KR20200021678A - 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충전장치의 전력 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공동주택의 베란다 난간에 다수개의 집열판(태양광 솔라셀)이 형성된 태양열 집열장치를 설치한 후, 태양의 이동 방향에 따라 집열판이 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 얻어진 태양에너지를 태양광 발전장치를 통해 전기에너지로 변환하여 가정의 냉, 난방으로 사용하도록 한 태양열 집열장치를 에어컨과 같이 초기 전력이 많이 소모되는 부하에 대하여 필요시 전력을 집중적으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 전력소모를 줄일 수 있도록 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법{POWER CONTROL DEVICE FOR CHARGING EQUIPMENT BY SOLAR POWER GENERATION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 충전장치의 전력 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공동주택의 베란다 난간에 다수개의 집열판(태양광 솔라셀)이 형성된 태양열 집열장치를 설치한 후, 태양의 이동 방향에 따라 집열판이 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 얻어진 태양에너지를 태양광 발전장치를 통해 전기에너지로 변환하여 가정의 냉, 난방으로 사용하도록 하되, 태양열 집열장치를 에어컨과 같이 초기 전력이 많이 소모되는 부하에 대하여 필요시 전력을 집중적으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 전력소모를 줄일 수 있도록 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 비용 및 공해문제로 인하여 화석연료의 사용량을 줄이고자 하는 노력이 세계적으로 이루어지고 있다. 이를 위하여 태양에너지를 이용한 대체에너지 또는 에너지 저감기술 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
이러한 기술 분야에는 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지를 다수 배열시켜 발전을 하는 태양광 발전장치, 태양의 열에너지를 이용하는 태양열 집열관을 다수 배열시켜 활용한 온수 및 발전장치, 태양광을 실내로 유입시키는 자연채광 및 조명 장치 등이 연구되고, 개발되어 서서히 보급이 증대되고 있다.
그러나 태양전지의 경우 태양광에서 전력으로의 변환 효율은 아직까지는 20%를 넘지 못하고 있으며 염료 감응형 태양전지의 경우 10%를 넘지 못하고 있는 실정이다. 점진적인 효율개선이 진행되고 있지만, 이 분야에서의 1% 효율을 높이는데 필요한 자본과 기술, 시간제약이 크다.
이러한 이유로 기존 태양에너지 기술에서 태양광을 최대로 입사시키기 위한 기술들이 가치를 인정받아 개발되었고, 보급되고 있는데, 태양광을 최대로 활용하는 방위각과 고도각으로 태양에너지 장치들을 대향시켜서 효율을 최대로 하기 위한 노력들이 그것이다.
일반적으로 태양 에너지를 이용하는 태양에너지 변환모듈(태양전지, 집열관, 조명장치, 반사 장치 등)에 입사되는 빛의 입사각에 따라 그 출력이 달라지므로, 태양전지를 일중 태양의 이동을 추적하게 하여 전지의 출력이 최대가 되게 만들어 주기 위해 고안된 장치를 태양광 추적장치(Tracking system)라고 하며 태양의 태양 에너지의 최대 출력지점을 찾기 위한 위치 검출장치와 그 결과에 따라 태양에너지 변환 모듈을 태양의 방위각과 고도각에 대향시키도록 추미구동(태양을 따라 구동)하는 구동장치로 이루어져 있다.
태양위치 검출장치는 태양의 위치를 예측할 수 있는 프로그램 또는 그 산출물을 미리 산출하여 저장하고, 시각에 따라 그 정보를 추미구동장치에 이용하여 제어하는 간접정보 이용방식과 태양위치 검출센서나 기기를 사용하는 직접 정보 검출 방식이 있다.
이의 사용에는 맑은 날에는 직접 정보 검출 방식으로 추미구동하고 우천시에는 프로그램에 의해 자동적으로 작동을 정지하거나 태양의 위치를 계산하여 추미구동하는 간접방식이 병용되고 있다.
