KR20160065865A - 전기적으로 자율인 설비 및 그 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력이 공급될 구성요소들(12, 20)을 포함하는, 전기적으로 자율일 수 있는 설비(10)에 관한 것이다. 상기 설비는, - 적어도 벽과 지붕(14)에 의해서 구획된 적어도 하나의 방을 포함하는 빌딩(12); 및 - 상기 빌딩의 외부에 위치하며 그리고 적어도 하나의 외부 전기 디바이스의 연결을 위한 연결 수단(22)을 포함하는 전기 배전 단자(20)를 포함하고, 상기 설비는 구성요소들에게 전력을 공급하는 수단을 포함하며, 상기 전력을 공급하는 수단은, - 천연 자원으로부터 에너지를 생성하는 수단(16); - 에너지 저장 수단(56); - 전력이 공급될 구성요소들과 상기 에너지 저장 수단 및/또는 에너지 생성 수단을 상호접속하는 수단(58, 62, 64)을 포함하고, 상기 설비는 또한, - 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 수단(72), 및 - 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩 이외의 구성요소들(20) 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 의존하여, 상기 상호접속 수단을 콘트롤하는 수단(66, 68, 67)을 포함한다.
Description
본 발명은 전기적으로 자율(electrically autonomous)일 수 있는 설비에 관한 발명이며, 이러한 설비는 적어도 하나의 빌딩을 포함한다.
전기적으로 자율인 빌딩들은 이미 알려져 있다. 사실, 이러한 빌딩들은 천연 자원(natural source)(태양열, 풍력, 기타 등등)에 기초하여 전력을 생산하는 수단 덕분에 더욱 우수한 성능을 갖도록 수년 동안 개발되어 왔다. 일반적으로, 이들 빌딩들은 생산된 에너지를 저장하는 수단을 포함한다.
하지만, 일반적으로 이들 빌딩들은 전력망(electrical grid)에 액세스할 수 있는 장소들에 위치되었으며, 이는 이들 빌딩들이 그들 자신의 전기 생산 수단이 불충분한 경우에 전기 편의시설(electrical comfort)에 액세스할 수 있게 한다.
본 발명은 지역 주민들(local population)에게 최소한의 편의를 제공할 수 있도록, 전기적 여유분(electrical reserve)이 존재하지 않는 환경에 설치될 수 있는 설비를 설계하는 것에 관한 발명이다.
이러한 설비와 관련된 어려움 중 하나는 특히, 기후 조건(이는 주민들의 요구에 따라 제어될 수 없다)에 따라, 이용가능한 전기 에너지가 제한될 가능성이 있다는 점이다.
따라서, 본 발명의 범위 내에서, 필요한 경우 에너지를 관리 및 절약하면서도, 가능한 경우 지역 주민들에게 최대한의 전기적 편의가 제공되는 설비를 완성하는 것이 추구된다.
이를 위하여, 본 발명의 목적은 전력이 공급될 구성요소들을 포함하는, 전기적으로 자율(electrically autonomous)일 수 있는 설비(installation)를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 설비는:
- 적어도 벽과 지붕에 의해서 구획된 적어도 하나의 방을 포함하는 빌딩, 및
- 상기 빌딩의 외부에 위치하며 그리고 적어도 하나의 외부 전기 디바이스의 연결을 위한 연결 수단을 포함하는 전기 배전 단자(electrical distribution terminal)를 포함하고,
상기 설비는 구성요소들에게 전력을 공급하는 수단을 포함하며, 상기 전력을 공급하는 수단은,
- 천연 자원으로부터 에너지를 생성하는 수단,
- 에너지 저장 수단,
- 전력이 공급될 구성요소들과 상기 에너지 저장 수단 및/또는 에너지 생성 수단을 상호접속하는 수단을 포함하고,
상기 설비는 또한,
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 수단, 및
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩 이외의 구성요소들 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 따라, 상기 상호접속 수단을 콘트롤하는 수단을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 설비는 지역사회의 삶의 질을 향상시키도록, 필요한 모든 물건들이 구비된 가령, 학교 또는 진료소(dispensary)와 같은 집단 빌딩들(collective buildings)을 고립된 지역에 배치하는 것을 가능케하며 그리고 조건이 허락한다면 상기 설비에 의해서 생성된 에너지를 이용하여 빌딩 외부의 사람들이 때때로 전기 디바이스들을 사용할 수 있게 하는 전기 단자를 추가할 수 있다.
하지만, 이용가능한 전기 에너지가 빌딩에 에너지를 공급하기에 충분한 경우에만, 이러한 전기 단자에 전력이 공급된다. 따라서, 상기 설비의 기본적인 기능이 항상 충족됨을 보장할 수 있으며 그리고 전기 에너지 생성 조건이 양호한 때에만 부수적인 기능들의 구현이 허용된다.
이러한 설비는 매우 유용한데, 왜냐하면 본 발명에 따른 설비는 지역사회에 유용한 전기 에너지를 보다 양호하게 관리할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 설비는 다음과 같은 목록에 기재된 하나 이상의 피처들을 포함할 수 있다.
- 에너지 저장 수단은 병렬인 복수의 에너지 저장 어셈블리들(energy storage assemblies)을 포함하고, 측정 수단은 각각의 에너지 저장 어셈블리에 저장된 에너지에 관한 파라미터를 측정할 수 있다. 상기 설비는 바람직하게는, 복수의 혹은 전체 어셈블리들에 저장된 에너지를 판별하는 수단을 더 포함한다. 따라서, 병렬인 서로 개별적인 2개의 에너지 저장 어셈블리를 사용하는 것은, 전기 배전 및 빌딩에 의한 전기적 액세스의 안정성을 개선시킬 수 있다. 사실, 어셈블리들 중 하나가 더 이상 올바르게 동작하지 않는다면, 고장난 어셈블리에 대하여 어셈블리 유지보수가 수행되기를 대기하면서, 최소한 가장 중요한 기능들을 수행하는 디바이스들에게 전력을 공급하기 위하여, 사용자는 이러한 방식으로 다른 어셈블리(들)을 사용할 수 있다.
- 저장 수단은 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하고 특히, 리튬-금속-폴리머 유형의 배터리를 포함하는바, 여기서 전해액은 고체 형태이다. 사실, 상당한 수명과 개선된 안정성을 갖는 이러한 유형의 배터리는 특히나 유용하다.
- 상기 설비는 복수의 서브-설비들을 포함하고, 각각의 서브-설비는 에너지 저장 수단의 개별 서브-그룹을 포함하고, 그리고 적절한 때에, 상기 에너지 저장 수단과 각각의 서브-설비는 적어도 하나의 다른 설비에 의해서 전력이 공급되지 않는 적어도 하나의 구성요소 혹은 구성요소의 일부분에 전기적으로 연결된다. 하나의 서브-설비는 예를 들어 빌딩의 일부분에 연결될 수 있으며 다른 하나의 서브-설비는 상기 빌딩의 다른 부분에 연결될 수 있다. 또한, 서브-설비들은 전력이 공급될 구성요소들(가령, 배전 단자)에 공통으로 연결될 수도 있으며, 여기서 각각의 서브-설비는 빌딩 이외의 전력이 공급될 서로 다른 구성요소들을 가질 수 있다. 전력이 공급될 별개의 구성요소들에 서브-설비들 각각이 연결되는 것도 또한 고려할 수 있다.
- 적어도 2개의 서브-설비들 각각은 빌딩의 서로 구별되는 부분에 전기적으로 연결되고, 상기 서브-설비들 중 적어도 하나는 또한, 상기 빌딩 이외의 전력이 공급될 적어도 하나의 다른 구성요소에 연결되며, 상기 서브-설비는(또는 관련된 서브-설비들 각각은),
● 전력이 공급될 구성요소들과 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단 및/또는 생성 수단을 상호접속하는 수단;
● 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단에 저장된 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 수단, 및
● 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단에 저장된 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩을 제외한 상기 서브-설비에 연결된 구성요소들 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 의존하여, 상기 상호접속 수단을 콘트롤하는 수단을 포함한다.
- 적어도 하나의 안전 상호접속 수단은, 활성화되는 때에, 제 1 서브-설비의 에너지 생성 수단으로부터 오는 에너지를 제 2 서브-설비에 속하는 구성요소 혹은 구성요소의 일부에 공급하도록 구성된다. 안전 상호접속 수단은 특히, 서브-설비의 충전기를 2개의 서브-설비들의 저장 수단에 전기적으로 연결할 수 있거나 또는 서브-설비의 저장 수단을 2개의 서브-설비들에 속하는 전력이 공급될 구성요소들 또는 전력이 공급될 구성요소들의 일부에 전기적으로 연결할 수 있다.
