KR20210062164A - 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템 - Google Patents

태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템 Download PDF

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KR20210062164A
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Abstract

본 발명은, 독립망 각각이 필요로 하는 전기 또는 온수의 수요를 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양광 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량을 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양열 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량 및 온수량을 실시간 또는 주기적으로 파악한 후에, 어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기 또는 온수가 부족할 경우, 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양광 발전장치가 생산 및 저장한 전기 또는 온수를, 전기 또는 온수가 부족한 독립망에게 공급하도록 지시하는 통합관리장치를 포함한다.
따라서, 독립망이 자신의 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템뿐만 아니라, 다른 독립망과 연결된 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템에서도 전기 또는 온수를 받을 수 있다. 이로 인해, 어느 독립망에서 전기 또는 온수가 부족하더라도, 다른 독립망에서 생산된 전기 또는 온수를 사용할 수 있어, 종래에 비해 독립망의 에너지를 효율적으로 사용 및 관리할 수 있다.

Description

태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템{Solar power generation system with solar auxiliary generator}
본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 상용전원을 공급받을 수 없거나 받기 어려운 고립된 지역(산악, 섬 등)에서 태양광을 받아 전기를 자체적으로 생산하는 태양광 발전시스템이나, 태양열을 받아 전기와 온수를 자체적으로 생산하는 태양열 발전시스템이 많이 설치되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이,
태양광 발전시스템은 태양광을 태양광패널로 받아 전기를 생산하여 독립망에 공급한다. 태양열 발전시스템은 태양열로 물을 끊여 증기터빈을 돌려 전기를 생산하고, 축열조에 끊인 물을 저장하였다가 독립망에 공급한다. 여기서 독립망은 가정집, 공장, 사무실 등 전기가 필요한 시설이나 이들의 집단이 된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 독립망이 자신에게 연결된 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템에서만 전기 또는 온수를 공급 받을 경우, 어느 하나의 독립망에서는 남는 전기 또는 온수와, 다른 독립망에서는 부족한 전기 또는 온수를 공유하며 사용할 수 없다.
따라서, 종래 독립망 에너지 관리방식으로는, 독립망의 에너지를 효율적으로 사용 및 관리할 수가 없다.
한국등록특허(10-1636342)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템은,
태양광으로부터 전기를 생산하고 저장하여 자신 또는 타 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장하는 태양광 발전장치;
태양열로부터 전기 또는 온수를 생산하고 저장하여 자신 또는 타 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장하고 온수는 축열조에 저장하는 태양열 발전장치;
독립망 각각이 필요로 하는 전기 또는 온수의 수요를 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양광 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량을 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양열 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량 및 온수량을 실시간 또는 주기적으로 파악한 후에,
어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기 또는 온수가 부족할 경우, 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양열 발전장치가 생산 및 저장한 전기 또는 온수를, 전기 또는 온수가 부족한 독립망에게 공급하도록 지시하는 통합관리장치; 및
상기 태양열 발전장치가 자신의 독립망 또는 다른 독립망에 온수를 보내기 위한 배관과, 상기 배관에 설치된 적어도 한 쌍의 밸브와, 상기 한 쌍의 밸브를 순차적으로 열어주어 온수의 압력을 감압시켜서 자신의 독립망 또는 다른 독립망으로 보내게 만드는 제어부로 구성된 밸브제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 독립망 각각이 필요로 하는 전기 또는 온수의 수요를 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양광 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량을 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양열 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량 및 온수량을 실시간 또는 주기적으로 파악한 후에, 어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기 또는 온수가 부족할 경우, 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양광 발전장치가 생산 및 저장한 전기 또는 온수를, 전기 또는 온수가 부족한 독립망에게 공급하도록 지시하는 통합관리장치를 포함한다.