종래의 이런 추미구동 장치는 주로 하루 중 태양의 이동에 따라 태양 전지나 태양 집광판도 동에서 서로 이동하며, 여러 장의 태양전지나 집광렌즈, 집열관을 직/병렬로 연결하여 제조된 대면적 모듈을 추미구동 장치에 얹어 한꺼번에 움직이게 한다.
이는 설치공간의 제약을 갖고 있어 주로 평지에 추미구동에 필요한 공간을 확보한 후 설치되고 있고, 계절별 고도각에 대한 추미구동 역시 대면적의 태양광 변환모듈을 대상으로 하기 때문에, 같은 제약을 가지고 있으며 설치공간의 제약이 있는 건물의 옥상 등 협소공간에서는 그나마 무시되거나 수동으로 조작하고 있는 실정이며, 최근 태양광전지에 의한 발전시스템이 건물의 옥상 등에 설치되고 있으나, 이러한 공간의 제약으로 인하여 아예 남향에 비스듬히 고정하여 설치되고 있는 실정이다.
더욱이, 상기에 언급했듯이 최근의 정부 노력과 기술 발전, 환경에 대한 개인의 관심고조, 고유가 등으로 이제는 가정에서도 태양광 발전이나 태양광 집열관을 이용한 온수 시스템 등의 도입이 점차 증대되고 있는데도, 우리나라와 같이 아파트가 많은 지역에서의 가정 내 태양광 이용시스템의 도입은 많은 제약을 가하고 있다.
아파트와 같은 공동주택의 경우, 그 옥상 외에는 공간과 장소에 있어 현재의 태양광 시스템을 도입하기가 더욱 마땅치 않다. 왜냐하면, 아파트 등 공동주택은 대부분 태양이 비추는 지붕도 없고 마당도 없다. 설치할 장소라고는 외벽과 창호와 베란다밖에 없다. 그나마 남아 있는 베란다도 확장하여 실내공간으로 사용하는 실정으로, 대상공간이 더욱 사라지고 있다.
또한, 아파트 등 공동주택에서는 설혹 태양광 기기들이 세대별 창호나 외벽에 설치된다 하여도 종래의 기술로 대면적을 시설할 경우 강풍, 우천시, 우박 강하시 안전성을 확보하기 곤란하며, 더욱이 심미성 부분에서 매우 취약하여 주민들이 매우 꺼리고 있는 실정이며, 이런 상황에서 태양광 이용기기는 물론이거니와 종래의 추미구동 장치는 적용하기가 아예 곤란하다. 더욱이 복잡한 태양추적 검출장치까지 부가되면 문제는 더욱 복잡해진다.
이에 따라 이러한 환경에 맞는 독특한 추미구동장치가 보급되지 않으면 공동주택에 태양광 에너지 기기를 보급하는 것은 한계가 있을 것으로 예측된다.
또 다른 측면으로 비록 태양광 활용 기기가 설치되었다고 하여도, 이러한 공동주택의 평면구조상, 태양이 비추는 공간은 일 측면에 불과하고, 다른 동 건물이나 향 배치의 제약으로 인하여 태양이 비치는 공간이 더욱 한정적이다.
이에 따라 주어진 조건에서 이용 가능한 태양광을 최대한 활용하는 장치가 더욱 필요한 주거 공간이기도 하다.
난간은 건물의 외부에 설치되는 안전펜스이나 기능적으로 재발견하고, 활용성을 재창출 하면, 본래의 기능인 안전펜스 역할을 유지하면서도, 다양한 활용이 가능하다.
대개는 창호의 안전성을 보완하고, 베란다 등에서의 안전펜스역할을 하므로 태양이 비치는 곳에서의 난간의 역할을 새로이 조명할 필요가 있으나, 종래의 난간은 제대로 활용되지 않고 있다.
그리하여 국내 등록특허 제10-1364189호가 개시되었으나, 수평으로 설치한 난간마다 수평집열판을 설치하고, 상기 수평집열판이 기어방식에 의해 태양의 이동에 따라 상하로 회전할 수 있도록 구성한 것으로, 그 구성이 복잡하고 다루기가 어렵기 때문에 사용상에 많은 어려움이 있었던 것이다.
