KR20180122071A - 컨테이너 계통연계형 ess 태양광발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템에 관한 것으로서, 태양광 패널로부터 전력을 축전하여 충전 또는 방전하는 배터리; 배터리에 충전된 전력을 부하에 공급하는 독립형 인버터; 독립형 인버터와 병렬배치되는 계통연계 인버터; 계통 연계 인버터 및 독립형 인버터 중 선택적 방식, 부하의 정전 또는 배터리의 충전 상태에 따라 선택되는 스위칭부; 및 태양광 패널로부터 출력되는 전력에 따라 독립형 인버터와 계통연계 인버터의 작동을 제어하는 시스템 콘트롤러;를 포함하고, 시스템 콘트롤러는 태양광 패널로부터 출력되는 전력량을 검출하고, 태양광 패널로부터 배터리에 충전되는 전력량이 기설정된 전력량 이하인 경우, 배터리와 계통연계 인버터를 연결하고, 한전을 통해 배터리에 기설정된 전력량만큼 충전되도록 스위칭부를 조정하여 배터리가 기준 전하량만큼 충전되도록 하며, 컨테이너 박스의 상부의 태양광 패널이 태양광을 추종할 수 있도록 상하 좌우각도 조정된다.
본 발명에 의하면, 도서 산간지역 및 독립된 특수지역 적용이 가능하고, 캠핑용 차량 및 이동형 주택의 태양광을 적용이 가능하며, 중소규모 통신기지국 및 군사시설 그 외 정전이 허용되지 않는 장소 및 한전전력 공급이 불가한 곳에 전력 공급을 할 수 있다.

Description

컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템{Container box with solar system}
본 발명은 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 컨테이너박스에 태양광 패널을 적용하여 도서 산간지역 및 독립된 특수지역, 캠핑용 차량 및 이동형 주택 등에 적용할 수 있는 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
최근 석탄과 석유와 같은 화석연료의 고갈 문제 및 환경오염 문제의 심각성으로 인하여, 대체에너지에 대한 다양한 모델이 제시되고 있다.
이중 태양광 에너지를 이용한 발전 또는 난방은 화석 연료에 대한 에너지 의존도를 줄이고, 무공해 환경을 조성할 수 있어서, 세계 여러 나라에서 활발한 연구가 이루어지면서, 태양광산업이 급속도로 발전하면서 대규모 태양광발전 시설들이 건설이 증가하고 있다. 이러한 대규모발전 시설들은 넓은 부지를 확보해야 하기 때문에 부지선정에 어려움이 있으며, 일반 개인이나 소규모의 발전이 필요한 경우에는 적용하기에 어려운 측면이 있다.
이러한 이유로, 이러한 넓은 장소에 발전시설을 적용하기보다는 소규모의 필요 장소에 따라 사용할 수 있는 자가발전 시스템 적용이 도입되고 있다. 일반 건물들은 자가발전(태양광)과 한전으로부터의 전력을 공급받아 병행 운전하여 사용하면 전력수요를 충전시키면서 전력요금을 줄일 수 있게 된다.
또한, 정부정책에 기인하여 ESS(Energy Storage System) 전력수요장치가 급속도로 진전을 보이고 있다. 하지만, 한전으로부터 정책적인 전력 요금체계가 이루어지지 않아, 건물의 피크 운전을 위한 방법, 한전의 주파수 조정용으로 대부분 쓰일 뿐 일반인들에게는 많은 공급률을 보이지 못하고 있다.
이러한, 발전시스템을 적용하여 최대의 효과를 가질 수 있는 제반요건을 마련하고 있는데, 두 장치의 혼합성을 띤 하이브리드 발전 장치로서, 태양광 발전시스템을 적용하여 최적의 충전방식을 갖으며, 부족한 전력은 한전으로부터 ESS 장치에 공급받아 필요시 부하에 공급할 수 있는 시스템이다.
하지만, 이러한 두 시스템을 대규모로 사용시는 특정한 건물을 적용해 사용할 수는 있지만, 각각의 모듈화 구성을 하기 위해서는 여러 가지 문제점이 발생한다. 그중에 하나가 적용면적, 적용장소, 전력의 흐름 구성, 설비비 등의 중, 복합으로 인한 손실이 많이 발생할 수 있다.