- 상기 설비는 또한, 빌딩 이외의 전력이 공급될 복수의 구성요소들, 전력이 공급될 구성요소들 각각에 의해서 요구되는 전력에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 수단 및 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 기초하여 상기 빌딩 이외의 구성요소들 중 전력 공급이 금지될 구성요소를 판별하는 수단을 포함한다. 따라서, 가장 큰 전력 소모원이며 우선 순위가 없는 구성요소에 대한 전력 공급을 금지 혹은 차단할 수 있다.
- 저장된 에너지가 임계값 보다 작다고 간주되는 경우, 지역사회에 대한 이들 구성요소들의 유용성에 따라, 기결정된 순서대로 교번하여 상기 구성요소들을 연결해제시킬 수도 있다.
- 상기 에너지 생성 수단은 태양광을 전기 에너지로 변환할 수 있는 적어도 하나의 태양전지 패널들을 포함한다. 이들 에너지 생성 수단은 또한, 풍력 터빈, 수력 터빈(hydraulic turbine), 등등을 포함한다. 또한, 상기 에너지 생성 수단은 동일한 성질 혹은 서로 다른 성질의 에너지를 직렬로 및/또는 병렬로 생성하기 위한 여러 개의 구성요소들을 포함할 수 있다.
- 기물 파손(vandalism) 혹은 의도하지 않은 파손을 방지하면서도, 추가적인 구조물의 사용을 회피하고 그리고 이들 패널들의 노출을 최대로 하기 위하여, 적어도 하나의 태양전지 패널, 바람직하게는 전체 태양전지 패널들은 빌딩의 지붕 위에 설치된다. 상기 빌딩은 특히 단일 경사(single pitch)인 지붕을 포함하며, 그 방위(반구에 따라 남향 혹은 북향)는 태양전지 패널들의 동작을 최적화시키도록 선택된다.
- 태양전지 패널들이 24 시간 동안 중단없이 상기 빌딩에 전기를 공급할 수 있도록, 태양전지 패널들의 표면적 및 특히 상기 지붕의 표면적이 선택된다. 달리 말하면, 태양전지 패널들은 60kWh 이상을 공급할 수 있으며, 특히 하루 일사량으로 대략 80kWh 를 공급할 수 있다. 따라서, 태양전지 패널들 특히, 지붕의 계획된 표면적은 100 ㎡ 보다 크며 특히 120 ㎡ 보다 크다.
- 파워 컨버터를 포함하는 적어도 하나의 충전기가 에너지 생성 수단의 다운스트림(downstream)에 배치되며 그리고 특히, 에너지 생성 수단과 에너지 저장 수단 사이에 배치된다. 이러한 충전기는 DC 컨버터를 특히, DC 전류를 생성하는 태양전지 패널들의 다운스트림에 포함할 수 있으며 혹은, 예컨대, AC 전류를 생성하는 풍력 터빈의 다운스트림에 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 충전기는 MPPT(maximum power point tracking) 특성을 포함한다.
이러한 동작의 목적은 태양전지 패널들로 구성되는 생성 수단의 최대 전력 포인트를 찾아내기 위한 것인바(이들 패널들이 비선형(nonlinear)이라는 사실로 인하여), 이는 동일한 일사량(insolation)에 대하여 이들 패널들에 의해서 전달되는 전력이, 선택된 전압에 따라, 서로 다름을 의미한다. 충전기는 패널의 출력에 배치되거나 또는 직렬 및/또는 병렬로 배치된 복수의 패널들의 출력에 배치될 수 있다.
- 에너지 생성 수단과 전력이 공급될 구성요소들 사이에 DC/AC 컨버터(혹은, 인버터)가 배치되며, 특히 에너지 저장 수단의 출력에 배치되는바, 이는 직류 형태로 에너지 저장 수단에 저장된 에너지를 교류 형태인 배전 전류로 변환하기 위한 것이며, 상기 빌딩 내에서 찾아볼 수 있는 상업적인 전기 장비들에는 교류가 적용된다. 이러한 컨버터는 특히, 에너지 저장 어셈블리들 각각의 출력에 배치될 수 있다.
- 에너지 생성 수단은 에너지 저장 수단에 연결되고 그리고 전력이 공급될 구성요소들 중 적어도 하나에 직접 연결되며, 특히 빌딩에 연결된다. 사실, 이러한 것은 불필요한 에너지 손실(손실들, 심지어 에너지 저장 수단이 충전 및 방전될 때 발생해야만 하는 최소한의 손실) 없이 빌딩의 요구를 직접 충족시킬 수 있다. 또한, 생성된 에너지는 이러한 방식으로 즉시 이용가능하다.
- 또한, 상기 설비는 가령, 전력이 공급될 구성요소들 중 적어도 하나 및/또는 에너지 저장 수단에 전력을 공급하도록 설계된 발전기 세트 또는 배전 그리드와 같은, 또 하나의 응급, 전력 공급 수단에 연결될 수 있다. 설비가 이러한 응급 전력 공급 수단을 포함하는 경우, 상기 설비는 적어도 전력 공급 수단과 에너지 저장 수단 또는 적어도 하나의 저장 어셈블리 사이에 배치되는 정류기를 포함할 있는바, 따라서 전력 공급 수단으로부터 획득된 에너지(AC 전류)를 이러한 수단들에 저장할 수 있다(DC 전류로).
- 전기 배전 단자는, 상기 단자의 연결 수단에 전기 디바이스가 존재하는지를 검출하는 연결 검출 수단 및, 상기 단자와 에너지 저장 수단 사이에 배치된 상호접속 수단을 상기 검출 수단에 의존하여, 콘트롤하기 위한 수단을 포함한다. 따라서, 디바이스가 단자에 연결되어 있지 않다면 그 어떤 전류도 상기 단자를 흐르지 않게함으로써, 전기 배전 단자의 안전을 보장할 수 있다.
- 상기 단자는 식별 모듈 및/또는 지불 모듈을 포함한다. 식별 모듈은 특히, 개인 식별 코드 등에 의해서 강화될 수도 있는 RFID와 같은 카드, 바코드 또는 자성 스트라이프 카드를 이용하여, 오직 허가된 멤버들에서 의해서만 상기 서비스가 이용될 것임을 보장할 수 있다. 또한, 상기 단자는 지불 모듈을 이용하여, 임의의 사람(혹은 사용하기를 원하는 사람)에 의해서 사용될 수도 있다. 이러한 모듈은 특히 은행 카드, 선불 카드, 동전 또는 지폐 수집기(banknote collector) 등을 이용하는 통상적인 지불 모듈이다. 이 경우, 콘트롤 수단은 상기 식별 모듈 및/또는 지불 모듈에 의존하여, 상기 단자와 상기 에너지 저장 수단 사이에 배치된 상호접속 수단을 제어할 수 있다. 실제로는, 식별된 사용자가 디바이스를 연결하거나 또는 사용자가 서비스에 대하여 지불한 경우에만, 전기 에너지가 전달된다. 대안적으로, 상기 단자는 상기 연결 수단에 대한 액세스가 차단되게 하는 닫힌 포지션과 상기 연결 수단에 대한 프리 액세스(free access)를 허용하는 열린 포지션 사이에서 전환가능한 액세스 수단 및 상기 식별 모듈 및/또는 지불 모듈에 의존하는, 상기 액세스 수단에 대한 콘트롤 수단을 포함할 수 있다. 상기 단자가 지불 모듈을 포함하는 경우, 상기 단자는 또한 연결 수단들 각각에 공급되는 에너지에 대한 에너지 계량기(energy meter)를 포함할 수 있으며, 2명의 멤버들 중 한명이 상호접속 수단을 제어하도록 상기 계량기는 지불 수단과 상호작용하여, 지불된 양 만큼의 전기가 소비되었다면 전기의 배전을 중단할 수 있다. 물론, 상기 단자는 프리 액세스를 가질 수도 있다.