따라서, 독립망이 자신의 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템뿐만 아니라, 다른 독립망과 연결된 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템에서도 전기 또는 온수를 받을 수 있다. 이로 인해, 어느 독립망에서 전기 또는 온수가 부족하더라도, 다른 독립망에서 생산된 전기 또는 온수를 사용할 수 있어, 종래에 비해 독립망의 에너지를 효율적으로 사용 및 관리할 수 있다.
도 1은 종래 독립망 각각에 연결된 태양광발전시스템 또는 태양열발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양광 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 태양열 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 에너지저장유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 선로감시센서부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 선로감시센서부가 선로에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템을 자세히 설명한다.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템(1)은, 태양광 발전장치, 태양열 발전장치, 통합관리장치, 밸브제어장치로 구성된다. 본 실시예에서 태양광 발전장치, 태양열 발전장치가 각각 한 개씩 도시되었으나, 그 개수는 독립망의 개수에 따라 얼마든지 늘어날 수 있다.
태양광 발전장치는, 태양광으로부터 전기를 생산하고 저장하여 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장한다. 이를 위해, 태양광 발전장치는 도 3에 도시된 바와 같은, 에너지저장유닛, 전력량계 등 다양한 부품들로 구성된다. 이 밖에 태양광으로부터 전기를 생산하고 저장하기 위한 부품은 공지된 기술로부터 다양하게 구성 가능할 것이다.
태양열 발전장치는, 태양열로부터 전기 또는 온수를 생산하고 저장하여 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장하고, 남는 온수는 축열조에 저장한다. 이를 위해, 태양열 발전장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 열량계, 펌프, 축열조, 밸브, 에너지저장유닛, 전력량계 등 다양한 부품들로 구성된다. 이 밖에 태양열부터 전기 또는 온수를 생산하고 저장하기 위한 부품은 공지된 기술로부터 다양하게 구성 가능할 것이다.
통합관리장치는, 독립망 각각이 필요로 하는 전기 또는 온수의 수요를 실시간 또는 주기적으로 파악한다. 또한, 각 독립망과 연결된 태양광 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량을 실시간 또는 주기적으로 파악한다. 또한, 각 독립망과 연결된 태양열 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량 및 온수량을 실시간 또는 주기적으로 파악한다.
그런 다음, 어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기 또는 온수가 부족할 경우, 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양광 발전장치가 생산 및 저장한 전기 또는 온수를, 전기 또는 온수가 부족한 독립망에게 공급하도록 지시한다.
이를 위해, 통합관리장치는, 독립망, 태양광 발전장치, 태양열 발전장치와 유선 또는 무선으로 통신하면서, 태양광 발전장치의 에너지저장유닛을 제어한다. 또한, 통합관리장치는, 독립망에 연결된 태양열 발전장치의 펌프, 밸브, 에너지저장유닛을 제어한다. 이렇게 통합관리장치가 독립망 전체의 전기 및 온수를 통합적으로 관리함으로 인해, 독립망 에너지 효율을 현저하게 높일 수 있다.
밸브제어장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양열 발전장치가 자신의 독립망 또는 다른 독립망에 온수를 보내기 위한 배관(L)과, 배관(L)에 설치된 적어도 한 쌍의 밸브(V)와, 한 쌍의 밸브(V)를 순차적으로 열어주어 온수의 압력을 감압시켜서 자신의 독립망 또는 다른 독립망으로 보내게 만드는 제어부(미도시)로 구성된다.
이러한 밸브제어장치로 인해, 고온의 높은 압력을 가진 온수가 자신의 독립망 또는 다른 독립망으로 바로 공급되어, 자신의 독립망 또는 다른 독립망에 무리를 주는 것을 막을 수 있다. 또한, 하나의 밸브(V)가 고장나 온수가 새는 것을, 다른 밸브(V)가 막아주어, 온수가 자신의 독립망 또는 다른 독립망에 갑자기 공급되는 사고를 막을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템은, 어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기가 부족할 경우, 전기 공급 여력이 있는 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양광 발전장치로터 생산 및 저장된 공기를 가져온다. 이로 인해, 종래 하나의 독립망에 연결되어 전기를 공급할 때 보다 에너지저장유닛의 작동량이 더 많아져, 배터리의 열화가 빨리 올 수 있다. 이러한 배터리 열화를 제때 파악하지 못할 경우에는, 다른 독립망에 까지 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 배터리의 열화를 제때 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 에너지저장유닛이 구성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 에너지저장유닛은, 배터리(9)들, 선로(4a,4b), 차단기(5,6), 전력변환부(10), 배터리관리부(11), 선로감시센서(14), 통신선(15)으로 구성된다.
