KR20200113633A - 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극한 지역과 같이 전력 에너지자원이 풍부하지 못한 지역에서 외부 에너지의 공급 없이 신재생 에너지를 통해 전력을 생산하되 독립형으로 다중 연계된 복수의 에너지 저장장치의 전력 충전 상태를 일정하게 유지하며 부하에 대응하여 전력을 공급할 수 있는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템에 관한 것이다.

Description

신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템 {Renewable Energy Power Supply System}

본 발명은 전력공급시스템에 관한 것으로, 자세하게는 극한 지역과 같이 전력 에너지자원이 풍부하지 못한 지역에서 외부 에너지의 공급 없이 신재생 에너지를 통해 전력을 생산하되 독립형으로 다중 연계된 복수의 에너지 저장장치의 전력 충전 상태를 일정하게 유지하며 부하에 대응하여 전력을 공급할 수 있는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템에 관한 것이다.

재생에너지 발전기술은 전 세계적인 환경 문제, 기후변화 협약, 미래 에너지원의 다원화, 21세기 새로운 패러다임의 변화 및 인간의 삶의 질 향상으로 신성장 동력 녹색 성장산업의 선두 주자로 각광받아 오고 있다.

특히, 넓은 토지 대비 인구밀도가 낮아 인프라 구축이 힘든 지역들을 중심으로 태양광 발전시스템 구축을 통한 마이크로 그리드 형성이 활발히 추진되고 있으며, 소규모 단위의 태양광/풍력발전/에너지저장시스템(ESS) 융합시스템을 활용한 전원시스템을 적용하여 에너지 자립도를 높인 소규모 마이크로 그리드의 성과를 얻고 있다.

하지만, 여전히 많은 국가에서 인력 부족과, 극한의 환경으로 인해 현지에서의 장기간의 작업 진행에는 많은 어려움이 따르고 있으며, 극한의 오지에서 태양광과 풍력발전의 하이브리드형 신재생 에너지를 이용하는 다중연계형 전력공급시스템은 개발 사례가 없는 실정이다.

개발도상국 등에서 에너지 자립 시장을 놓고 선진국 간 경쟁이 한층 치열해질 것으로 예상되는 상황에서 전력 인프라가 없는 도서지역은 기존 연료보다 신재생에너지가 더 경제성이 있으며, 최근 정부 보조금 또한 크게 증대될 것으로 전망되고 있다.

이에 마이크로 그리드는 소규모 계통, 단일 운영 주체, 다양한 부하 형태의 소규모 클러스터 내에서 에너지 절감 및 피크 저감과 함께 효율 극대화에 따라 외부 에너지의 공급 없이 사용할 수 있는 독립형 발전 시스템으로의 개발과 함께, 친환경 저탄소 에너지 제로하우스 기술과 융복합화 개발이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1336042호 (12013.11.27)