- 또한, 연결 수단으로의 액세스 또는 연결 수단에서의 전류의 전송은, 에너지 저장 수단의 출력에서 측정된 전력에 관한 파라미터에 의존하여 제어될 수 있다. 달리 말하면, 상기 설비는 에너지 저장 수단에서 이용가능한 에너지에 관한 파라미터에 의존하는, 상호접속을 제어하는 수단 또는 상기 단자의 적어도 하나의 연결 수단에 대한 액세스 수단을 포함한다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 어셈블리들이 한계 충전 레벨 근처에 있음이 검출되는 경우, 새로운 외부 디바이스로의 전류 전송은 허용되지 않는다.
- 상기 설비에 의해서 전력이 공급될 또 다른 구성요소는 용수 정화 장치 및/또는 바다물 담수화 장치와 같은, 용수 처리 유닛이다. 물론, 동일한 성질을 갖는 다른 구성요소들 혹은 여러 구성요소들이 상기 설비에 부가될 수 있다. 상기 용수 처리 유닛은, 빌딩에 연결되고 상기 빌딩에 용수를 공급하도록 설계된 유체 출력 채널을 포함한다. 또한, 상기 유체 출력 채널은 상기 빌딩의 외부에 위치된 유체 분배 단자(liquid distribution terminal)에 연결될 수 있으며 그리고 수도꼭지와 같은 유체 공급 수단을 포함한다. 또한, 전기와 같이, 물도 모든 사람들이 이용할 수도 있다.
- 상기 유체 분배 단자는, 식별 모듈 및/또는 지불 모듈 그리고 가능하면 상기 유체 공급 수단에 대한 액세스가 차단되게 하는 닫힌 포지션과 상기 유체 공급 수단에 대한 프리 액세스를 허용하는 열린 포지션 사이에서 전환가능한 액세스 수단을 포함하고, 상기 식별 모듈 및/또는 지불 모듈의 동작에 의존하는, 상기 액세스 수단에 대한 콘트롤 수단을 포함한다. 전기 배전 단자에서와 같이, 물 분배 단자는 인가된 사람 또는 지불하기를 원하는 사람에게만 액세스가능하며, 이는 소중한 자원의 낭비를 막을 수 있다.
- 또한, 상기 설비는 적어도 하나의 밸브와 같은, 적어도 하나의 유체 출력 채널에 대한 개폐 수단을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 파라미터에 의존하는, 상기 개폐 수단에 대한 콘트롤 수단을 포함하고, 상기 파라미터의 값이 소정 범위의 임계값들을 벗어날 때에는 오직 빌딩에만 물이 공급된다. 이러한 파라미터는 특히, 상기 빌딩에 의해서 요구되는 물의 유속(이것이 임계값 보다 크다면 상기 단자로의 액세스가 거부됨) 또는 처리된 물의 이용가능한 양(이것이 임계값 보다 작다면 상기 단자로의 액세스가 거부됨)이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전력이 공급될 구성요소들을 포함하는 전기적으로 자율일 수 있는 설비의 관리 방법을 제공하는 것이며, 상기 설비는,
- 적어도 벽과 지붕에 의해서 구획된 적어도 하나의 방을 포함하는 빌딩, 및
- 상기 빌딩의 외부에 위치하며 그리고 적어도 하나의 외부 전기 디바이스의 연결을 위한 연결 수단을 포함하는 전기 배전 단자를 포함하고,
상기 설비는 구성요소들에게 전력을 공급하는 수단을 포함하며, 상기 전력을 공급하는 수단은,
- 천연 자원으로부터 에너지를 생성하는 수단,
- 에너지 저장 수단,
- 전력이 공급될 구성요소들과 상기 에너지 저장 수단 및/또는 에너지 생성 수단을 상호접속하는 수단을 포함하고,
상기 관리 방법은,
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에서 이용가능한 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계, 및
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에서 이용가능한 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩 이외의 구성요소들 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정된 값들에 의존하여 상기 상호접속 수단에게 명령하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 설비(installation)의 비제한적인 일례가 이제 도면들을 참조하여 서술될 것이다.
도1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 설비의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 설비의 간략화된 전기 배치도이다.
도3은 도2의 전기 회로에 구현되는 제어 방법의 다이어그램이다.
도4는 도2의 실시예에 따른 설비의 변형예의 간략화된 전기 배치도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설비의 간략화된 전기 배치도이다.
도6은 도5의 전기 회로에 구현되는 제어 방법의 다이어그램이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 설비의 간략화된 전기 배치도이다.
도3은 도2의 전기 회로에 구현되는 제어 방법의 다이어그램이다.
도4는 도2의 실시예에 따른 설비의 변형예의 간략화된 전기 배치도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설비의 간략화된 전기 배치도이다.
도6은 도5의 전기 회로에 구현되는 제어 방법의 다이어그램이다.
도1에서, 본 발명의 일실시예에 따른 설비(10)가 도시된다. 상기 설비는 먼저 빌딩(12)을 포함하며, 상기 빌딩은 상기 설비가 설치되는 커뮤니티(community)에서 예를 들어, 진료소(dispensary) 혹은 학교 등의 공공 서비스 빌딩으로서 역할을 하도록 설계되는 것이 일반적이다. 상기 빌딩은 지붕(14)을 포함하며, 태양광을 전기 에너지로 변환하도록 설계된 태양전지 패널들(photovolatic pannels)(16)이 상기 지붕 위에 배치된다. 태양전지 패널들에 의해서 수집되는 에너지를 최대화하기 위하여, 상기 지붕(14)은 단일 경사(single pitch)를 포함하며, 그리고 북반구에서는 남쪽을 향해 배치되고 남반구에서는 북쪽을 향해 배치된다. 지붕의 경사도는 패널들의 효율을 최대화하기 위하여 상기 설비가 배치되는 영역에 기초하여 설계될 수 있다.
또한, 설비는 빌딩(12)이외에도, 상기 빌딩(12)에 연결된 전기 배전 단자(electrical distribution terminal)(20)를 포함한다. 이러한 단자는 전화기 충전기, 컴퓨터 기타 등등과 같은 외부 디바이스들의 단자에 연결을 가능케하는 복수의 연결 수단들(22)을 포함한다. 연결 수단에 대한 3개의 자리(emplacement)가 도면에 도시된다. 이들 연결 수단들 각각은 덮개(flap)(24)에 의해서 커버되는 하우징 내에 배치되며, 상기 덮개는, 연결 수단으로의 액세스를 금지하는 폐쇄 위치와 연결 수단으로의 액세스를 허용하는 개방 위치 사이에서 번갈아 움직일 수 있다. 이러한 덮개는 특히, 자성 잠금 수단(magnetic latching means)을 이용하여 폐쇄 위치에서 잠겨질 수 있다. 바람직하게는, 상기 하우징은 외부 디바이스들을 그 내부에 수납할 수 있을 정도로 그리고 상기 단자로의 연결 동안에 이들 디바이스들을 도난으로부터 보호할 수 있도록, 충분히 큰 크기를 갖는다.
또한, 전기 배전 단자(20)는 특히, 스크린 및 데이터 입력 키보드를 포함하는 사용자 통신 인터페이스(26)를 포함한다. 이것은 또한, 식별 모듈(28A)(바코드 혹은 RF 리더기) 및 지불 모듈(28B)(예를 들어, 신용카드 지불을 위한 통상적인 모듈)을 포함한다. 이러한 인터페이스(26)는 전기 배전 서비스에 대한 액세스를 획득할 수 있도록 사용자가 상기 단자와 상호작용할 수 있게 한다.
또한, 상기 설비는 상기 빌딩(12)에 전기적으로 연결된 용수 처리 유닛(water treatment unit)(30)을 포함한다. 이러한 용수 처리 유닛은 설비 인근의 잡용수(non-potable water)를 정화하거나 담수화(desalinate)할 수 있다. 용수 처리 유닛은 정화된 물을 저장할 수 있는 저수조(32) 및 물 출력 채널들(34, 36)을 포함하는바, 상기 물 출력 채널들은 한편으로는, 빌딩에 물을 공급하기 위하여 빌딩(12) 안으로 향하며 그리고 다른 한편으로는 물 분배 단자(water distribution terminal)(38)로 향하는데, 상기 물 분배 단자는 가령, 수도꼭지(39) 등의 물 공급 수단을 포함하고 그리고 상기 설비가 설치된 커뮤니티의 구성원들에게 필요에 따라 물을 공급할 수 있다. 상기 설비는 또한, 저수조(32)와 유체 공급 수단(39) 사이에 배치된 콘트롤 밸브(40)를 포함하며, 이는 상기 채널 내에서 유체의 통과를 허용하거나 혹은 금지시킨다.
