KR20180028639A - 태양광 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

태양광 발전 장치가 제공된다. 태양광 발전 장치는 입사 태양 광 에너지를 집광하는 집광부; 집광된 태양 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 출력하는 태양 전지 모듈; 태양 광 에너지의 광량을 검출하는 광량 검출부; 직류 전력을 공급받아 충전하는 축전지 모듈; 직류 전력을 검출하는 전력 검출부; 직류 전력와 축전지 모듈의 충전 전압을 비교하여 제1 비교 결과 신호를 출력하는 제1 비교기; 검출된 태양 광 에너지의 광량이 전기 에너지로 변환하기에 충분한 정도의 광량을 나타내는 기준 광량 데이터를 비교하여 제2 비교 결과 신호를 출력하는 제2 비교기; 축전지 모듈의 충전 전압을 과방전 기준 전압 데이터와 비교하여 제3 비교 결과 신호를 출력하는 제3 비교기; 축전지 모듈의 충전 전압을 과충전 기준 전압 데이터를 비교하여 제4 비교 결과 신호를 출력하는 제4 비교기; 태양 광 에너지의 광량이 기준 광량 데이터보다 작은 경우 동작하여 직류 전력을 통해 AC 모터 또는 DC 모터를 회전시켜 동력의 회전수를 감속 또는 가속하여 보조 전기 에너지를 생성하여 출력하는 보조 발전부; 태양 전지 모듈로부터 축전지 모듈로의 직류 전력의 공급 및 차단을 제어하하는 분배 제어기; 및 축전지 모듈의 충전 전원 또는 태양 광 전지 모듈로부터의 직류 전력을 400㎐ ~ 1200㎐의 주파수를 갖는 AC 전원으로 변환하여 부하에 출력하는 AC 출력 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 장치{Solar photovoltaic generator}
본 발명은 태양광 발전에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 태양광을 이용하여 발전하는 장치에 관한 것이다.
세계적으로 태양, 풍력, 조력 등 자연 환경을 이용하여 발전을 하는 연구가 많이 이루지고 있으며 상당한 많은 부분이 상용화되어 있다. 그러나 자연 환경을 이용한 발전은 지리적 영향을 많이 받고 있다. 즉 태양 에너지를 이용해서 발전을 하기 위해서는 일조량이 많아야 하며 풍력 에너지를 이용하여 발전을 하기 위해서는 바람이 많이 불어야 한다.
현재 태양 에너지를 이용한 발전 시스템이 다양하게 시도되고 있다. 태양 광 전지 모듈의 성능을 개선하기 위해 많은 연구를 시도하고 있으면, 소기의 목적도 달성되고 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 태양 광 전지의 효율은 일조량에 의해 영향을 받기 때문에 날씨와 시간에 관계없이 일정한 전력을 생성한다는 것은 매우 요원한 문제이다. 일조량이 적어, 태양 광 전지로부터 발전하게 되는 전력이 미약한 경우, 그 발전 전력이 축전지의 충전에 사용되지 못하여, 전체적으로, 태양 광 발전 시스템의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 미약한 채광에 의해 태양 광 전지로부터 미약한 전력이 발전되어도 이를 활용할 수 있는 시스템이 요구된다.
대한민국 특허 공개 제10-2006-0091450호(공개일 2006년 8월 21일)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 태양광 에너지의 광량이부족한 경우 보조 발전으로 보완할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 장치는; 입사되는 태양 광 에너지를 집광하는 집광부; 상기 집광부에 집광된 상기 태양 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 출력하는 태양 전지 모듈; 상기 태양 광 에너지의 광량을 검출하는 광량 검출부; 상기 태양전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 공급받아 충전하는 축전지 모듈; 상기 태양광 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 검출하는 전력 검출부; 상기 전력 검출부에 의해 검출된 상기 태양 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력와 상기 축전지 모듈의 충전 전압을 비교하여 제1 비교 결과 신호를 출력하는 제1 비교기; 상기 광량 검출부에 의해 검출된 상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 전기 에너지로 변환하기에 충분한 정도의 광량을 나타내는 기준 광량 데이터를 비교하여 제2 비교 결과 신호를 출력하는 제2 비교기; 상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압을 과방전 기준 전압 데이터와 비교하여 제3 비교 결과 신호를 출력하는 제3 비교기; 상기 축전지 모듈의 충전 전압을 과충전 기준 전압 데이터를 비교하여 제4 비교 결과 신호를 출력하는 제4 비교기; 상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터보다 작은 경우 동작하여 상기 직류 전력을 통해 AC 모터 또는 DC 모터를 회전시켜 동력의 회전수를 감속 또는 가속하여 보조 전기 에너지를 생성하여 출력하는 보조 발전부; 상기 제1 비교 결과 신호, 상기 제2 비교 결과 신호, 상기 제3 비교 결과 신호, 및 상기 제4 비교 결과 신호에 따라 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어하는 분배 제어기; 및 상기 배터리의 충전 전원 또는 상기 태양 광 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 400㎐ ~ 1200㎐의 주파수를 갖는 AC 전원으로 변환하여 부하에 출력시키기 위한 AC 출력 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈의 충전 전압 보다 큰 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고, 상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈의 충전 전압이하인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어할 수 있다.