그뿐만 아니라 국내 실용신안 공고 제20-1986-0000529호에 개시된 태양열 집열장치의 종래기술에서는 베란다 난간에 태양열 집열판을 경사지게 설치하여 구성한 것이 개시되었으나, 이는 풍압에 의하여 쉽게 낙하하지 않도록 단단한 고정수단으로 베란다에 고정되는 것이 보통이어서 태양열 집열관의 교환이나 장치의 보수에 극히 불편하고 고층 주택의 경우에는 위험한 작업이 강요되기도 하였다.
따라서 상기 문제점을 개선한 것으로, 4각형으로 형성한 프레임에 복수본의 태양열집열관을 평행으로 설치하고 각 집열관의 둘레에 이 집열관의 축심선을 중심으로 하여 회동하는 곡면경체(曲面鏡體)를 설치함과 동시에 이 프레임 내에 열매체의 유로(流路)를 형성하고 또한 이 프레임을 바닥면측을 기점으로 하여 베란다 등의 안쪽으로 자재로 기울어질 수 있게 입설하고 기립상태에 있을 때, 프레임 상부로 베란다 등의 난간의 일부를 구성할 수 있게 한 것으로, 그 구성이 복잡하고 태양열집열판의 내부에 유로를 형성하고 있기 때문에, 그 구성이 복잡함은 물론 고장이 나면 보수가 어려웠던 것이다.
특허문헌 1 : 국내 등록특허 제10-1364189호 특허문헌 2 : 국내 실용신안 공고 제20-1986-0000529호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공동주택의 베란다 난간에 다수개의 집열판(태양광 솔라셀)이 형성된 태양열집열장치를 설치한 후, 태양의 이동 방향에 따라 집열판이 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 얻어진 태양에너지를 태양광발전장치를 통해 전기에너지로 변환하여 가정의 냉, 난방으로 사용할 수 있도록 하기 위한 베란다 난간에 설치된 집열장치에 의한 태양광 발전장치를 통해 충전된 충전장치의 전력 공급을 제어할 수 있는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양에너지를 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방 부하(130)에 사용하기 위하여 충전장치에 충전하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력을 제어하는 제어장치에 있어서, 상기 제어장치(150)는 충전장치(151), 상기 충전장치(151)의 충전전원을 측정하는 충방전량 측정부(152); 상기 냉, 난방 부하(130)에 상기 충전장치(151)의 전력을 공급하는 충전장치 전력 공급부(153); 상기 냉, 난방 부하(130)에 대하여 상시전력(AC)(120)을 공급하는 상시전력 공급부(154); 상기 충전장치의 현재 충전량에 따라 냉, 난방 부하(130)에 공급되는 전력을 계산하는 냉, 난방 부하 전력 계산부(155); 아파트나 가정의 현재 내부 온도를 측정하는 내부온도 측정부(156); 상기 충전장치나 상시전력(AC)의 전력 공급을 제어하는 충전장치 출력 제어부(157); 및 상기 충전장치(151), 충전장치 충방전량 측정부(152), 충전장치 전력 공급부(153), 상시전력(AC) 공급부(154), 냉, 난방 부하 전력 계산부(155), 내부온도 측정부(156) 및 충전장치 출력 제어부(157)를 제어하여 충전장치 충방전량과, 냉, 난방 부하에서의 초기전력 공급 제어 및 온도변화에 따른 냉, 난방 부하의 정속 전력 공급을 제어하는 제어부(158);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서 상기 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 상기 제어부(158)는 내부온도에 따라 냉, 난방 부하가 초기에는 일정시간 경과 후보다 상대적으로 많은 전력을 집중적으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 전력을 상기 초기보다 상대적으로 낮춰서 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 충전장치를 충전하는 단계(S100); 충전장치 충방전량 측정부에서는 충전장치의 충방전량을 측정하는 단계(S110); 냉, 난방부하의 가동이 실행되면 내부온도 측정부에서는 아파트나 가정의 실내 온도를 측정하는 단계(S130); 측정된 온도에 따라 냉. 난방 부하 전력 계산부에서 공급가능한 전력을 계산하고(S140), 계산된 충전장치의 충전량이 충분하면(S150), 상기 냉, 난방 부하에 대하여 냉, 난방 부하에서 필요로 하는 최대전력으로 전력을 공급하는 단계(S160); 및 계속해서 온도를 측정하여 온도가 사용자 설정한 온도가 되거나(S170), 근접한다면 전력소모를 줄이기 위하여 설정된 전력으로 낮춰서 공급하는 것을(S180), 상기 냉, 난방 부하 오프시까지 반복하는 단계(S190);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양열 집열판은 구조를 간단하게 하여 제작원가를 줄임은 물론 저가의 비용으로 시공비를 최대로 줄여서 난간에 시공할 수 있는 태양광 집열장치에 의해 충전된 충전장치(예로써, 슈퍼 콘덴서나 배터리 등)를 통해 초기 구동 시 많은 전력을 필요로 하는 냉, 난방기에 필요 전력을 