KR20190031648A - Energy harvesting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 수집 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 다수의 에너지원으로부터 최대 전력을 수집할 수 있는 에너지 수집 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy collecting apparatus, and more particularly, to an energy collecting apparatus capable of collecting maximum power from a plurality of energy sources.
일반적으로, 화석 연료의 고갈로 인하여 에너지 문제가 심각해짐에 따라, 태양광 등과 같은 신 재생 에너지원으로부터 에너지를 수집하여 발전시키는 에너지 수집 장치의 개발이 가속화되고 있다.In general, as energy problems become serious due to depletion of fossil fuels, the development of energy collecting devices for collecting and generating energy from renewable energy sources such as solar light is accelerating.
이러한 에너지 수집 장치는, 에너지원의 출력 특성 곡선이 최대 전력 점에 도달할 때, 최대 전력을 얻을 수 있다.Such an energy collecting apparatus can obtain the maximum power when the output characteristic curve of the energy source reaches the maximum power point.
하지만, 최대 전력 점은, 에너지원의 환경에 따라 가변하는 값이므로, 환경 변화에 따라 가변하는 최대 전력 점을 찾아내야 최대 효율을 얻을 수 있다.However, since the maximum power point is a value that varies depending on the environment of the energy source, maximum power point can be obtained by finding the maximum power point which varies according to the environment change.
따라서, 에너지 수집 장치는, 최대 전력 점을 추적할 수 있는 최대 전력 점 추적 장치(Maxium Power Point Tracking; MPPT)를 필요로 한다.Therefore, the energy collecting apparatus requires a Max Power Point Tracking (MPPT) capable of tracking the maximum power point.
또한, 에너지 수집 장치는, 하나의 에너지원으로부터 최대 전력을 얻기 위해서는 하나의 최대 전력 점 추적 장치가 필요하지만, 다수의 에너지원으로부터 최대 전력을 얻기 위해서는 다수 개의 최대 전력 점 추적 장치가 필요하다.In addition, an energy collecting apparatus requires a single maximum power point tracking device in order to obtain maximum power from one energy source, but a plurality of maximum power point tracking devices are required to obtain maximum power from a plurality of energy sources.
즉, 다수의 에너지원으로부터 최대 전력을 수집하기 위한 에너지 수집 장치는, 다수의 입력과 다수의 최대 전력 점 추적 장치를 필요로 한다.That is, an energy collecting device for collecting the maximum power from a plurality of energy sources requires a plurality of inputs and a plurality of maximum power point tracking devices.
여기서, 최대 전력 점 추적 장치는, 각 에너지원에 대응하여 배치되므로, 다수의 최대 전력 점 추적 장치들이 차지하는 배치 공간이 비효율적으로 넓어 에너지 수집 장치의 전체 크기가 커지고 설계 비용이 증가하며, 에너지 수집에 대한 비효율성이 있었다.Here, since the maximum power point tracking device is arranged corresponding to each energy source, the arrangement space occupied by a plurality of maximum power point tracking devices is inefficiently expanded, thereby increasing the overall size of the energy collecting device, increasing the design cost, There was inefficiency for.
따라서, 향후 하나의 최대 전력 점 추적 장치를 통해, 서로 다른 다수의 에너지원에 공용으로 적용되고, 다수의 에너지원으로부터 효율적으로 최대 전력을 수집할 수 있는 에너지 수집 장치의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop an energy collecting apparatus that can collectively collect the maximum power from a plurality of energy sources, commonly applied to a plurality of different energy sources through a single maximum power point tracking apparatus in the future.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하여 그에 상응하는 최대 전력 점 전압을 추출함으로써, 다수의 에너지원에 하나의 최대 전력 점 추적부를 공용으로 적용할 수 있는 에너지 수집 장치를 제공하고자 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. It is another object of the present invention to provide a power management system and a power management method of a power management system that selects a maximum power point ratio according to an output voltage output from a plurality of energy sources and extracts a corresponding maximum power point voltage, And to provide an energy collection device that can be applied.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
본 발명의 일실시예에 의한 에너지 수집 장치는, 다수의 에너지원과, 각 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압을 토대로 상응하는 에너지원의 최대 전력 점 전압을 추출하는 최대 전력 점 추적부와, 에너지원의 출력 전압을 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집하고 수집된 최대 전력을 출력하는 최대 전력 수집부와, 수집된 최대 전력을 저장하는 에너지 저장부를 포함하고, 최대 전력 점 추적부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기를 측정하고, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하며, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.An energy collecting apparatus according to an embodiment of the present invention includes a maximum power point tracing unit for extracting a maximum power point voltage of a corresponding energy source based on a plurality of energy sources and an output voltage output from each energy source, Wherein the maximum power point tracking unit includes a maximum power point collecting unit that collects the maximum power by regulating an output voltage of the power source to a maximum power point voltage and outputs the collected maximum power, The maximum power point ratio can be selected according to the magnitude of the measured output voltage, and the maximum power point voltage can be extracted based on the selected maximum power point ratio.
여기서, 다수의 에너지원은, 출력 전압이 다른 특정 에너지원을 포함하고, 특정 에너지원은, 다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력할 수 있다.Here, the plurality of energy sources can output an output voltage that is greater than the maximum output voltage of the other energy source, and the specific energy source includes a specific energy source whose output voltage is different.
그리고, 다수의 에너지원들은, 최대 전력 점 추적부의 하나의 입력단 노드에 연결될 수 있다.The plurality of energy sources may be connected to one input node of the maximum power point tracking unit.
또한, 최대 전력 점 추적부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 비교부와, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하는 선택부와, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출하는 추출부를 포함할 수 있다.The maximum power point tracking unit includes a comparator for comparing the output voltage from the energy source with a reference voltage to measure the magnitude of the output voltage, a selector for selecting a maximum power point ratio according to the magnitude of the measured output voltage, And an extracting unit for extracting the maximum power point voltage based on the selected maximum power point ratio.
여기서, 비교부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 다수의 비교기들을 포함하고, 다수의 비교기들은, 서로 다른 기준 전압이 입력될 수 있다.Here, the comparator includes a plurality of comparators for comparing the output voltage output from the energy source with the reference voltage to measure the magnitude of the output voltage, and the plurality of comparators may receive different reference voltages.
그리고, 비교부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 제1 비교기와, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압보다 더 작은 제2 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 적어도 하나의 제2 비교기를 포함할 수 있다.The comparison unit includes a first comparator for comparing the output voltage from the energy source with the first reference voltage to measure the magnitude of the output voltage, and a comparator for comparing the output voltage output from the energy source with a second reference voltage And at least one second comparator for comparing the voltages to measure the magnitude of the output voltage.
여기서, 제1 기준 전압은, 다수의 에너지원들로부터 출력되는 최대 출력 전압들 중, 두 번째로 큰 최대 출력 전압을 토대로 설정될 수 있다.Here, the first reference voltage may be set based on the second largest output voltage among the maximum output voltages output from the plurality of energy sources.
본 발명에 따른 에너지 수집 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the energy collecting apparatus according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하여 그에 상응하는 최대 전력 점 전압을 추출함으로써, 다수의 에너지원에 하나의 최대 전력 점 추적부를 공용으로 적용할 수 있어 시스템 구성을 최소화하면서도 여러 에너지원으로부터 에너지를 획득할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by selecting the maximum power point ratio according to the magnitude of the output voltage output from the plurality of energy sources and extracting the corresponding maximum power point voltage, The maximum power point tracking unit can be commonly used so that energy can be obtained from various energy sources while minimizing the system configuration.
따라서, 본 발명은, 원가 경쟁력 및 활용 범위를 넓혀주는 역할을 수행할 수 있다.Therefore, the present invention can play a role of expanding cost competitiveness and utilization range.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 수집 장치의 최대 전력 점 추출을 위한 기준 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 에너지 수집 장치에 적용되는 에너지원을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 출력 전압 크기가 다른 특정 에너지원을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 도 6의 특정 에너지원의 회로 구성에 따른 출력 전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명 제1 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의 최대 전력 점 추적부를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 10은 도 8의 스위칭부를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 11은 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a block diagram for explaining an energy collecting apparatus according to the present invention.
2 is a view for explaining a reference voltage for extracting the maximum power point of the energy collecting apparatus according to the present invention.
3 to 5 are block diagrams for explaining an energy source applied to the energy collecting apparatus according to the present invention.
6 is a circuit diagram for explaining a specific energy source having a different output voltage magnitude.
7 is a graph showing output voltage characteristics according to the circuit configuration of the specific energy source of FIG.
8 is a view showing an energy collecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
9 is a block diagram for explaining the maximum power point tracking unit of FIG.
FIG. 10 is a block diagram illustrating the switching unit of FIG. 8. FIG.