(한국공개특허 제10-2016-0097475호, 2016년 8월 18일)
본 발명의 목적은 도서 산간지역 및 독립된 특수지역 적용이 가능하고, 캠핑용 차량 및 이동형 주택의 태양광을 적용이 가능하며, 중소규모 통신기지국 및 군사시설 그 외 정전이 허용되지 않는 장소 및 한전전력 공급이 어려운 이동형 컨테이너 주택에 적용할 수 있는 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 박스 상부에 마련되는 태양광 패널을 이용한 컨테이너 계통연계형 태양광발전 시스템은 태양광 패널로부터 전력을 축전하여 충전 또는 방전하는 배터리; 배터리에 충전된 전력을 부하에 공급하는 독립형 인버터; 독립형 인버터와 병렬배치되는 계통연계 인버터; 계통 연계 인버터 및 독립형 인버터 중 선택적 방식, 부하의 정전 또는 배터리의 충전 상태에 따라 선택되는 스위칭부; 및 태양광 패널로부터 출력되는 전력에 따라 독립형 인버터와 계통연계 인버터의 작동을 제어하는 시스템 콘트롤러;를 포함하고, 시스템 콘트롤러는 태양광 패널로부터 출력되는 전력량을 검출하며, 태양광 패널로부터 배터리에 충전되는 전력량이 기설정된 전력량 이하인 경우, 배터리와 계통연계 인버터를 연결하고, 한전을 통해 배터리에 기설정된 전력량만큼 충전되도록 스위칭부를 조정하여 배터리가 기준 전하량만큼 충전되도록 하며, 태양광 패널은 태양광의 집광효율을 증대시키기 위하여 컨테이너 박스의 상부에서 태양광을 추종할 수 있도록 상하 좌우로 각도 조정된다.
본 발명에 의한 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템은 도서 산간지역 및 독립된 특수지역 적용이 가능하고, 캠핑용 차량 및 이동형 주택의 태양광을 적용이 가능하며, 중소규모 통신기지국 및 군사시설 그 외 정전이 허용되지 않는 장소 및 한전전력 공급이 어려운 곳에 전력 공급을 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 시스템도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
태양광 패널(10)은 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시킨다. 이러한 태양광 패널(10) 다수의 태양전지 어레이를 포함한다. 본 실시예에서 태양광 패널(10)은 총 N개의 태양전지 어레이 즉, 제1 태양전지 어레이, 제2 태양전지 어레이, …… , 제N 태양전지 어레이(1N)로 구성되며, 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결된다. 그리고 각 태양전지 어레이는 다수의 태양전지 모듈을 포함한다. 각 태양전지 어레이의 구성요소인 다수의 태양전지 모듈은 상호 직렬로 연결되어 구성된다.
각 태양전지 어레이의 구성은 동일하며, m 개의 태양전지 모듈이 상호 직렬로 연결된다. 태양전지 모듈은 태양전지 셀을 패키지화한 것으로서, 태양전지 셀은 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지이며, 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 PN접합에 빛을 조사하며 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 시스템도 이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 제어블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템의 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 태양광 패널은 컨테이너 박스 상부에 마련된다. 이때, 태양광 패널은 태양광 패널은 태양광의 집광효율을 증대시키기 위하여 컨테이너 박스의 상부에서 태양광을 추종할 수 있도록 상하 좌우로 각도 조정된다.
배터리(100)는 태양광 패널로부터 전력을 축전하여 충전 또는 방전하는 것으로서, 컨테이너 박스(1) 내부에 마련된 전력기계 또는 컨테이너 박스 주변에 있는 전력장치에 전기를 공급하는 역할을 한다. 이때, 배터리(100)는 전력을 충전할 수 있는 리튬이온, 니켈, 납축전지 등으로 형성될 수 있다. 이와 같이 배터리(100)에 저장했다가 부하측 소비전력이 많은 시기에 공급함으로써 전력 비용절감 및 효과적인 에너지 사용을 할 수 있다.
이때, 배터리(100) 용량은 컨테이너 박스(1)에 필요한 용량 또는 컨테이너 박스(1)에서 그 주변에 전력을 공급할 수 있는 만큼의 용량으로 설계되는 것이 바람직하다. 즉, 도서 산간지역 및 독립된 특수지역, 캠핑용 차량 및 컨테이너 이동형 주택의 필요한 전력량을 고려하여 설계될 수 있다. 또한, 중소규모 통신기지국 군사시설 및 그 외 정전이 허용되지 않는 장소 및 한전전력 공급이 불가한 이동형 컨테이너 주택의 필요한 전력량을 고려하며, 장마철 등을 고려하여 7일 정도 사용할 수 있는 정도로 설계되는 것이 바람직하다.
독립형 인버터(200)는 배터리(100)에 충전된 전력을 부하에 공급하는 것으로서, 컨테이버 박스(1) 내부 공간에 마련될 수 있다.
계통연계 인버터(300)는 독립형 인버터(200)와 병렬배치된다. 계통연계 인버터(200)는 후술하는 스위칭부(400)를 통하여 한전라인과 연결될 수 있다. 따라서 계통연계 인버터(300)는 독립형 인버터(200)를 통하여 배터리(100)에 충전량이 부족할 때, 한전라인으로 자동으로 연결됨으로써 배터리(100)에 일정한 배터리 충전량을 유지하면서 부하에 전력을 공급할 수 있다.