본 발명은 상기와 같은 요구를 충족하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 극한 지역과 같이 전력 에너지자원이 풍부하지 못한 지역에서 여러 대로 구성된 클러스터를 상황에 맞게 운용하여 에너지를 효율적으로 사용하되, 현지에서 쉽게 조립, 설치 가능하고 배터리 및 제어반의 온도를 일정하게 제어함으로 외부 에너지의 공급 없이 신재생 에너지를 통해 전력을 생산하고 부하에 대응하여 전력을 공급할 수 있는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 개폐문을 구비한 컨테이너와, 상기 컨테이너 내부에 수납 가능하되 상기 개폐문을 통하여 외부로 인출되어 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 발전모듈과, 생산된 전력을 저장하는 저장장치와, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하로 공급하는 제1인버터와, 상기 태양광 발전모듈발전유닛에서 생산된 전력을 상기 저장장치에 저장하고 생산 또는 저장된 전력을 상기 제1인버터에 인가하는 충방전 모듈과, 상기 저장장치에 저장된 전력을 제어신호에 따라 연계선로로 연계시키는 절환부와, 상기 충방전 모듈을 제어하며 전력 생산 및 저장상태를 파악하며 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하는 복수의 발전유닛; 상기 절환부와 연결되는 전력선과, 상기 제어부와 연결된 통신선을 포함하는 연계선로; 를 포함하고, 상기 복수의 발전유닛 중 선택되는 하나의 발전유닛은 메인유닛으로 나머지 발전유닛은 로컬유닛으로 지정되되, 상기 메인유닛은 상기 제1인버터가 상대적으로 큰 용량을 갖는 제2인버터로 대체되고, 상기 연계선로와 연결되어 전력정보 및 제어신호를 수집하는 모니터링부와, 메인유닛과 로컬유닛의 전력 생산 및 저장현황에 대응한 제어신호를 생성하여 상기 통신선을 통해 로컬유닛으로 인가하는 메인제어모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 발전유닛은, 상기 컨테이너 상측에 설치되며 풍력을 통해 전력을 생산하는 풍력 발전모듈을 더 포함하고, 상기 충방전 모듈은 상기 풍력 발전모듈에서 생산된 전력을 상기 저장장치 또는 제1인버터로 인가하도록 구성되며, 원동기를 통해 전력을 생산하는 발전기와, 상기 발전기에서 생산된 전력을 직류전력으로 변환하는 변환모듈과, 상기 연계선로와 연결되어 제어신호에 따라 상기 발전기를 구동하고 생산 및 변환된 직류전력을 상기 전력선에 연계하는 연계부를 구비하는 보조유닛; 을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 태양광 발전모듈은, 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 패널과, 상기 태양광 패널을 상기 컨테이너 상측에서 지지하되 태양광 패널이 설정된 경사를 갖도록 배치하는 레그부를 구비한 지지프레임으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 컨테이너는, 단열벽체를 구비하되, 상기 저장장치가 수용되는 격실 및 열전소자를 사용하여 상기 격실 내부의 온도를 조절하는 냉난방장치와, 상기 격실 내부 화재를 감시하며 화재방생시 진화작업을 수행하는 소화장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통해 기후 및 자연환경이 열악하고 송전 인프라가 충족되지 못하여 전력에너지 자원이 풍부하지 못한 지역에서도 전력을 자급자족할 수 있다.

특히 다중 연계 방식으로 독립적으로 전력을 발전함에 있어 다른 저장장치의 잔존 전력이 기준치 이하인 경우 연계된 나머지 저장장치에서 부족 전력을 공급할 수 있도록 하여 복수의 에너지저장장치의 전력 충전 상태를 균형있게 유지할 수 있으며, 필요시 전력을 한 곳에 집중하여 대용량의 부하도 부담할 수 있다.

또한, 극한 환경지역에서 태양광발전을 이용하여 전력을 자급자족할 수 있도록 다중연계형 전력공급시스템 솔루션을 적용함으로 다중연계형 소형(10kWh)의 소규모 독립형 발전시스템으로 적용 및 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 설치 모습을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메인유닛의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로컬유닛의 구성을 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전체 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 구조를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명이 적용된 전기차 충전스테이션의 모습을 나타낸 제1개념도,
도 7은 본 발명이 적용된 전기차 충전스테이션의 모습을 나타낸 제2개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 설치 모습을 나타낸 개념도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메인유닛의 구성을 나타낸 블록도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로컬유닛의 구성을 나타낸 블록도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전체 시스템의 구성을 나타낸 블록도로서, 본 발명은 인프라 구축이 어려운 극한 환경 지역 등에 적용되는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템으로, 각 발전유닛(1)은 태양광을 이용해 스스로 전력을 생산하기도 하고 자체 부하를 소모하기도 하는 일종의 프로슈머가 되며, 필요에 따라서는 다중 연계하여 마이크로 그리드를 형성한다.

이를 위한 주요구성으로 컨테이너(11)와, 태양광 발전모듈(12)과, 저장장치(14)를 포함하는 발전유닛(1)을 다수 구비하여, 필요한 곳에 이동하여 쉽게 전개 및 설치함으로 전력을 생산, 공급하게 된다.

상기 컨테이너(11)는 실질적으로 발전유닛(1)의 이동 및 설치를 위한 케이스로서, 단열벽체를 구비하여 극한 환경 지역에서의 작동이 보장되도록 내부 온도제어가 가능한 기술이 적용되며, 내부에 공간을 구비하여 태양광 발전모듈(12)과, 저장장치(14)를 비롯하여 제1인버터(15a)와, 충방전 모듈(16)과, 절환부(17) 및 제어부(18a)를 포함하는 발전유닛(1)의 전반구성을 수용하게 된다.