상기 밸브(40)는 처리 유닛에 관련된 파라미터들(특히, 저수조 내에 있는 이용가능한 물의 양)에 기초하여 제어될 수 있는바, 따라서 물의 양이 임계값보다 작은 경우, 상기 밸브는 폐쇄되며 그리고 물은 오직 빌딩(12)에만 공급될 수 있다. 하지만, 물의 양이 임계값 보다 큰 경우에는, 상기 밸브는 수도꼭지(39)에 대한 프리 액세스를 통해 물이 분배될 수 있게 한다. 따라서, 우선적으로 빌딩에 공급되도록, 물이 보호될 수 있다.
용수 처리 유닛(30)는 프리(free) 액세스를 갖는 것으로 표현되었으며, 따라서 수도꼭지(39)는 커뮤니티의 전체 구성원들이 액세스할 수 있다. 하지만, 이러한 수도꼭지는, 전기 배전 단자(20)에 관련되어 앞서 서술된 식별 수단 및 지불 수단과 결합될 수도 있음을 유의해야 하며, 이 경우 수도꼭지에 대한 액세스는 선택적인 것이 된다. 이와 반대로, 전기 배전 단자에 대한 액세스가 프리일 수도 있다.
본 발명의 그것과 유사한 전기적으로 자율인 설비의 동작이 도2를 참조하여 이제 설명될 것이다. 설명 및 관련된 개략도를 쓸데없이 복잡하게 만들지 않기 위하여, 빌딩(12) 및 전기 배전 단자(20)만이 개략도에 도시될 것이다.
전술한 바와 같이, 서술된 서로 다른 구성요소들 특히, 설비(10) 및 전기 배전 단자(20)에 공급하기 위한 전기 에너지는 상기 빌딩의 특히 지붕 위에 배치되는 태양전지 패널(16)에 의해서 생성되며, 도2에는 병렬로 연결된 태양전지 패널의 2개의 일례들이 도시되어 있다.
특히, DC 컨버터(52)를 포함하는 충전기(50)는, 이들 2개의 패널들에 연결되도록 패널들(16)의 다운스트림(downstream)에 배치된다. DC 컨버터는 생성된 에너지를 상기 설비에 의해서 사용되기에 적절한 에너지로 조정할 수 있다. 바람직하게는, 상기 충전기는 MPPT(maximum power point tracking) 충전기인데, 이는 최대 전력을 생산하기 위하여 상기 패널이 동작해야만 하는 전압을 충전기가 선택함을 의미하며, 이러한 패널들은 비선형 발전기(nonlinear generator)로 구성되는데, 이는 동일한 일사량(insolation)에 대하여 이들 패널들에 의해서 전달되는 전력이 패널들이 동작하는 전압에 따라 서로 다름을 의미한다.
이러한 MPPT 동작에 대한 비제한적인 동작 모드는 다음을 포함한다.
● 고정 출력 전압 U1 에 대해서 상기 패널들에 의해서 전달되는 전력 P1을 측정하고,
● 소정 시간 이후에, U1 보다 약간 큰 제 2 전압 U2를 인가하고 그리고 대응 전력 P2를 측정하고, 그리고
● P2가 P1 보다 크다면, 더 큰 전압의 인가를 시도한다(만일, P2가 P1 보다 작다면, 더 작은 전압을 인가).
따라서, 상기 충전기는 최대 전력 포인트에 근접하도록, 태양전지 패널들의 단자들에서 전압을 계속해서 조정한다.
이러한 충전기의 출력에서, 병렬인 2개의 전기 분기점들(branches)을 찾을 수 있다. 제 1 분기점은 인버터(54)를 포함하며, 인버터(54)의 다운스트림은 빌딩(12) 및 단자(20)에 병렬로 연결된다. 인버터(54)와 전기 배전 단자(20) 사이에서, 상기 설비는 상호접속 수단(interconnection means)(64)을 또한 포함하는데, 상호접속 수단(64)은 스위치로 구성되며 그리고 전류가 전기 배전 단자(20)로 전달되거나 혹은 전달되지 않게 하는바, 전기 배전 단자(20)는 전력이 우선적으로 공급될 필요가 있는 것으로 간주되지 않는다. 이러한 분기점은 빌딩(12)에는 곧바로 전력를 공급할 수 있게하고 그리고 상기 단자에는 가능하면 전력을 공급할 수 있게 하며 그리고 태양전지 패널(16)로부터 획득된 에너지에 대한 요구들을 실시간으로 충족시킬 수 있게 한다. 인버터(54)는 DC 전류로 생산된 전기 에너지를, 전기 설비들에서 통상적으로 이용되는 AC 전류 형태의 전기 에너지로 변환시킬 수 있다.
제 2 분기점은 에너지 저장 수단(56)을 포함하는바, 에너지 저장 수단(56)은 일반적으로 직렬로 연결된 여러 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리들의 모듈로 구성된다. 통상적으로, 각각의 기본 셀들은 애노드 및 캐소드와 2개의 전극들 사이에서 화합물(chemical compound)들의 이동을 허용하는 전해액(electrolyte)을 포함하는바, 따라서 셀 내에서 산화-환원 반응이 일어날 수 있다. 바람직하게는, 상기 배터리는 리튬 배터리이며 특정하게는, 배터리가 휴지 상태일때 고체 형태인 전해액을 갖는 리튬-금속-폴리머 배터리이다. 사실, 이러한 배터리 모듈은 안정성 및 수명에 있어서 특히나 유용하다.
배터리의 다운스트림에서, 제 2 분기점은 또한 상호접속 수단(58)을 포함하며, 상기 상호접속 수단(58)은 스위치 및 인버터(60)로 구성된다. 인버터의 다운스트림에서 상기 분기점은 한편으로는 상기 빌딩(12)에 다른 한편으로는 전기 배전 단자(20)에 병렬로 연결된다. 인버터(60)와 전기 배전 단자(20) 사이에서, 상기 설비는 또한 상호접속 수단(62)을 포함하는데, 상호접속 수단(62)은 스위치로 구성되며 그리고 전류가 배터리 모듈을 통해 전기 배전 단자(20)로 전달되거나 또는 전달되지 않게 한다.
전기 회로는 또한, 상호접속 수단들(58, 64, 62) 각각에 대한 콘트롤 수단들(66, 67, 68)을 포함한다. 이들 콘트롤 수단들은 회로 내에서 측정된 파라미터들 또는 빌딩 혹은 상기 단자의 다른 영역들에서 측정된 파라미터들에 기초하여 스위치의 개폐를 제어할 수 있다(따라서, 관심있는 분기점으로 전류가 전달되는 것을 허용하거나 금지할 수 있다).
상기 전기 회로는 또한, 측정 수단들(70, 72)을 포함하는데, 측정 수단들은 충전기(50)의 제 1 출력 분기점에서의 전류와 배터리의 출력에서의 허용가능한 방전 전류를 각각 측정할 수 있으며, 이는 배터리의 충전 상태 및 배터리가 계속 공급할 수 있는 에너지에 관한 정보를 획득할 수 있게한다. 이들 측정 수단들(70, 72)은 스위치들(58, 64, 62) 각각의 콘트롤 수단들(66, 67, 68)과 통신할 수 있으며, 따라서, 콘트롤 수단들은 스위치들을 제어하는데 이들 측정 수단들로부터 공급된 데이터를 고려할 수 있다. 보다 상세하게는, 측정 수단(70)은 스위치(58)의 콘트롤 수단(66)과 통신하도록 설계되는 반면에, 측정 수단(72)은 스위치들(58, 64, 62)의 콘트롤 수단들(66, 67, 68)과 통신할 수 있다. 물론, 측정 수단(70)은 MPPT 충전기(50)에 통합될 수도 있으며 반면에 측정 수단(72)은 배터리 모듈(56)에 통합될 수 있다.
이러한 설비는 이용가능한 전기 에너지를 최적으로 관리할 수 있다. 따라서, 충전기(50)의 출력에서, 전기 에너지는 즉각적인 전기 요구(immediate electrical needs)에 응답하여 오직 빌딩에만 전송된다. 이용가능한 에너지의 나머지는 배터리에 저장된다. 전기 배전 단자(20)는 이러한 에너지를 공급받지 못하는데, 왜냐하면 잉여 에너지가 이용가능하지 않는한, 상기 전기 배선 단자(20)는 우선순위를 갖는 것으로 간주되지 않기 때문이다.
