KR20160087034A - 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지 - Google Patents

태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 복수개의 단위셀이 스택 구조로 배열된 전지셀; 전지셀의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀을 보호하는 제1 및 제2엔드플레이트; 제1 및 제2엔드플레이트에 위치된 상태에서 전지셀의 복수개의 단위셀 중 제1번째 단위셀부터 제n번째 단위셀까지 단위셀 전체의 양극셀과 음극셀 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 모든 단위셀들 전체의 전하를 집전하고 변환장치로 하여금 DC/AC 변환되도록 하여 로드로 공급되도록 하는 양전극판 및 음전극판; 전지셀을 제1번째 단위셀부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀까지의 구간과 제d+1번째 단위셀부터 제n번째 단위셀까지의 구간으로 분리하는 공분기; 공분기에 위치된 상태에서 제1번째 단위셀 내지 제d번째 단위셀까지 단위셀 일부의 음극셀들에 전기적으로 접속 구성되어 상기 양전극판과 함께 제1 내지 제d번째 단위셀까지 태양광모듈에 의해 집전된 후 메인제어장치에 의해 일정한 레벨로 입력되는 출력전압이 공급되도록 하여 전해질이 유동되면서 충전되도록 하는 공분기음전극판; 산화상태가 각각 다른 전해액이 저장되어 있는 양극전해질탱크와 음극전해질탱크; 및 양극전해질탱크와 전지셀 및 음극전해질탱크와 전지셀 사이에 각각 구성되어 전해질이 충전 및 방전 상태를 가지도록 전지셀과 전해질탱크에 각각 순환되도록 하는 제1 및 제2순환펌프를 포함하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지가 제공된다.

Description

태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지{Vanadium redox flow battery for photovoltaic power generating system}
본 발명은 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지셀의 단위셀 개수가 공분수단에 의해 가변되는 것을 통해 충전시 최대 충전전압과 방전시 방전 종지전압이 각각 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압과 방전 종지전압 및 정격전압에 호환되도록 하여 종래의 태양광 발전 시스템에 바나듐레독스흐름전지가 적용되도록 할 수 있는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지에 관한 것이다.
현재 석유나 석탄 등과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양 에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 태양 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양광을 이용하여 태양전지로부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 주로 개발되고 있으며, 상용전원이 없는 고립지역 즉, 계통전원공급이 어려운 지역에 전력을 공급하기 위하여 사용된다.
종래의 태양광 발전 시스템은, 등록특허 10-1404617호 및 공개특허 10-2014-94337호 등에 안출된 바와 같이, 태양으로부터 전기를 생산하는 태양광모듈과, 상기 태양광모듈에서 생산된 전기를 저장하여 로드에 공급하는 배터리와, 상기 태양광모듈과 배터리 사이에 구비되어 배터리로 전기를 저장하는 충전과 배터리로부터 로드로 전기를 공급하는 방전을 제어하는 독립형 방식의 메인제어장치와, 상기 배터리와 로드 사이에 구비되어 배터리로부터 로드로 방전되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 변환장치 등을 포함하고 있다.
여기서, 상기 배터리의 경우 일반적으로 납축전지 또는 리튬이온전지가 사용되고 있으며 이때, 상기 납축전지나 리튬이온전지의 경우 정격전압이 48V, 최대 충전전압이 56V 및 방전시 종지전압이 42V의 제품사양을 가지기 때문에, 상기 납축전지나 리튬이온전지에 충전시 정격전압이 제공되도록 하는 메인제어장치의 경우 출력전압이 48V에 대응되는 특성을 가지도록 설계 제조되고 또한, 상기 납축전지나 리튬이온전지의 방전시 종지전압이 제공되는 변환장치의 경우 입력전압이 42V에 대응되는 특성을 가지도록 설계 제조되고 있다.
