KR20220165317A - 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템 - Google Patents

Abstract

무정전 전원장치(UPS)와 신재생에너지 발전설비 및 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(ESS)를 연계하여 전력 안정성을 추구함과 동시에 사용 전력량 절감을 도모하고, 탄소배출 제로를 통해 친환경 에너지 시스템을 제공함과 동시에 감염 확산 방지기능을 제공할 수 있는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템에 관한 것으로서, 생산된 신재생 에너지를 부하에 공급하거나 에너지 저장장치에 저장하고, 스마트 에코 쉘터에서 전송된 잉여 전력을 에너지 저장장치에 저장하며, 전력회사에서 공급하는 전력을 부하에 공급하거나 에너지 저장장치에 저장된 전력을 전력회사에 판매하며, 충전 전력을 배터리에 저장하며, 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 상태에 따라 보호 회로를 동작시켜 배터리의 안정성을 확보하며, 배터리 잔량 표시와 시스템 상태를 표시하며, 배터리 감시상태 정보를 전송하며, 스마트 에코 쉘터는 자체적으로 신재생 에너지를 생성하여 시스템 운영에 사용하며, 잉여 전력을 중계 모듈을 통해 에너지 저장장치에 저장하고, 부족 전력에 대하여 전력을 요청한다.

Description

지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템{Zero carbon micro grid system using intelligent energy storage system}

본 발명은 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템에 관한 것으로, 특히 무정전 전원장치(UPS)와 신재생에너지 발전설비 및 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System)를 연계하여 전력 안정성을 추구함과 동시에 사용 전력량 절감을 도모하고, 탄소배출 제로를 통해 친환경 에너지 시스템을 제공함과 동시에 감염 확산 방지기능을 제공할 수 있는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템에 관한 것이다.

최근 정부의 에너지 전환 정책에 따른 신재생에너지 비중 확대 및 에너지저장장치 수요 증가 전망에 따라, 태양광 발전, 풍력발전 등 신재생에너지 시장이 확대되면서 신재생에너지 간헐적 문제 해결과 전력 안정성 확보를 위한 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 및 이차전지 등의 계통 연계 기술이 요구되고 있다.

이러한 요구에 따라 근래에는 계통의 잉여 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하고, 계통의 전력 부족 시 저장된 에너지를 공급해주어 전력량을 절감함과 동시에 친환경 에너지 시스템을 구축하려는 연구가 이루어지고 있다.

하기의 <특허문헌 1 > 내지 <특허문헌 3> 에는 친환경 에너지 시스템을 구축하려는 노력에 의해 종래에 제안된 친환경 에너지 시스템에 대한 기술이 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에는 신재생 에너지 기반 마이크로 그리드의 경제적 급전 방법 및 이를 적용한 ESS가 제공된다. 이러한 종래기술은 수요 부하와 발전량을 예측하고, 예측한 수요 부하와 예측한 발전량을 기반으로 급전을 스케줄링한다. 이에 의해, 사용자의 불편 없는 능동적/경제적 신재생 에너지 기반 마이크로 그리드의 경제적 급전이 가능해진다.

또한, <특허문헌 2> 에는 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장장치)를 이용한 스마트 그리드 사업 시스템으로서, 기존의 불합리한 가격 체계를 바로 잡을 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로는 PV(Photo voltaic, 태양광 발전), 풍력 발전 등 신 재생 에너지와 결합하여 경제성 있는 저 탄소 친환경 전기 발전 및 공급 시스템을 구축할 수 있다. ESS와 ICT(Information and Communications Technologies)를 결합한 새로운 전력 사업으로 전기 소비자가 Prosumer(Producer와 Consumer의 합성어로 생산에 참여하는 소비자를 뜻함)가 되어 전기를 싼값으로 구매하여 저장하고 비싼 값에 판매할 수 있는 길을 열어 주어 전기 요금이 수요와 공급의 법칙에 의해 합리적으로 형성되도록 한다.

