 커넥터 방식을 통해 접속되어지며, 상기 컨트롤 박스(300)도 상기 퓨즈 아답터(250)와 결합되는 암수 커넥터를 갖는 휴대가능한 박스 형태인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 휴대용 태양광 발전 장치는, 상기 컨트롤 박스(300)의 DC 전압을 AC로 변환하여 출력하기 위한 인버터(370)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 외부로부터 상기 인버터(370)로 AC 전원을 인가하기 위한 외부전원(500) 연결부(371)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈 각각에 설치된 역전류 보호부(205)의 일단 및 타단으로 각각 연장된 제 1 케이블(201) 및 제 2 케이블(202); 및 상기 제 1 케이블(201) 말단의 제1 수형 커넥터(210)와 상기 제 2 케이블(202) 말단의 제1 암형 커넥터(220); 을 더 포함하며, 상기 +/- 케이블(240, 230)의 일단에는 각각, 상기 제1 수형 커넥터(210) 및 상기 제1 암형 커넥터(220)와 각각 결합되는 제2 암형 커넥터(220) 및 제2 수형 커넥터(210)를 가지며, 상기 +/- 케이블(240, 230)의 타단에는 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311)의 암수 커넥터와 각각 결합되는 상기 퓨즈 아답터(250)들이 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 +/- 케이블(240, 230)의 타단에는 각각, 제3 수형 커넥터(210) 또는 제3 암형 커넥터(220)에, 과전류 및 역전류를 차단하는 퓨즈 아답터(250)가 분리 가능하게 체결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휴대용 태양광 발전 장치에 따르면, 각 필요한 모듈들 자체도 간단하게 구성하였으며, 각 필요한 모듈들을 암수 커넥터를 끼워맞추기만 하면 간단하게 이루어질 수 있으므로 누구라도 신속히 조립 및 설치가 가능하며, 특히 휴대용으로 되어 있어 야외에서나 상용 전원이 들어오지 않는 곳에서의 임시 사용 목적으로 적합하다는 장점이 있다.

더욱이, 용량에 맞추어 증설이 용이하게 가능하므로 유연성이 높으며, 각 모듈 간의 커넥팅이 용이한바, 즉, 플러스(+) 및 마이너스(-) 각 케이블의 일단 및 타단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터와 함께 각 케이블의 중간부에 일체로 결합된 Y자형 분로기의 말단에 연결된 암형 또는 수형 커넥터를 통해 각 병렬 케이블의 체결 및 분리를 간편하게 수행할 수 있고, 각 케이블의 말단에 과전류 및 역전류를 방지하는 퓨즈 아답터를 체결 및 분리가 용이하게 구비하여 정션박스 및 접속함을 대체할 수 있으며, 상기 병렬 케이블에 구비된 암수 커넥터 및 퓨즈 아답터에 방수 및 방진 수단을 구비하여 외부에 노출되는 태양광 발전 모듈을 고장없이 장기간 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점들은 이하의 설명을 통해 더욱 명확히 될 것이다.

도 1은 제1 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전용 복합 전자식 안정기 제어장치의 블록도.
도 2는 제2 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 내부도.
도 3은 제3 종래기술에 따른 독립형 태양광 발전시스템의 제어장치를 도시한 개념도.
도 4는 제4 종래기술에 따른 태양광 발전 모듈의 정션박스 연결장치를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 제5 종래기술에 따른 커넥터 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명과 관련된 솔라셀 커넥터 어셈블리의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 암수 커넥터의 실시사진을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 수형 커넥터의 분해사시도.
도 10은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 암형 커넥터의 분해사시도.
도 11은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 퓨즈 아답터의 세부구성을 나타내는 분해사시도.
도 12는 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 퓨즈 아답터의 세부구성에 대한 평면사진.
도 13은 퓨즈 아답터의 홀에 수납편이 삽입된 일부 구성을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명에 관한 독립형 태양광 발전 장치의 기본 개념을 설명하기 위한 구성도.
도 15는 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 일 실시예의 실제 사진.
도 16은 도 15의 휴대용 태양광 발전 장치의 입력부 사진.
도 17은 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 다른 실시예의 연결 구성도.
도 18은 도 17의 휴대용 태양광 발전 장치의 컨트롤러의 회로도.
도 19는 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 또다른 실시예의 연결 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대용 태양광 발전 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도면들 중 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하며, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명과 관련된 커넥터의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에서, 후술하는 실시예 및 실시 형태들은 예시로서 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 여기에 주어진 상세로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항의 범위 및 동등물 내에서 치환 및 균등한 다른 실시예로 변경될 수 있다.