제 1 실시예의 상기 설비에 대한 동작 방법(100)이 이제 도3을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
상기 회로의 제 1 분기점에서의 전류의 세기가 측정 수단(70)을 이용하여 실시간으로 측정되며, 그리고 상기 분기점에서 측정된 강도 I70 는 단계 102 에서 임계값 IS70 과 비교된다. 이러한 비교는 계산 유닛(73)에 의해서 수행되며, 계산 유닛(73)은 측정 수단(70)과 통신하는 가령, 마이크로프로세서이다. 다음을 유의해야 하는바, 임계값 IS70 은 고정값을 가질 수도 있으며 또는 전력이 공급될 하나 또는 여러 개의 구성요소들에 의해서 요구되는 전력에 관한 값, 또는 회로 내에서 측정된 세기 특히, 빌딩(12)으로 향하는 전기 분기점에서 측정된 세기가 될 수도 있다.
태양전지 패널에 의해서 전달되는 전류가 빌딩에 전력을 공급하기에 불충분하다고 간주되는 경우 즉, 제 1 분기점에서의 전류가 임계값 IS70 보다 작다고 측정되는 경우, 계산 모듈(73)은 이를 스위치(58)의 콘트롤 수단(66)에 통신하며, 콘트롤 수단(66)은 단계 104에서 스위치를 닫도록 제어하여, 배터리로부터 오는 에너지가 빌딩에 전력을 공급할 수 있게 한다. "충전" 모드였던 배터리 모듈(56)은 이제 "방전" 모드로 전환된다. 반대되는 경우, 콘트롤 수단은 스위치(58)를 개방된 상태로 유지하도록 명령받는다(단계 106). 일 변형예로서, 배터리의 업스트림(upstream)에 있는 제 2 전류 분기점에서 전류가 측정될 수 있으며 그리고 배터리의 업스트림에 있는 상기 전류 분기점에서의 전류가 0이 되자마자 스위치(58)가 닫혀질 수 있는데, 이는 태양전지 패널에 의해서 생성된 모든 에너지가 빌딩에 전력을 공급하는데 이미 사용되었음을 의미한다.
다음으로, 사용자가 디바이스를 전기 배전 단자에 연결하고자 했었는지가 검출되었는지를 검증한다(단계 108 및 단계 110 각각에서). 아무런 연결도 검출되지 않았다면, 스위치들의 개방이 명령되어, 단계 112 및 단계 114 각각에서 단자(58) 및/또는 단자(62) 및/또는 단자(64)에 전력이 공급될 수 있다.
다른 한편으로 만일 연결이 검출된다면, 단계 116 및 단계 118 둘다에서, 측정 수단(72)에 의해서 측정된 배터리의 출력에서 허용가능한 방전의 세기 I72 가 소정의 임계값 IS72 (특히, 3.0 V) 보다 큰지의 여부가 검증된다. 이러한 세기는 배터리의 전하 레벨을 추론할 수 있게하며 따라서 배터리에 저장된 공지된 에너지 및 임계 세기는 배터리에 저장된 에너지의 임계값에 대응한다. 만일, I72 가 IS72 보다 크지 않다면, 콘트롤 수단(68)은 단계 120 및 단계 122에서 스위치(62) 및 가능하면 스위치(64)를 개방 상태로 유지하라고 명령받는다. 만일, I72 가 IS72 보다 크다면, 상기 설비는 꼬박 하루 동안 빌딩에 공급하기 위한 충분한 에너지를 저장하고 있는 것으로 간주되며 그리고 상기 저장된 전기 에너지는 전기 배전 단자를 위해서 사용될 수 있는 것으로 간주된다.
배터리가 이미 빌딩에 공급할 필요가 있는 경우에는, 단계 126에서, 인버터(54)의 분기점에서의 세기 I70 가 제 2 임계값 IB70 보다 큰지가 판별된다(상기 제 2 임계값 IB70 은 제 1 임계값 IS70 보다 크다). 만일 I70 가 IB70 보다 크다면, 상기 분기점은 상기 단자에 전력을 공급하는데 이용되고 그리고 단계 128에서 상기 수단(67)을 이용하여 스위치(64)의 닫힘이 명령된다. 만일 I70 가 IB70 보다 작다면, 배터리 모듈은 전기 배전 단자(20)를 전력을 공급하는데 이용되어야만 한다. 단계 130에서, 콘트롤 수단(66, 68)을 이용하여 스위치들(58, 62)의 닫힘이 명령된다. 배터리는 "충전" 모드에서 "방전" 모드로 전환된다. 단계 130에서는, 임의의 에너지 손실을 방지하도록 스위치(64)의 닫힘을 명령하는 것도 또한 가능하다.
상기 방법은 측정 수단들에 의해서 측정되는 값들에 따라 지속적으로 수행될 수 있으며, 상기 값들은 실시간으로 계산 모듈(73)로 전송된다.
본 발명에 따른 설비의 전기 회로의 변형예가 도4에 도시된다. 동일한 전기적 구성요소들은 동일한 도면부호로 도시된다.
도4에 도시된 바와 같이, 상기 설비는 본 명세서에서 하프-그리드들(half-grids)(10A, 10B)라 지칭되는 2개의 서브-설비들(sub-installations)을 포함하는바, 하프-그리드들은 완전히 동일하며 또한 도2에 도시된 것과 동일하다. 이들 하프-그리드들(10A, 10B)은 적어도 하나의 태양전지 패널(16), 충전기(50A, 50B), 인버터(54A, 54B)를 통해 전력공급될 구성요소들에 연결되는 제 1 분기점 그리고 제 2 분기점을 포함하며, 제 2 분기점은 배터리 모듈(56A, 56B)을 포함하고 인버터(60A, 60B)를 통해 전력공급될 구성요소들에 또한 연결된다.
하나의 서브-설비의 구성요소는 다른 하나의 서브-설비에 속하지 않는다는 점에서, 이들 2개의 서브-설비들의 전기적 구성요소들은 개별적이다.
도2에 도시된 설비에 대한 하프-그리드들(10A, 10B) 각각의 차이점은, 각각의 하프-그리드(10A, 10B)가 빌딩(12)의 전기적 그리드의 구별되는 부분들(12A, 12B)에 전력을 공급한다는 점이다.
2개의 하프-그리드들은 또한, 상호접속 수단들(58A, 62A, 64A; 58B, 62B, 64B), 측정 수단들(70A, 72A; 70B, 72B) 및 상호접속 수단들에 대한 콘트롤 수단들(66A, 67A, 68A; 66B, 67B, 68B)을 포함하며, 상기 콘트롤 수단들은 각각의 하프-그리드에서 수행된 측정들의 값들에만 의존하여 각각의 하프-그리드에 대한 상호접속 수단들을 제어한다. 따라서, 2개의 하프-그리드들은 통신할 필요가 없으며 그리고 완벽하게 서로 독립적인바, 이는 개선된 안정성을 가져온다.
하지만, 다음을 유의해야 하는바, 2개의 하프-그리드들은 2개의 배터리 모듈들(56A, 56B)을 연결하는 안전 스위치(75)를 포함하는 가로 분기점(transverse branch)에 의해서 연결된다. 이러한 스위치는 하프-그리드들 중 하나가 고장인 경우에 수동으로 활성화될 수 있다. 이 경우, 충전기들 중 하나가 고장인 경우, 2개의 배터리들은 직렬이며 그리고 이들이 "충전" 모드인 경우, 같은 하프-그리드의 태양전지 패널들에 의해서 충전될 수 있다.
만일, 배터리들 중 하나가 고장이라면, 이러한 스위치 덕분에, 이들 배터리 모듈들 중 오직 하나에 저장된 에너지를 이용하여 빌딩 전체에 전력을 공급하는 것도 가능하다(배터리 모듈이 "방전" 모드인 경우). 물론, 스위치(75)는 서로 다른 측정된 파라미터들에 기초하여 자동으로 제어될 수도 있다(수동으로 제어되는 대신에).
도5에는 본 발명에 따른 설비의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 동일한 전기적 구성요소들은 동일한 도면부호로 도시된다.
도5에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널들(16)은 충전기들(50)의 업스트림에서 다수개가 배치될 수 있다. 도5에는 3개의 충전기들(50A, 50B, 50C)이 도시되어 있으며, 충전기(50A)는 2개의 패널들에 직렬로 연결되며 다른 하나의 패널에 병렬로 연결된다. 충전기(50B)는 하나의 패널에 연결되는 반면에 충전기(50C)는 도2에서와 같이 병렬인 2개의 패널들에 연결된다. 하지만, 바람직하게는, 상기 설비는 대칭적일 수 있는바, 이는 각각의 충전기가 동일한 개수 및 배치의 패널들에 연결됨을 의미한다.