상기 컨테이너(11)의 측 방향으로는 개폐문이 장착되어 개방되는 구조를 갖는다. 이때 한쪽 측면만 개방되는 구조도 가능하나, 수평방향 양측에 개폐문이 각각 설치되어 태양광 발전모듈을 출납할 수 있으며 필요에 따라 측벽을 분리할 수 있도록 구성하며 비즈니스 모델에 따른 다양한 형태로 활용 가능하다.

또한, 상기 개폐문을 통해 내부에 수용된 태양광 발전모듈(12)의 출납이 이루어지므로 태양광 발전모듈(12)의 크기에 대응하여 개폐문을 형성하되, 직사각형의 태양광 발전모듈을 길이 방향으로 세우거나 눕힌 상태로 출납이 이루어질 수 있도록 구성된다.

이와 더불어 상기 컨테이너(11) 내부의 한쪽에 상기 저장장치(14)가 위치하되, 냉난방장치(112) 및 소화장치(113)와 제어부(18a)가 위치하는 구분된 격실(111)이 구비된다.

상기 격실(111)은 이동 및 보관에 따른 태양광 발전모듈을 비롯하여 다양한 용도활용에 따른 공간으로부터 상기 저장장치(14)를 격리시키는 것으로, 기본적으로 단열재질로 구성하되 외기온도에 영향을 받고 발열에 따른 효율저하 발생할 우려가 있는 저장장치(14)의 온도를 상기 냉난방장치(112)를 통해 적정온도로 유지함으로 최적의 관리가 이루어지도록 하면서 화재를 예방하게 된다. 이때 기존 전열수단을 비롯하여 냉매의 압축, 응축, 증발을 기반으로 하는 공조방식의 경우 에너지 손실이 크므로 열전소자와 냉각팬을 구비한 간단한 구조로 냉난방장치(112)를 구현한다.

또한, 이러한 격실(111) 구조로 인해 저장장치(14)에서의 화재 가능성에 효과적으로 대응할 수 있을 뿐 아니라 예기치 못한 화재에도 화염으로 인한 태양광 발전모듈(12)을 비롯한 내부 구성의 손상을 방지하면서 내부에 비치된 소화장치(113)의 구동과 외부로부터의 산소공급을 차단하여 신속한 진화가 이루어질 수 있다.

이러한 격실(111) 내부에는 전력제어를 위한 제어부(18a) 및 제1인버터(15a)나 절환부(17)가 위치할 수 있으며 관리자의 접근을 위해 양측의 개폐문 이외 격실 출입을 위한 별도의 출입문을 형성할 수 있다.

이러한 컨테이너(11)의 천장 및 바닥면이나 양 측벽에는 태양광 발전모듈(12)을 수직방향으로 세우거나 수평으로 눕힌 상태로 수납하기 위한 수납부가 설치될 수 있으며, 수납부에는 가이드홈이 길이방향으로 형성되되, 일정 간격을 두고 복수로 형성되어 태양광 발전모듈이 삽입되어 상기 컨테이너 내부의 수용부에 일정 간격을 두고 수납될 수 있다.

상기 태양광 발전모듈(12)은 운반 및 보관 중 상기 컨테이너(11) 내부에 안착되어 수납된 상태에서 상기 개폐문을 통하여 외부로 인출 후 세워짐으로 전력을 생산하기 위한 구성으로, 기본적으로 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 패널과, 태양광 패널의 설치를 위한 지지프레임(122)으로 구성된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 구조를 나타낸 사시도이다.

본 발명에서 상기 태양광 발전모듈(12)은 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 패널(121)과, 상기 태양광 패널(121)을 상기 컨테이너(11) 상측에서 지지하되 태양광 패널(121)이 설정된 경사를 갖도록 배치하는 레그부(127)를 구비한 지지프레임(122)으로 구성된다.

더불어 태양광 발전모듈(12)은 상기 컨테이너(11) 내부에 안착되어 수납된 상태에서 외부로 인출을 용이하도록 하기 위한 수단으로 상기 태양광 패널(121121)을 지지하는 지지프레임(122)의 상단 및 하단에 각각 장착되는 2개 이상의 바퀴를 포함할 수 있다.

상기 바퀴는 앞서 언급한 가이드홈에서 구름 이동되면서 상기 태양광 발전모듈의 용이한 인출입이 가능하도록 한다.