상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고, 상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터 미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어할 수 있다.
상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압이 상기 과방전 기준 전압 데이터이하인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고, 상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압이 상기 과방전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어할 수 있다.
상기 축전지 모듈의 충전 전압이 상기 과충전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고, 상기 축전지 모듈의 충전 전압이 상기 과충전 기준 전압 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어할 수 있다.
상기 태양광 발전 장치는 상기 기준 광량 데이터, 상기 과방전 기준 전압 데이터, 및 상기 과충전 기준 전압 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양 광 에너지의 광량이 기준 광량 데이터이상인 경우 집광된 상기 태양 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력로 축전지에 충전하여 부하로 제공하고 상기 태양 광 에너지의 광량이 기준 광량 데이터 보다 작은 경우 보조 발전부를 동작하여 직류 전력을 통해 AC 모터 또는 DC 모터를 회전시켜 동력의 회전수를 감속 또는 가속하여 보조 전기 에너지를 생성함으로써 태양 전지 모듈로부터 충분한 전력이 발생되지 않아도, 이를 보조 발전에 의해 보완하므로써, 태양 광 전지 모듈에서 발생되는 작은 전력도 충전 및 출력에 이용할 수 있게 하며, 고주파수의 전원을 발생시켜 송전시 발생되는 손실을 최소화할 수 있게 된다.
축전지 모듈에서 부하로의 변환 효율 시험 결과로서 한국기계전기전자시험 연구원에서 입력을 축전지 모듈 단자에서 측정하고 출력을 7.32W의 용량을 갖는 부하에서 연결하여 효율을 측정한 결과 95.98%의 변환 효율로 측정되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 집광부(110), 태양 전지 모듈(120), 광량 검출부(130), 축전지 모듈(140), 전력 검출부(150), 제1 비교기(160), 메모리(170), 제2 비교기(180), 제3 비교기(190), 제4 비교기(200), 보조 발전부(210), 분배 제어기(220), AC 출력 드라이버(230)를 포함한다.
집광부(110)는 입사되는 태양 광 에너지를 집광한다. 태양 전지 모듈(120)은 상기 집광부(110)에 집광된 상기 태양 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 출력한다. 광량 검출부(130)는 상기 태양 광 에너지의 광량을 검출한다.
축전지 모듈(140)은 상기 태양전지 모듈(120)로부터의 상기 직류 전력을 공급받아 충전한다. 전력 검출부(150)는 상기 태양광 전지 모듈(120)로부터의 상기 직류 전력을 검출한다. 제1 비교기(160)는 상기 전력 검출부(150)에 의해 검출된 상기 태양 전지 모듈(120)로부터의 상기 직류 전력와 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압을 비교하여 제1 비교 결과 신호를 출력한다.
메모리(170)는 상기 전기 에너지로 변환하기에 충분한 정도의 광량을 나타내는 기준 광량 데이터, 과방전 기준 전압 데이터, 및 과충전 기준 전압 데이터를 저장한다. 제2 비교기(180)는 상기 광량 검출부(130)에 의해 검출된 상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 기준 광량 데이터를 비교하여 제2 비교 결과 신호를 출력한다.
제3 비교기(190)는 상기 축전지 모듈(140)의 상기 충전 전압을 상기 메모리에 저장된 상기 과방전 기준 전압 데이터와 비교하여 제3 비교 결과 신호를 출력한다. 제4 비교기(200)는 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압을 상기 메모리(170)에 저장된 상기 과충전 기준 전압 데이터를 비교하여 제4 비교 결과 신호를 출력한다.
보조 발전부(210)는 상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 기준 광량 데이터보다 작은 경우 동작하여 상기 분배 제어기(220)로부터의 직류 전력을 통해 AC 모터(미도시) 또는 DC 모터(미도시)를 회전시켜 동력의 회전수를 감속 또는 가속하여 보조 전기 에너지를 생성하여 상기 분배 제어기(220)로 출력한다.
분배 제어기(220)는 상기 제1 비교기(160)로부터의 상기 제1 비교 결과 신호에 따라, 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어한다.