먼저, 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치를 설명하기에 앞서, 본 발명자의 선 출원인인 특허출원 제2014-0076374호 (태양광 모듈용 병렬 케이블의 커넥터 어셈블리)에 대하여, 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명하며, 본 선출원의 기술 내용 역시, 공지된 기술은 아니며 본 발명의 일부를 구성한다.

참고로, 도 7은 본 발명과 관련된 솔라셀 커넥터 어셈블리의 구성을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 암수 커넥터의 실시사진을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 수형 커넥터의 분해사시도이고, 도 10은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 암형 커넥터의 분해사시도이고, 도 11은 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 퓨즈 아답터의 세부구성을 나타내는 분해사시도이고, 도 12는 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 퓨즈 아답터의 세부구성에 대한 평면사진이며, 도 13은 본 발명과 관련된 커넥터의 일 실시예에 따른 태양광 모듈용 병렬 케이블의 커넥터 어셈블리의 구성을 나타내는 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명과 관련된 커넥터의 일 실시예에 따른 태양광 모듈용 병렬 케이블의 커넥터 어셈블리는, 각각의 독립형 태양광 발전 모듈(200)에 설치된 역전류 보호부(205)로부터 제 1 케이블(201) 및 제 2 케이블(202)이 연장되되, 상기 제 1 케이블(201)의 말단에는 수(Male)형 커넥터(210)가 연결되고, 상기 제 2 케이블(202)의 말단에는 암(Female)형 커넥터(220)가 연결된다.

또한, 상기 제 1 케이블(201)에 연결된 수형 커넥터(210)는 파워박스 또는 컨트롤 박스(300)와 연결되는 마이너스(-) 케이블(230)로부터 'Y자'형 분로기(235)를 통해 분기된 제 3 케이블(233)의 말단에 연결된 암형 커넥터(220)와 연결되고, 상기 제 2 케이블(202)에 연결된 암형 커넥터(220)는 상기 파워박스 또는 컨트롤 박스(300)와 연결되는 플러스(+) 케이블(240)로부터 'Y자'형 분로기(235)를 통해 분기된 제 4 케이블(244)의 말단에 연결된 수형 커넥터(210)와 연결되어, 각각의 태양광 발전 모듈(200)은 서로 병렬 연결된다.

이때, 상기 마이너스(-) 케이블(230)과 플러스(+) 케이블(240)의 각각의 일단에는 추가로 수형 커넥터(210) 또는 암형 커넥터(220)가 연결될 수 있으며, 마이너스(-) 케이블(230)과 플러스(+) 케이블(240)의 각각의 타단에는 수형 커넥터(210) 또는 암형 커넥터(220)가 연결되어, 과전류 및 역전류를 차단하는 퓨즈 아답터(250)가 각각 연결될 수 있도록 한다.

구체적으로, 상기 태양광 발전 모듈(200)은 내부에 복수개의 태양전지 셀(Solar cell, 203)을 구비하고서 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수단으로서, 복수개의 태양광 발전 모듈(200)이 병렬로 연결될 때 바로 인접하여 설치되는 태양광 발전 모듈(200)로부터 단락 등에 의해 발생되는 역전류를 차단하는 역전류 보호부(205)가 상기 태양광 발전 모듈 배면의 상부 중앙에 설치되어 있다.

또한, 상기 역전류 보호부(205)의 일단 및 타단에는 제 1 케이블(201) 및 제 2 케이블(202)이 각각 연장되고, 상기 제 1 케이블(201)의 말단 및 제 2 케이블(202)의 말단에는 각각 수(Male)형 커넥터(210) 또는 암(Female)형 커넥터(220)가 연결되어 있다.

한편, 상기 제 1 케이블(201)과 연결된 수형 커넥터(210)는 파워박스 또는 컨트롤 박스(300)와 연결되는 마이너스(-) 케이블(230)의 몸통부로부터 좌측으로 대략 90°눕혀진 "Y자"형 분로기(235)를 통해 분기된 제 3 케이블(233)의 말단에 연결된 암형 커넥터(220)와 연결되고, 상기 제 2 케이블(202)과 연결된 암형 커넥터(220)는 상기 파워박스 또는 컨트롤 박스(300)와 연결되는 플러스(+) 케이블(240)의 몸통부로부터 우측으로 대략 90°눕혀진 "Y자"형 분로기(235)로부터 분기된 제 4 케이블(244)의 말단에 연결된 수형 커넥터(210)와 연결된다.