효율적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 에어컨과 같이 초기 구동 시 많은 전력을 필요로 하는 전기제품에 대하여 초기에 많은 전력을 공급하고, 일정 시간이 경과되어 정속운전을 하는 경우에는 적은 전력을 공급할 수 있도록 하는 제어장치를 통해 제어하는 경우 충전장치 사용을 효율적으로 할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 태양열집열장치의 집열판은 원호형 또는 날개 평판형으로 형성되어 있기 때문에, 태양의 고도에 따라 대응해가면서 태양열을 손실 없이 회수하여 태양광발전장치에 의해 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 태양열집열장치를 베란다 난방에 간단하게 설치 및 분리할 수 있음은 물론 상부고정바 및 하부고정바에서 집열판을 간단하게 분리 및 결합할 수 있도록 함으로서 보수가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 베란다의 난간을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치를 충전하기 위한 태양열 집열장치의 제1실시예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명 제1실시예에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치를 충전하기 위한 베란다 난간에 태양열 집열장치를 결합하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명 제1실시예에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 충전을 위한 태양열 집열판을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예로 집열판을 직접 난간에 설치한 상태를 나타낸 사시도 및 측면도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치를 충전하기 위한 태양열 집열장치의 제2실시예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명 제2실시예에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치를 충전하기 위한 베란다 난간에 태양열 집열장치를 결합하여 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명 제1실시예에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 블록 구성도이다.
도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 블록 구성도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 충전장치의 제어장치를 상세히 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전되는 충전장치의 전력을 제어하는 전력 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법은 태양의 에너지를 전기에너지로 바꾸어 가정에서 사용할 수 있도록 베란다의 난간(60)에 걸어서 고정할 수 있게 고정브라켓(50)이 설치된 상부고정바(10)와 하부고정바(20) 및 상기 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 연결되는 원호형 집열판(40)으로 구성되어 충전장치를 충전하는 것이다. 이를 위하여 베란다 집열장치를 우선 설명한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 구성을 도 1 및 도 4에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 베란다 난간(60)은 상부와 하부에 가로봉(61)이 형성되고, 가로봉(61) 사이에는 간격을 두고 세로봉(62)이 형성되어 베란다에 설치된다.
그리고 베란다 난간(60)에 설치되는 태양열집열장치(100)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 베란다의 난간(60) 길이방향으로 설치되는 상부고정바(10)와 하부고정바(20)가 형성되고, 상기 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에는 후술하는 원호형 집열판(40)을 길이 및 세로방향으로 간격을 두고 연결구(30)에 의해 연결할 수 있도록 연결공(11)(21)이 천공되어 있다. 이때 연결공(11)(21)은 두개의 연결공이 한쌍으로 이루어져 간격을 두고 천공된다.
또한, 베란다 난간(60)에 걸어 고정할 수 있도록 상부고정바(10) 및 하부고정바(20)에 고정브라켓(50)을 연결하여 구성한다.
또 태양열을 집열하기 위한 원호형 집열판(40)은 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 원호형으로 형성되어 태양의 고도(즉, 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 각도)에 대응하여 태양열을 집열할 수 있도록 구성된다.