또한, 상기 태양광 발전모듈(12)의 지지프레임(122)은 상기 태양광 패널(121)을 일정 경사각으로 배치할 수 있는 레그부(127)를 포함한다. 이러한 태양광 패널(121)은 컨테이너(11) 측방 지면에 설치될 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서 상기 태양광 패널(121)은 컨테이너(11) 상부에 설치되어 발전을 하며 컨테이너로의 직광 도달을 줄여 컨테이너 온도 상승을 줄이게 된다.

상기 레그부(127)는, 상기 태양광 패널(121)을 컨테이너(11) 상부로부터 이격시키기 위하여 상기 지지프레임(122)의 상단 및 하단에 장착되되, 상단에는 상대적으로 길이가 긴 롱레그(127a)가 장착되고, 하단에는 상대적으로 길이가 짧은 숏레그(127b)가 장착된다.

이러한 롱레그(127a)와 숏레그(127b)에 의해 상기 태양광 패널(121121)은 컨테이너 상부에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 그리고 상기 태양광 패널(121121)의 경사각도는 상기 태양광 패널(121121)에 대한 롱레그(127a)와 숏레그(127b)의 길이 및 각도에 의해 정해지므로, 이 길이 및 각도를 조정할 수 있는 구성이 적용될 수도 있다.

더불어 본 발명의 실시예에서는 컨테이너 상부에 대해 특정 경사각도로 태양광 패널(121121)이 배치되되, 그 특정 경사각도에서 상기 태양광 패널(121121)과 롱레그(127a)와 숏레그(127b)가 그 각도를 유지할 수 있는 구성이 채택된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 지지프레임(122)에는 'ㄷ' 형태의 브라켓(123)이 장착되고, 상기 브라켓(123)에 롱레그(127a) 또는 숏레그(127b)가 삽입되면 상기 브라켓(123)에 형성된 통공으로 회전핀(124)이 삽입된다. 이때 상기 롱레그(127a)와 숏레그(127b)의 일면에는 제1마찰편(128)이 장착되고, 상기 브라켓(123)에는 상기 제1마찰편(128)과 대응되는 제2마찰편(125)이 장착된다.

이러한 제1 및 제2마찰편(128, 25)은, 도 6의 (a)에서 A-A'선에 따른 단면도(도 6의 (b))에 도시된 바와 같이, 일측으로 곡면을 이루면서 끝단에 각각 제1 및 제2걸림편(128a, 25a)가 형성된다.

따라서 롱레그(127a) 및 숏레그(127b)가 펼쳐지기 전에는 상기 제1 및 제2마찰편(128, 25)이 상호 겹쳐지게 배치되고, 롱레그(127a) 및 숏레그(127b)가 펼쳐지면, 상기 제1마찰편(128)이 롱레그(127a) 및 숏레그(127b)의 회동과 함께 회동하면서 제2마찰편(125) 상을 지나가면서 서로 접촉하게 되면서 상호 간의 마찰력이 증가하다가 결국, 끝단의 제1 및 제2걸림편(128a, 25a)에 의해 상호 결속되어 추가적인 회동이 제한된다. 이러한 결속은 회전 반대방향으로의 외력에 의해 해제될 수 있는데, 별도의 공구 없이도 작업자의 힘만으로 작동 가능하다.

상기 저장장치(14)는 상기 태양광 발전모듈(12)에 전기적으로 연결되어 상기 태양광 발전모듈(12)에서 생산된 전기를 저장하는 Energy Storage System(ESS)으로, 배터리(BATTERY)와, 전력변환장치(PCS) 및 에너지관리솔루션(EMS) 등을 포함하며, 앞서 언급한 바와 같이 컨테이너(11) 내부 격실(111)에 설치되어 관리가 이루어진다.

이러한 저장장치(14)는 리튬이온 파워웰 배터리팩 등을 적용하여 본 발명을 적용하고자 하는 비즈니스 모델 및 시스템의 규모에 따라 구비되는 수량을 달리하게 되며, 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 구성으로도 적용 가능하므로, 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 이에 대해 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1인버터(15a)는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하로 공급하기 위한 구성으로, 각 발전유닛(1)의 저장장치(14) 용량을 10.0㎾h를 기준으로 이에 맞는 상대적인 낮은 부하에 전원을 공급할 수 있도록 설계하게 된다.

상기 충방전 모듈(16)은 상기 태양광 발전모듈(12)에서 생산된 전력을 상기 저장장치(14)에 저장하고 생산 또는 저장된 전력을 상기 제1인버터(15a)에 인가하기 위한 구성으로, 상기 태양광 발전모듈(12)과 저장장치(14)에 연결되어 상기 저장장치(14)의 충전 및 저장장치(14)로부터의 전원을 부하나 후술되는 전력선(21)에 공급도록 한다.