또한, <특허문헌 3> 은 직류 전력을 생산하는 발전부, 발전부에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 인버터에서 출력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 PCS부, PCS부에서 출력되는 직류 전력으로 충전되는 저장부; 인버터 또는 PCS부의 효율에 따라 저장부의 충전 여부를 실시간으로 제어하는 제어부를 포함하는 ESS 제어 장치를 제공한다.

그러나 상기와 같은 종래기술들은 전력을 저장 및 공급해주는 것에만 초점이 맞추어진 에너지 저장시스템으로서, 데이터를 취득하여 표준화된 프로토콜로 변환해주거나, 변화된 데이터를 정량화된 결과값으로 도출하여 표시해주거나, 모듈화된 기술 제품의 결과를 안정적으로 운영할 수 있는 플랫폼형 시스템 연동이 어려운 단점이 있다.

특히, 종래기술들은 사람이 일정기간 머무는 장소에 적용되어 근래 유행하는 감염병(예를 들어, COVID-19) 확산을 방지하는 기술에는 적용할 수 없는 한계가 있다.

대한민국 공개특허 10-2016-0010789(2016.01.28. 공개)(신재생 에너지 기반 마이크로 그리드의 경제적 급전 방법 및 이를 적용한 ESS) 대한민국 공개특허 10-2018-0006846(2018.01.19. 공개)(ESS를 사용한 스마트 그리드 사업 시스템) 대한민국 등록특허 10-2013843(2019.08.19. 등록)(ESS 제어 장치 및 제어 방법)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 신재생 에너지 시스템의 단점 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 무정전 전원장치(UPS)와 신재생에너지 발전설비 및 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System)를 연계하여 전력 안정성을 추구함과 동시에 사용 전력량 절감을 도모하고, 탄소배출 제로를 통해 친환경 에너지 시스템을 제공할 수 있도록 한 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 감염병 확산 방지기능을 제공할 수 있는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템"은,

태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양광 패널;

상기 태양광 패널에서 생산한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 하이브리드 인버터;

상기 하이브리드 인버터에서 생산한 전력을 부하에 공급하거나 에너지 저장장치에 저장하고, 스마트 에코 쉘터에서 전송된 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하며, 전력회사에서 공급하는 전력을 부하에 공급하거나 상기 에너지 저장장치에 저장된 전력을 상기 전력회사에 판매하는 전력 처리부;

상기 전력 처리부에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 상태에 따라 보호 회로를 동작시켜 배터리의 안정성을 확보하며, 배터리 잔량 표시와 시스템 상태를 표시하며, 배터리 감시상태 정보를 전송하는 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치;

상기 에너지 저장장치의 전력량 및 배터리 상태를 모니터링하고, 스마트 에코 쉘터의 상태를 모니터링하며, 스마트 에코 쉘터에서 공급하는 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하는 통합 모니터링부;

상기 통합 모니터링부와 상기 스마트 에코 쉘터 사이에서 데이터 및 전력의 인터페이스를 담당하는 중계 모듈; 및

상기 중계 모듈과 연계하며, 자체적으로 신재생 에너지를 생성하여 시스템 운영에 사용하며, 잉여 전력을 상기 중계 모듈을 통해 에너지 저장장치에 저장하고, 부족 전력에 대하여 전력을 요청하는 스마트 에코 쉘터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 에너지 저장장치는,

신재생 에너지를 저장 및 공급하는 배터리;

정전시에도 상기 배터리의 전원을 이용하여 전력을 공급해주는 무정전 전원장치; 및

상기 배터리의 전력을 저장하며, 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 통합 모니터링부에 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 관리시스템(BMS)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 배터리 관리시스템은,

상기 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 상태 이상 시 이상 감지신호를 발생하는 배터리 모니터링부;

상기 배터리 모니터링부로부터 감지한 배터리 상태 정보의 전송을 제어하며, 상기 이상 감지신호의 발생 시 보호회로를 동작시키는 제어부;