이때, 원호형 집열판(40)의 곡면경사각(θ)은 6~9°이고, 곡면길이(L)는 500~600mm로 이루어진다. 즉, 태양이 아침에 떠오를 때에는 원호형 집열판(40)의 A부분에서 태양열을 집열하게 되고, 또 태양이 중천에 떠오르면 원호형 집열판(40)의 B부분에서 집열하고, 또 태양이 서쪽으로 넘어갈 때에는 원호형 집열판(40)의 C부분에서 태양열을 집열하여 손실 없이 태양의 고도에 대응하여 태양열을 집열 할 수 있도록 구성한 것이다.
이때 경사각이 6°보다 적으면 태양열이 원호형 집열판(40)을 벗어나게 되므로 집열효과가 높지 않고, 또 경사각이 9°이상이면 태양열이 원호형 집열판(40)의 후면으로 조사되어 원호형 집열판(40)에서 벗어나게 되므로 집열 효과를 높일 수 없게 되는 것이다.
그리고 원호형 집열판(40)의 곡면길이는 500~600mm는 곡면경사각(θ)에 대응하여 길이를 선정함으로써 곡면경사각과 비례하게 되는 것이다. 즉, 상기 곡면경사각에 의해 태양열을 손실 없이 집열할 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 상기 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)은 구리봉(70)으로 연결하여 구성한다. 이때 구리봉(70)은 원호형 집열판(40)에 집열된 전기가 구리봉(70)을 타고 배터리(140)로 이동할 수 있도록 구성한 것이다.
이때 구리봉(70)은 요철로 형성되어 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 분리 및 결합하여 연결할수 있는 구성이라면 모두 포함된다.
상기와 같이 태양열집열장치(100)에 의해 집열된 태양에너지를 전기에너지로 바꾸어 냉, 난방(130)에 사용할 수 있도록 함은 물론 비가 오거나 흐려서 태양열 에너지를 회수하지 못할 때에는 상시 전원(AC)(120)이 연결되어 냉, 난방으로 공급되도록 구성한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 베란다 난간에 설치된 태양열집열장치의 시공방법 및 작동상태를 설명하며 다음과 같다.
먼저, 도 2에 나타내는 바와 같이, 태양열집열장치(100)를 조립하여 구성한다. 즉, 상부고정바(10)와 하부고정바(20)에 간격을 두고 천공된 한쌍의 연결공(11)(21)에 원호형 집열판(40)들을 연결구(30)로 연결한다. 이때 원호형 집열판(40)과 원호형 집열판(40)을 연결할 때 형성되는 간격은 베란다로 통풍이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
그리고 상기 조립된 태양열집열장치(100)를 베란다 난간(60)에 고정하기 위하여는 태양열집열장치(100)의 상부 고정바(10)와 하부고정바(20)에 각각 장착된 고정브라켓(50)을 베란다 난간(60)에 걸어서 체결구(미도시)로 고정한다.
상기와 같이 베란다 난간(60)에 태양열집열장치(100)를 설치한 후에는 태양열이 동쪽에서 서쪽으로 이동할 때, 즉, 태양이 동쪽에서 떠오를 때에는 태양열을 집열하기 위한 원호형 집열판(40)의 A부분에서 태양열을 집열하게 되고, 또 태양이 중천에 떠있으면 원호형 집열판(40)의 B부분에서 집열하고, 또 태양이 서쪽으로 기울어질 때에는 원호형 집열판(40)의 C부분에서 태양열을 집열하게 하여 손실없이 태양의 고도에 대응하여 태양열을 집열 할 수 있게 되는 것이다.
그리고 상기 원호형 집열판(40)에 의해 집열된 태양에너지는 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환된 후, 가정의 냉, 난방(130)으로 사용하게 된다. 이때 눈, 비가 오거나 흐려서 태양에너지를 회수하지 못할 때에는 도 9에 나타내는 바와 같이, 상시전원(가정용 전원)(AC)(120)으로 연결되어 전기에너지를 사용할 수 있는 것이다.