그러나 종래의 태양광 발전 시스템에 있어서 상기 배터리가 납축전지인 경우에는 낮은 효율과 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물 처리 문제 등과 같은 문제점이 존재하고, 또한 리튬이온전지의 경우에도 대용량화에 따른 시스템 구축에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
이에, 상기 배터리를 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에, 유지보수 비용이 적고 상온에서 동작 가능하며 용량과 출력이 독립적으로 설계될 수 있는 바나듐레독스흐름전지로 대체하는 것이 바람직하다.
그러나 일반적인 바나듐레독스흐름전지의 경우, 대부분 40개의 단위셀이 적층되어 스택 구조의 전지셀로 제조되고 이때, 정격전압이 50V이고 각 단위셀의 경우 최대 충전전압이 1.6V이며 방전 종지전압이 1.0V의 특성을 가짐에 따라, 각 단위셀들의 최대 충전전압이 64V이고 방전 종지전압이 40V의 제품 사양을 가지면서 설계 제조되고 있다.
이에, 종래의 태양광 발전 시스템에 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 바나듐레독스흐름전지가 적용되기 위해서는 다음과 같은 전제 조건이 충족되어야 한다.
먼저, 종래와 같이, 상기 배터리가 납축전지 또는 리튬이온전지인 경우 메인제어장치의 제어에 따라 납축전지 또는 리튬이온전지에 적용되는 최대 충전전압은 54V 내지 59V 범위를 가지게 되지만, 상기 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 바나듐레독스흐름전지가 적용되는 경우 메인제어장치의 제어 알고리즘을 변경하지 않으면 바나듐레독스흐름전지에 적용되는 최대 충전전압은 64V가 되기 때문에 충전시간과 충전상태 등이 효율적이지 못하게 되는 문제점이 있다.
이에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 메인제어장치의 제어 알고리즘을 변경하여 바나듐레독스흐름전지에 적용되는 최대 충전전압이 54V 내지 59V 범위에서 64V로 변경되도록 해야 하는데, 이를 위해서는 제어모듈의 교체 작업이 발생하게 되어 많은 비용과 시간이 소모되는 문제점이 있다.
또한, 종래와 같이, 상기 배터리가 납축전지 또는 리튬이온전지인 경우 배터리로부터 출력되는 방전 종지전압이 42V의 값을 가짐에 따라 상기 배터리로부터 방전되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환시키는 변환장치의 경우 입력전압이 최소 42V로 설계 제조되지만, 상기 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 바나듐레독스흐름전지가 적용되는 경우 바나듐레독스흐름전지로부터 방전되는 종지전압이 40V의 값을 가지게 되어 변환 효율이 저하되고 이로 인하여 로드에 제공되는 전압이 소정의 레벨을 가지지 못하게 되는 문제점이 있다.
이에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 변환장치의 입력전압이 최소 40V의 값을 가지도록 해야 하는데, 이를 위해서는 변환장치를 별도로 설계 제조해야만 하고 교체 작업이 발생하게 되어 많은 비용과 시간이 소모되는 문제점이 있다.