11 is a view showing an energy collecting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 수집 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram for explaining an energy collecting apparatus according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 수집 장치는, 다수의 에너지원(100)으로부터 최대 전력을 수집할 수 있다.As shown in FIG. 1, the energy collecting apparatus according to the present invention can collect maximum power from a plurality of
여기서, 다수의 에너지원(100)은, 서로 다른 에너지원일 수 있다.Here, the plurality of
일 예로, 다수의 에너지원(100)은, 태양광 에너지원과 같은 제1 에너지원(110), RF(Radio Frequency) 신호 에너지원과 같은 제2 에너지원(120), 진동 에너지원과 같은 제3 에너지원(130) 등을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.For example, the plurality of
또한, 다수의 에너지원(100)은, 에너지 수집 장치의 최대 전력 점 추적부(200)의 입력단에 대해 서로 병렬 연결될 수 있다.In addition, the plurality of
즉, 다수의 에너지원들(100)은, 최대 전력 점 추적부(200)의 하나의 입력단 노드에 연결될 수 있다.That is, the plurality of
따라서, 다수의 에너지원(100)은, 에너지원(100)의 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부를 포함할 수 있다.Accordingly, the plurality of
여기서, 전압 역유입 차단부는, 낮은 전압을 올려주는 승압 회로의 다이오드이거나 또는 교류를 직류로 바꾸어주는 정류 회로의 다이오드를 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.Here, the voltage reverse blocking portion may include, but is not limited to, a diode of a boosting circuit for boosting a low voltage or a diode of a rectifying circuit for converting an alternating current into a direct current.
본 발명은 특정 에너지원에 대해 전압 역유입 차단부를 제거하기 위하여, 출력 전압의 크기를 다르게 설계할 수 있다.The present invention can design the output voltage to have a different magnitude in order to remove the voltage reverse blocking portion for a specific energy source.
즉, 다수의 에너지원(100)은, 출력 전압이 다른 특정 에너지원을 포함할 수 있다.That is, the plurality of
여기서, 특정 에너지원은, 다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력할 수 있다.Here, the specific energy source can output an output voltage that is larger than the maximum output voltage of the other energy source.
그 이유는, 특정 에너지원에 대해 전압 역유입 차단부를 제거함으로써, 회로 구성을 간단하고 최소화할 수 있기 때문이다.This is because the circuit configuration can be simplified and minimized by removing the voltage reverse flow blocking portion for a specific energy source.
일 예로, 특정 에너지원은, 제1 에너지원(110)인 태양광 에너지원일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.In one example, the specific energy source may be a solar energy source, which is the
여기서, 특정 에너지원인 태양광 에너지원은, 다수의 태양 전지가 직렬 연결되거나 또는 병렬 연결될 수 있다.Here, a solar energy source of a specific energy may be a plurality of solar cells connected in series or in parallel.
예를 들면, 태양광 에너지원을 N개로 직렬 연결할 경우, 출력 전압과 전류의 관계는 하기 수식과 같이 나타날 수 있다.For example, when a solar energy source is connected in series with N units, the relationship between the output voltage and the current can be expressed by the following equation.
I = Ipv _s - I0[exp(V/nVT)-1] - V(= NV_s)/NRsh _s I = I pv _s - I 0 [exp (V / nV T ) -1] -V (= NV _s ) / NR sh _s
여기서, I는 최종 출력 전류, Ipv_s는 특정 에너지원의 발생 전류, N은 태양 전지 개수, Vs는 하나의 태양 전지에 대한 출력 전압, Rsh_s는 하나의 태양 전지에 대한 기생 병렬 저항, V는 최종 출력 전압이다.Where I is the final output current, Ipv_s is the generated current of the specific energy source, N is the number of solar cells, Vs is the output voltage for one solar cell, Rsh_s is the parasitic parallel resistance for one solar cell, Voltage.
상기 수식에서 보는 바와 같이, 태양광 에너지원의 태양 전지를 N개로 직렬 연결하면, 출력 전압만 N배 커지고 출력 전류는 거의 변하지 않으며, 태양광 에너지원의 태양 전지를 M개로 병렬 연결하면, 출력 전압은 거의 변하지 않고 출력 전류만 M배만큼 커질 수 있다.As shown in the above equation, when the solar cells of the solar energy source are connected in series, the output voltage is increased by N times and the output current hardly changes. When the solar cells of the solar energy source are connected in parallel to M, And the output current can be increased by M times.
따라서, 이러한 관계를 이용하여, 태양광 에너지원의 출력 전압의 크기를 원하는 대로 설계할 수 있다.Therefore, by using this relationship, the magnitude of the output voltage of the solar energy source can be designed as desired.
본 발명은, 특정 에너지원의 출력 전압을 다른 에너지원보다 더 크게 설계하기 위하여, 직렬 및 병렬 연결을 이용하여 특정 에너지원을 설계하는 방식과 특정 에너지원의 재료를 변경하는 방식 모두를 사용할 수 있다.In order to design the output voltage of a specific energy source to be larger than other energy sources, the present invention can use both serial and parallel connections to design a specific energy source and to change the material of a specific energy source .
일 예로, 태양광 에너지원의 태양 전지가 N개로 직렬 연결될 때, 각 태양 전지는, 서로 병렬 연결되는 정전류원, 다이오드, 저항을 포함할 수 있다.For example, when the solar cells of the solar energy source are connected in series in N, each solar cell may include a constant current source, a diode, and a resistor connected in parallel with each other.
여기서, 태양 전지의 정전류원은, 인접하는 태양 전지의 정전류원에 대응하여 직렬 연결되고, 태양 전지의 다이오드는, 인접하는 태양 전지의 다이오드에 대응하여 직렬 연결되며, 태양 전지의 저항은, 인접하는 태양 전지의 저항에 대응하여 직렬 연결될 수 있다.Here, the constant current sources of the solar cells are connected in series in correspondence with the constant current sources of the adjacent solar cells, the diodes of the solar cells are connected in series in correspondence with the diodes of the adjacent solar cells, Can be connected in series corresponding to the resistance of the solar cell.
그리고, 특정 에너지원인 태양광 에너지원은, 출력단에 출력 저항이 배치되고, 출력 저항은, 태양 전지의 정전류원, 다이오드 및 저항에 각각 직렬 연결될 수 있다.And, a solar energy source of a specific energy, an output resistance may be disposed at an output terminal, and an output resistance may be serially connected to a constant current source, a diode, and a resistor of the solar cell, respectively.
이처럼, 특정 에너지원은, 직렬 연결되는 태양 전지의 개수가 증가할수록 출력 전압의 크기가 커질 수 있다.As described above, the specific energy source can have a larger output voltage as the number of solar cells connected in series increases.
여기서, 특정 에너지원의 태양 전지 개수는, 하기 수식에 따라 결정될 수 있다.Here, the number of solar cells of a specific energy source can be determined according to the following equation.
I = Ipv _s - I0[exp(V/nVT)-1] - V(= NV_s)/NRsh _s I = I pv _s - I 0 [exp (V / nV T ) -1] -V (= NV _s ) / NR sh _s
여기서, I는 최종 출력 전류, Ipv_s는 특정 에너지원의 발생 전류, N은 태양 전지 개수, Vs는 하나의 태양 전지에 대한 출력 전압, Rsh_s는 하나의 태양 전지에 대한 기생 병렬 저항, V는 최종 출력 전압이다.Where I is the final output current, Ipv_s is the generated current of the specific energy source, N is the number of solar cells, Vs is the output voltage for one solar cell, Rsh_s is the parasitic parallel resistance for one solar cell, Voltage.
이와 같이, 본 발명에서, 특정 에너지원을 제외한 나머지 에너지원은, 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부를 포함할 수 있다.As described above, in the present invention, the remaining energy sources other than the specific energy source may include a voltage reverse blocking unit for blocking a voltage that is reversely introduced from the output terminal to the inside.
즉, 태양광 에너지원과 같이 특정 에너지원이 다른 에너지원보다 출력 전압이 클 때, 나머지 다른 다수의 에너지원들은, 특정 에너지원으로부터 출력 전압이 역유입되지 않도록, 반드시 전압 역유입 차단부가 배치되어야 한다.That is, when a specific energy source, such as a solar energy source, has a higher output voltage than the other energy source, the remaining plurality of energy sources must be provided with a reverse voltage blocking unit so that the output voltage is not reversed from the specific energy source do.
이에 반해, 태양광 에너지원과 같이 특정 에너지원은, 전압 역유입 차단부를 배치하지 않아도 되는데, 그 이유는, 전압 역유입 차단부에 상응하는 효율이 감소되고, 태양광 에너지원을 직렬로 연결할 경우, 태양 전지의 개수만큼 기생 병렬 저항도 N배 만큼 커지기 때문에 다른 에너지원에서 태양광 에너지원으로의 누설전류도 그만큼 줄어들기 때문이다.On the other hand, a particular energy source, such as a solar energy source, does not require a voltage reverse blocking means because the efficiency corresponding to the voltage reverse blocking block is reduced and the solar energy source is connected in series , Because the parasitic parallel resistance is N times as large as the number of solar cells, the leakage current from the other energy source to the solar energy source is reduced accordingly.
그리고, 특정 에너지원 이외의 나머지 다른 에너지원에 배치되는 전압 역유입 차단부는, 따로 추가적으로 설치할 필요 없이, 기존의 부품을 이용할 수 있으므로, 추가적인 비용이 들지 않아서 경제적이고, 전압 역유입 차단부의 추가에 따른 효율 저하도 발생하지 않는다.In addition, the voltage reverse blocking unit disposed in the other energy source other than the specific energy source is economical because it can use the existing components without additional installation, so that it is economical. Further, according to the addition of the voltage blocking unit The efficiency is not lowered.