또한, 태양열발전장치(100)에서 변환된 전기에너지는 도 9에서와 같이 별도로 형성된 배터리(140) 또는 도 10에서와 같은 슈퍼 콘덴서(150)에 충전하여 가정에 공급하게 되는 것이다. 한편 이러한 배터리(140)나 슈퍼 콘덴서(150)는 이해를 돕기 위한 명칭일 뿐 태양열발전장치(100)에서 변환된 전기에너지를 저장하는 충전장치라면 그 명칭을 특별히 한정할 필요는 없다.
본 발명의 또 다른 실시 예로 도 5에 나타내는 바와 같이, 개개의 집열판(40) 후방에 고정브라켓(50)을 설치하여 원호형 집열판(40)과 인접한 원호형 집열판(40)을 구리봉(70)으로 분리결합하여 연결할 수 있도록 구성하고, 구리봉(70)으로 연결된 원호형 집열판(40)들을 원호형 집열판(40)의 후방에 장착된 고정브라켓(50)을 난간(60)의 가로봉(61)에 걸어 고정시켜서 집열할 수 있도록 구성된 것이다.
상기와 같이 원호형 집열판(40)에 집열된 전기는 도 9에 나타내는 바와 같이 배터리(140)에 저장하거나, 도 10에 나타낸 슈퍼 콘덴서를 포함하는 제어장치(150)에 충전하여 가정용 전원으로 사용할 수 있도록 한다.
한편 도 2에 나타내는 바와 같은 원호형의 집열판(40) 대신 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같은 날개형 집열판(40)을 이용할 수도 있는데, 이러한 날개형의 집열판(40)은 중앙의 평판형 집열판(40a)과 평판형 집열판(40a) 양측으로 날개와 같은 형상으로 갖도록 제1측면 집열판(40b)과 제2측면 집열판(40c)을 도 7에서와 같이 결합시킨 형태로 구성할 수 있다. 이러한 날개 평판형 집열판(40)을 난간(60)에 걸고, 이웃하는 집열판(40)들간에 구리봉(70)으로 전기적으로 연결되도록 한다. 이러한 평판형 집열판(40)의 베란다 난간(60)에서의 결합 구조 등은 도 2 및 도 3의 기술구성과 유사하다.
한편 본 발명 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 제1실시예에서는 도 9에 나타낸 바와 같이 배터리(140)에 저장된 전원을 냉, 난방 부하(130)에 공급하고 이를 제어하기 위한 제어장치(150)가 있다.
또한 본 발명 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 제1실시예에서는 도 10에 나타낸 바와 같은데, 도 9에 나타낸 배터리(140) 대신에 제어장치(150)에 슈퍼 콘덴서를 구비한 것이 있다.
이러한 제어장치(150)는 냉, 난방으로 사용하도록 한 태양열 집열장치를 에어컨과 같이 초기 전력이 많이 소모되는 부하에 대하여 필요시 전력을 집중적으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 전력소모를 줄일 수 있도록 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치 및 그의 제어 방법을 제공하기 위한 것으로, 도 11에서와 같이, 충전장치(151)와 충전장치 충방전량 측정부(152)와, 충전장치 전력 공급부(153), 상시전력(AC) 공급부(154), 냉, 난방 부하 전력 계산부(155), 내부온도 측정부(156), 충전장치 출력 제어부(157) 및 제어부(158)로 구성된다.
여기서 충전장치(151)는 복수개의 슈퍼 콘덴서로 구성되고, 직렬 및/또는 병렬로 스위칭되도록 연결되어 고출력시에는 직렬 스위칭에 의해 고전력을 출력하고, 안정적인 전원공급 시에는 병렬 연결되도록 상대적으로 저전력으로 출력되도록 설계된다.
충전장치 충방전량 측정부(152)는 배터리(140)나 슈퍼 콘덴서에 충전된 전력을 측정한다.
충전장치 전력 공급부(153)는 냉, 난방 부하(예로서, 에어컨, 온풍기, 에어컨겸용 온풍기 등)에 배터리(140)나 충전장치(151)의 전력을 공급한다.