따라서 최근에는, 상기와 같이 메인제어장치와 변환장치의 교체나 교환 없이 바나듐레독스흐름전지의 전지셀의 개수가 가변되도록 하여 충전과 방전시 바나듐레독스흐름전지의 최대 충전전압과 방전 종지전압 및 정격전압이 각각 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압과 방전 종지전압에 대응되도록 하는 방안이 대두되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전지셀의 단위셀 개수가 공분수단에 의해 가변되는 것을 통해 충전시 최대 충전전압과 방전시 방전 종지전압 및 정격전압이 각각 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압과 방전 종지전압에 호환되도록 하여 종래의 태양광 발전 시스템에 바나듐레독스흐름전지가 적용되도록 할 수 있는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 복수개의 단위셀이 스택 구조로 배열된 전지셀; 전지셀의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀을 보호하는 제1 및 제2엔드플레이트; 제1 및 제2엔드플레이트에 위치된 상태에서 전지셀의 복수개의 단위셀 중 제1번째 단위셀부터 제n번째 단위셀까지 단위셀 전체의 양극셀과 음극셀 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 모든 단위셀들 전체의 전하를 집전하고 변환장치로 하여금 DC/AC 변환되도록 하여 로드로 공급되도록 하는 양전극판 및 음전극판; 전지셀을 제1번째 단위셀부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀까지의 구간과 제d+1번째 단위셀부터 제n번째 단위셀까지의 구간으로 분리하는 공분기; 공분기에 위치된 상태에서 제1번째 단위셀 내지 제d번째 단위셀까지 단위셀 일부의 음극셀들에 전기적으로 접속 구성되어 상기 양전극판과 함께 제1 내지 제d번째 단위셀까지 태양광모듈에 의해 집전된 후 메인제어장치에 의해 일정한 레벨로 입력되는 출력전압이 공급되도록 하여 전해질이 유동되면서 충전되도록 하는 공분기음전극판; 산화상태가 각각 다른 전해액이 저장되어 있는 양극전해질탱크와 음극전해질탱크; 및 양극전해질탱크와 전지셀 및 음극전해질탱크와 전지셀 사이에 각각 구성되어 전해질이 충전 및 방전 상태를 가지도록 전지셀과 전해질탱크에 각각 순환되도록 하는 제1 및 제2순환펌프를 포함하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지가 제공된다.
여기서, 단위셀은, 양극셀과 음극셀 및 멤브레인이 하나의 단위로 일체 구성된 것이 바람직하다.
또한, 단위셀의 개수는, 각 단위셀 당 방전 종지전압을 모두 합한 값이 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지로부터 방전시 출력되는 방전 종지전압에 대응되는 개수인 것이 바람직하다.
또한, 복수개의 단위셀 중 제1번째 단위셀부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀은, 각 단위셀 당 최대 충전전압을 순서대로 합하여 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 충전시 입력되는 최대 충전전압의 합에 대응되는 순서에 위치된 단위셀인 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 전지셀의 단위셀 개수가 공분수단에 의해 가변되는 것을 통해 충전시 최대 충전전압과 방전시 방전 종지전압 및 정격전압이 각각 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압과 방전 종지전압에 호환되도록 하여 종래의 태양광 발전 시스템에 바나듐레독스흐름전지가 적용되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지를 나타낸 사시도;
도 2는 도 1의 바나듐레독스흐름전지를 나타낸 평면도; 및
도 3과 도 4는 각각 도 1의 바나듐레독스흐름전지가 적용된 태양광 발전 시스템의 충전과 방전 동작을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 바나듐레독스흐름전지를 나타낸 평면도이며, 도 3과 도 4는 각각 도 1의 바나듐레독스흐름전지가 적용된 태양광 발전 시스템의 충전과 방전 동작을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지(100)는, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 복수개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열된 전지셀(110), 전지셀(110)의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀(110)을 보호하는 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B), 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B)에 위치된 상태에서 전지셀(110)의 복수개의 단위셀(S) 중 제1번째 단위셀(S1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지 단위셀(S) 전체의 양극셀과 음극셀 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 모든 단위셀(S)들 전체의 전하를 집전하고 변환장치(200)로 하여금 DC/AC 변환되도록 하여 로드(300)로 공급되도록 하는 양전극판 및 음전극판(130,140), 전지셀(110)을 제1번째 단위셀(S1)부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀(Sd)까지의 구간과 제d+1번째 단위셀(Sd+1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지의 