상기 절환부(17)는 일종의 스위치로서, 상기 충방전 모듈(16)과 연결되어 상기 저장장치(14)에 저장된 전력을 제어신호에 따라 연계선로(2)로 연계하여 복수의 발전모듈 간 전력을 공유할 수 있도록 한다.

상기 제어부(18a)는 상기 절환부(17)와, 상기 충방전 모듈(16)을 제어하며 전력 생산 및 저장상태를 파악하며 제어신호를 생성하기 위한 구성으로, 전력의 저장상태 및 연결된 부하의 필요용량을 확인하며 저장장치의 잔존 용량에 따라 부하로의 공급을 제어하며 저장장치(14)를 효율적으로 운용하도록 한다.

상기 연계선로(2)는 복수의 발전유닛(1)을 상호 연결하며 전력공유 및 통신을 수행하기 위한 일종의 케이블로서, 각 발전유닛(1)에 구비된 절환부(17)와 연결되는 전력선(21)과, 상기 제어부(18a)와 연결된 통신선(22)을 포함하여 구성된다.

언급한 바와 같이 본 발명에서 상기와 같은 발전유닛(1)은 복수로 이루어지며 하나의 시스템을 구성하게 되며, 각각의 발전유닛(1)은 실질적으로 독립적으로 운용되며 전력생산 및 공급이 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 필요에 따른 연계를 위해 복수의 발전유닛 중 선택되는 하나의 발전유닛은 메인유닛(1a)으로 나머지 발전유닛은 로컬유닛(1b)으로 지정하여 시스템을 구성하게 된다.

또한, 각 발전유닛(1)은 독립적인 전력생산을 위해 기본적으로 태양광 패널(121)을 구비하나, 설치환경에 따라 다양한 방식의 신재생 에너지를 이용한 발전방식이 부가될 수 있으며, 첨부된 도면과 같이 상기 컨테이너(11) 상측에 설치되며 풍력을 통해 전력을 생산하는 풍력 발전모듈(13)을 더 포함하고, 상기 충방전 모듈(16)은 상기 풍력 발전모듈(13)에서 생산된 전력을 상기 저장장치 또는 제1인버터(15a)로 인가하도록 구성되어 추가적인 전력생산이 이루어질 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 1개의 메인유닛(1a)과 4개의 로컬유닛(1b)으로 시스템이 이루어지나 이는 고정이 아니라 줄어들거나 늘어날 수도 있다. 또한, 메인유닛(1a) 및 로컬유닛(1b)은 일종의 마스터-슬레이브 방식으로 주요 구성이 실질적으로 동일한 가운데 일부 구성의 용량 및 제어를 위한 소프트웨어의 구성이 달라진다.

구체적으로 상기 메인유닛(1a)은 상기 제1인버터(15a)가 동일한 기능을 수행하되 상대적으로 큰 용량을 갖는 제2인버터(15b)로 대체되고, 상기 연계선로(2)와 연결되어 각 로컬유닛(1b)으로부터 전력정보 및 제어신호를 수집하는 모니터링부(19)와, 메인유닛과 로컬유닛(1b)의 전력 생산 및 저장현황에 대응한 제어신호를 생성하여 상기 통신선을 통해 로컬유닛(1b)으로 인가하는 메인제어모듈(18b)을 더 포함하게 된다.

일반적으로 각 발전유닛(1)의 부하사용량이 같을 수 없을 뿐 아니라, 부하가 몰리는 시간도 사용자의 전력 사용 패턴에 따라 많이 달라질 수밖에 없으며, 일부 발전유닛에서는 전력 사용량이 없어 저장장치(14)의 배터리가 완전 충전되어 생산되는 전력이 낭비되는 경우가 발생할 수 있다. 이때 상기 연계선로(2)를 통해 발전유닛(1) 사이에 전력을 공유하여, 유휴 에너지 발생을 줄이면서 클러스터 내의 에너지 밸런스를 유지하게 된다.

즉 로컬유닛(1b)은 태양광으로부터 전력을 저장장치(14)에 충전하고 제1인버터(15a)를 통해 부하 전력을 자체적으로 소모하는 하나의 독립적인 장치이며, 선택되는 메인유닛(1a)은 비교적 대용량의 부하를 감당할 수 있는 대용량의 제2인버터(15b)와 모니터링부(19)와, 그리고 전체를 제어하는 메인제어모듈(18b)을 구비하게 된다.