즉, 위의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 복수개의 이웃하는 태양광 발전 모듈(200)이 서로 병렬로 연결되어, 복수개의 독립형 태양광 발전 모듈(200) 중의 하나가 외부의 환경에 의한 단락 및 단선에 의해 고장이 나더라도, 고장이 나지 않은 다른 태양광 발전 모듈(200)에 의해 발전이 가능하다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 마이너스(-) 케이블(230) 및 플러스(+) 케이블(240)의 일단 및 타단에 암형 커넥터(220) 또는 수형 커넥터(210)를 연결하고, 추가의 태양광 발전 모듈(200)의 수형 또는 암형 커넥터(210, 220)에 각각 연결된 "Y자"형 분로기(235) 각각의 말단에 연결된 수형 또는 암형 커넥터(210, 220)를 각각 체결하여, 다른 독립형의 태양광 발전 모듈(200)을 추가로 병렬 연결할 수 있다.

여기서, 상기 "Y자"형 분로기(235) 각각은 분로기의 외부에 케이블의 외피와 동일한 소재의 재질로 이루어진 삼각 형상의 날개부(237)를 상하면에 일체로 코팅 방식으로 형성하여 외부 환경에 의한 비 및 먼지 등에 의한 침투를 방지한다.

한편, 이하에서는, 상술한 수형 및 암형 커넥터(210 및 220)의 세부적인 구성을 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 수형 커넥터(210)는, 수형 몸통부(2110), 튜브형 단자부(2120), 밀폐링(2130), 핀치링(2140) 및 케이블 입력 밀폐캡(2150)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 수형 몸통부(2110)는 소정의 길이를 갖고서 내부에 구멍이 형성되되 후단에 걸림턱이 형성된 원통형의 단자커버(2111)와, 상기 단자커버(2111)의 후미 외주면을 따라 원형으로 형성된 요(凹)홈에 장착되어 후술하는 암형 커넥터(220)의 암형 몸통부(2220) 내의 삽입홀(2211)과의 결합시 방수 및 방진 효과를 발휘하는 원형의 고무링(2112)과, 상기 단자커버(2111)의 말단과 일체로 연결되되 상기 단자커버의 지름보다 확장된 지름을 갖는 몸체에 구비되며 원주상의 전방으로 말단에 걸림돌기(2114)가 형성된 2개의 돌출 플러그(2113)와, 상기 수형 몸통부(2110)의 후방 외주면에 나사산이 형성된 결합 나사부(2115)를 포함한다.

이때, 상기 수형 몸통부(2110)의 후방 내주면, 즉 상기 단자커버(2111)의 후방에는 걸림턱(2116)이 형성되어 후술하는 밀폐링(2130)이 삽입되어 걸려 지지될 수 있도록 한다.

상기 튜브형 단자부(2120)는 상기 수형 몸통부(2110)의 단자커버(2111) 내에 삽입되며, 선단부에 형성된 원통형상의 튜브형 접속단자(2121)와, 상기 튜브형 접속단자와 일체로 연결되며 반원통 형상을 갖고 압착에 의해 내측으로 구부려지면서 케이블 배선과 일체로 결합되는 배선 고정부(2123)로 구성된다.

상기 밀폐링(2130)은 튜브형 접속단자(2121)의 후단부에 형성된 배선 고정부(2123) 및 상기 배선 고정부와 일체로 결합된 배선의 접점 부위를 감싸고서 상기 수형 몸통부(2110)의 후방 내주면에 형성된 걸림턱(2116)에 의해 지지되어 방수 및 방진 기능을 수행하는 원통형의 고무링이다.

상기 핀치링(2140)은 상기 밀폐링(2130)의 일단을 수납하며, 일방향으로 접혀져 오므라드는 복수개의 조임편(2141)으로 구성되고, 상기 복수개의 조임편(2141)이 케이블 외피에 수밀 구조로 밀접착되어 외부의 수분 및 먼지가 유입되는 것을 차단한다.

상기 케이블 입력 밀폐캡(2150)은 말단에 케이블 수납구가 형성되고 상기 핀치링(2140)을 수납할 수 있도록 일단에서 타단으로 갈수록 경사가 좁아지는 대략 원뿔의 통형상으로서, 내주면의 소정위치에 나사산이 형성되어 상기 수형 몸통부(2110)의 후방 외주면에 형성된 결합 나사부(2115)와 함께 결합된다.