구간으로 분리하는 공분기(150), 공분기(150)에 위치된 상태에서 제1번째 단위셀(S1) 내지 제d번째 단위셀(Sd)까지 단위셀(S) 일부의 음극셀들에 전기적으로 접속 구성되어 상기 양전극판(130)과 함께 제1 내지 제d번째 단위셀(S1 내지 Sd)까지 태양광모듈(400)에 의해 집전된 후 메인제어장치(500)에 의해 일정한 레벨로 입력되는 출력전압이 공급되도록 하여 전해질이 유동되면서 충전되도록 하는 공분기음전극판(160), 산화상태가 각각 다른 전해액이 저장되어 있는 양극전해질탱크(170A)와 음극전해질탱크(170B) 및 양극전해질탱크(170A)와 전지셀(110) 및 음극전해질탱크(170B)와 전지셀(110) 사이에 각각 구성되어 전해질이 충전 및 방전 상태를 가지도록 전지셀(110)과 전해질탱크(170A,170B)에 각각 순환되도록 하는 제1 및 제2순환펌프(180A,180B) 등을 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양광을 집광하여 소정의 전기 에너지를 생산하는 태양광모듈(400), 태양광모듈(400)로부터 생산된 전기 에너지가 바나듐레독스흐름전지(100)에 과충전되거나 바나듐레독스흐름전지(100)가 과방전되는 것을 방지하고 바나듐레독스흐름전지(100)에 일정한 정격전압이 입력되도록 하거나 종지전압이 출력되도록 하는 PV 컨트롤러 등과 같은 메인제어장치(500) 및 바나듐레독스흐름전지(100)의 방전 동작시 바나듐레독스흐름전지(100)로부터 출력되는 일정한 종지전압을 가지는 DC 전압이 AC 전압으로 변환되도록 하여 로드(300)에 공급되도록 하는 인버터 등과 같은 변환장치(200) 등을 포함하는 독립형 태양광 발전 시스템인 것이 바람직하다.
이에, 본 발명에 의하면, 공분기(150)에 의해 바나듐레독스흐름전지(100)가 충전시에는 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1) 내지 제d번째 단위셀(Sd)까지만 메인제어장치(500)로부터 공급되는 태양광모듈(400)로부터 생성된 출력전압이 공급되도록 하여 바나듐레독스흐름전지(100)의 최대 충전전압에 대한 전기적 특성이 메인제어장치(500)의 최대 충전전압에 호환되도록 할 수 있고, 이를 통하여, 별도로 메인제어장치(500)의 교체나 제어 알고리즘의 변경 없이도 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공분기(150)를 사용하지 않고 바나듐레독스흐름전지(100)가 방전시에는 전지셀(100)의 제1번째 단위셀(S1) 내지 제n번째 단위셀(Sn) 전체로부터 방출되는 전하가 집전된 후 변환장치(200)의 입력전압으로 공급 및 변환된 후 로드(300)로 공급되도록 하여 바나듐레독스흐름전지(100)의 방전 종지전압에 대한 전기적 특성이 변환장치(200)의 입력전압에 호환되도록 할 수 있고, 이를 통하여, 별도로 변환장치(200)의 재설계를 통한 제조나 교체 작업 없이도 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 용이하게 적용될 수 있다.
상기 전지셀(110)은, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 복수개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열된 배터리 본체로, 상기 단위셀(S)은 양극셀과 음극셀 및 멤브레인이 하나의 단위로 일체 구성된다.
여기서, 상기 복수개의 단위셀(S)에 대한 구성과 단위셀(S)들의 적층에 의해 전지셀(110)이 조립되고 그 내부에 전해질이 전해질탱크로부터 순환펌프에 의해 순환되면서 충전되거나 방전되도록 하는 구조와 구성은, 본원의 출원인에 의해 등록된 바 있는 등록특허 10-1176566호와 등록실용 20-0463821호 등에 안출된 바 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 상기 양극전해질탱크(170A)와 음극전해질탱크(170B)에 저장된 산화상태가 서로 다른 전해액이 각각 제1 및 제2순환펌프(180A,180B)에 의해 전해질탱크로부터 전지셀(110)로 순환되면서 양극셀과 음극셀과의 산화반응 또는 환원반응을 통해 충전 또는 방전되도록 하는 것은, 공개특허 10-2013-55855호 등에 안출된 바와 같이 공지의 기술이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른, 전지셀(110)은, 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 양극셀과 음극셀 및 멤브레인이 하나의 단위로 조립되는 42개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열되는 것이 바람직하며, 이때, 정격전압은 48V이고 단위셀(S) 당 최대 충전전압은 1.6V이며 단위셀(S) 당 방전 종지전압은 1.0V의 전기적 특성을 가지면서 제조되는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B)는, 전지셀(110)의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀(110)을 보호하는 보호판넬로, 공지의 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 양전극판 및 음전극판(130,140)은, 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B)에 위치된 상태에서 전지셀(110)의 복수개의 단위셀(S) 중 제1번째 단위셀(S1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지 단위셀(S) 전체의 양극셀과 음극셀 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 모든 단위셀(S)들 전체의 전하를 집전하고 변환장치(200)로 하여금 DC/AC 변환되도록 하여 로드(300)로 공급되도록 하는 집전수단이다.