배터리(9)들 각각에는 발전되고 남은 전기가 저장된다.
전력변환부(10)로 배터리(9)들 각각에서 출력되는 전류가 모아져 들어간다.
선로(4a,4b)는, 에너지 저장 시스템을 구성하는 배터리(9)들 각각과 전력변환부(10)를 연결한다.
차단기(5,6)는 선로(4a,4b)에 설치되어, 선로(4a,4b)에 흐르는 전류를 차단 또는 개통한다.
차단기(5,6)는 배터리(9)의 +극과 연결된 선로(4a) 마다 설치된 보조차단기(5)와, 선로(4a)가 하나로 모아져 전력변환부(10)로 들어가기 위한 한 가닥의 선로(4b)에 설치된 메인차단기(6)로 구성된다. 배터리(9)의 -극은 모아져 전력변환부(10)로 들어간다.
선로감시센서(14)는 선로(4a) 마다 설치된다. 선로감시센서(14)는 배터리관리부(11)와 유선 또는 무선 통신선(15)으로 연결된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 선로감시센서(14)는 주파수감지센서(110), 제1증폭부(120), 자기장감지센서(210), 제2증폭부(220)로 구성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 주파수감지센서(110)는 센서몸체(111), 센서라인(112)으로 구성된다. 도 7에 도시된 Vcc는 전압공급선(211)에 공급되는 전압을 나타내고, Vg는 접지선(212)에 연결된 그라운드 전압 0V를 나타내고, Signal out는 신호선(213)으로 나오는 자기장신호를 나타낸다.
센서몸체(111)는 페라이트 재질로 만들어진다. 센서몸체(111)는 중심이 뚫려 있는 링 형상을 가진다. 센서몸체(111)의 중심으로 선로(4a) 한 가닥이 통과한다. 이때, 선로(4a) 마다 이에 대응하는 센서몸체(111) 사이의 거리(D)를 일정하게 만들어, 주파수감지센서(110)가 선로(4a)에 흐르는 전류의 변화를, 모든 선로(4a)에 대해서 같은 기준(센서몸체와 선로의 거리가 동일함)으로, 일관성 있게 판단할 수 있게 만든다.
센서라인(112)은 센서몸체(111)에 감긴다. 선로(4a)에 흐르는 전류의 변화에 따라, 센서라인(112)을 타고 들어오는 주파수 성분이 달라진다.
센서라인(112)은 센서몸체(111)에 90~110회 감기고, 2~4Ω 저항값을 가진다. 최적의 감긴 회수는 100회이며, 최적의 저항값은 3Ω이다.
센서라인(112)이 센서몸체(111)에 90회 보다 덜 감기거나 센서라인(112)의 저항값이 2Ω 보다 낮으면, 센서라인(112)의 감도가 낮아져 전류의 변화에 따른 주파수 성분이 센서라인(112)을 타고 들어오기 어렵다.
반면, 센서라인(112)이 센서몸체(111)에 110회 보다 더 감기거나 센서라인(112)의 저항값이 4Ω 보다 크면, 센서라인(112) 주변 노이즈 주파수 성분도 쉽게 센서라인(112)으로 타고 들어와 전류의 변화에 따른 주파수 성분을 파악하기 어렵다. 제1증폭부(120)는 센서라인(112)을 타고 들어온 주파수성분신호를 증폭한다.
센서몸체(111)의 하부 중앙은 N극과 S극을 형성하기 위해 절개된다. 자기장감지센서(210)는 절개된 부분의 정중앙에 위치된다. 절개된 부분의 정중앙에 자기장감지센서(210)가 위치되면, 센서값의 선형성이 좋아져 자기장감지센서(210) 측정값의 신뢰성이 높아진다.
자기장감지센서(210)에는 전압공급선(211), 접지선(212), 신호선(213)이 각각 연결된다.
선로(4a)에 흐르는 전류가 변할 경우, 센서몸체(111) 주위의 자기장이 변하게 된다. 자기장감지센서(210)는 센서몸체(111) 주위 자기장의 변화를 감지한다. 제2증폭부(220)는 자기장감지센서(210)로부터 출력된 자기장신호를 받아 증폭한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배터리관리부(11)는 제1증폭부(120)와 제2증폭부(220)와 유선 또는 무선 통신선(15)으로 연결된다.
배터리관리부(11)는 제1증폭부(120)로부터 증폭된 주파수성분신호를 받고, 제2증폭부(220)로부터 증폭된 자기장신호를 받는다.
배터리관리부(11)는 주파수성분신호 값이 설정된 범위에 있는지와, 자기장신호 값이 설정된 범위에 있는지로 선로(4a)에 흐르는 전류의 이상 유무를 판단한다.
주파수성분신호 값과 자기장신호 값이 모두 설정된 범위내에 있으면 선로(4a)에 흐르는 전류가 정상인 것으로 판단하고, 주파수성분신호 값과 자기장신호 값 어느 하나라도 설정된 범위를 벗어나면, 선로(4a)에 흐르는 전류에 이상이 있는 것으로 판단한다.
배터리관리부(11)는 선로(4a)에 흐르는 전류에 이상이 있으면, 그 선로(4a)와 연결된 배터리(9)가 열화된 것으로 판단하고, 이를 통합관리장치에 알린다.
도 2에 도시된 통합관리장치는 배터리(9) 개개의 열화를 파악하라고, 배터리관리부(11)에 실시간 또는 주기적으로 지시한다.
배터리(9)가 열화된 경우, 통합관리장치는 열화된 해당 배터리(9)의 사용을 중지하라고 태양광 발전장치 및 태양열 발전장치에게 지시하고, 운영자에게 열화된 해당 배터리(9)의 교체를 요청한다.
이렇게 통합관리장치가 배터리(9) 개개의 열화 상태를 파악함으로써, 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템(1)이 독립망의 에너지를 안정적으로 관리할 수 있다.
1: 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템
9: 배터리 10: 전력변환부
11: 배터리관리부 14: 선로감시센서
110: 주파수감지센서 210: 자기장감지센서