즉, 상기 수형 커넥터(210)는 상기 밀폐링(2130)을 통해 상기 수형 몸통부(2110)의 후방 외주면에 형성된 결합 나사부(2115)와 케이블 입력 밀폐캡(2150)의 접점을 밀봉하고, 상기 밀봉링(2130) 및 핀치링(2140)을 통해 상기 케이블 입력 밀폐캡(2150)의 단부를 밀봉하여 수분 및 먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 7, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 암형 커넥터(220)는, 암형 몸통부(2210), 침형 단자부(2220), 밀폐링(2230), 핀치링(2240) 및 케이블 입력 밀폐캡(2250)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 암형 몸통부(2210)는 상기 수형 몸통부(2110)에 구비된 원통형의 단자커버(2111)가 수용될 수 있도록 형성된 중공의 삽입홀(2211)과, 상기 수형 몸통부(2110)에 형성된 2개의 돌출 플러그(2113)가 체결 또는 분리되고, 체결시 상기 돌출 플러그(2113)의 말단에 형성된 걸림돌기(2114)가 외부로 노출되도록 형성된 2개의 결착구(2212)와, 상기 암형 몸통부(2210)의 후방 외주면에 나사산이 형성된 결합 나사부(2215)와, 상기 암형 몸통부(2210)의 후방 내주면, 즉 상기 삽입홀(2210)의 후단에 형성되어 후술하는 밀폐링(2230)이 삽입되어 걸려 지지될 수 있도록 하는 걸림턱(2216)으로 구성된다.

상기 침형 단자부(2220)는 상기 암형 몸통부(2210)의 삽입홀(2211) 내에 삽입되며, 상기 수형 몸통부(2110)와 암형 몸통부(2210)의 결합시, 상기 수형 몸통부(2110) 내의 튜브형 접속단자(2121) 내에 삽입되어 접속되는 침형 접속단자(2221)와, 상기 침형 접속단자와 일체로 연결되며 반원통 형상을 갖고서 압착에 의해 구부려지면서 케이블 배선과 일체로 결합되는 배선 고정부(2223)로 구성된다.

상기 밀폐링(2230)은 침형 접속단자(2221)의 후단부에 형성된 배선 고정부(2223) 및 상기 배선 고정부와 일체로 결합된 배선의 접점 부위를 감싸고서 상기 암형 몸통부(2210)의 후방 내주면에 형성된 걸림턱(2216)에 의해 지지되는 원통형의 고무링이다.

상기 핀치링(2240)은 상술한 수형 몸통부(2110) 내에 구비되는 핀치링(2140)과 마찬가지로, 상기 밀폐링(2230)의 일단을 수납하며, 일방향으로 접혀져 오므라드는 복수개의 조임편(2241)으로 구성되고, 상기 복수개의 조임편(2241)이 케이블 외피에 수밀 구조로 밀접착되어 외부의 수분 및 먼지가 유입되는 것을 차단한다.

상기 케이블 입력 밀폐캡(2250)은 상술한 수형 몸통부(2110)에 구비되는 케이블 입력 밀폐캡(2150)과 마찬가지로, 말단에 케이블 수납구가 형성되고 상기 핀치링(2240)을 수납할 수 있도록 일단에서 타단으로 갈수록 경사가 좁아지는 대략 원뿔의 통형상으로서, 내주면의 소정위치에 나사산이 형성되어 상기 암형 몸통부(2210)의 후방 외주면에 형성된 결합 나사부(2215)와 결합된다.

즉, 상기 암형 커넥터(220)는 상기 밀폐링(2230)을 통해 상기 암형 몸통부(2210)의 후방 외주면에 형성된 결합 나사부(2215)와 케이블 입력 밀폐캡(2250)의 접점을 밀봉하고, 상기 밀봉링(2230) 및 핀치링(2240)을 통해 상기 케이블 입력 밀폐캡(2250)의 단부를 밀봉하여 수분 및 먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 수형 커넥터(210)와 암형 커넥터(220)의 결합시, 상기 수형 몸통부(2110)의 원통형의 단자커버(2111)에 결합된 원형의 고무링(2112)을 통해 상기 암형 몸통부(2230) 내의 삽입홀(2211)과의 밀접착을 통해 수밀 구조의 형성이 가능하다.

한편, 이하에서는, 상술한 퓨즈 아답터(250)의 세부적인 구성을 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명과 관련된 커넥터에 적용되는 퓨즈 아답터(250)는, 암형 바디부(2510), 퓨즈(2520) 및 수형 바디부(2530)로 구성된다.