여기서, 상기 복수개의 단위셀(S)의 개수 즉, 제n번째 단위셀(Sn)은, 각 단위셀(S) 당 방전 종지전압을 모두 합하여 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지로부터 방전시 출력되는 방전 종지전압의 합에 대응되는 개수를 가지는 것이 바람직하다.
이에, 상기 전지셀(110)이 42개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열되고 정격전압은 48V이며 단위셀(S) 당 최대 충전전압이 1.6V이고 단위셀(S) 당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가지는 경우, 상기 양전극판 및 음전극판(130,140)이 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1)과 제42번째 단위셀(Sn)의 외측에 구성된 상태에서 전해질의 유동에 따라 방전되는 각 단위셀(S)의 양극셀과 음극셀 전체의 전하를 집전한 상태에서 인버터 등과 같은 변환장치(200)에 제공하여 DC/AC 변환된 후 로드(300)로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 단위셀(S)의 경우 개당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가짐에 따라 총 42개의 단위셀(S)로부터 방전되는 출력전압은 총 42V가 되고 이는 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지로부터 방전되는 출력전압인 42V에 호환되므로, 42V의 입력전압에 대한 전기적 특성을 가지는 기존의 변환장치(200)를 재설계를 통한 제조나 교체하지 않은 상태에서 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
상기 공분기(150)와 공분기음전극판(160)은, 전지셀(110)을 제1번째 단위셀(S1)부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀(Sd)까지의 구간과 제d+1번째 단위셀(Sd+1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지의 구간으로 분리한 후, 제1번째 단위셀(S1) 내지 제d번째 단위셀(Sd)까지 단위셀(S) 일부의 음극셀들에 전기적으로 접속 구성되도록 하는 공분수단으로, 전지셀(110) 중 일정 개수의 단위셀(S)에 구성된 음극셀들이 상호간 전기적으로 연결되도록 하여 일정 개수의 단위셀(S)에만 태양광모듈(400)에 의해 집전된 후 메인제어장치(500)에 의해 일정한 레벨로 입력되는 출력전압이 공급되도록 하고 전해질이 유동되면서 충전되도록 하며, 상기 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B)와 마찬가지로, 전지셀(110)의 해당 구간에 구성될 수 있으므로, 설치와 구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 복수개의 단위셀(S) 중 제1번째 단위셀(S1)부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀(Sd)과 제d+1번째 단위셀(Sd+1)은, 각각 각 단위셀(S) 당 최대 충전전압을 순서대로 합하여 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 충전시 입력되는 최대 충전전압의 합에 대응되는 순서에 위치된 단위셀과 그 다음번에 위치된 단위셀인 것이 바람직하다.
이에, 상기 전지셀(110)이 42개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열되고 정격전압은 48V이며 단위셀(S) 당 최대 충전전압이 1.6V이고 단위셀(S) 당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가지는 경우, 상기 양전극판(130)이 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1)의 외측에 구성되고 공분기음전극판(160)이 제35번째 단위셀(S35)의 외측에 구성된 상태에서 상기 제1번째 단위셀(S1)부터 제35번째 단위셀(S35)까지만 메인제어장치(500)로부터 정격전압이 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 단위셀(S)의 경우 개당 최대 충전전압이 1.6V의 전기적 특성을 가짐에 따라 총 35개의 단위셀(S)에 의해 충전되는 충전전압은 총 56V가 되고 이는 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압인 56V에 호환되므로, 56V의 최대 충전전압에 대한 전기적 특성을 가지는 기존의 메인제어장치(500)의 교체나 제어 알고리즘의 변경 없이도 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지의 작용에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지(100)를 이용한 충전은 다음과 같은 방식에 의해 이루어진다.
