KR20200023023A - 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치는 내부에 공간을 갖는 케이스, 케이스 내에 구비되고 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부, 케이스 내에 구비되는 히터부, 케이스 내에 구비되고 내부 공기를 냉각시켜 케이스 내부에 온도조절 공기를 공급하는 냉각부, 냉각부에서 배출되는 온도조절 공기를 배터리 적재부까지 이동시키는 기류 안내부를 구비한다.

Description

온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치{Temperature-controllable Solar Energy Storage Apparatus}
본 발명은 태양광 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 상세하게는 장치의 내부 온도를 용이하고 균일하게 제어할 수 있는 태양광 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
태양광 에너지 저장 장치(ESS:Energy Storage System)는 태양광을 이용해 생산된 전기를 저장하는 장치로, 케이스, 충방전 제어부, 인버터, 배터리 적재부, 배터리 등을 구비하고 있다.
태양광 에너지 저장장치에서, 배터리는 15~30℃에서, 바람직하게는 20~25℃에서 충방전 효율이 높게 나타난다. 이러한 이유로, 태양광 에너지 저장 장치는 히터, 냉각부, 온도 제어부 등을 구비하여, 케이스의 내부 온도, 정확하게는 배터리 적재부의 온도를 20~25℃로 유지시키고 있다. 배터리 적재부의 온도를 일정하게 유지하기 위해서, 종래에는 케이스 상부에서 팬을 이용하여 냉기를 빠르게 하부로 이동시키거나 배터리 적재부에 인접한 케이스의 벽체에 냉매관을 삽입하는 등의 방식을 사용하여 왔다. 관련 선행기술로는 특허등록 제1839128호(태양광 발전에서 안정적인 축전기 관리시스템 및 방법) 등이 있다.
그런데, 케이스 내에는 다수의 밧데리가 수평 및 수직으로 배열 및 적층되어 있는데, 냉매관 벽체 매립 방식은 배터리 적재부 중 벽체에 가까운 영역의 온도는 낮고 배터리 적재부의 중앙 영역은 온도가 높아, 밧데리 적재부를 전체적으로 고르게 온도를 유지하기가 쉽지 않다. 케이스 상부에서 팬을 이용하여 냉기를 하부로 빠르게 이동시키는 것도 밧데리 적재부의 온도를 전체적으로 고르게 유지하는데 한계가 있다. 이로인해, 일부 밧데리의 수명이 단축되어, 에너지 저장 장치의 전체 충방전 효율을 떨어뜨리는 문제를 유발하고 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 케이스의 내부 온도, 정확하게는 배터리 적재부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여, 일부 배터리의 수명이 먼저 단축되는 것을 방지하고, 이를 통해 에너지 저장 장치의 전체 충방전 효율을 최대화할 수 있는 태양광 에너지 저장 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 에너지 저장 장치는 케이스, 배터리 적재부, 히터부, 냉각부, 기류 안내부 등을 포함하여 구성할 수 있다.
케이스는 내부에 공간을 형성할 수 있다.
배터리 적재부는 케이스 내에 구비되어 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재할 수 있다.
히터부는 케이스 내에 구비되어 내부 공기를 가열할 수 있다.
냉각부는 케이스 내에 구비되어 케이스의 내부 공기를 냉각시켜 온도조절 공기를 생성 및 공급할 수 있다.
기류 안내부는 냉각부에서 배출되는 온도조절 공기를 배터리 적재부까지 이동시킬 수 있다.
본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에서, 냉각부는 내부 공기가 유입하는 유입구와 온도조절 공기가 배출되는 배출구를 갖는 냉각 박스를 포함할 수 있다. 이 경우, 히터부는 냉각 박스의 유입구 측에 배치될 수 있고, 기류 안내부는 일측이 냉각 박스의 배출구를 밀폐하면서 결합할 수 있다.
본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에서, 기류 안내부는 전이부, 수평 배출부, 수직 배출부를 포함할 수 있다.
전이부는, 길이방향으로 관통하고, 일측이 냉각부의 배출구에 결합할 수 있다.
수평 배출부는, 전이부의 측방에 연통 결합하고, 전이부의 측방에서 케이스 내벽으로 연장하되 단부가 하방으로 경사질 수 있다.
수직 배출부는, 일측이 전이부의 타측에 연통 결합하고, 타측은 케이스의 내벽을 따라 하방으로 연장하되 측방에 다수의 공기 분출구를 구비할 수 있다.
본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에서, 기류 안내부의 수평 배출부는 제1 수평 배출부와 제2 수평 배출부를 포함하고, 제1 수평 배출부와 제2 수평 배출부는 전이부의 측방에 대칭되게 배치될 수 있다.