한편, 본 발명의 에너지 수집 장치는, 최대 전력 점 추적부(200), 최대 전력 수집부(300), 그리고 에너지 저장부(400)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the energy collecting apparatus of the present invention may include a maximum power
여기서, 최대 전력 점 추적부(200)는, 각 에너지원(100)으로부터 출력되는 출력 전압을 토대로 상응하는 에너지원의 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.Here, the maximum power
즉, 최대 전력 점 추적부(200)는, 에너지원(100)으로부터 출력되는 출력 전압의 크기를 측정하고, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하며, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.That is, the maximum power
일 예로, 최대 전력 점 추적부(200)는, 비교부, 선택부, 그리고, 추출부를 포함할 수 있다.For example, the maximum power
여기서, 비교부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정할 수 있다.Here, the comparison unit can measure the magnitude of the output voltage by comparing the output voltage output from the energy source with the reference voltage.
즉, 비교부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 다수의 비교기들을 포함하는데, 다수의 비교기들은, 서로 다른 기준 전압이 입력될 수 있다.That is, the comparator includes a plurality of comparators for comparing the output voltage output from the energy source with a reference voltage to measure the magnitude of the output voltage, and the plurality of comparators may be input with different reference voltages.
비교기에 입력되는 기준 전압은, 에너지원의 출력 전압 특성에 상응하는 기준 전압일 수 있다.The reference voltage input to the comparator may be a reference voltage corresponding to the output voltage characteristic of the energy source.
즉, 비교기에 입력되는 기준 전압은, 에너지원의 최대 출력 전압에 상응하는 기준 전압일 수 있다.That is, the reference voltage input to the comparator may be a reference voltage corresponding to the maximum output voltage of the energy source.
일 예로, 제1 에너지원(110)이 특정 에너지원으로 설정되고, 제2, 제3 에너지원(120, 130)이 나머지 일반 에너지원일 경우, 제2 에너지원(120)의 최대 출력 전압이 Vp1이면, 특정 에너지원인 제1 에너지원(110)의 출력 전압은, 제2 에너지원(120)의 최대 출력 전압 Vp1보다 더 크게 설계되어야 한다.For example, when the
따라서, 특정 에너지원인 제1 에너지원(110)의 출력 전압 Vph은, Vp1 < Vph < Vmax일 수 있다.Therefore, the output voltage Vph of the
예를 들어, 비교부가 제1, 제2, 제3 비교기를 포함하고, 제1 비교기에 입력되는 기준 전압을 Vp1으로 설정하고, 제2 비교기에 입력되는 기준 전압을 Vp1보다 더 낮은 Vp2로 설정하며, 제3 비교기에 입력되는 기준 전압을 Vp2보다 더 작은 Vp3으로 설정한다면, 제1, 제2, 제3 비교기에 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp1보다 크면 출력 전압이 제1 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지하고, 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp2보다 크고 Vp1보다 작다면 출력 전압이 제2 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지하며, 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp3보다 크고 Vp2보다 작다면 출력 전압이 제3 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지할 수 있다.For example, the comparator includes first, second and third comparators, sets the reference voltage input to the first comparator to Vp1, sets the reference voltage input to the second comparator to Vp2 lower than Vp1 And the reference voltage input to the third comparator is set to Vp3 smaller than Vp2, if the output voltage of the energy source input to the first, second and third comparators is greater than Vp1, the output voltage is input from the first energy source If the output voltage of the input energy source is larger than Vp2 and smaller than Vp1, it is recognized that the output voltage is input from the second energy source. If the output voltage of the input energy source is larger than Vp3 and smaller than Vp2, Can be recognized as being input from the third energy source.
따라서, 본 발명의 에너지 수집 장치는, 다수의 에너지원으로부터 출력 전압이 입력되어도 다수의 비교기를 갖는 최대 전력점 추적부의 비교부를 통해 에너지원을 식별할 수 있고, 식별된 에너지원에 상응하는 최적의 최대 전력점 비율을 선택할 수 있다.Therefore, the energy collecting apparatus of the present invention can identify the energy source through the comparing unit of the maximum power point tracking unit having a plurality of comparators even when the output voltage is inputted from the plurality of energy sources, The maximum power point ratio can be selected.
경우에 따라, 비교기의 개수는, 에너지원의 개수와 동일할 수 있다.In some cases, the number of comparators may be equal to the number of energy sources.
여기서, 비교기의 개수는, 다수의 에너지원이 서로 다른 출력 전압 특성을 가질 때, 에너지원의 개수와 동일할 수 있다.Here, the number of comparators may be equal to the number of energy sources when the plurality of energy sources have different output voltage characteristics.
그 이유는, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 최대 출력 전압이 다르면, 비교기에 입력되는 기준 전압도 달라야 하기 때문이다.The reason is that if the maximum output voltage output from a plurality of energy sources is different, the reference voltage input to the comparator must be different.
다른 경우로서, 비교기의 개수는, 에너지원의 개수보다 더 적을 수도 있다.In other cases, the number of comparators may be less than the number of energy sources.
여기서, 비교기의 개수는, 다수의 에너지원 중 일부 에너지원이 서로 동일한 출력 전압 특성을 가질 때, 에너지원의 개수보다 더 적을 수 있다.Here, the number of comparators may be less than the number of energy sources when some of the plurality of energy sources have the same output voltage characteristics.
그 이유는, 일부 에너지원으로부터 출력되는 최대 출력 전압이 서로 동일하면, 비교기에 입력되는 기준 전압도 동일하므로, 기준 전압이 중복되는 비교기를 생략할 수 있기 때문이다.This is because, if the maximum output voltages outputted from some energy sources are equal to each other, the reference voltage input to the comparator is also the same, so that the comparator in which the reference voltage is overlapped can be omitted.
예를 들면, 비교부는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 제1 비교기와, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압보다 더 작은 제2 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 적어도 하나의 제2 비교기를 포함할 수 있다.For example, the comparator may include: a first comparator that compares the output voltage output from the energy source with the first reference voltage to measure the magnitude of the output voltage; and a comparator that compares the output voltage output from the energy source with the output voltage And at least one second comparator for comparing the two reference voltages to measure the magnitude of the output voltage.
여기서, 제1 기준 전압은, 다수의 에너지원들로부터 출력되는 최대 출력 전압들 중, 두 번째로 큰 최대 출력 전압을 토대로 설정될 수 있다.Here, the first reference voltage may be set based on the second largest output voltage among the maximum output voltages output from the plurality of energy sources.
또한, 최대 전력 점 추적부(200)의 선택부는, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택할 수 있다.Also, the selection unit of the maximum power
이어, 최대 전력 점 추적부(200)의 추출부는, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.Then, the extracting unit of the maximum power
여기서, 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출하는 이유는, 각각의 에너지원마다 환경에 따른 최대 전력점이 다르기 때문이다.The reason for extracting the maximum power point voltage based on the maximum power point ratio is that the maximum power point according to the environment differs for each energy source.
따라서, 각 에너지원마다 최대 효율을 얻기 위해서는, 각 에너지원에 상응하는 최대 전력 비율을 설정할 수 있다.Therefore, in order to obtain the maximum efficiency for each energy source, the maximum power ratio corresponding to each energy source can be set.
각 에너지원에 상응하는 최대 전력 비율은, 다음과 같이 설정될 수 있다.The maximum power ratio corresponding to each energy source can be set as follows.
에너지 수집 장치에서 출력되는 전력은 하기 수식 1과 같다.The power output from the energy collecting device is expressed by Equation 1 below.
Pout = (k · Voc) · (1-k)Voc/Rs · Havester control efficiency P out = (k · V oc ) · (1-k) V oc / Rs · Havester control efficiency
= k(1-k)V2 oc/Rs · Havester control efficiency ------- (1)= k (1-k) V 2 oc / Rs · Havester control efficiency ------- (1)
여기서, k는 최대 전력 점 전압 비율, Rs는 에너지원의 내부 저항을 나타낸다.Where k is the maximum power point voltage ratio and Rs is the internal resistance of the energy source.
그리고, 에너지 수집 장치의 효율은, 도 2와 같이, 두 개의 영역으로 나뉠 수 있는데, 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역으로서 효율이 Voc에 비례하는 영역 (111)과, 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역으로서 효율이 Voc와 관계 없는 포화 영역 (112)으로 나뉠 수 있다.The efficiency of the energy collecting apparatus can be divided into two regions as shown in FIG. 2. The
효율이 Voc에 비례하는 영역 (111)에서 에너지 수집 장치의 효율은, 하기 수식 2와 같고, 효율이 Voc와 관계 없는 포화 영역 (112)에서 에너지 수집 장치의 효율은, 하기 수식 3과 같다.The efficiency of the energy collecting device in the
Havester control efficiency = α · k · Voc ------- (2)Havester control efficiency = α · k · V oc ------- (2)
Havester control efficiency = A ------- (3)Havester control efficiency = A ------- (3)
여기서, α와 A는 상수를 나타낸다.Here, α and A represent constants.
수식 2와 3으로 수식 1을 다시 나타내면, 하기 수식 4와 6이 되고, 이 수식으로부터 최대 전력 전압 점 비율 k값을 구하면 수식 5와 7이 될 수 있다.Equation 1 and Equation 2 can be rewritten as Equations 2 and 3 to obtain equations 4 and 6. Equation 5 and Equation 7 can be obtained by finding the maximum power voltage point ratio k from this equation.