분배 제어기(220)는 상기 제2 비교기(170)로부터의 상기 제2 비교 결과 신호에 따라 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어한다.
분배 제어기(220)는 상기 제3 비교 결과 신호에 따라 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어하여 상기 축전지 모듈(140)의 과 방전을 방지한다.
분배 제어기(220)는 상기 제4 비교 결과 신호에 따라 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어하여 상기 축전지 모듈(140)의 과 충전을 방지한다.
상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압 보다 큰 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어한다. 상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압이하인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어한다.
상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 기준 광량 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어한다. 상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 기준 광량 데이터 미만인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어한다.
상기 축전지 모듈(140)의 상기 충전 전압이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 과방전 기준 전압 데이터이하인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어한다. 상기 축전지 모듈(140)의 상기 충전 전압이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 과방전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어한다.
상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 과충전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어한다. 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전압이 상기 메모리(170)에 저장된 상기 과충전 기준 전압 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기(220)는 상기 태양 전지 모듈(120)로부터 상기 축전지 모듈(140)로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어한다.
AC 출력 드라이버(230)는 상기 축전지 모듈(140)의 충전 전원 또는 상기 태양 광 전지 모듈(120)로부터의 상기 직류 전력을 400㎐ ~ 1200㎐의 주파수를 갖는 AC 전원으로 변환하여 부하에 출력한다.
이상에서 설명한 본 발영은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 번형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110: 집광부
120: 태양 전지 모듈
130: 광량 검출부
140: 축전지 모듈
150: 전력 검출부
160: 제1 비교기
170: 메모리
180: 제2 비교기
190: 제3 비교기
200: 제4 비교기
210: 보조 발전부
220: 분배 제어기
230: AC 출력 드라이버

Claims (6)

  1. 입사되는 태양 광 에너지를 집광하는 집광부;
    상기 집광부에 집광된 상기 태양 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전력을 출력하는 태양 전지 모듈;
    상기 태양 광 에너지의 광량을 검출하는 광량 검출부;
    상기 태양전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 공급받아 충전하는 축전지 모듈;
    상기 태양광 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 검출하는 전력 검출부;
    상기 전력 검출부에 의해 검출된 상기 태양 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력와 상기 축전지 모듈의 충전 전압을 비교하여 제1 비교 결과 신호를 출력하는 제1 비교기;
    상기 광량 검출부에 의해 검출된 상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 전기 에너지로 변환하기에 충분한 정도의 광량을 나타내는 기준 광량 데이터를 비교하여 제2 비교 결과 신호를 출력하는 제2 비교기;
    상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압을 과방전 기준 전압 데이터와 비교하여 제3 비교 결과 신호를 출력하는 제3 비교기;
    상기 축전지 모듈의 충전 전압을 과충전 기준 전압 데이터를 비교하여 제4 비교 결과 신호를 출력하는 제4 비교기;
    상기 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터보다 작은 경우 동작하여 상기 직류 전력을 통해 AC 모터 또는 DC 모터를 회전시켜 동력의 회전수를 감속 또는 가속하여 보조 전기 에너지를 생성하여 출력하는 보조 발전부;
    상기 제1 비교 결과 신호, 상기 제2 비교 결과 신호, 상기 제3 비교 결과 신호, 및 상기 제4 비교 결과 신호에 따라 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급 및 차단을 제어하는 분배 제어기; 및
    상기 배터리의 충전 전원 또는 상기 태양 전지 모듈로부터의 상기 직류 전력을 400㎐ ~ 1200㎐의 주파수를 갖는 AC 전원으로 변환하여 부하에 출력하는 AC 출력 드라이버를 포함하는 태양광 발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈의 충전 전압 보다 큰 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고,
    상기 검출된 직류 전력이 상기 축전지 모듈의 충전 전압이하인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어하는 태양광 발전 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고,
    상기 검출된 태양 광 에너지의 광량이 상기 기준 광량 데이터 미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어하는 태양광 발전 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압이 상기 과방전 기준 전압 데이터이하인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고,
    상기 축전지 모듈의 상기 충전 전압이 상기 과방전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 태양 전지 모듈로부터 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어하는 태양광 발전 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 축전지 모듈의 충전 전압이 상기 과충전 기준 전압 데이터미만인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 공급으로 제어하고,
    상기 축전지 모듈의 충전 전압이 상기 과충전 기준 전압 데이터이상인 경우, 상기 분배 제어기는 상기 축전지 모듈로의 상기 직류 전력의 차단으로 제어하는 태양광 발전 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 기준 광량 데이터, 상기 과방전 기준 전압 데이터, 및 상기 과충전 기준 전압 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하는 태양광 발전 장치.
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