본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에서, 수직 배출부의 공기 분출구는 수평 방향으로 절개되는 분출 슬릿일 수 있다. 분출 슬릿은 배터리의 수직방향 경계영역에 위치할 수 있다.
본 발명의 태양광 에너지 저장 장치는 팬을 포함할 수 있는데, 팬은 냉각부의 배출구, 즉 전이부의 일측에 결합할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에 의하면, 수직 배출부의 분출 슬릿을 통해 배터리 적재부의 경계 영역에 온도조절 공기를 분출 공급함으로써, 배터리 적재부의 빈 공간에 온도조절 공기를 빠르게 공급 및 확산시킬 수 있고, 그 결과 배터리 적재부의 온도 편차를 방지 내지 최소화할 수 있다. 이를 통해, 일부 배터리의 수명이 단축되는 것을 방지하고, 나아가 모든 배터리의 수명을 최대로 유지하여, 에너지 저장 장치의 충방전 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양광 에너지 저장 장치에 의하면, 배터리 적재부에 온도조절 공기를 빠르게 공급할 수 있기 때문에, 배터리 적재부를 원하는 온도로 신속하게 제어, 즉 상승 또는 하강시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 정단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 기류 안내부를 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양광 에너지 저장 장치는 케이스(110), 배터리 적재부(120), 배터리(130), 압축기(140), 온도 제어부(150), 충방전 제어부(160), 인버터(170), 기류 안내부(200) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
케이스(110)는 내부에 공간을 구비하는데, 보통 사각 형태로 구성할 수 있다. 케이스(110)의 전방에는 케이스(110) 내부를 선택적으로 개폐하는 도어(111)를 구비할 수 있다.
배터리 적재부(120)는 배터리(130)를 수평 및 수직으로 적재하는 것으로, 다수의 수평바와 수직바를 격자 형태로 연결하여 구성할 수 있다. 배터리 적재부(120)는 수평 및 수직으로 적재되는 배터리(130) 사이에 이격 공간을 형성할 수 있다.
배터리(130)는 배터리 적재부(120)에 수평 및 수직으로 배열되어 적재될 수 있다. 배터리(130)는 케이스(110) 외부의 태양광 패널(미도시)로부터 전송되는 전기를 선택적으로 충전하고, 필요시에 저장 전력을 방전할 수 있다.
압축기(140)는 냉매체를 압축하는 것으로, 케이스(110) 외부, 예를들어 케이스(110) 상면 외측에 구비할 수 있다.
온도 제어부(150)는 케이스(110)의 내부 온도, 정확하게는 배터리 적재부(120) 영역의 온도를 측정하고, 측정 온도값에 따라 히터부, 압축기(140) 등을 제어하여 케이스(110) 내부 공기의 온도를 조절할 수 있다. 온도 제어부(150)는 케이스(110)의 전면 상측에 패널 형태로 구성할 수 있다. 온도 제어부(150)는 다수의 버튼을 구비하여 케이스(110)의 내부 온도를 원하는 온도로 설정할 수 있고, 화면을 구비하여 케이스(110)의 내부 온도를 실시간으로 디스플레이할 수 있다.
케이스(110)의 내부 온도가 고온이면 충방전 효율이 너무 높게 나타나 과충전이나 과방전이 발생할 수 있고, 저온이면 전자의 이동이 비활성화되어 충방전 효율이 낮게 나타날 수 있다. 저온에서 방치된 배터리(130)의 경우, 상온에서 적어도 4 시간이 경과해야 정상적인 배터리 효율을 되찾을 수 있다. 이 경우, 지속적으로 공급되는 태양광 전기를 제대로 저장하지 못해 손실이 발생할 수 있고, 방전이 제대로 이루어지지 않아 일정한 정격 출력 전력을 유지할 수 없는 문제도 발생할 수 있다. 특히, 일교차가 큰 지역에서는 배터리 효율이 큰 변화를 일으킬 수 있다. 이와 같이, 배터리(130)는 온도에 민감하기 때문에, 일정한 온도 범위로 유지시킬 필요가 있다. 온도 제어부(150)는 배터리(130)의 온도를 일정한 범위, 예를들어 15~30℃, 바람직하게는 20~25℃로 제어한다.
온도 센서(미도시)는 케이스(110) 내벽, 바람직하게는 배터리 적재부(120)에 다수를 설치할 수 있다. 온도 센서(미도시)는 내부 공기의 온도를 측정하여 실시간으로 온도 제어부(150)로 전송할 수 있다.