Pout = k(1-k)V2 oc/Rs · α · k · Voc ------- (4)P out = k (1-k) V 2 oc / Rs · α · k · V oc ------- (4)
∂Pout/∂k = 0; k = 2/3 ------- (5)∂P out / ∂k = 0; k = 2/3 ------- (5)
Pout = k(1-k)V2 oc/Rs · A ------- (6)P out = k (1-k) V 2 oc / Rs A ------- (6)
∂Pout/∂k = 0; k = 1/2 ------- (7)∂P out / ∂k = 0; k = 1/2 ------- (7)
에너지원의 출력 전압 Voc이 특정 기준 전압 VIN_P보다 작을 때, 최대 전력 점은 2/3 * Voc이지만, 에너지원의 출력 전압 Voc이 특정 기준 전압 VIN_P보다 클 때, 최대 전력 점은 1/2 * Voc인 전압이 되어, 에너지 수집 장치의 효율 특성에 따라 최적의 최대 전력 점 전압이 달라지는 것을 알 수 있다.When the output voltage V oc of the energy source is smaller than the specific reference voltage VIN_P, the maximum power point is 2/3 * V oc, but when the output voltage V oc of the energy source is larger than the specific reference voltage VIN_P, 2 * V oc , and it can be seen that the optimum maximum power point voltage varies depending on the efficiency characteristics of the energy collecting device.
따라서, 본 발명은, 다수의 특정 기준 전압들을 미리 설정하여, 입력 받은 Voc을 미리 설정된 각 기준 전압과 비교하여 해당 영역 (에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역 또는 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역)을 구별하고, 그에 따라 효율을 극대화할 수 있는 비율값 (에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역에서 2/3 또는 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역에서 1/2)을 출력할 수 있다.Therefore, in the present invention, a plurality of specific reference voltages are set in advance, and the input V oc is compared with each preset reference voltage, and the corresponding region (the region where the output voltage V oc of the energy source is smaller than the reference voltage V IN - (A region where the output voltage V oc is larger than the reference voltage VIN_P), and a ratio value (the output voltage V oc of the energy source is 2/3 in the region where the reference voltage VIN_P is smaller or the output 1/2 in the region where the voltage V oc is larger than the reference voltage VIN_P).
일 예로, 제1 에너지원(110)이 태양광 에너지원이고, 제2 에너지원(120)이 RF 에너지원일 경우, RF 에너지원의 출력 전압이 약 0V ~ 0.8V 라고 하면, RF 에너지원에 상응하는 비교기의 기준 전압 Vp1을 약 0.8V로 설정할 수 있다.For example, when the
그리고, 태양광 에너지원은, 태양 전지의 직렬 연결 개수를 조절함으로써, RF 에너지원의 최대 출력 전압인 약 0.8V 이상으로 설계할 수 있다.In addition, the solar energy source can be designed to have a maximum output voltage of about 0.8V or more by adjusting the number of series connection of solar cells.
이어, RF 에너지원의 최대 전력점 비율이 약 50%이고, 태양광 에너지원의 최대 전력점 비율이 약 80%라고 할 때, 최대 전력점 추적부의 비교부로 입력되는 에너지원의 출력 전압이 약 0.4V이면, 기준 전압 Vp1이 약 0.8V로 설정된 비교기를 통해, RF 에너지원의 출력 전압으로 인지할 수 있다.Then, when the maximum power point ratio of the RF energy source is about 50% and the maximum power point ratio of the solar energy source is about 80%, the output voltage of the energy source input to the comparison section of the maximum power point tracking section is about 0.4 V, the output voltage of the RF energy source can be recognized through the comparator in which the reference voltage Vp1 is set to about 0.8V.
다음, 최대 전력점 추적부의 선택부는, RF 에너지원의 출력 전압으로 인지하고, 그에 상응하는 RF 에너지원의 최대 전력점 비율인 약 50%를 선택할 수 있다.Next, the selection unit of the maximum power point tracking unit can recognize the output voltage of the RF energy source and select about 50% of the maximum power point ratio of the corresponding RF energy source.
그리고, 최대 전력점 추적부의 추출부는, RF 에너지원의 최대 전력점 비율인 약 50%를 선택함에 따라, 입력되는 에너지원의 출력 전압을 약 0.4V에서 50%인 0.2V로 조절하여 최대 전력점 전압을 추출할 수 있다.The extraction unit of the maximum power point tracking unit selects approximately 50% of the maximum power point ratio of the RF energy source so that the output voltage of the input energy source is adjusted from 0.2 V to 50% Voltage can be extracted.
또한, 최대 전력 점 추적부(200)는, 추출된 최대 전력 점 전압을 저장하고, 스위칭 신호에 따라 저장된 전압을 최대 전력 점 전압으로 출력하는 저장부를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
그리고, 최대 전력 점 추적부(200)는, 저장부에 저장된 전압을 소정 시간에 출력되도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
여기서, 스위칭부는, 저장부에 추출부로부터 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.Here, the switching unit may be turned off during a period of time during which the voltage extracted from the extracting unit is stored in the storage unit, and may be turned on during a period of time during which the voltage stored in the storage unit is output.
일 예로, 스위칭부는, 에너지원(100)과 최대 전력 수집부(300) 사이에 연결되어 에너지원(100)으로부터 입력되는 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제1 스위치와, 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부와 최대 전력 수집부(300) 사이에 연결되어 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부에 저장된 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.For example, the switching unit may include a first switch connected between the
여기서, 제1, 제2 스위치는, 서로 동시에 스위칭될 수 있다.Here, the first and second switches can be switched simultaneously with each other.
또한, 제1, 제2 스위치는, 저장부에 추출부로부터 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.The first and second switches may be turned off during a period of time when the voltage extracted from the extraction unit is stored in the storage unit and may be turned on during a period of time when the voltage stored in the storage unit is output.
한편, 최대 전력 수집부(300)는, 에너지원(100)의 출력 전압을 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집하고 수집된 최대 전력을 출력할 수 있다.Meanwhile, the maximum
일 예로, 최대 전력 수집부(300)는, 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 dc-dc 컨버터일 수 있다.For example, the maximum
다음, 에너지 저장부(400)는, 수집된 최대 전력을 저장할 수 있다.Next, the
이와 같이, 구성되는 본 발명은, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하여 그에 상응하는 최대 전력 점 전압을 추출함으로써, 다수의 에너지원에 하나의 최대 전력 점 추적부를 공용으로 적용할 수 있어 시스템 구성을 최소화하면서도 여러 에너지원으로부터 에너지를 획득할 수 있다.According to the present invention configured as described above, the maximum power point ratio is selected in accordance with the magnitude of the output voltage output from the plurality of energy sources, and the corresponding maximum power point voltage is extracted. Thus, The tracking unit can be commonly used, so that energy can be obtained from various energy sources while minimizing the system configuration.
따라서, 본 발명은, 원가 경쟁력 및 활용 범위를 넓혀주는 역할을 수행할 수 있다.Therefore, the present invention can play a role of expanding cost competitiveness and utilization range.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 에너지 수집 장치에 적용되는 에너지원을 설명하기 위한 블록 구성도이다.3 to 5 are block diagrams for explaining an energy source applied to the energy collecting apparatus according to the present invention.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 수집 장치는, 다수의 에너지원(100)으로부터 최대 전력을 수집할 수 있는데, 다수의 에너지원(100)은, 서로 다른 에너지원일 수 있다.3 to 5, the energy collecting apparatus according to the present invention can collect the maximum power from the plurality of
일 예로, 다수의 에너지원(100)은, 도 3과 같이 태양광 에너지원(110)일 수도 있고, 도 4와 같이 RF(Radio Frequency) 신호 에너지원(120)일 수도 있으며, 도 5와 같이 진동 에너지원(130)일 수도 있다.For example, the plurality of
도 3의 태양광 에너지원(110)은, 태양 전지가 N개로 직렬 연결되거나 또는 병렬 연결될 수 있다.The
여기서, 각 태양 전지는, 서로 병렬 연결되는 정전류원(112), 다이오드(114), 저항(116)을 포함할 수 있다.Here, each solar cell may include a constant
그리고, 태양광 에너지원(110)은, 출력단에 출력 저항(118)이 배치될 수 있는데, 출력 저항(118)은, 태양 전지의 정전류원(112), 다이오드(114) 및 저항(116)에 각각 직렬 연결될 수 있다.An
태양광 에너지원(110)은, 직렬 연결되는 태양 전지의 개수가 증가할수록 출력 전압의 크기가 커질 수 있다.The
여기서, 태양광 에너지원(110)은, 다수의 태양 전지를 연결하여 출력 전압의 크기를 높일 수 있고, 그에 따른 저항의 수도 증가하여 기생 병렬 저항이 커져 태양광 에너지원(110)의 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단할 수 있다.In this case, the
따라서, 태양광 에너지원(110)은, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.Therefore, the
이어, 도 4의 RF 신호 에너지원(120)은, RF신호를 수집하기 위한 안테나(122), 최대 에너지를 얻기 위한 매칭(matching)부(124), 그리고 낮은 전압을 올려주는 승압부(126)를 포함할 수 있다.4 includes an
또한, RF 신호 에너지원(120)은, RF 신호 에너지원(120)의 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부(126-1)를 포함할 수 있다.In addition, the RF
여기서, 전압 역유입 차단부(126-1)는, 낮은 전압을 올려주는 승압 회로의 다이오드일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the voltage reverse flow blocking portion 126-1 may be a diode of a boosting circuit for raising a low voltage, but is not limited thereto.