또한, 도5의 회로는 도2의 한개의 모듈 대신에 2개의 배터리 모듈들(56A, 56B)을 포함한다. 이들 배터리 모듈들은 병렬 전기 분기점들 상에 위치된다. 특히, 제 1 배터리 모듈(56A)은 충전기(50A)의 다운스트림에 배치되며 반면에 제 2 배터리 모듈(56B)은 충전기들(50B, 50C)의 다운스트림에 배치된다. 사실, 배터리 모듈들(56A, 56B)은 임의 개수의 충전기들에 병렬로 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 설비는 대칭이고 그리고 배터리 모듈들 각각은 동일한 개수의 충전기들에 연결되는 것이 바람직하다.
2개의 배터리 모듈들은 개별적인 태양전지 패널들로부터 에너지를 수신한다. 이러한 점은 협동적으로 동작(교번하여 혹은 동시에 동작)할 수 있는 2개의 전기적 하프-그리드들 생성하는 것을 가능케하며 그리고 그리드의 안정성을 향상시킬 수 있는데, 왜냐하면 하나의 배터리 모듈 또는 관련된 충전기가 더 이상 올바르게 작동하지 않는 경우에도 상기 설비는 제 2 배터리 모듈을 포함하는 병렬 그리드 덕분에 여전히 전력을 공급할 수 있기 때문이다.
도2에 대해서 전술한 바와 같이, 스위치 유형의 접속 수단들(58A, 58B) 및 인버터(60A, 60B)는 각 배터리 모듈의 다운스트림에 배치된다. 또한, 도2에서와 같이, 배터리 모듈을 포함하는 각각의 전기적 분기점은 전력이 공급될 구성요소들(여기서는, 병렬로 배치된 빌딩 12, 전기 배전 단자 20 및 용수 처리 유닛 30)에 연결된다. 상호접속 수단들(62A, 62B)은 전기 배전 단자(20) 및 용수 처리 유닛 (30)을 연결하도록 설계된 각각의 전기적 분기점들에 배치된다.
도2에 도시된 것과는 달리, 본 일례에서, 전기적 에너지는 태양전지 패널들로부터 전력이 공급될 구성요소들로 곧바로(directly) 제공되지 않는다. 이러한 구성은, 비록 이것이 유용한 경우일지라도, 필수적인(compulsory) 것은 아니다. 다른 한편으로, 상기 전기 회로는, 상기 설비로부터 액세스가 가능할 수도 있는 전력망(electrical grid)(80)에 연결된 추가적인 전기적 분기점을 포함한다. 전력망 대신에, 상기 설비를 발전기 세트에 연결하는 것도 또한 가능하다
전력망(80)은 한편으로는, 전력이 공급될 구성요소들(12, 20, 30)에 연결되며 다른 한편으로는, 2개의 다른 분기점들을 통하여 각각의 배터리 모듈들(56A, 56B)에 연결된다. 전력망을 배터리 모듈들에 연결하는 이들 분기점들 각각은 또한, 정류기(rectifier)(82A, 82B)를 포함하는데, 이러한 정류기는 전력망으로부터 오는 AC 전류를 저장수단들(56A, 56B)에 저장될 수 있는 DC 전류로 변환할 수 있는 AC/DC 컨버터가 될 수 있으며 그리고 상호접속 수단들(84A, 84B)은 각각 스위치를 포함한다. 전력망에 연결된 전술한 전기적 분기점에는 상호접속 수단(86)이 또한 배치되는데, 이는 전력이 공급될 구성요소들(12, 20, 30)을 전력망에 연결 또는 연결해제하기 위한 것이다.
도2에서와 같이, 콘트롤 수단이 이들 스위치들 각각에 관련된다. 콘트롤 수단들(66A, 66B)은 스위치들(58A, 58B)에 각각 관련되며, 콘트롤 수단들(68A, 68B)은 스위치들(62A, 62B)에 각각 관련된다. 콘트롤 수단들(88A, 88B, 90)은 스위치들(84A, 84B, 86)에 각각 관련된다.
또한, 상기 회로는 배터리 모듈들 각각의 출력에서 세기(intensity)를 측정하기 위한 측정 수단들(72A, 72B)), 빌딩으로의 전기적 분기점에서 세기를 측정하기 위한 측정 수단(74) 및 전기 배전 단자(20)와 용수 처리 유닛(30)에 관련된 전기적 분기점들 각각에서 세기를 측정하기 위한 측정 수단들(76A, 76B))을 포함한다.
이제, 도5를 참조하여 본 실시예에 따른 상기 설비의 전기 회로의 기능이 설명될 것이다. 스위치들(62A, 62B, 82A, 82B, 86)은 디폴트로 개방된다.
배터리 모듈들 각각의 출력에서 허용가능한 방전 전류들은, 전술한 바와 같은 상기 회로에서 실시간으로 측정된다.
이용가능한 에너지를 어떤 배터리 모듈이 가장 많이 갖고 있는지를 결정함으로써 방법(200)이 시작된다. 이 단계는 배터리 모듈들(56A, 56B) 각각의 출력에서 방전 전류들 I72A, I72B 의 세기를 비교함으로써 수행된다(단계 201). 이러한 동작은 측정 수단(72A, 72B)을 이용하여 수행된다. 비교 단계(201)의 결과에 따라, 각각의 단계(203, 205)에서, 대부분의 에너지를 갖고 있는 더 정확히 말하면 가장 높은 방전 세기를 갖는 배터리 모듈들(56A, 56B)의 출력에서 스위치들(58A, 58B)의 닫힘이 명령된다. 닫혀진 스위치에 관련된 배터리 모듈은 "방전" 모드에 진입하며 그리고 구성요소들에게 전력을 공급하는데 전념하는 반면에, 다른 배터리 모듈은 "충전" 모드를 유지하고 그리고 태양전지 패널(16)에 의해서 생성된 에너지를 저장한다.
단계 202에서, 측정 수단들과 통신하는 계산 모듈(92)을 이용하여, 2개의 배터리 모듈에서의 전하 레벨 및 이용가능한 에너지 E56 가 판별된다. 이러한 데이터 E56 는 단계 204에서 임계값 Es56 과 비교된다. 이후, 이러한 데이터에 따라, 서로 다른 스위치들이 제어된다. 사실, 콘트롤 수단들(66A, 66B, 68A, 68B, 88A, 88B, 90)은 계산 모듈과 통신한다. 만일, 2개의 배터리 모듈들 둘다에 충분한 에너지가 존재하는 것으로 판별된다면, 단계 206에서 스위치들(62A, 62B)이 닫혀지는 반면에 스위치들(58A, 58B)은 닫힌 상태를 유지하고 그리고 전력망과 관련된 스위치들(84A, 84B, 86)은 개방 상태를 유지하므로 전력망은 설비로부터 연결해제된다. 이러한 동작은 강제적인 것은 아니며, 설비의 기동시에 충전 및 방전하는 배터리 모듈들은 항상 같은 것이 될 수도 있으며 또는 각각의 기동시에 그들의 역할이 반대가 되도록 선택될 수도 있다.
2개의 배터리 모듈들 둘다에 저장된 에너지에 관한 파라미터가 임계값 Es56 보다 낮아진다면, 세기 측정값 I76A 및 I76B 이 수단들(76A, 76B)로부터 획득되어, 어떤 구성요소들(20, 30)이 대부분의 에너지를 소비하고 있는지가 비교 및 판별된다(단계 208).
다음으로, 상기 비교의 결과에 기초하여, 대부분의 에너지를 소비하는 분기점의 스위치들(62A, 62B)에 대한 개방이 명령된다(단계 210 또는 212). 대안적으로는, 2개의 분기점들에서 세기를 측정함이 없이, 낮은 우선순위를 갖는 것으로 간주되는 스위치(특히, 62A)의 연결해제가 자동으로 제어될 수도 있다.