충방전 제어부(160)는 배터리(130)의 충/방전을 제어하는 것으로, 배터리(130)의 저장 전력에 따라 태양광 패널의 발전량을 제어하는 등의 기능을 수행할 수 있다.
인버터(170)는 태양광 패널이나 배터리(130)로부터 전송되는 직류 전기를 교류 전기로 변환하여 부하로 공급할 수 있다.
기류 안내부(200)는 온도조절 가스를 배터리 적재부(120)로 빠르고 균일하게 공급하는 것으로, 전이부(210), 제1,2 수평 배출부(221,223), 수직 배출부(230) 등으로 구성할 수 있다.
전이부(210)는 온도조절 공기를 제1,2 수평 배출부(221,223) 및 수직 배출부(230)로 분배할 수 있다.
제1,2 수평 배출부(221,223)는 전이부(210)의 측방에 연통 결합하여 온도조절 공기를 케이스(110)의 양측 내벽 방향으로 분출할 수 있다.
수직 배출부(230)는 전이부(210)의 전방에 연통 결합하여 케이스(110)의 일측 내벽을 따라 하방으로 연장하는 형태로 구성할 수 있다. 수직 배출부(230)는 온도조절 공기를 배터리 적재부(120)에 수평 방향으로 직접 분출할 수 있다. 수직 배출부(230)는 케이스(110)의 장변 방향의 내벽에 밀착되게 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 정단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 측단면도이다.
도 2,3에 도시한 바와 같이, 온도조절 공기는 냉각부와 히터부(180)에 의해 생성될 수 있다.
냉각부는 케이스(110)의 내부 공기를 냉각시켜 온도조절 공기를 생성 공급하는 것으로, 압축기(140), 냉각 박스(141), 열교환기(143) 등을 포함할 수 있다.
압축기(140)는 압축된 냉매체를 열교환기(143)로 공급할 수 있다.
냉각 박스(141)는 통과하는 내부 공기를 냉각시켜 온도조절 공기를 생성한 후 이를 기류 안내부(200)로 공급하는 것으로, 내부에 열교환기(143)를 구비할 수 있다. 냉각 박스(141)는 수평으로 배치되고, 수평 방향의 양 단부를 개방시켜, 일측(도 3에서 좌측)에 유입구(T1)를 구비하고, 타측(도 3에서 우측)에 배출구(T2)를 구비할 수 있다. 배출구(T2)는 수평으로 개방되게(도 3에서 우측으로) 구성할 수도 있으나, 기류 안내부(200)와의 용이한 연결과 온도조절 공기의 원활한 공급을 위해 도 3처럼 약간 하방으로 경사지게 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
열교환기(143)는 압축기(140)로부터 공급되는 압축 냉매체를 팽창시켜 냉각 박스(141)를 통과하는 내부 공기를 냉각시키는 것으로, 냉각 박스(141) 내에 배치될 수 있다.
히터부(180)는 케이스(110) 내에 구비되어 내부 공기를 가열할 수 있다. 히터부(180)는 냉각 박스(141)의 유입구(T1)에 인접하여 배치할 수 있다. 히터부(180)는 온도 제어부(150)에 의해 제어될 수 있다.
기류 안내부(200)의 전이부(210)는 일측이 냉각 박스(141)의 배출구(T2)를 밀폐하면서 결합할 수 있다.
전이부(210)의 일측에는 팬(190)이 결합할 수 있다. 팬(190)은 냉각 박스(141) 내의 온도조절 공기를 전이부(210) 내부로 빠르게 이동시킬 수 있다.
기류 안내부(200)의 제1,2 수평 배출부(221,223)는 전이부(210)의 양 측방에 대칭되게 배치되고, 그 단부는 배터리 적재부(120)의 방향으로 경사질 수 있다.
기류 안내부(200)의 수직 배출부(230)는 냉각 박스(141)에서 배출되는 온도조절 공기를 배터리 적재부(120)까지 이동시킬 수 있다. 수직 배출부(230)는 길이방향을 따라 이격되어 온도조절 공기를 배터리 적재부(120) 방향으로 분출하는 분출 슬릿(S1~S3)를 다수 구비할 수 있다. 분출 슬릿(S1~S3)은 배터리 적재부(120)의 경계영역, 즉 상하로 적재되는 배터러(130)의 사이 공간에 대응되게 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 에너지 저장 장치의 기류 안내부를 도시하는 사시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기류 안내부(200)는 전이부(210), 제1,2 수평 배출부(221,223), 수직 배출부(230) 등을 포함할 수 있다.