RF 신호 에너지원(120)은, 전압 역유입 차단부(126-1)를 낮은 전압을 올려주는 승압 회로의 다이오드로 대체할 경우, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.When the RF
다음, 도 5와 같이 진동 에너지원(130)은, 진동에너지를 수집하기 위한 장치로서 진동에너지를 전기에너지로 전환하는 압전부(132)와, 교류를 직류로 바꾸어주는 정류부(134)를 포함할 수 있다.5, the
또한, 진동 에너지원(130)은, 진동 에너지원(130)의 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부(134-1)를 포함할 수 있다.The
여기서, 전압 역유입 차단부(134-1)는, 교류를 직류로 바꾸어주는 정류 회로의 다이오드일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.Here, the voltage reverse-flow blocking portion 134-1 may be a diode of a rectifying circuit for converting AC into DC, but is not limited thereto.
진동 신호 에너지원(120)은, 전압 역유입 차단부(134-1)를 교류를 직류로 바꾸어주는 정류 회로의 다이오드로 대체할 경우, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.The vibration
따라서, 본 발명은, 다수의 에너지원에 추가적인 전압 역유입 차단 회로의 배치 없이도 역유입 전압을 차단할 수 있어 경제적이고 효율성을 높일 수 있다.Therefore, the present invention can cut off the reverse input voltage without arranging additional voltage reverse blocking circuits in a plurality of energy sources, thereby improving the economy and efficiency.
도 6은 출력 전압 크기가 다른 특정 에너지원을 설명하기 위한 회로도이고, 도 7은 도 6의 특정 에너지원의 회로 구성에 따른 출력 전압 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a specific energy source having a different output voltage magnitude, and FIG. 7 is a graph showing an output voltage characteristic according to a circuit configuration of the specific energy source of FIG.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 에너지원은, 출력 전압이 다른 특정 에너지원을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of energy sources may include different specific energy sources.
여기서, 특정 에너지원은, 다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력할 수 있다.Here, the specific energy source can output an output voltage that is larger than the maximum output voltage of the other energy source.
그 이유는, 특정 에너지원에 대해 전압 역유입 차단부를 제거함으로써, 회로 구성을 간단하고 최소화할 수 있기 때문이다.This is because the circuit configuration can be simplified and minimized by removing the voltage reverse flow blocking portion for a specific energy source.
일 예로, 특정 에너지원은, 태양광 에너지원일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.In one example, the specific energy source may be a solar energy source, but is not limited thereto.
여기서, 특정 에너지원인 태양광 에너지원은, 다수의 태양 전지가 직렬 연결되거나 또는 병렬 연결될 수 있다.Here, a solar energy source of a specific energy may be a plurality of solar cells connected in series or in parallel.
예를 들면, 태양광 에너지원을 N개로 직렬 연결할 경우, 출력 전압과 전류의 관계는 하기 수식과 같이 나타날 수 있다.For example, when a solar energy source is connected in series with N units, the relationship between the output voltage and the current can be expressed by the following equation.
I = Ipv_s - I0[exp(V/nVT)-1] - V(= NV_s)/NRsh_s I = I pv_s - I 0 [ exp (V / nV T) -1] - V (= NV _s) / NR sh_s
여기서, I는 최종 출력 전류, Ipv_s는 특정 에너지원의 발생 전류, N은 태양 전지 개수, Vs는 하나의 태양 전지에 대한 출력 전압, Rsh_s는 하나의 태양 전지에 대한 기생 병렬 저항, V는 최종 출력 전압이다.Where I is the final output current, Ipv_s is the generated current of the specific energy source, N is the number of solar cells, Vs is the output voltage for one solar cell, Rsh_s is the parasitic parallel resistance for one solar cell, Voltage.
상기 수식에서 보는 바와 같이, 태양광 에너지원의 태양 전지를 N개로 직렬 연결하면, 출력 전압만 N배 커지고 출력 전류는 거의 변하지 않으며, 태양광 에너지원의 태양 전지를 M개로 병렬 연결하면, 출력 전압은 거의 변하지 않고 출력 전류만 M배만큼 커질 수 있다.As shown in the above equation, when the solar cells of the solar energy source are connected in series, the output voltage is increased by N times and the output current hardly changes. When the solar cells of the solar energy source are connected in parallel to M, And the output current can be increased by M times.
따라서, 이러한 관계를 이용하여, 태양광 에너지원의 출력 전압의 크기를 원하는 대로 설계할 수 있다.Therefore, by using this relationship, the magnitude of the output voltage of the solar energy source can be designed as desired.
본 발명은, 특정 에너지원의 출력 전압을 다른 에너지원보다 더 크게 설계하기 위하여, 직렬 및 병렬 연결을 이용하여 특정 에너지원을 설계하는 방식과 특정 에너지원의 재료를 변경하는 방식 모두를 사용할 수 있다.In order to design the output voltage of a specific energy source to be larger than other energy sources, the present invention can use both serial and parallel connections to design a specific energy source and to change the material of a specific energy source .
일 예로, 도 6과 같이, 태양광 에너지원의 태양 전지가 N개로 직렬 연결될 때, 각 태양 전지는, 서로 병렬 연결되는 정전류원(112), 다이오드(114), 저항(116)을 포함할 수 있다.6, when the solar cells of the solar energy source are connected in series in N, each solar cell may include a constant
여기서, 태양 전지의 정전류원(112)은, 인접하는 태양 전지의 정전류원에 대응하여 직렬 연결되고, 태양 전지의 다이오드(114)는, 인접하는 태양 전지의 다이오드에 대응하여 직렬 연결되며, 태양 전지의 저항(116)은, 인접하는 태양 전지의 저항에 대응하여 직렬 연결될 수 있다.Here, the constant
그리고, 특정 에너지원인 태양광 에너지원은, 출력단에 출력 저항(118)이 배치되고, 출력 저항(118)은, 태양 전지의 정전류원(112), 다이오드(114) 및 저항(116)에 각각 직렬 연결될 수 있다.An
이처럼, 특정 에너지원은, 직렬 연결되는 태양 전지의 개수가 증가할수록 출력 전압의 크기가 커질 수 있다.As described above, the specific energy source can have a larger output voltage as the number of solar cells connected in series increases.
여기서, 특정 에너지원의 태양 전지 개수는, 하기 수식에 따라 결정될 수 있다.Here, the number of solar cells of a specific energy source can be determined according to the following equation.
I = Ipv _s - I0[exp(V/nVT)-1] - V(= NV_s)/NRsh _s I = I pv _s - I 0 [exp (V / nV T ) -1] -V (= NV _s ) / NR sh _s
여기서, I는 최종 출력 전류, Ipv_s는 특정 에너지원의 발생 전류, N은 태양 전지 개수, Vs는 하나의 태양 전지에 대한 출력 전압, Rsh_s는 하나의 태양 전지에 대한 기생 병렬 저항, V는 최종 출력 전압이다.Where I is the final output current, Ipv_s is the generated current of the specific energy source, N is the number of solar cells, Vs is the output voltage for one solar cell, Rsh_s is the parasitic parallel resistance for one solar cell, Voltage.
이와 같이, 본 발명에서, 특정 에너지원을 제외한 나머지 에너지원은, 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부를 포함할 수 있다.As described above, in the present invention, the remaining energy sources other than the specific energy source may include a voltage reverse blocking unit for blocking a voltage that is reversely introduced from the output terminal to the inside.
즉, 태양광 에너지원과 같이 특정 에너지원이 다른 에너지원보다 출력 전압이 클 때, 나머지 다른 다수의 에너지원들은, 특정 에너지원으로부터 출력 전압이 역유입되지 않도록, 반드시 전압 역유입 차단부가 배치되어야 한다.That is, when a specific energy source, such as a solar energy source, has a higher output voltage than the other energy source, the remaining plurality of energy sources must be provided with a reverse voltage blocking unit so that the output voltage is not reversed from the specific energy source do.
이에 반해, 태양광 에너지원과 같이 특정 에너지원은, 전압 역유입 차단부를 배치하지 않아도 되는데, 그 이유는, 전압 역유입 차단부에 상응하는 효율이 감소되고, 태양광 에너지원을 직렬로 연결할 경우, 태양 전지의 개수만큼 기생 병렬 저항도 N배 만큼 커지기 때문에 다른 에너지원에서 태양광 에너지원으로의 누설전류도 그만큼 줄어들기 때문이다.On the other hand, a particular energy source, such as a solar energy source, does not require a voltage reverse blocking means because the efficiency corresponding to the voltage reverse blocking block is reduced and the solar energy source is connected in series , Because the parasitic parallel resistance is N times as large as the number of solar cells, the leakage current from the other energy source to the solar energy source is reduced accordingly.
그리고, 특정 에너지원 이외의 나머지 다른 에너지원에 배치되는 전압 역유입 차단부는, 따로 추가적으로 설치할 필요 없이, 기존의 부품을 이용할 수 있으므로, 추가적인 비용이 들지 않아서 경제적이고, 전압 역유입 차단부의 추가에 따른 효율 저하도 발생하지 않는다.In addition, the voltage reverse blocking unit disposed in the other energy source other than the specific energy source is economical because it can use the existing components without additional installation, so that it is economical. Further, according to the addition of the voltage blocking unit The efficiency is not lowered.