배터리 모듈이 자신을 재충전하기 위한 충분한 시간을 허용하도록, 소정 시간 T 를 대기하는 것도 또한 가능하다. 상기 시간(예를 들어, 1 시간)의 만료시에, 측정 수단들 72A 및 72B에 의해서 획득된, 모든 배터리들에 저장된 에너지 E56 는 단계 214 및 216 각각에서 임계값 ES56 과 다시한번 비교된다. 만일, 2개의 배터리 모듈들 둘다에서 이용가능한 에너지가 여전히 불충분하다면, 콘트롤 수단(68A, 68B)은 여전히 닫혀있는 다른 스위치(62A, 62B)의 개방을 명령한다(단계 218, 220). 여기서, 이용가능한 에너지 E56 가 임계값 ES56 보다 큰지를 다신한번 검증하기 전에, 대기 시간 T 가 주어진다. 만일, 이용가능한 에너지 E56 가 임계값 ES56 보다 크지 않다면, 스위치들(62A, 62B)은 개방 상태를 유지한다. 그렇지 않다면, 2개의 스위치들은 닫혀진다.
다음과 같은 경우도 또한 고려될 수 있는바, 만일 파라미터 E56 가 제 2 임계값 EC56 (크리티컬 값이라고 지칭되며, 임계값 ES56 보다 작음) 보다 작다면(옵션인 단계 207), 설비에 전력망을 연결하라는 것이 명령되며, 스위치들(62A, 62B) 뿐만 아니라 스위치들(84A, 84B, 86)이 닫혀진다. 또한, 배터리 모듈들의 최적 충전을 보장하기 위해서, 옵션 단계들의 그룹 209에서 스위치들(58A, 58B)이 개방된다. 대기 시간 T 이후에, 이용가능한 에너지 E56 가 크리티컬 값과 다시한번 비교된다. 만일, 이용가능한 에너지가 크리티컬 값 위로 올라간다면, 상기 방법은 재-초기화된다. 그렇지 않다면, 상기 회로는 또 다른 시간 T 동안 그 상태를 유지한다.
물론, 본 발명에 따른 설비 및 관련 동작 절차에 대한 오직 2개의 실시예들만이 서술되었다. 다른 많은 실시예들이 존재할 수 있다. 본 설비는 예를 들어, 단일 배터리 모듈 및 전력망으로의 연결이라는 조합을 포함할 수도 있다. 또한, 본 설비는 단일 그리드를 형성하는 복수의 배터리 모듈들 또는 전력망에 연결되는 여러 개의 독립적인 그리드들을 포함할 수도 있다.
물론, 본 설비의 전기 회로는 앞서 서술된 것만으로 한정되는 것이 아니다. 충전기들, 패너들 혹은 배터리 모듈들의 개수는 앞서 서술된 것만으로 한정되는 것이 아니다. 이와 유사하게, 전력이 공급될 구성요소들의 개수 및 유형은 앞서 서술된 것만으로 한정되는 것이 아니다. 또한, 전기적 연결들도 앞서 서술된 것과 다를 수도 있다. 예를 들어, 전기 회로가 병렬인 2개의 배터리 모듈들을 포함하는 경우, 각각의 배터리 모듈은 특히, 전력이 공급될 하나의 구성요소에 연결될 수도 있다. 또한, 2개의 배터리 모듈들은, 이들 배터리들을 교번적으로 동작시키는 것이 바람직한 경우라 하여도, 같은 인버터에 연결될 수도 있다.
상기 방법은 앞서 서술된 것만으로 한정되는 것이 아니다. 상기 단계들은 다른 순서대로 실행될 수도 있으며, 임계값들 역시 다를 수 있고, 뿐만 아니라 측정된 파라미터들도 다를 수 있다. 다른 값들 및 다른 조건들도 또한 처리될 수 있다.
전기 배전 단자의 동작이 이제 설명될 것이다.
표현된 바와 같이, 전기 배전 단자는 외부 디바이스들에 연결하기 위한 서로 다른 연결 수단들(22)을 포함한다. 휴식시(at rest)에, 스위치(62A) 또는 스위치들(62, 64)은 개방되는데, 이는 상기 단자가 회로로부터 연결해제됨을 의미한다.
사용자가 상기 단자에 연결하기를 희망하는경우, 상기 단자는 식별 수단(마그네틱, RFID, 혹은 바코드 카드)을 제출함에 의한 사용자의 신원 확인을 요구한다(식별 코드를 입력을 요구할 수도 있다). 사용자가 올바르게 식별된다면, 상기 단자는 외부 디바이스를 연결할 수 있도록 사용자를 승인한다. 만일, 그렇지 않다면, 상기 단자는 사용자에게 요금 지불을 요구할 것인바, 특히, 지불 모듈에 카드를 삽입할 것을 요구할 것이다. 카드가 제출되면, 전기를 끌어다 쓸 수 있는 인가가 사용자에게 부여된다. 카드가 제출되지 않거나 혹은 유효하지 않다면, 상기 절차는 여기서 종료한다.
승인이 얻어지면, 상기 단자는 상기 설비의 계산 모듈(92)과 통신하여, 수단들(72, 72A, 72B)을 이용하여 측정된 배터리들의 에너지에 관한 파라미터들을 확인한다. 파라미터가 임계값 보다 낮다면, 사용자가 올바르게 식별되었지만 지금은 전기를 끌어다 쓸 수 없다라는 내용이 사용자에게 통보된다. 하지만, 파라미터가 임계값 보다 큰 경우에는, 사용자가 그/그녀의 디바이스에 관련된 파워 플러그(power plug)를 삽입할 수 있도록 그리고 바람직하게는 그/그녀의 디바이스를 하우징 내에 수납할 수 있도록, 상기 단자는 연결 수단들 중 하나의 덮개(24)의 잠금 수단(latching means)을 제어한다.
외부 디바이스의 플러그가 상기 연결 수단들에 연결됨을 상기 단자가 검출하는 경우, 모든 조건들이 최종적으로 충족되며 그리고 이것은 스위치들(62, 62A)이 닫혀지도록 콘트롤 수단들(68, 68A)에 명령하며 그리고 상기 단자를 설비에 연결한다.
다음으로, 덮개의 자성 잠금 수단이 닫혀지는바, 이는 하우징 내부에 위치된 상기 디바이스와 연결 수단들이 제 3 자에 의해서 액세스되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그의 디바이스를 찾아오기 위하여, 사용자는 자신의 신원을 다시한번 밝히거나 또는 은행 카드를 제출하거나 할 수 있고, 상기 단자는 자성 잠금 수단을 비활성화함에 의해서 상기 덮개가 열려지게 할 것이다. 지불된 만큼의 에너지가 소비되었음을 계량기가 나타내면, 전류의 전송이 중단될 수 있다.
명확하게도, 상기 단자는 앞서 서술된 것만으로 한정되지 않는다. 상기 단자는 제시된 안전 장치들, 식별 및 지불 수단들 중 그 어떤 것도 갖지 않을 수도 있으며 또는 그 일부만을 가질 수도 있다.
또한, 다음을 유의해야 하는바, 물 분배 단자(38)로의 액세스 역시도, 전기 배전 단자에 대한 액세스와 유사하게 관리될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 대한 설명은 단지 일례로서 제공된 것이며 청구항들의 범위에 속하는 임의의 변형예들을 배제하고자 의도된 것이 아니다.