전이부(210)는 내부가 길이방향으로 관통하되 냉각 박스(141)에 결합하는 쪽은 폭이 넓고 수직 배출부(230)에 결합하는 쪽은 폭이 좁은 테이퍼 형상으로 구성할 수 있다. 전이부(210)는 측방에 제1,2 수평 배출부(221,223)와 연통하는 통공을 구비할 수 있다.
제1,2 수평 배출부(221,223)는 일측이 전이부(210)의 측방 통공에 연통하면서 결합하고, 타측은 수평 또는 수평/하방으로 연장될 수 있다. 제1,2 수평 배출부(221,223)의 단부는 케이스(110) 내벽 근처까지 연장될 수 있다. 제1,2 수평 배출부(221,223)는 사각, 원형 등의 배관으로 구성하여, 전이부(210) 내의 온도조절 공기 일부를 케이스(110)의 상부 측벽이나 케이스(110) 내측 상부으로 배출할 수 있다. 제1,2 수평 배출부(221,223)의 단부는 케이스(110)의 하측, 즉 배터리 적재부(120)의 방향으로 경사지게 구성할 수 있는데, 이를 통해 온도조절 공기가 배터리 적재부(120)로 원활하게 공급되게 할 수 있다.
수직 배출부(230)는 상측이 전이부(210)의 좁은폭 방향에 연통 결합할 수 있다. 수직 배출부(230)는 케이스(110)의 내벽을 따라 하방으로 연장할 수 있다. 수직 배출부(230)는 납작한 배관 형태로 구성할 수 있다. 수직 배출부(230)의 일 측방에 형성되는 다수의 분출 슬릿(S1~S3)은 수평으로 절개된 형상일 수 있다. 분출 슬릿(S1~S3)은 단부가 케이스(110)의 중앙 방향으로 돌출되게 구성할 수 있다.
위의 설명에서, 수직 배출부(230)를 하나 포함하는 것으로 도시하였으나, 전이부(210)의 수평 폭을 넓히고, 전이부(210)의 좁은폭 쪽에 다수의 수직 배출부(230)를 이격시켜 배치할 수 있다. 또한, 하나의 수직 배출부(230)를 포함하는 경우, 수직 배출부(230)의 폭을 케이스(110)의 내벽 폭만큼 크게 하여 하나의 수직 배출부(230)가 배터리 적재부(120)의 폭 전체를 커버하게 할 수도 있다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 여러 실시예를 통해 설명하였는데, 당업자라면 위 실시예를 형태를 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 위의 실시예로 한정되지 않고 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 당업자의 그러한 변형 실시는 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
110 : 케이스 111 : 도어
120 : 배터리 적재부 130 : 배터리
140 : 압축기 141 : 냉각 박스
143 : 열교환기 150 : 온도 제어부
160 : 충방전 제어부 170 : 인버터
180 : 히터부 190 : 팬
200 : 기류 안내부 210 : 전이부
221,223 : 제1,2 수평 배출부 230 : 수직 배출부
S1~S3 : 분출 슬릿 T1 : 유입구
T2 : 배출구

Claims (6)

  1. 태양광 에너지 저장 장치에 있어서,
    내부에 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스 내에 구비되고, 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부;
    상기 케이스 내에 구비되는 히터부;
    상기 케이스 내에 구비되고, 내부 공기를 냉각시켜 상기 케이스 내부에 온도조절 공기를 공급하는 냉각부; 및
    상기 냉각부에서 배출되는 온도조절 공기를 상기 배터리 적재부까지 이동시키는 기류 안내부를 포함하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 내부 공기가 유입하는 유입구와 온도조절 공기가 배출되는 배출구를 갖는 냉각 박스를 포함하고,
    상기 히터부는 상기 냉각 박스의 유입구 측에 배치되고,
    상기 기류 안내부는 일측이 상기 냉각 박스의 배출구를 밀폐하면서 결합하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기류 안내부는
    길이방향으로 관통하고, 일측이 상기 냉각부의 배출구에 연통 결합하는 전이부;
    일측은 상기 전이부의 측방에 연통 결합하고, 타측은 상기 케이스의 내벽 방향으로 연장하되 단부가 하방으로 경사지는 수평 배출부; 및
    일측은 상기 전이부의 타측에 연통 결합하고, 상기 케이스의 내벽을 따라 하방으로 연장하되 측방에 공기 분출구를 다수 구비하는 수직 배출부를 포함하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수평 배출부는
    상기 전이부의 측방에 대칭으로 배치되는 제1 수평 배출부와 제2 수평 배출부를 포함하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공기 분출구는 수평 방향으로 절개되는 분출 슬릿이고,
    상기 분출 슬릿은 배터리의 수직방향 경계영역에 위치하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전이부의 일측에 결합하는 팬을 포함하는, 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치.
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