구체적으로, 상기 암형 바디부(2510)는 상술한 암형 커넥터(220)의 암형 몸통부(2210)와 마찬가지로, 상기 수형 커넥터(210)의 수형 몸통부(2110)에 구비된 원통형의 단자커버(2111)가 수용될 수 있도록 형성된 중공의 삽입홀(2511)과, 상기 수형 몸통부(2110)에 형성된 2개의 돌출 플러그(2113)가 체결 또는 분리되고, 체결시 상기 돌출 플러그(2113)의 말단에 형성된 걸림돌기(2114)가 노출되도록 형성된 2개의 결착구(2513)와, 상기 암형 바디부(2510)의 중간부에 외주면을 따라 원형으로 형성된 요(凹)홈에 장착되어 후술하는 수형 바디부(2530)의 내주면과 결합시 방수 및 방진 효과를 발휘하는 원형의 고무링(2515)과, 상기 고무링(2515)의 앞단에 위치되며 말단에 걸림돌기가 형성된 대략 'ㄱ' 형상의 걸림편(2516)과, 상기 암형 바디부(2510)의 삽입홀(2511) 내에 삽입되며 상기 수형 커넥터(210)의 튜브형 접속단자(2121) 내에 삽입되어 접속되는 침형 단자(2517)와, 상기 침형단자(2517)와 일체로 결합되며 대략 'ㄷ'자 형상을 갖고서 후술하는 퓨즈(2520) 단자를 수납하여 감싸되 각각의 말단이 내측으로 경사면(2519)을 구비하여 상기 퓨즈 단자의 슬라이딩을 용이하게 하는 수납편(2518)으로 구성된다.

상기 퓨즈(2520)는 상기 태양광 발전 모듈(200)과 연결된 케이블에 과전류가 지속적으로 흐르는 것을 차단하고 내장된 역전류 방지 다이오드를 통해 파워박스 또는 컨트롤박스(300)로부터 태양광 발전 모듈(200) 측으로 역전류가 흐르는 것을 방지하는 수단으로서, 일단 및 타단에 도전성 단자가 연결되어 일단은 상기 암형 바디부(2510)의 수납편(2518)에 삽입되고 타단은 후술하는 수형 바디부(2530) 내의 수납편에 삽입된다.

상기 수형 바디부(2530)는 소정의 길이를 갖고서 내부에 구멍이 형성되어 상기 퓨즈(2520)와 암형 바디부(2510)의 일부를 수용하는 원통형의 몸체(2531)와, 상기 몸체(2531)보다 작은 직경을 가지면서 말단 중앙부로부터 소정의 길이로 연장되되 내부에 구멍이 형성된 원통형의 단자커버(2532)와, 상기 단자커버(2532)의 전방 외주면을 따라 원형으로 형성된 요(凹)홈에 장착되어 암형 커넥터(220)의 삽입홀(2211)과의 결합시 방수 및 방진 효과를 발휘하는 원형의 고무링(2533)과, 상기 몸체(2531)의 말단에 상기 단자커버(2532)의 방향으로 구비되며 말단에 걸림돌기(2534)가 각각 형성된 2개의 돌출 플러그(2535)와, 상기 몸체(2531)의 전방 상단에 형성되어 상기 암형 바디부(2510)의 말단에 걸림돌기가 형성된 대략 'ㄱ' 형상의 걸림편(2516)에 걸려 지지되는 걸림구(2536)와, 내부의 후방에 구비되어 상기 퓨즈(2520)의 타단을 수납하여 감싸되 각각의 말단이 내측으로 경사져서 상기 퓨즈 단자의 슬라이딩을 용이하게 하는 복수개의 수납편(2538)과, 상기 수납편과 일체로 연결되고 상기 단자커버(2532) 내에 구비되어 상술한 암형 커넥터(220) 내의 침형 단자부(2220)와 접속되는 튜브형 단자부(2537)로 구성된다.

즉, 상기 퓨즈 아답터(250)는 상술한 마이너스(-) 케이블(230)과 플러스(+) 케이블(240)의 말단에 각각 연결된 수형 커넥터(210) 또는 암형 커넥터(220)에 암형 바디부(2510) 또는 수형 바디부(2530)가 각각 체결 및 분리되도록 구성되어 과전류 및 역전류를 차단하는 수단으로서, 상기 암형 바디부(2510)와 수형 바디부(2530)의 결합시 상기 암형 바디부(2510)의 외주면에 장착된 원형의 고무링(2515)과 수형 바디부(2530)의 내주면이 수밀 구조로 밀접착되어 외부의 수분 및 먼지가 유입되는 것을 차단하며, 상기 수형 바디부(2530)와 암형 커넥터(220)의 결합시 상기 단자커버(2532)의 외주면에 장착된 원형의 고무링(2533)을 통해 수밀 구조의 형성이 가능하다.

이제, 도 14 내지 도 19를 참조하여, 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 14는 본 발명에 관한 독립형 태양광 발전 장치의 기본 개념을 설명하기 위한 구성도이고, 도 15는 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 일 실시예의 실제 사진이고, 도 16은 도 15의 휴대용 태양광 발전 장치의 입력부 사진이고, 도 17은 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 다른 실시예의 연결 구성도이고, 도 18은 도 17의 휴대용 태양광 발전 장치의 컨트롤러의 회로도이며, 도 19는 본 발명에 관한 휴대용 태양광 발전 장치의 또다른 실시예의 연결 구성도이다.