도 8은 본 발명 제1 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 보여주는 도면이다.8 is a view showing an energy collecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명 제1 실시예에 따른 에너지 수집 장치는, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)으로부터 최대 전력을 수집할 수 있다.As shown in FIG. 8, the energy collecting apparatus according to the first embodiment of the present invention can collect maximum power from the
여기서, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)은, 에너지 수집 장치의 최대 전력 점 추적부(200)의 입력단에 대해 서로 병렬 연결될 수 있다.Here, the
즉, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)은, 최대 전력 점 추적부(200)의 하나의 입력단 노드(100-1)에 연결될 수 있다.That is, the
따라서, RF 신호 에너지원(120)은, 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부(126-1)를 포함할 수 있다.Accordingly, the RF
여기서, 전압 역유입 차단부(126-1)는, 낮은 전압을 올려주는 승압 회로(126)의 다이오드일 수 있다.Here, the voltage reverse flow blocking unit 126-1 may be a diode of the boosting
이 경우, RF 신호 에너지원(120)은, 전압 역유입 차단부(126-1)를 낮은 전압을 올려주는 승압 회로(126)의 다이오드로 대체할 경우, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.In this case, when the RF
또한, 태양광 에너지원(110)은, 전압 역유입 차단부를 제거하기 위하여, 출력 전압의 크기를 다르게 설계할 수 있다.In addition, the
여기서, 태양광 에너지원(110)은, 다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력할 수 있다.Here, the
그 이유는, 태양광 에너지원(110)에 대해 전압 역유입 차단부를 제거함으로써, 회로 구성을 간단하고 최소화할 수 있기 때문이다.This is because the circuit configuration can be simplified and minimized by removing the voltage reverse flow blocking portion with respect to the
다음, 최대 전력 점 추적부(200)는, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)으로부터 출력되는 출력 전압을 토대로 상응하는 에너지원의 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.Next, the maximum power
즉, 최대 전력 점 추적부(200)는, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)으로부터 출력되는 출력 전압의 크기를 측정하고, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하며, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.That is, the maximum power
또한, 최대 전력 점 추적부(200)는, 추출된 최대 전력 점 전압을 저장하고, 스위칭 신호에 따라 저장된 전압을 최대 전력 점 전압으로 출력하는 저장부(210)를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
그리고, 최대 전력 점 추적부(200)는, 저장부(210)에 저장된 전압을 소정 시간에 출력되도록 스위칭하는 스위칭부(220)를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
여기서, 스위칭부(220)는, 저장부(210)에 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부(210)에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.Here, the
일 예로, 스위칭부(220)는, 입력단 노드(100-1)과 최대 전력 수집부(300) 사이에 연결되어 에너지원으로부터 입력되는 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제1 스위치와, 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부(210)와 최대 전력 수집부(300) 사이에 연결되어 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부(210)에 저장된 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있다.For example, the
여기서, 제1, 제2 스위치는, 서로 동시에 스위칭될 수 있다.Here, the first and second switches can be switched simultaneously with each other.
또한, 제1, 제2 스위치는, 저장부(210)에 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부(210)에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.The first and second switches may be turned off during the time when the voltage extracted in the
이어, 최대 전력 수집부(300)는, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)의 출력 전압을 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집하고 수집된 최대 전력을 출력할 수 있다.Then, the maximum
일 예로, 최대 전력 수집부(300)는, 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 dc-dc 컨버터일 수 있다.For example, the maximum
다음, 에너지 저장부(400)는, 수집된 최대 전력을 저장할 수 있다.Next, the
이와 같이, 구성되는 본 발명은, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하여 그에 상응하는 최대 전력 점 전압을 추출함으로써, 다수의 에너지원에 하나의 최대 전력 점 추적부를 공용으로 적용할 수 있어 시스템 구성을 최소화하면서도 여러 에너지원으로부터 에너지를 획득할 수 있다.According to the present invention configured as described above, the maximum power point ratio is selected in accordance with the magnitude of the output voltage output from the plurality of energy sources, and the corresponding maximum power point voltage is extracted. Thus, The tracking unit can be commonly used, so that energy can be obtained from various energy sources while minimizing the system configuration.
따라서, 본 발명은, 원가 경쟁력 및 활용 범위를 넓혀주는 역할을 수행할 수 있다.Therefore, the present invention can play a role of expanding cost competitiveness and utilization range.
도 9는 도 8의 최대 전력 점 추적부를 설명하기 위한 블록 구성도이다.9 is a block diagram for explaining the maximum power point tracking unit of FIG.
도 9에 도시된 바와 같이, 최대 전력 점 추적부(200)는, 비교부(230), 선택부(240), 그리고, 추출부(250)를 포함할 수 있다.9, the maximum power
여기서, 비교부(230)는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정할 수 있다.Here, the
즉, 비교부(230)는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 다수의 비교기들을 포함하는데, 다수의 비교기들은, 서로 다른 기준 전압이 입력될 수 있다.That is, the
비교기에 입력되는 기준 전압은, 에너지원의 출력 전압 특성에 상응하는 기준 전압일 수 있다.The reference voltage input to the comparator may be a reference voltage corresponding to the output voltage characteristic of the energy source.
즉, 비교기에 입력되는 기준 전압은, 에너지원의 최대 출력 전압에 상응하는 기준 전압일 수 있다.That is, the reference voltage input to the comparator may be a reference voltage corresponding to the maximum output voltage of the energy source.
일 예로, 태양광 에너지원(110)이 특정 에너지원으로 설정되고, RF 신호 에너지원(120)이 나머지 일반 에너지원일 경우, RF 신호 에너지원(120)의 최대 출력 전압이 Vp1이면, 태양광 에너지원(110)의 출력 전압은, RF 신호 에너지원(120)의 최대 출력 전압 Vp1보다 더 크게 설계되어야 한다.If the maximum output voltage of the RF
따라서, 태양광 에너지원(110)의 출력 전압 Vph은, Vp1 < Vph < Vmax일 수 있다.Therefore, the output voltage Vph of the
예를 들어, 비교부가 제1, 제2, 제3 비교기를 포함하고, 제1 비교기(232)에 입력되는 기준 전압을 Vp1으로 설정하고, 제2 비교기(234)에 입력되는 기준 전압을 Vp1보다 더 낮은 Vp2로 설정하며, 제3 비교기에 입력되는 기준 전압을 Vp2보다 더 작은 Vp3으로 설정한다면, 제1, 제2, 제3 비교기에 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp1보다 크면 출력 전압이 태양광 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지하고, 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp2보다 크고 Vp1보다 작다면 출력 전압이 RF 신호 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지하며, 입력되는 에너지원의 출력 전압이 Vp3보다 크고 Vp2보다 작다면 출력 전압이 다른 진동 에너지원으로부터 입력된 것으로 인지할 수 있다.For example, when the comparison section includes first, second, and third comparators, the reference voltage input to the
따라서, 본 발명의 에너지 수집 장치는, 다수의 에너지원으로부터 출력 전압이 입력되어도 다수의 비교기를 갖는 최대 전력점 추적부의 비교부를 통해 에너지원을 식별할 수 있고, 식별된 에너지원에 상응하는 최적의 최대 전력점 비율을 선택할 수 있다.Therefore, the energy collecting apparatus of the present invention can identify the energy source through the comparing unit of the maximum power point tracking unit having a plurality of comparators even when the output voltage is inputted from the plurality of energy sources, The maximum power point ratio can be selected.
경우에 따라, 비교기의 개수는, 에너지원의 개수와 동일할 수 있다.In some cases, the number of comparators may be equal to the number of energy sources.
여기서, 비교기의 개수는, 다수의 에너지원이 서로 다른 출력 전압 특성을 가질 때, 에너지원의 개수와 동일할 수 있다.Here, the number of comparators may be equal to the number of energy sources when the plurality of energy sources have different output voltage characteristics.
그 이유는, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 최대 출력 전압이 다르면, 비교기에 입력되는 기준 전압도 달라야 하기 때문이다.The reason is that if the maximum output voltage output from a plurality of energy sources is different, the reference voltage input to the comparator must be different.
다른 경우로서, 비교기의 개수는, 에너지원의 개수보다 더 적을 수도 있다.In other cases, the number of comparators may be less than the number of energy sources.
여기서, 비교기의 개수는, 다수의 에너지원 중 일부 에너지원이 서로 동일한 출력 전압 특성을 가질 때, 에너지원의 개수보다 더 적을 수 있다.Here, the number of comparators may be less than the number of energy sources when some of the plurality of energy sources have the same output voltage characteristics.
그 이유는, 일부 에너지원으로부터 출력되는 최대 출력 전압이 서로 동일하면, 비교기에 입력되는 기준 전압도 동일하므로, 기준 전압이 중복되는 비교기를 생략할 수 있기 때문이다.This is because, if the maximum output voltages outputted from some energy sources are equal to each other, the reference voltage input to the comparator is also the same, so that the comparator in which the reference voltage is overlapped can be omitted.