이때 모든 발전유닛(1)은 도 4와 같이 메인유닛의 메인제어모듈(18b)에 통신선(22)과 전력선(21)이 병렬로 연결되어 있으며, 기본적으로는 절환부(17)를 통해 연결이 끊어진 상태이나 전력 공유시에는 연계선로(2)에 연결이 이루어진다.

또한, 로컬유닛(1b)은 다중연계를 통한 전력 공유 때에 메인유닛의 대용량 부하의 감당을 목적으로 한 전력공급과 별개로 자체적으로도 부하를 계속해서 사용할 수 있는 것을 원칙으로 하며, 이때 부하 급변으로 인한 돌입전류발생으로 전압강하현상이 발생하는 등의 전력품질의 문제가 발생할 수 있으므로 DC 전력을 공유한다.

이를 위한 메인유닛(1a)과 각 로컬유닛(1b) 사이의 통신은 RS-485 시리얼 방식으로 할 수 있으며, 상기 모니터링부(19)는 C++ 기반의 MFC 프로그래밍 기반으로 PMS 및 EMS의 역할을 하기 위해 전체 발전유닛(1)으로부터 데이터를 받아 발전 전압, 발전 전류, 배터리 전압, 배터리 전류, 부하 전압, 부하 전류 및 출력 주파수와 역률 등의 정보를 수집하고 모니터링한다. 각 로컬유닛(1b)들의 배터리 전압 상태에 따라서 다중연계시 연계 가담 전류는 자율적으로 조정되지만, 메인제어모듈(18b)을 통해 부하 분담 참여 여부, 전력 수급모드 전환 등의 제어가 가능하다.

즉 상기 메인제어모듈(18b)은 중(重)부하가 메인유닛에 인가되었을 때 중부하 접속 여부를 판별한 뒤, 나머지 로컬유닛(1b)들의 전력 여유를 체크하고 전력 집중형 연계에 참여할 클러스터 수를 정하게 된다. 전력 여유가 충분한 경우 중부하를 부담하고 부족할 시 부하를 차단하게 된다.

이와 더불어 긴급한 전력사용을 위한 수단으로 원동기를 통해 전력을 생산하는 발전기(31)와, 상기 발전기에서 생산된 전력을 직류전력으로 변환하는 변환모듈(32)과, 상기 연계선로(2)와 연결되어 제어신호에 따라 상기 발전기(31)를 구동하고 생산 및 변환된 직류전력을 상기 전력선에 연계하는 연계부(33)를 구비하는 보조유닛(3)을 더 포함할 수 있다. 이는 태양광이나 풍력을 통한 발전이 장기간 이루어지지 않는 경우나 시스템에 큰 문제가 발생하거나 긴급한 부하 전원이 요구되는 경우 활용하기 위한 비상전력공급수단으로, 저장된 연료를 통해 구동되는 원동기를 통해 전력을 생산하며 발전유닛과 달리 연료를 소비하게 되므로 미리 설정된 이상상황에서 상기 메인제어모듈(18b)의 제어신호에 의해 구동 및 정지가 이루어지게 된다.

도 6은 본 발명이 적용된 전기차 충전스테이션의 모습을 나타낸 제1개념도, 도 7은 본 발명이 적용된 전기차 충전스테이션의 모습을 나타낸 제2개념도로서, 전력집중형 다중연계방식을 적용한 태양광발전 전기차 충전 스테이션의 모습을 나타내고 있다.

즉 재생에너지 발전시스템과 ESS의 다중 연결로 에너지저장시스템의 운용 효율을 높인 본 발명에 따른 시스템을 적용하여 전기차 급속충전기를 구비한 충전 관련 복합시설로, 태양광을 대표로 하는 재생에너지와 연계되어 있는 전력공급설비, 충전시설, 인터페이스, 정보시스템으로 구성되며 급속 충전기의 적용, 급속 충전 시 운전자 대기 공간 등 인프라 통합을 촉진하는 기술 융합으로, 기후 및 자연환경이 열악한 환경에서도 운용 가능하다.