본 발명이 속하는 독립형 태양광 발전 장치는, 도 15에 도시된 바와 같이, 여러 개의 솔라셀들이 집합체를 이루는 하나 이상의 태양광 발전 모듈(200, 200-1, 200-2, 200-3)이 태양광 발전 패널(20)에 장착되고, 이들로부터의 발전된 DC 파워가 케이블(230, 240)을 통해 컨트롤 박스(300)로 입력되고, 배터리(400)에 충전되던지 혹은 DC 출력되든지, 혹은 인버터(370)를 통해 AC로 변환되어 출력되어 진다.

참고로, 도 15에서, 노란색 화살표는 단순히 전력 전달 방향을 나타낸 것이다.

보다 상세히는, 태양광 발전 패널(20)에서 발전된 DC 파워가 케이블(230, 240)을 통해 컨트롤 박스(300)의 컴바이너(combiner)(301)로 입력되고, DC 디스커넥터(DC disconnecter)(320) 및 절연스위치(330)를 통해 충전 컨트롤러(340)로 입력되어 진다.

충전 컨트롤러(340)로 입력된 파워는 배터리퓨즈 디스커넥터(350)를 통해 배터리(400)로 입력되어 배터리를 충전하게 된다. 한편, 주간에 전원이 필요할 경우, 상기 충전 컨트롤러(340)는, 절연 스위치(330)를 통해 DC 브레이커 패널(360)로 출력하기도 하며, 이때 DC 브레이커 패널(360)은 DC 출력단(361)을 통해 DC 부하로 DC 전원을 직접 출력하기도 하고, 인버터(370)를 통해 이를 AC 전원으로 전환하여, AC 부하로 AC 전원을 출력하기도 한다.

인버터(370)는 AC 디스커넥터(380) 및 AC 브레이커 패널(390)을 통해, AC 출력단(391)으로 AC 전원을 출력하게 된다. 혹은, 흐린 날의 연속으로 인하여 태양광 발전이 불가능한 경우를 대비하여, 소형 발전기(500)나 상용 AC 전원과 같은 외부 전원을 보조전원 입력단(371)으로 받아들여, 역으로 DC 부하를 구동하거나, 배터리(400)를 충전하도록 구성할 수도 있다.

배터리(400)가 충분히 충전된 후, 야간이나 기타 태양광 발전이 불가능한 시간에는, 배터리의 전원이 상기 충전 컨트롤러(340), 절연 스위치(330) 및 DC 브레이커 패널(360)을 통해 DC 출력되거나, 추가적으로 인버터(370), AC 디스커넥터(380) 및 AC 브레이커 패널(390)을 통해 AC 전원으로 전환하여 AC 부하로 AC 전원을 출력되도록 한다.

다만, 본 발명의 휴대용 태양광 발전 장치는, 상기 도 14의 장치보다 단순화되어 있으며, 실제로는 도 15와 같은 최소로는 두 개의 모듈로 구성되어 진다. 가장 단순화된 태양광 발전 모듈(200)의 경우, 스치로풀과 같은 가벼운 박판에 솔라셀이 정열되어 있으며 각 솔라셀이 직병렬로 연결되며 최종적으로 케이블(230, 240)에 암수 커넥터 방식을 통해 접속되어지며, 컨트롤 박스(300)도 암수 커넥터를 갖는 손으로 휴대가능한 정도의 박스 형태를 갖는다.

즉, 도 15 사진의 우측의 솔라셀 패널(20)에 다수 개의 솔라셀이 배치된 태양광 발전 모듈(200)로부터 케이블(230, 240)을 통해 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311)에 전기적으로 연결이 되며, 컨트롤 박스의 DC 출력단(361)을 통해 DC 출력되며 (도 15에서는 12V/24V의 시가잭의 형태로 되어 있으나, 다른 DC 어댑터 구성을 취하여도 된다), 내부의 인버터를 통해 중앙의 AC 출력단(391)으로 AC 출력이 되도록 할 수도 있다 (AC 출력은 110V/220V의 콘센트 구조로 되어 있으나, 역시 다른 어댑터 구성도 가능하다).

이때, 태양광 발전 모듈이 다수 개인 경우, 각 태양광 발전 모듈(200, 200-1, 200-2, 200-3) 간의 연결은 도 7에서와 같이 3개의 모듈이 병렬 연결되어 기준 전압 및 전력을 맞추고 있으나, 이들을 하나 더 연결하여 파워를 배로 증설할 수 있으며, 두 개 이상의 태양광 발전 모듈을 직렬로 연결하여 전압을 높일 수도 있다. 바람직하게는, 배터리의 전압에 맞추도록 하여야 하는바, 그 이유는 후술한다.