Claims (5)

  1. 태양광으로부터 전기를 생산하고 저장하여 자신 또는 타 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장하는 태양광 발전장치;
    태양열로부터 전기 또는 온수를 생산하고 저장하여 자신 또는 타 독립망에 공급하고, 남는 전기는 에너지저장유닛에 저장하고 온수는 축열조에 저장하는 태양열 발전장치;
    독립망 각각이 필요로 하는 전기 또는 온수의 수요를 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양광 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량을 실시간 또는 주기적으로 파악하고, 각 독립망과 연결된 태양열 발전장치가 생산 및 저장하는 전기량 및 온수량을 실시간 또는 주기적으로 파악한 후에, 어느 하나의 독립망에서 필요로 하는 전기 또는 온수가 부족할 경우, 다른 독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 태양열 발전장치가 생산 및 저장한 전기 또는 온수를, 전기 또는 온수가 부족한 독립망에게 공급하도록 지시하는 통합관리장치; 및
    상기 태양열 발전장치가 자신의 독립망 또는 다른 독립망에 온수를 보내기 위한 배관과, 상기 배관에 설치된 적어도 한 쌍의 밸브와, 상기 한 쌍의 밸브를 순차적으로 열어주어 온수의 압력을 감압시켜서 자신의 독립망 또는 다른 독립망으로 보내게 만드는 제어부로 구성된 밸브제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통합관리장치는,
    독립망, 태양광 발전장치, 태양열 발전장치와 유선 또는 무선으로 통신하면서, 태양광 발전장치의 에너지저장유닛을 제어하고, 독립망에 연결된 태양열 발전장치의 펌프, 밸브, 에너지저장유닛을 제어하여, 독립망 전체의 전기 및 온수를 통합적으로 관리하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 통합관리장치는,
    독립망에 연결된 태양광 발전장치 또는 독립망에 연결된 태양열 발전장치의 배터리 열화상태를 실시간 또는 주기적으로 파악하여, 열화된 배터리의 사용을 중지시키는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템.
  4. 제3항에서 있어서, 상기 에너지저장유닛은,
    배터리들;
    배터리들 각각에서 출력되는 전류가 모아져 들어가는 전략변환부;
    배터리들 각각과 전력변환부를 연결하는 선로;
    상기 선로에 설치된 차단기; 및
    상기 선로 마다 설치되어, 선로에 흐르는 전류의 이상을 감지하는 선로감시센서를 포함하며,
    상기 선로감시센서는,
    상기 선로가 통과하는 센서몸체;
    상기 센서몸체에 감기는 센서라인으로 구성된 주파수감지센서;
    상기 센서라인을 타고 들어온 주파수성분신호를 증폭하는 제1증폭부;
    상기 센서몸체 주위 자기장의 변화를 감지하는 자기장감지센서; 및
    상기 자기장감지센서에서 나오는 자기장신호를 증폭하는 제2증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배터리관리부는.
    상기 제1증폭부로부터 증폭된 주파수성분신호를 받고, 상기 제2증폭부로부터 증폭된 자기장신호를 받아,
    상기 주파수성분신호 값과 상기 자기장신호 값이 모두 설정된 범위내에 있으면, 상기 선로에 흐르는 전류가 정상인 것으로 판단하고,
    상기 주파수성분신호 값과 상기 자기장신호 값 어느 하나라도 설정된 범위를 벗어나면, 상기 선로에 흐르는 전류에 이상이 있는 것으로 판단하여,
    상기 선로에 흐르는 전류에 이상이 있으면, 그 선로와 연결된 배터리가 열화된 것으로 판단하고, 상기 통합관리장치에 알리는 것을 특징으로 하는 태양열 발전장치를 보조로 구비한 태양광 발전시스템.
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