예를 들면, 비교부(230)는, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 제1 비교기(232)와, 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압보다 더 작은 제2 기준 전압을 비교하여 출력 전압의 크기를 측정하는 적어도 하나의 제2 비교기(234)를 포함할 수 있다.For example, the
여기서, 제1 기준 전압은, 다수의 에너지원들로부터 출력되는 최대 출력 전압들 중, 두 번째로 큰 최대 출력 전압을 토대로 설정될 수 있다.Here, the first reference voltage may be set based on the second largest output voltage among the maximum output voltages output from the plurality of energy sources.
또한, 최대 전력 점 추적부(200)의 선택부는, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택할 수 있다.Also, the selection unit of the maximum power
이어, 최대 전력 점 추적부(200)의 추출부는, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.Then, the extracting unit of the maximum power
여기서, 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출하는 이유는, 각각의 에너지원마다 환경에 따른 최대 전력점이 다르기 때문이다.The reason for extracting the maximum power point voltage based on the maximum power point ratio is that the maximum power point according to the environment differs for each energy source.
따라서, 각 에너지원마다 최대 효율을 얻기 위해서는, 각 에너지원에 상응하는 최대 전력 비율을 설정할 수 있다.Therefore, in order to obtain the maximum efficiency for each energy source, the maximum power ratio corresponding to each energy source can be set.
각 에너지원에 상응하는 최대 전력 비율은, 다음과 같이 설정될 수 있다.The maximum power ratio corresponding to each energy source can be set as follows.
에너지 수집 장치에서 출력되는 전력은 하기 수식 1과 같다.The power output from the energy collecting device is expressed by Equation 1 below.
Pout = (k · Voc) · (1-k)Voc/Rs · Havester control efficiency P out = (k · V oc ) · (1-k) V oc / Rs · Havester control efficiency
= k(1-k)V2 oc/Rs · Havester control efficiency ------- (1)= k (1-k) V 2 oc / Rs · Havester control efficiency ------- (1)
여기서, k는 최대 전력 점 전압 비율, Rs는 에너지원의 내부 저항을 나타낸다.Where k is the maximum power point voltage ratio and Rs is the internal resistance of the energy source.
그리고, 에너지 수집 장치의 효율은, 도 2와 같이, 두 개의 영역으로 나뉠 수 있는데, 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역으로서 효율이 Voc에 비례하는 영역 (111)과, 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역으로서 효율이 Voc와 관계 없는 포화 영역 (112)으로 나뉠 수 있다.The efficiency of the energy collecting apparatus can be divided into two regions as shown in FIG. 2. The
효율이 Voc에 비례하는 영역 (111)에서 에너지 수집 장치의 효율은, 하기 수식 2와 같고, 효율이 Voc와 관계 없는 포화 영역 (112)에서 에너지 수집 장치의 효율은, 하기 수식 3과 같다.The efficiency of the energy collecting device in the
Havester control efficiency = α · k · Voc ------- (2)Havester control efficiency = α · k · V oc ------- (2)
Havester control efficiency = A ------- (3)Havester control efficiency = A ------- (3)
여기서, α와 A는 상수를 나타낸다.Here, α and A represent constants.
수식 2와 3으로 수식 1을 다시 나타내면, 하기 수식 4와 6이 되고, 이 수식으로부터 최대 전력 전압 점 비율 k값을 구하면 수식 5와 7이 될 수 있다.Equation 1 and Equation 2 can be rewritten as Equations 2 and 3 to obtain equations 4 and 6. Equation 5 and Equation 7 can be obtained by finding the maximum power voltage point ratio k from this equation.
Pout = k(1-k)V2 oc/Rs · α · k · Voc ------- (4)P out = k (1-k) V 2 oc / Rs · α · k · V oc ------- (4)
∂Pout/∂k = 0; k = 2/3 ------- (5)∂P out / ∂k = 0; k = 2/3 ------- (5)
Pout = k(1-k)V2 oc/Rs · A ------- (6)P out = k (1-k) V 2 oc / Rs A ------- (6)
∂Pout/∂k = 0; k = 1/2 ------- (7)∂P out / ∂k = 0; k = 1/2 ------- (7)
에너지원의 출력 전압 Voc이 특정 기준 전압 VIN_P보다 작을 때, 최대 전력 점은 2/3 * Voc이지만, 에너지원의 출력 전압 Voc이 특정 기준 전압 VIN_P보다 클 때, 최대 전력 점은 1/2 * Voc인 전압이 되어, 에너지 수집 장치의 효율 특성에 따라 최적의 최대 전력 점 전압이 달라지는 것을 알 수 있다.When the output voltage V oc of the energy source is smaller than the specific reference voltage VIN_P, the maximum power point is 2/3 * V oc, but when the output voltage V oc of the energy source is larger than the specific reference voltage VIN_P, 2 * V oc , and it can be seen that the optimum maximum power point voltage varies depending on the efficiency characteristics of the energy collecting device.
따라서, 본 발명은, 다수의 특정 기준 전압들을 미리 설정하여, 입력 받은 Voc을 미리 설정된 각 기준 전압과 비교하여 해당 영역 (에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역 또는 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역)을 구별하고, 그에 따라 효율을 극대화할 수 있는 비율값 (에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 작은 영역에서 2/3 또는 에너지원의 출력 전압 Voc가 기준 전압 VIN_P보다 큰 영역에서 1/2)을 출력할 수 있다.Therefore, in the present invention, a plurality of specific reference voltages are set in advance, and the input V oc is compared with each preset reference voltage, and the corresponding region (the region where the output voltage V oc of the energy source is smaller than the reference voltage V IN - (A region where the output voltage V oc is larger than the reference voltage VIN_P), and a ratio value (the output voltage V oc of the energy source is 2/3 in the region where the reference voltage VIN_P is smaller or the output 1/2 in the region where the voltage V oc is larger than the reference voltage VIN_P).
일 예로, RF 에너지원의 출력 전압이 약 0V ~ 0.8V 라고 하면, RF 에너지원에 상응하는 비교기의 기준 전압 Vp1을 약 0.8V로 설정할 수 있다.For example, when the output voltage of the RF energy source is about 0V to 0.8V, the reference voltage Vp1 of the comparator corresponding to the RF energy source can be set to about 0.8V.
그리고, 태양광 에너지원은, 태양 전지의 직렬 연결 개수를 조절함으로써, RF 에너지원의 최대 출력 전압인 약 0.8V 이상으로 설계할 수 있다.In addition, the solar energy source can be designed to have a maximum output voltage of about 0.8V or more by adjusting the number of series connection of solar cells.
이어, RF 에너지원의 최대 전력점 비율이 약 50%이고, 태양광 에너지원의 최대 전력점 비율이 약 80% 라고 할 때, 최대 전력점 추적부의 비교부로 입력되는 에너지원의 출력 전압이 약 0.4V이면, 기준 전압 Vp1이 약 0.8V로 설정된 비교기를 통해, RF 에너지원의 출력 전압으로 인지할 수 있다.Then, when the maximum power point ratio of the RF energy source is about 50% and the maximum power point ratio of the solar energy source is about 80%, the output voltage of the energy source input to the comparison section of the maximum power point tracking section is about 0.4 V, the output voltage of the RF energy source can be recognized through the comparator in which the reference voltage Vp1 is set to about 0.8V.
다음, 최대 전력점 추적부(200)의 선택부(240)는, RF 에너지원의 출력 전압으로 인지하고, 그에 상응하는 RF 에너지원의 최대 전력점 비율인 약 50%를 선택할 수 있다.Next, the
그리고, 최대 전력점 추적부(200)의 추출부(250)는, RF 에너지원의 최대 전력점 비율인 약 50%를 선택함에 따라, 입력되는 에너지원의 출력 전압을 약 0.4V에서 50%인 0.2V로 조절하여 최대 전력점 전압을 추출할 수 있다.The
또한, 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부(210)는, 추출부(250)로부터 추출된 최대 전력 점 전압을 저장하고, 스위칭 신호에 따라 저장된 전압을 최대 전력 점 전압으로 출력할 수 있다.The
그리고, 최대 전력 점 추적부(200)의 스위칭부(220)는, 저장부(210)에 저장된 전압을 소정 시간에 출력되도록 스위칭할 수 있다.The
여기서, 스위칭부(220)는, 저장부(210)에 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부(210)에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.Here, the
도 10은 도 8의 스위칭부를 설명하기 위한 블록 구성도이다.FIG. 10 is a block diagram illustrating the switching unit of FIG. 8. FIG.