이때, 계통연계 인버터(300)는 후술하는 시스템 콘트롤러(500)를 통해서 배터리(100)의 충전용량이 기준 전하량만큼 충전한 것으로서 확인되면, 한전라인과 연결이 자동으로 해제된다.
스위칭부(400)는 계통 연계 인버터(300) 및 독립형 인버터(200) 중 선택적 방식, 부하의 정전 또는 배터리(100)의 충전 상태에 따라 계통을 선택적으로 연결시키는 역할을 한다. 예를 들어, 태양광 패널(10)을 통하여, 충분한 전력이 공급되면서 배터리(10)가 충전될 때에, 스위칭부(400)는 독립형 인버터(200)와 연결된 상태를 유지시키고, 부하의 정전이나 충전량이 부족한 것으로 판단되면, 계통 연계 인버터(300)와 연결이 되도록 한다. 따라서, 계통 연계형 인버터(300)와 독립형 인버터(200)의 충돌을 방지하고, 배터리(100)에 항상 필요한 용량을 유지하면서 충전되도록 할 수 있다.
시스템 콘트롤러(500)는 태양광 패널(100)로부터 출력되는 전력에 따라 독립형 인버터(200)와 계통연계 인버터(300)의 작동을 제어한다. 시스템 콘트롤러(500)는 태양광 패널(10)로부터 출력되는 전력량을 검출하는 메인 콘트롤러를 구비하며, 태양광 패널로부터 출력되는 전력량을 검출한다. 태양광 패널(10)로부터 배터리(100)에 충전되는 전력량이 기설정된 전력량 이하인 경우, 배터리(100)와 계통연계 인버터(300)를 연결하고, 한전라인을 통해 배터리(100)에 기설정된 전력량만큼 충전되도록 스위칭부(400)가 조정되도록 하여 배터리(100)가 기준 전하량만큼 충전되도록 한다.
또한, 시스템 콘트롤러(500)는 부하의 전력 피크에 따른 부하량을 분석 모니터링하며, 전력제어분전반을 통하여 부하의 전력흐름을 제어할 수 있다.
또한, 시스템 콘트롤러(500)는 태양광 패널(100)의 집광효율을 증대시키기 위하여 컨테이너 박스(1)의 상부에서 태양광을 추종하면서 상하 좌우로 각도 조정할 수 있도록 태양광 패널(100)의 위치를 조정할 수 있으며, 태양광 패널(100)은 구동 모터(미도시)를 구비한다.
따라서, 도서 산간지역 및 독립된 특수지역 적용이 가능하고, 캠핑용 차량 및 이동형 주택의 태양광을 적용이 가능하며, 중소규모 통신기지국 및 군사시설 그 외 정전이 허용되지 않는 장소 및 한전전력 공급이 어려운 이동형 컨테이너 주택에 적용할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 컨테이너 박스
10 : 태양광 패널
100 : 배터리
200 : 독립형 인버터
300 : 계통연계 인버터
400 : 스위칭부
500: 시스템 콘트롤러

Claims (1)

  1. 컨테이너 박스 상부에 마련되는 태양광 패널을 이용한 컨테이너 계통연계형 태양광발전 시스템에 있어서,
    상기 태양광 패널로부터 전력을 충전 또는 방전하는 배터리;
    상기 배터리에 충전된 전력을 부하에 공급하는 독립형 인버터;
    상기 독립형 인버터와 병렬배치되는 계통연계 인버터;
    상기 계통 연계 인버터 및 상기 독립형 인버터 중 사용자의 선택, 부하의 정전 또는 상기 배터리의 충전 상태에 따라 선택되는 스위칭부; 및
    상기 태양광 패널로부터 출력되는 전력의 크기에 따라 상기 독립형 인버터와 상기 계통연계 인버터의 작동 상태를 제어하는 시스템 콘트롤러;를 포함하고,
    상기 시스템 콘트롤러는,
    상기 태양광 패널로부터 출력되는 전력량을 검출하며, 상기 부하의 전력사용 상태를 모니터링하며, 상기 태양광 패널로부터 상기 배터리에 충전되는 전력량이 기설정된 전력량 이하인 경우, 상기 배터리와 상기 계통연계 인버터를 연결하고, 한전을 통해 상기 배터리에 기설정된 전력량 만큼 충전되도록 상기 스위칭부를 조정하여 상기 배터리가 기준 전하량만큼 충전되도록 하며,
    상기 태양광 패널은,
    태양광의 집광효율을 증대시키기 위하여 상기 컨테이너 박스의 상부에서 태양광을 추종할 수 있도록 상하 좌우로 각도 조정되는 것을 특징으로 하는 컨테이너 계통연계형 ESS 태양광발전 시스템.
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