앞서 언급한 바와 같이 각 발전유닛(1)의 충전용량을 10㎾h를 기준으로 5개의 발전유닛을 조합하여 50㎾h의 용량이 가능하며 50~100V 의 급속충전용 DC 전류의 공급과 더불어 150A의 최대 충전전류 성능을 나타낼 수 있으며, 각종 인테리어 시공을 비롯하여 간이 설비를 구축하여 극지환경에서도 독립적인 전력생산 공급이 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 발전유닛 1a: 메인유닛 1b: 로컬유닛
11: 컨테이너 111: 격실 112: 냉난방장치
113: 소화장치
12: 태양광 발전모듈 121: 태양광 패널 122: 지지프레임
123: 브라켓 124: 회전핀
125: 제2마찰편 125a: 제2걸림편
126: 바퀴 127: 레그부
127a: 롱레그 127b: 숏레그
128: 제1마찰편 128a: 제1걸림편
13: 풍력 발전모듈 14: 저장장치
15a: 제1인버터 15b: 제2인버터
16: 충방전 모듈 17: 절환부
18a: 제어부 18b: 메인제어모듈
19: 모니터링부
2: 연계선로 21: 전력선 22: 통신선
3: 보조유닛 31: 발전기 32: 변환모듈
33: 연계부

Claims (4)

1. 개폐문을 구비한 컨테이너(11)와, 상기 컨테이너(11) 내부에 수납 가능하되 상기 개폐문을 통하여 외부로 인출되어 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 발전모듈(12)과, 생산된 전력을 저장하는 저장장치(14)와, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하로 공급하는 제1인버터(15a)와, 상기 태양광 발전모듈(12)에서 생산된 전력을 상기 저장장치(14)에 저장하고 생산 또는 저장된 전력을 상기 제1인버터(15a)에 인가하는 충방전 모듈(16)과, 상기 저장장치(14)에 저장된 전력을 제어신호에 따라 연계선로(2)로 연계시키는 절환부(17)와, 상기 충방전 모듈(16)을 제어하며 전력 생산 및 저장상태를 파악하며 제어신호를 생성하는 제어부(18a)를 포함하는 복수의 발전유닛(1);
   상기 절환부(17)와 연결되는 전력선(21)과, 상기 제어부(18a)와 연결된 통신선(22)을 포함하는 연계선로(2); 를 포함하고,
   상기 복수의 발전유닛 중 선택되는 하나의 발전유닛은 메인유닛(1a)으로 나머지 발전유닛은 로컬유닛(1b)으로 지정되되,
   상기 메인유닛(1a)은 상기 제1인버터(15a)가 상대적으로 큰 용량을 갖는 제2인버터(15b)로 대체되고, 상기 연계선로(2)와 연결되어 전력정보 및 제어신호를 수집하는 모니터링부(19)와, 메인유닛과 로컬유닛의 전력 생산 및 저장현황에 대응한 제어신호를 생성하여 상기 통신선(22)을 통해 로컬유닛으로 인가하는 메인제어모듈(18b)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 발전유닛(1)은,
   상기 컨테이너(11) 상측에 설치되며 풍력을 통해 전력을 생산하는 풍력 발전유닛(13)을 더 포함하고, 상기 충방전 모듈(16)은 상기 풍력 발전모듈(13)에서 생산된 전력을 상기 저장장치(14) 또는 제1인버터(15a)로 인가하도록 구성되며,
   원동기를 통해 전력을 생산하는 발전기(31)와, 상기 발전기(31)에서 생산된 전력을 직류전력으로 변환하는 변환모듈(32)과, 상기 연계선로와 연결되어 제어신호에 따라 상기 발전기(31)를 구동하고 생산 및 변환된 직류전력을 상기 전력선(21)에 연계하는 연계부(33)를 구비하는 보조유닛(3); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 태양광 발전모듈(12)은,
   태양광을 통해 전력을 생산하는 태양광 패널(121)과, 상기 태양광 패널(121)을 상기 컨테이너(11) 상측에서 지지하되 태양광 패널이 설정된 경사를 갖도록 배치하는 레그부(127)를 구비한 지지프레임(122)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 컨테이너(11)는,
   단열벽체를 구비하되, 상기 저장장치(14)가 수용되는 격실(111) 및 열전소자를 사용하여 상기 격실 내부의 온도를 조절하는 냉난방장치(112)와, 상기 격실(111) 내부 화재를 감시하며 화재방생시 진화작업을 수행하는 소화장치(113)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 다중연계형 전력공급시스템.

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