상시전력 공급부(154)는 냉, 난방 부하에 대하여 상시전력(AC)(120)을 공급한다.
냉, 난방 부하 전력 계산부(155)는 충전장치(151)나 배터리(140)의 현재 충전량에 따라 냉, 난방 부하에 공급되는 전력을 계산한다.
내부온도 측정부(156)는 아파트나 가정의 현재 내부 온도를 측정한다.
충전장치 출력 제어부(157)는 배터리(140)나 충전장치(151) 또는 상시전력(AC)의 전력 공급을 제어한다. 이때, 충전장치(151)의 출력에 대한 직렬 또는 병렬 스위칭을 제어하여 고출력시에는 직렬 연결되도록 하고, 평상시에는 병렬 연결되어 출력되도록 한다.
제어부(158)는 충전장치(151), 충전장치 충방전량 측정부(152), 충전장치 전력 공급부(153), 상시전력(AC) 공급부(154), 냉, 난방 부하 전력 계산부(155), 내부온도 측정부(156) 및 전력 공급 제어부(157)를 제어하여 충전장치 충방전량과, 냉, 난방 부하에서의 초기전력 공급 제어 및 온도변화에 따른 냉, 난방 부하의 정속 전력 공급을 제어한다. 이때, 제어부(158)는 내부온도에 따라 냉, 난방 부하가 초기에는 일정시간 경과 후보다 상대적으로 많은 전력을 소모하므로, 충전장치(151를 구성하는 슈퍼 콘덴서가 직렬 연결되도록 스위칭 제어하여 고출력으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 직렬 스위칭 연결을 해제(open)하고, 병렬 스위칭으로 연결(short)하여 전력소모를 줄일 수 있도록 한다. 이러한 제어장치(150)는 예를 들면, 자동차의 기어와 같이 초기에는 1단, 2단 및 3단과 같이 많은 전력을 공급하고, 온도가 사용자에 의해 설정된 온도가 된다면 자동차 기어의 4단 내지 5단과 같이 정속 주행을 하는 원리를 변속전력 공급 방식을 이용하는 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전된 배터리를 제어하는 제어장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전에 의해 충전된 배터리를 제어하는 제어장치의 제어 방법은 도 12에 나타낸 바와 같이, 태양열 집열장치에서 태양열을 집열하고, 태양광 발전 장치에서 태양광을 발전하여 배터리 또는 슈퍼 콘덴서와 같은 충전장치에 충전한다(S100).
이어 충방전량 측정부에서는 충전장치의 충방전량을 측정한다(S110).
이때, 냉, 난방부하의 가동이 실행되는가를 판단한다(S120).
판단결과(S120), 냉, 난방 부하의 가동이 수행된다면 내부온도 측정부에서는 아파트나 가정의 실내 온도를 측정한다(S130).
그리고 측정된 온도에 따라 냉. 난방 부하 전력 계산부에서 공급가능한 전력을 계산한다(S140). 이는 앞에서도 설명한 바와 같이 냉, 난방 부하에 대하여 초기에는 많은 전력을 공급하기 위한 것이다.
그리고 계산된 충전장치의 충전량이 충분한지를 판단한다(S150).
판단결과(S150) 충분하다면 냉, 난방 부하에 대하여 냉, 난방 부하에서 필요로 하는 최대전력으로 배터리 또는 슈퍼 콘덴서로 구성되는 충전장치의 전력을 공급한다(S160). 이때, 냉, 난방 부하에 대한 상시전원은 오프상태이다.
그리고 계속해서 온도를 측정하여 온도가 사용자 설정한 온도가 되거나(S170), 근접한다면(예로서, 1-2℃ 차이)라면 전력소모를 줄이기 위하여 설정된 전력으로 낮춰서 공급한다(S180).
이는 냉, 난방 부하 오프시까지 반복된다(S190).
한편 충전장치의 전력이 충분하지 않다면(S160), 충전장치의 전원 대신 상시전원(AC)을 공급한다(S200).