도 10에 도시된 바와 같이, 스위칭부(220)는, 에너지원(100)과 최대 전력점 추적부(200) 사이의 입력단 노드(100-1)에 연결되어 에너지원(100)으로부터 입력되는 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제1 스위치(222)와, 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부에 연결되어 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부에 저장된 전압의 출력을 최대 전력 수집부(300)로 스위칭하는 제2 스위치(224)를 포함할 수 있다.10, the
여기서, 제1, 제2 스위치(222, 224)는, 서로 동시에 스위칭될 수 있다.Here, the first and
또한, 제1, 제2 스위치(222, 224)는, 추출된 전압이 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부에 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 최대 전력 점 추적부(200)의 저장부에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.The first and
따라서, 최대 전력 수집부(300)는, 에너지원(100)으로부터 출력되는 출력 전압과 최대 전력 점 추적부로부터 추출되는 최대 전력 점 전압을 토대로, 에너지원(100)의 출력 전압을 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집할 수 있다.Accordingly, the maximum
도 11은 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치를 보여주는 도면이다.11 is a view showing an energy collecting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명 제2 실시예에 따른 에너지 수집 장치는, 태양광 에너지원(110), RF 신호 에너지원(120) 및 진동 에너지원(130)으로부터 최대 전력을 수집할 수 있다.11, the energy collecting apparatus according to the second embodiment of the present invention collects the maximum power from the
여기서, 태양광 에너지원(110), RF 신호 에너지원(120) 및 진동 에너지원(130)은, 에너지 수집 장치의 최대 전력 점 추적부(200)의 입력단에 대해 서로 병렬 연결될 수 있다.Here, the
즉, 태양광 에너지원(110), RF 신호 에너지원(120) 및 진동 에너지원(130)은, 최대 전력 점 추적부(200)의 하나의 입력단 노드(100-1)에 연결될 수 있다.That is, the
따라서, RF 신호 에너지원(120)은, 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부)를 포함할 수 있다.Accordingly, the RF
여기서, 전압 역유입 차단부는, 낮은 전압을 올려주는 승압 회로(126)의 다이오드일 수 있다.Here, the voltage reverse blocking unit may be a diode of the boosting
이 경우, RF 신호 에너지원(120)은, 전압 역유입 차단부를 낮은 전압을 올려주는 승압 회로의 다이오드로 대체할 경우, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.In this case, when the RF
그리고, 진동 에너지원(130)은, 진동 에너지원(130)의 출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부를 포함할 수 있다.The
여기서, 전압 역유입 차단부는, 교류를 직류로 바꾸어주는 정류 회로의 다이오드일 수 있다.Here, the voltage reverse blocking portion may be a diode of a rectifying circuit that converts an alternating current into a direct current.
이 경우, 진동 신호 에너지원(120)은, 전압 역유입 차단부를 교류를 직류로 바꾸어주는 정류 회로의 다이오드로 대체할 경우, 추가적인 전압 역유입 차단 회로를 배치할 필요가 없어 효율적이다.In this case, when the
또한, 태양광 에너지원(110)은, 전압 역유입 차단부를 제거하기 위하여, 출력 전압의 크기를 다르게 설계할 수 있다.In addition, the
여기서, 태양광 에너지원(110)은, 다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력할 수 있다.Here, the
그 이유는, 태양광 에너지원(110)에 대해 전압 역유입 차단부를 제거함으로써, 회로 구성을 간단하고 최소화할 수 있기 때문이다.This is because the circuit configuration can be simplified and minimized by removing the voltage reverse flow blocking portion with respect to the
다음, 최대 전력 점 추적부(200)는, 태양광 에너지원(110), RF 신호 에너지원(120) 및 진동 에너지원(130)으로부터 출력되는 출력 전압을 토대로 상응하는 에너지원의 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.Next, the maximum power
즉, 최대 전력 점 추적부(200)는, 태양광 에너지원(110), RF 신호 에너지원(120) 및 진동 에너지원(130)으로부터 출력되는 출력 전압의 크기를 측정하고, 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하며, 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 최대 전력 점 전압을 추출할 수 있다.That is, the maximum power
또한, 최대 전력 점 추적부(200)는, 추출된 최대 전력 점 전압을 저장하고, 스위칭 신호에 따라 저장된 전압을 최대 전력 점 전압으로 출력하는 저장부(210)를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
그리고, 최대 전력 점 추적부(200)는, 저장부(210)에 저장된 전압을 소정 시간에 출력되도록 스위칭하는 스위칭부(220)를 더 포함할 수도 있다.The maximum power
여기서, 스위칭부(220)는, 저장부(210)에 추출된 전압이 저장되는 시간 동안에 오프(off)되고, 저장부(210)에 저장된 전압이 출력되는 시간 동안에 온(on)될 수 있다.Here, the
이어, 최대 전력 수집부(300)는, 태양광 에너지원(110)과 RF 신호 에너지원(120)의 출력 전압을 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집하고 수집된 최대 전력을 출력할 수 있다.Then, the maximum
일 예로, 최대 전력 수집부(300)는, 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 dc-dc 컨버터일 수 있다.For example, the maximum
다음, 에너지 저장부(400)는, 수집된 최대 전력을 저장할 수 있다.Next, the
이와 같이, 구성되는 본 발명은, 다수의 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하여 그에 상응하는 최대 전력 점 전압을 추출함으로써, 다수의 에너지원에 하나의 최대 전력 점 추적부를 공용으로 적용할 수 있어 시스템 구성을 최소화하면서도 여러 에너지원으로부터 에너지를 획득할 수 있다.According to the present invention configured as described above, the maximum power point ratio is selected in accordance with the magnitude of the output voltage output from the plurality of energy sources, and the corresponding maximum power point voltage is extracted. Thus, The tracking unit can be commonly used, so that energy can be obtained from various energy sources while minimizing the system configuration.
따라서, 본 발명은, 원가 경쟁력 및 활용 범위를 넓혀주는 역할을 수행할 수 있다.Therefore, the present invention can play a role of expanding cost competitiveness and utilization range.
이상, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and also implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . Also, the computer may include a control unit of the terminal.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
100: 에너지원
200: 최대 전력 점 추적부
300: 최대 전력 수집부
400: 에너지 저장부100: energy source
200: maximum power point tracking unit
300: maximum power collecting unit
400: Energy storage unit
Claims (10)
상기 각 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압을 토대로 상기 상응하는 에너지원의 최대 전력 점 전압을 추출하는 최대 전력 점 추적부;
상기 에너지원의 출력 전압을 상기 최대 전력 점 전압으로 조절하여 최대 전력을 수집하고 상기 수집된 최대 전력을 출력하는 최대 전력 수집부; 그리고,
상기 수집된 최대 전력을 저장하는 에너지 저장부를 포함하고,
상기 최대 전력 점 추적부는,
상기 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압의 크기를 측정하고, 상기 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하며, 상기 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 상기 최대 전력 점 전압을 추출하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.Multiple energy sources;
A maximum power point tracking unit for extracting a maximum power point voltage of the corresponding energy source based on an output voltage output from each energy source;
A maximum power collecting unit for collecting a maximum power by regulating the output voltage of the energy source to the maximum power point voltage and outputting the collected maximum power; And,
And an energy storage unit for storing the collected maximum power,
Wherein the maximum power point tracking unit comprises:
And the maximum power point voltage is extracted based on the selected maximum power point ratio. The method of claim 1, wherein the maximum power point ratio is determined based on the magnitude of the output voltage, Energy collecting device.
출력 전압이 다른 특정 에너지원을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.The method of claim 1, wherein the plurality of energy sources comprises:
Characterized in that the output voltage comprises a different specific energy source.
다른 에너지원의 최대 출력 전압보다 더 큰 출력 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.The method according to claim 2,
And outputs an output voltage greater than a maximum output voltage of the other energy source.
출력단으로부터 내부로 역유입되는 전압을 차단하는 전압 역유입 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.3. The method of claim 2, wherein the energy source other than the specific energy source comprises:
And a voltage reverse blocking unit for blocking a voltage that flows backward from the output terminal to the inside.
상기 최대 전력 점 추적부의 하나의 입력단 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.The method of claim 1,
And to one input node of the maximum power point tracking unit.
상기 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 출력 전압의 크기를 측정하는 비교부;
상기 측정된 출력 전압의 크기에 따라 최대 전력 점 비율을 선택하는 선택부; 그리고,
상기 선택된 최대 전력 점 비율을 토대로 상기 최대 전력 점 전압을 추출하는 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.The apparatus of claim 1, wherein the maximum power point tracking unit comprises:
A comparison unit comparing the output voltage output from the energy source with a reference voltage to measure the magnitude of the output voltage;
A selector for selecting a maximum power point ratio according to the magnitude of the measured output voltage; And,
And an extracting unit for extracting the maximum power point voltage based on the selected maximum power point ratio.
상기 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 출력 전압의 크기를 측정하는 다수의 비교기들을 포함하고,
상기 다수의 비교기들은,
서로 다른 기준 전압이 입력되는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.7. The apparatus according to claim 6,
And a plurality of comparators for comparing the output voltage from the energy source with a reference voltage to measure the magnitude of the output voltage,
The plurality of comparators,
Wherein different reference voltages are input.
상기 에너지원의 출력 전압 특성에 상응하는 기준 전압인 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.8. The method of claim 7, wherein the reference voltage input to the comparator comprises:
Wherein the reference voltage is a reference voltage corresponding to an output voltage characteristic of the energy source.
상기 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 출력 전압의 크기를 측정하는 제1 비교기; 그리고,
상기 에너지원으로부터 출력되는 출력 전압과 상기 제1 기준 전압보다 더 작은 제2 기준 전압을 비교하여 상기 출력 전압의 크기를 측정하는 적어도 하나의 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.8. The apparatus according to claim 7,
A first comparator for comparing the output voltage output from the energy source with a first reference voltage to measure the magnitude of the output voltage; And,
And at least one second comparator for comparing the output voltage output from the energy source with a second reference voltage smaller than the first reference voltage to measure the magnitude of the output voltage.
상기 다수의 에너지원들로부터 출력되는 최대 출력 전압들 중, 두 번째로 큰 최대 출력 전압을 토대로 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 수집 장치.10. The method of claim 9,
And the second maximum output voltage is set based on the second largest output voltage among the maximum output voltages output from the plurality of energy sources.
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