먼저, 태양광모듈(400), 메인제어장치(500) 및 변환장치(200) 등을 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 메인제어장치(500)와 변환장치(200) 사이에 바나듐레독스흐름전지(100)가 연결 구성된다.
여기서, 상기 바나듐레독스흐름전지(100)는, 공분기(150)에 의해 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1) 내지 제d번째 단위셀(Sd)까지만 메인제어장치(500)로부터 공급되는 태양광모듈(400)로부터 생성된 출력전압이 공급되어 바나듐레독스흐름전지(100)의 최대 충전전압에 대한 전기적 특성이 메인제어장치(500)의 최대 충전전압에 호환되는 상태를 가지게 된다.
보다 상세하게는, 상기 전지셀(110)이 42개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열되고 정격전압은 48V이며 단위셀(S) 당 최대 충전전압이 1.6V이고 단위셀(S) 당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가지도록 제조된 상태에서, 양전극판(130)이 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1)의 외측에 구성되고 공분기음전극판(160)이 제35번째 단위셀(S35)의 외측에 구성되도록 한 후, 상기 제1번째 단위셀(S1)부터 제35번째 단위셀(S35)까지만 메인제어장치(500)로부터 정격전압 공급되도록 하여, 순환펌프에 의해 전해질탱크로부터 전지셀(110)을 순환하는 전해질이 소정의 충전전압을 가지면서 충전된다.
이때, 상기 단위셀(S)의 경우 개당 최대 충전전압이 1.6V의 전기적 특성을 가지게 되므로 총 35개의 단위셀(S)에 의해 충전되는 충전전압은 총 56V가 되고 이는 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압인 56V에 호환되므로, 56V의 최대 충전전압에 대한 전기적 특성을 가지는 기존의 메인제어장치(500)의 교체나 제어 알고리즘의 변경 없이도 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지(100)를 이용한 방전은 다음과 같은 방식에 의해 이루어진다.
먼저, 태양광모듈(400), 메인제어장치(500) 및 변환장치(200) 등을 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 메인제어장치(500)와 변환장치(200) 사이에 바나듐레독스흐름전지(100)가 연결 구성된다.
여기서, 상기 바나듐레독스흐름전지(100)는, 양전극판 및 음전극판(130,140)이 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1)과 제42번째 단위셀(Sn)의 외측에 구성된 상태에서 전해질의 유동에 따라 방전되는 각 단위셀(S)의 양극셀과 음극셀 전체의 전하를 집전한 상태에서 인버터 등과 같은 변환장치(200)에 제공하여 DC/AC 변환된 후 로드(300)로 공급되도록 한다.
보다 상세하게는, 상기 전지셀(110)이 42개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열되고 정격전압은 48V이며 단위셀(S) 당 최대 충전전압이 1.6V이고 단위셀(S) 당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가지도록 제조된 상태에서, 양전극판(130)이 전지셀(110)의 제1번째 단위셀(S1)의 외측에 구성되고 음전극판(140)이 제42번째 단위셀(S42)의 외측에 구성되도록 한 후, 순환펌프에 의해 전해질탱크로부터 전지셀(110)을 순환하는 전해질에 의해 상기 제1번째 단위셀(S1)부터 제42번째 단위셀(S42)을 통해 소정의 방전전압이 집전된다.