Claims (22)
- 전력이 공급될 구성요소들(12, 20, 30)을 포함하는, 전기적으로 자율(electrically autonomous)일 수 있는 설비(installation)(10)로서,
- 적어도 벽과 지붕(14)에 의해서 구획된 적어도 하나의 방을 포함하는 빌딩(12); 및
- 상기 빌딩의 외부에 위치하며 그리고 적어도 하나의 외부 전기 디바이스의 연결을 위한 연결 수단(22)을 포함하는 전기 배전 단자(electrical distribution terminal)(20)를 포함하고,
상기 설비는 구성요소들에게 전력을 공급하는 수단을 포함하며, 상기 전력을 공급하는 수단은,
- 천연 자원으로부터 에너지를 생성하는 수단(16);
- 에너지 저장 수단(56; 56A, 56B);
- 전력이 공급될 구성요소들과 상기 에너지 저장 수단 및/또는 에너지 생성 수단을 상호접속하는 수단(58, 62, 64; 58A, 58B, 62A, 62B)을 포함하고,
상기 설비는 또한,
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터(I72; I72A, I72B)를 측정하는 수단(72; 72A, 72B), 및
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에 저장된 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩 이외의 구성요소들(20, 30) 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 의존하여, 상기 상호접속 수단을 콘트롤하는 수단(66, 68, 67; 66A, 66B, 68A, 68B)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
상기 에너지 저장 수단은 병렬인 복수의 에너지 저장 어셈블리들(energy storage assemblies)(56A, 56B)을 포함하고, 상기 측정 수단(72A, 72B)은 각각의 에너지 저장 어셈블리에 저장된 에너지에 관한 파라미터를 측정할 수 있으며, 상기 설비는 특히, 복수의 혹은 전체 어셈블리들에 저장된 에너지를 판별하는 수단(92)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 서브-설비들(sub-installations)(10A; 10B)을 포함하며, 각각의 서브-설비는 에너지 저장 수단의 개별 서브-그룹을 포함하고, 그리고 적절한 때에, 상기 에너지 저장 수단(56A; 56B)과 각각의 서브-설비는 적어도 하나의 다른 설비에 의해서 전력이 공급되지 않는 적어도 하나의 구성요소 혹은 구성요소의 일부분(12A; 12B)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
적어도 2개의 서브-설비들(10A; 10B) 각각은 상기 빌딩의 서로 구별되는 부분(12A; 12B)에 전기적으로 연결되며, 상기 서브-설비들 중 적어도 하나는 또한, 상기 빌딩 이외의 전력이 공급될 적어도 하나의 다른 구성요소(20)에 연결되며,
상기 서브-설비는,
- 전력이 공급될 구성요소들(12A, 12B, 20)과 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단 및/또는 생성 수단을 상호접속하는 수단(58A, 58B, 62A, 62B);
- 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단에 저장된 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 수단(72A, 72B), 및
- 상기 서브-설비의 에너지 저장 수단에 저장된 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩을 제외한 상기 서브-설비에 연결된 구성요소들(20, 30) 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 의존하여, 상기 상호접속 수단을 콘트롤하는 수단(66A, 66B, 68A, 68B)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
적어도 하나의 안전 상호접속 수단(75)은, 활성화되는 때에, 제 1 서브-설비의 에너지 생성 수단으로부터 오는 에너지를 제 2 서브-설비에 속하는 구성요소 혹은 구성요소의 일부에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
빌딩(12) 이외의 전력이 공급될 복수의 구성요소들(20, 30), 전력이 공급될 구성요소들 각각에 의해서 요구되는 전력에 관한 적어도 하나의 파라미터(I76A , I76B)를 측정하는 수단(76A, 76B) 및 상기 측정 수단에 의해서 획득된 값들에 의존하여 상기 빌딩 이외의 구성요소들 중 전력 공급이 금지될 구성요소를 판별하는 수단(92)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 생성 수단은 태양광을 전기 에너지로 변환할 수 있는 적어도 하나의 태양전지 패널들(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
상기 태양전지 패널들(16)의 표면적 및 특히 상기 지붕의 표면적은 100 ㎡ 보다 크며 그리고 24 시간 동안 중단없이 상기 빌딩(12)에 전기를 공급할 수 있도록, 상기 태양전지 패널들은 하루 일사량으로 60kWh 이상을 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
DC 컨버터(52)를 포함하는 적어도 하나의 충전기(50; 50A, 50B, 50C)는 에너지 생성 수단(16)의 다운스트림(downstream)에 배치되며 그리고 특히, 에너지 생성 수단(16)과 에너지 저장 수단(56; 56A, 56B) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
에너지 생성 수단(16)과 전력이 공급될 구성요소들(12, 20, 30) 사이에 DC/AC 컨버터(54, 60; 54A, 54B, 60A, 60B)가 배치되며, 특히 에너지 저장 수단(56; 56A, 56B)의 출력에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 생성 수단(16)은 에너지 저장 수단(56; 56A, 56B)에 연결되고 그리고 전력이 공급될 구성요소들(12, 20; 12A, 12B, 20) 중 적어도 하나에 직접 연결되며, 특히 빌딩에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구성요소들 중 적어도 하나 및/또는 에너지 저장 수단의 적어도 일부에 전력을 공급하도록 설계된, 발전기 세트 혹은 전력망(80)과 같은, 응급 전력 공급 수단에 또한 연결되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
전기 배전 단자(20)는,
상기 단자의 연결 수단(22)에 전기 디바이스가 존재하는지를 검출하는 연결 검출 수단 및,
상기 단자와 상기 에너지 저장 수단 사이에 배치된 상호접속 수단(58, 62, 64; 58A, 58B, 62A)에 대한 콘트롤 수단(66, 67, 68; 66A, 66B, 68A)
을 포함하며, 상기 콘트롤 수단은 상기 검출 수단에 의존하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단자는 식별 모듈(28A) 및/또는 지불 모듈(28B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
상기 콘트롤 수단(67, 68; 68A)은 상기 식별 및/또는 지불 모듈들에 의존하여, 상기 단자와 상기 에너지 저장 수단 사이에 배치된 상호접속 수단(62, 64; 62A)을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단자는,
상기 연결 수단에 대한 액세스가 차단되게 하는 닫힌 포지션과 상기 연결 수단에 대한 프리 액세스(free access)를 허용하는 열린 포지션 사이에서 전환가능한 액세스 수단(24) 및
상기 식별 모듈 및/또는 지불 모듈에 의존하는, 상기 액세스 수단에 대한 콘트롤 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상호접속 수단(62, 64; 62A)에 대한 콘트롤 수단(67, 68; 68A), 또는
상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에서 이용가능한 에너지에 관한 파라미터에 의존하는, 상기 단자의 적어도 하나의 연결 수단(22)에 대한 액세스 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
전력이 공급될 상기 설비의 다른 구성요소는, 용수 정화 장치 및/또는 바다물 담수화 장치와 같은, 용수 처리 유닛(water treatment unit)(30)인 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
상기 용수 처리 유닛(30)은,
상기 빌딩에 연결되고 상기 빌딩에 용수를 공급하도록 설계되거나 및/또는 상기 빌딩의 외부에 위치된 유체 분배 단자(liquid distribution terminal)(38)에 연결되는 유체 출력 채널(34, 36)을 포함하고 그리고 수도꼭지(39)와 같은 유체 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 선행하는 청구항에 있어서,
상기 유체 분배 단자는,
식별 모듈 및/또는 지불 모듈 그리고 가능하면 상기 유체 공급 수단에 대한 액세스가 차단되게 하는 닫힌 포지션과 상기 유체 공급 수단에 대한 프리 액세스를 허용하는 열린 포지션 사이에서 전환가능한 액세스 수단을 포함하고,
상기 식별 모듈 및/또는 지불 모듈의 동작에 의존하는, 상기 액세스 수단에 대한 콘트롤 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 제19항 또는 제20항에 있어서,
적어도 하나의 밸브와 같은, 적어도 하나의 유체 출력 채널(34)에 대한 개폐 수단을 포함하고, 그리고
적어도 하나의 파라미터에 의존하는, 상기 개폐 수단에 대한 콘트롤 수단을 포함하고, 상기 파라미터의 값이 소정 범위의 임계값들을 벗어날 때 오직 빌딩에만 물이 공급되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율인 설비. - 전력이 공급될 구성요소들(12, 20, 30)을 포함하는 전기적으로 자율일 수 있는 설비(10)의 관리 방법(100; 200)으로서, 상기 설비는,
- 적어도 벽과 지붕에 의해서 구획된 적어도 하나의 방을 포함하는 빌딩(12); 및
- 상기 빌딩의 외부에 위치하며 그리고 적어도 하나의 외부 전기 디바이스의 연결을 위한 연결 수단을 포함하는 전기 배전 단자(20)를 포함하고,
상기 설비는 구성요소들에게 전력을 공급하는 수단을 포함하며, 상기 전력을 공급하는 수단은,
- 천연 자원으로부터 에너지를 생성하는 수단(16);
- 에너지 저장 수단(56; 56A, 56B);
- 전력이 공급될 구성요소들과 상기 에너지 저장 수단 및/또는 에너지 생성 수단을 상호접속하는 수단(58, 62, 64; 58A, 58B, 62A, 62B)을 포함하고,
상기 관리 방법은,
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에서 이용가능한 에너지에 관한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 단계, 및
- 상기 에너지 저장 수단의 적어도 일부분에서 이용가능한 에너지가 임계값 보다 작다면, 상기 빌딩 이외의 구성요소들 중 적어도 하나에 대한 전력 공급이 금지되도록, 상기 측정된 값들에 의존하여 상기 상호접속 수단(58, 62, 64; 58A, 58B, 62A, 62B)에게 명령하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 자율일 수 있는 설비(10)의 관리 방법.
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