그에 따라 본 발명은 태양열 집열판은 구조를 간단하게 하여 제작원가를 줄임은 물론 저가의 비용으로 시공비를 최대로 줄여서 난간에 시공할 수 있는 태양광 집열장치에 의해 충전된 배터리를 통해 초기 구동 시 많은 전력을 필요로 하는 냉, 난방기에 필요 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한 에어컨과 같이 초기 구동 시 많은 전력을 필요로 하는 전기제품에 대하여 초기에 많은 전력을 공급하고, 일정 시간이 경과되어 정속운전을 하는 경우에는 적은 전력을 공급할 수 있도록 하는 제어장치를 통해 배터리를 제어하는 경우 배터리 사용을 효율적으로 할 수 있다.
본 발명은 이에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 상부고정바 20 : 하부고정바
11, 21 41 : 연결공 30 : 연결구
40 : 집열판 50 : 고정브라켓
60 : 난간 70 : 구리봉
100 : 태양열 집열장치 110 : 태양광 발전장치
120 : 상시전원(가정용 전원(AC))
130 : 냉, 난방 부하 140 : 배터리
150 : 제어장치

Claims (3)

  1. 태양에너지를 태양광발전장치(110)에서 전기에너지로 변환하여 가정의 냉,난방 부하(130)에 사용하기 위하여 충전장치에 충전하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력을 제어하는 제어장치에 있어서,
    상기 제어장치(150)는
    충전장치(151),
    상기 충전장치(151)의 충전전원을 측정하는 충방전량 측정부(152);
    상기 냉, 난방 부하(130)에 상기 충전장치(151)의 전력을 공급하는 충전장치 전력 공급부(153);
    상기 냉, 난방 부하(130)에 대하여 상시전력(AC)(120)을 공급하는 상시전력 공급부(154);
    상기 충전장치의 현재 충전량에 따라 냉, 난방 부하(130)에 공급되는 전력을 계산하는 냉, 난방 부하 전력 계산부(155);
    아파트나 가정의 현재 내부 온도를 측정하는 내부온도 측정부(156);
    상기 충전장치나 상시전력(AC)의 전력 공급을 제어하는 충전장치 출력 제어부(157); 및
    상기 충전장치(151), 충전장치 충방전량 측정부(152), 충전장치 전력 공급부(153), 상시전력(AC) 공급부(154), 냉, 난방 부하 전력 계산부(155), 내부온도 측정부(156) 및 충전장치 출력 제어부(157)를 제어하여 충전장치 충방전량과, 냉, 난방 부하에서의 초기전력 공급 제어 및 온도변화에 따른 냉, 난방 부하의 정속 전력 공급을 제어하는 제어부(158);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 상기 제어부(158)는 내부온도에 따라 냉, 난방 부하가 초기에는 일정시간 경과 후보다 상대적으로 많은 전력을 집중적으로 공급하고, 일정 수준으로 전력 공급이 된 후에는 전력을 상기 초기보다 상대적으로 낮춰서 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치.
  3. 청구항 1 내지 청구항 2에 기재된 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 제어 방법으로,
    충전장치를 충전하는 단계(S100);
    충전장치 충방전량 측정부에서는 충전장치의 충방전량을 측정하는 단계(S110);
    냉, 난방부하의 가동이 실행되면 내부온도 측정부에서는 아파트나 가정의 실내 온도를 측정하는 단계(S130);
    측정된 온도에 따라 냉. 난방 부하 전력 계산부에서 공급가능한 전력을 계산하고(S140), 계산된 충전장치의 충전량이 충분하면(S150), 상기 냉, 난방 부하에 대하여 냉, 난방 부하에서 필요로 하는 최대전력으로 전력을 공급하는 단계(S160); 및
    계속해서 온도를 측정하여 온도가 사용자 설정한 온도가 되거나(S170), 근접한다면 전력소모를 줄이기 위하여 설정된 전력으로 낮춰서 공급하는 것을(S180), 상기 냉, 난방 부하 오프시까지 반복하는 단계(S190);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전에 의해 충전된 충전장치의 전력 제어장치의 제어 방법.
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