이때, 상기 단위셀(S)의 경우 개당 방전 종지전압이 1.0V의 전기적 특성을 가짐에 따라 총 42개의 단위셀(S)로부터 방전되는 출력전압은 총 42V가 되고 이는 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지로부터 방전되는 출력전압인 42V에 호환되므로, 42V의 입력전압에 대한 전기적 특성을 가지는 기존의 변환장치(200)를 재설계를 통한 제조나 교체하지 않은 상태에서 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
따라서 상술한 바에 따른 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지(100)에 의하면, 공분기(150)와 공분기음전극판(160)에 의해 충전시 최대 충전전압이 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 최대 충전전압에 대응되도록 전지셀의 단위셀 개수가 감소됨으로써, 기존의 메인제어장치(500)의 교체나 제어 알고리즘의 변경 없이도 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
또한, 상기 공분기(150)와 공분기음전극판(160)을 사용하지 않고 방전시 방전 종지전압이 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 방전 종지전압에 대응되도록 전지셀의 단위셀 개수가 증가됨으로써, 기존의 변환장치(200)를 재설계를 통한 제조나 교체하지 않은 상태에서 바나듐레독스흐름전지(100)가 납축전지 또는 리튬이온전지 대신에 종래의 태양광 발전 시스템에 적용되도록 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 전해질의 유동에 따라 산화 및 환원 반응되는 것을 통하여 전해질의 충전 및 방전을 가능하도록 복수개의 단위셀(S)이 스택 구조로 배열된 전지셀(110);
    전지셀(110)의 양측단에 구성되어 외부로부터 전지셀(110)을 보호하는 제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B);
    제1 및 제2엔드플레이트(120A,120B)에 위치된 상태에서 전지셀(110)의 복수개의 단위셀(S) 중 제1번째 단위셀(S1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지 단위셀(S) 전체의 양극셀과 음극셀 각각에 전기적으로 접속 구성되어 전해질의 유동에 따라 방전 동작되는 모든 단위셀(S)들 전체의 전하를 집전하고 변환장치(200)로 하여금 DC/AC 변환되도록 하여 로드(300)로 공급되도록 하는 양전극판 및 음전극판(130,140);
    전지셀(110)을 제1번째 단위셀(S1)부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀(Sd)까지의 구간과 제d+1번째 단위셀(Sd+1)부터 제n번째 단위셀(Sn)까지의 구간으로 분리하는 공분기(150);
    공분기(150)에 위치된 상태에서 제1번째 단위셀(S1) 내지 제d번째 단위셀(Sd)까지 단위셀(S) 일부의 음극셀들에 전기적으로 접속 구성되어 상기 양전극판(130)과 함께 제1 내지 제d번째 단위셀(S1 내지 Sd)까지 태양광모듈(400)에 의해 집전된 후 메인제어장치(500)에 의해 일정한 레벨로 입력되는 출력전압이 공급되도록 하여 전해질이 유동되면서 충전되도록 하는 공분기음전극판(160);
    산화상태가 각각 다른 전해액이 저장되어 있는 양극전해질탱크(170A)와 음극전해질탱크(170B); 및
    양극전해질탱크(170A)와 전지셀(110) 및 음극전해질탱크(170B)와 전지셀(110) 사이에 각각 구성되어 전해질이 충전 및 방전 상태를 가지도록 전지셀(110)과 전해질탱크(170A,170B)에 각각 순환되도록 하는 제1 및 제2순환펌프(180A,180B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지.
  2. 제1항에 있어서, 단위셀(S)은,
    양극셀과 음극셀 및 멤브레인이 하나의 단위로 일체 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지.
  3. 제2항에 있어서, 단위셀(S)의 개수는,
    각 단위셀(S) 당 방전 종지전압을 모두 합한 값이 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지로부터 방전시 출력되는 방전 종지전압에 대응되는 개수인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지.
  4. 제3항에 있어서, 복수개의 단위셀(S) 중 제1번째 단위셀(S1)부터 임의 순서에 위치된 제d번째 단위셀(Sd)은,
    각 단위셀(S) 당 최대 충전전압을 순서대로 합하여 종래의 납축전지 또는 리튬이온전지의 충전시 입력되는 최대 충전전압의 합에 대응되는 순서에 위치된 단위셀인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템용 바나듐레독스흐름전지.
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