또한, 도 7 및 도 16에서 보는 바와 같이, 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311)의 +/- 단자는 반대 형의 커넥터로 구성하도록 하는바, 예를 들어 솔라셀 입력단(311)의 (+) 단자를 수형 커넥터(210)로 구성하는 경우, (-) 단자는 암형 커넥터(220)로 구성하도록 하는바, 당연히 (+) 케이블(240)의 퓨즈 아답터는 암형이 되며 (-) 케이블(230)의 퓨즈 아답터는 수형이 된다. 이렇게 함으로써, 초보자라 할지라도 암형 커넥터와 수형 아답터를 끼우고 및 수형 커넥터와 암형 아답터를 끼우기만 하면 결합이 되도록 하며, 더욱이 (+)와 (-) 단자 결합을 반대로 하지 못하도록 하는 것이다.

다음, 도 15 및 도 16을 참조하여, 외부 전원 연결에 대하여 설명한다.

본 발명의 휴대용 태양광 발전 장치는 독립형을 전제로 하기 때문에 대부분 외부 전원을 필요로 하지 않으나, 장기간 장마가 지속되는 경우와 같이 태양광 발전이 장기간 불가할 만약의 경우를 대비하여, 외부 상용 AC 전원이나 소형 보조 발전기 등의 외부전원(500)에 의해 충전이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 도 16의 우측 사진 (도 15에서는 컨트롤 박스(300)의 우측 뒷면) 에서 보는 바와 같이, 컨트롤 박스(300) 내의 인버터의 AC 입력단(371)에 외부 AC 전원을 입력하여 역으로 배터리(400)를 충전하여 사용하도록 한다. 상기 외부전원(500)은 상용 AC 전원이 될 수도 있고, 유류 발전기나 소형 수력 발전기 혹은 수형 풍력 발전기 등의 소형 보조 발전기가 될 수도 있다.

한편, 상기 컨트롤 박스(300) 내에 내장될 모듈은 전력 용량이나 사용 목적 및 상황에 따라 다르게 할 수 있다. 즉, 주로 직류 출력만을 원하는 경우에는 인버터(370)를 내장하지 않고, AC 전력이 필요할 때에만 인버터를 DC 출력단에 연결하여 교류 출력을 얻도록 설계할 수 있으며, 혹은 나아가 배터리도 내장하지 않고 외부에 연결하여 사용하도록 구현할 수도 있다.

도 17 및 도 18은 배터리를 내장하지 않고 외부 단자에 연결하여 사용하는 경우의 컨트롤 박스(300')의 단자 연결 및 내부 회로의 예를 든 것이다. 도 17에서 보는 바와 같이, 태양광 발전 모듈(200)의 +/- 케이블(240, 230)의 아답터(250)가 외장 배터리(400)의 +/- 단자(401, 402)에 각각 접속되며, 외장 배터리(400)의 +/- 단자(401, 402)는 동시에 컨트롤 박스(300')의 단자 301'에 각각 전원 연결되며, 동시에 소신호 단자(303')에 연결된다. 그리하여 컨트롤 박스(300')는 이를 제어하며, 현재 충전량을 디스플레이에 표시하기도 하고 전압을 바꾸거나 다른 형태의 전원으로 바꾸어서 출력 단자(302')를 통해 부하(L)로 출력하기도 한다.

도 18의 컨트롤 박스(300')의 내부 회로에서 특이한 점은, DC-DC 컨버터를 갖지 않는다는 점인바, 본 발명의 최적 실시예에서는 장치를 복잡하게 하고 소형화에 가장 큰 장애가 되는 DC-DC 컨버터도 내장하지 않고, 역으로 태양광 발전 모듈(200)의 발전 전압과 배터리의 전압을 일치되도록 태양광 발전 모듈들(200 ~ 200-3)의 개수를 조절하는 것이다. 정확히는 태양광 발전 모듈들(200 ~ 200-3)의 병렬 연결되는 개수를 조절하는 것이다. 이는 상술한 바와 같이 도 7에서 수형 커넥터와 암형 커넥터의 결합만으로 가능하기 때문에, 즉 태양광 발전 모듈들(200 ~ 200-3)의 발전 면적을 조절하면 되는 것이기 때문에, 본 발명에서는 아주 간단한 방법으로 발전 전압을 조절할 수 있기 때문에 가능한 것이다. 예를 들어, 도 15에서의 판넬 하나가 12V 용량이라고 한다면, 배터리가 24V 용일 경우, 도 15의 판넬 두 개를 병렬 연결하면 되며, 직렬 연결은 출력 파워를 고려하여 적절히 연결하면 된다. 참고로, AD8214 및 주변 소자들은 과충전을 방지하기 위한 회로이며, ICM7556 및 주변 소자들은 낮에는 충전 모드로 밤에는 방전 모드로 프로그래밍하기 위한 타이머이며, LT3010-5 는 선형 레귤레이터이고, LM3914는 배터리 전압을 측정하여 디스플레이에 표시하기 위한 소자이다.

마지막으로 도 19는, 배터리와 인버터를 모두 외장형으로 하기 위한 실시예의 컨트롤 박스(300")의 예이며, 출력단자 (351)을 통해 배터리와 연결하고, 출력단자 362"를 통해 인버터와 연결한다. 한편, 상기 컨트롤 박스(300")의 입력 역시 두 벌의 입력 단자로 입력을 받을 수 있도록 하는바, 각각 독립적으로 동작하는 태양전지와 혹은 다른 발전기로부터 각각 독립적으로 발전 전압을 입력받을 수 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

20 : 솔라셀 패널
200 : 태양광 발전 모듈 201 : 제 1 케이블
202 : 제 2 케이블 203 : 태양전지 셀
205 : 역전류 보호부 210 : 수(Male)형 커넥터
220 : 암(Female)형 커넥터 230 : 마이너스(-) 케이블
233 : 제 3 케이블 235 : 분로기
240 : 플러스(+) 케이블 250 : 퓨즈 아답터
300 : 컨트롤 박스 310 : 컴바이너
311 : 솔라셀 입력단 320 : DC 디스커넥터
330 : 절연 스위치 340 : 충전 컨트롤러
350 : 배터리퓨즈 디스커넥터 351 : 배터리 연결단자
360 : DC 브레이커 패널 361 : DC 출력단
362 : 인버터 연결단자 370 : 인버터
371 : 보조전원 입력단 380 : AC 디스커넥터
390 : AC 브레이커 패널 391 : AC 출력단
400 : 배터리 500 : 외부 전원

Claims

하나 이상의 태양광 발전 모듈(200, 200-1, 200-2, 200-3);
상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워를 입력받아 충전되는 배터리(400); 및
상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈로부터의 발전된 DC 파워의 상기 배터리로의 충전을 제어하며, 외부로 출력을 행하는 컨트롤 박스(300);
를 포함하며,
상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈의 케이블(230, 240) 단부의 퓨즈 아답터(250)와 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자는 각각 반대 형의 커넥터로 구성하도록 하며, 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311) 간의 +/- 단자 자체도 반대 형의 커넥터로 구성되며, 각 태양광 발전 모듈의 +/- 케이블(240, 230) 단부의 퓨즈 아답터 자체도 각각 반대 형의 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 태양광 발전 모듈(200)은, 가벼운 박판에 다수개의 솔라셀이 정열되어 있으며 각 솔라셀이 직병렬로 연결되면서 최종적으로 케이블(230, 240)에 암수 커넥터 방식을 통해 접속되어지며,
상기 컨트롤 박스(300)도 상기 퓨즈 아답터(250)와 결합되는 암수 커넥터를 갖는 휴대가능한 박스 형태인 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.
제1 항에 있어서, 상기 휴대용 태양광 발전 장치는,
상기 컨트롤 박스(300)의 DC 전압을 AC로 변환하여 출력하기 위한 인버터(370)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.
제3 항에 있어서,
외부로부터 상기 인버터(370)로 AC 전원을 인가하기 위한 외부전원(500) 연결부(371)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.
제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 태양광 발전 모듈 각각에 설치된 역전류 보호부(205)의 일단 및 타단으로 각각 연장된 제 1 케이블(201) 및 제 2 케이블(202); 및
상기 제 1 케이블(201) 말단의 제1 수형 커넥터(210)와 상기 제 2 케이블(202) 말단의 제1 암형 커넥터(220);
을 더 포함하며,
상기 +/- 케이블(240, 230)의 일단에는 각각, 상기 제1 수형 커넥터(210) 및 상기 제1 암형 커넥터(220)와 각각 결합되는 제2 암형 커넥터(220) 및 제2 수형 커넥터(210)를 가지며, 상기 +/- 케이블(240, 230)의 타단에는 상기 컨트롤 박스(300)의 솔라셀 입력단(311)의 암수 커넥터와 각각 결합되는 상기 퓨즈 아답터(250)들이 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.
제5 항에 있어서,
상기 +/- 케이블(240, 230)의 타단에는 각각, 제3 수형 커넥터(210) 또는 제3 암형 커넥터(220)에, 과전류 및 역전류를 차단하는 퓨즈 아답터(250)가 분리 가능하게 체결된 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광 발전 장치.