상기 제어부의 제어에 따라 과충전, 과방전, 과전류 또는 단락 발생 시 동작하여 배터리의 소손이나 장비의 소손을 방지하며, 충전 전력을 배터리에 공급하고 방전 전력을 부하 측에 공급하는 보호회로; 및

상기 제어부의 제어에 따라 배터리 상태 정보를 통합 모니터링부로 전송하며, 상기 통합 모니터링부에서 전송된 데이터를 상기 제어부에 전달하는 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 스마트 에코 쉘터는,

태양 에너지를 전기 에너지로 생산하는 태양광 패널;

상기 태양광 패널에서 생산된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장한 전력을 공급하고, 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 시스템;

상기 배터리 시스템에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장된 전력을 공급하는 에너지 저장부;

상기 배터리 시스템과 연계하여 에너지 저장부에 저장된 전력량을 표시하며, 잉여 전력의 출력을 제어하고, 전력 부족시 전력 공급을 요청하며, 쉘터의 상태에 따라 쉘터의 기능을 제어하는 제어부;

쉘터를 이용하는 사용자의 감지와 사용자의 발열 상태를 감지하여 감지 데이터를 상기 제어부에 전달하는 사용자 인식부; 및

쉘터 주변의 영상을 확보하여 상기 제어부에 전달하며, 상기 제어부의 제어에 따라 이상 상황에 대한 비상음을 발생하는 감시 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스마트 에코 쉘터는,

상기 제어부의 제어에 따라 스마트 스크린을 동작시켜 발열을 포함하는 이상이 발생한 사용자가 쉘터를 이용하는 것을 차단하는 스마트 스크린 구동부;

상기 제어부의 제어에 따라 UV 램프 또는 소독제 분사를 통해 쉘터를 이용하는 사용자에 잔류하는 바이러스를 제거하는 소독부;

상기 제어부의 제어에 따라 상기 쉘터를 이용하는 사용자가 경유하는 소독 존과 이용 존을 공간적으로 구분시키고, 상기 소독 존에서 발생하는 소독제가 이용 존에 유입되는 것을 방지하는 에어 커튼부;

상기 쉘터를 이용하는 이용자에게 버스 관련 정보를 제공해주는 버스정보 시스템;

상기 소독 존 내의 살균 농도를 감지하여, 일정 농도 이상이 되면 환풍기의 동작을 정지시켜 소독된 공기가 쉘터 내부에 순환되도록 하여 쉘터 내의 공기를 정화하는 환기부; 및

상기 제어부의 제어에 따라 쉘터 이용자의 정보를 화면에 표시하며, 광고 정보를 화면에 표시해주는 정보 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 무정전 전원장치(UPS)와 신재생에너지 발전설비 및 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System)를 연계하여 전력 안정성을 추구함과 동시에 사용 전력량 절감을 도모하고, 탄소배출 제로를 통해 친환경 에너지 시스템을 제공해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 스마트 에코 쉘터를 통해 탄소배출 제로의 친환경 에너지를 공급함과 동시에 감염병 확산 방지기능을 제공하여 안전한 스마트 에코 쉘터를 제공해줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1의 에너지 저장장치의 실시 예 블록 구성도,
도 3은 본 발명에서 스마트 에코 쉘터의 예시도,
도 4는 도 3의 스마트 에코 쉘터의 실시 예 블록구성도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템의 전체 구성도로서, 태양광 패널(100), 마이크로 그리드 네트워크(200), 하이브리드 인버터(300), 전력 처리부(400), 에너지 저장장치(500), 통합 모니터링부(600), 중계 모듈(700) 및 스마트 에코 쉘터(800)를 포함한다.

태양광 패널(100)은 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 역할을 한다. 본 발명은 신재생 에너지를 생산하는 태양광 발전, 풍력 발전, 수력 발전, 조력 발전 등 다양한 신재생 에너지 발전장치에 모두 적용 가능하나, 본 발명에서는 태양광 발전을 이용하는 것으로 가정하였다. 본 발명의 실시 예에서는 태양광 발전을 하나의 실시 예로 설명하나, 본 발명은 이것은 한정되는 것은 아니며, 신재생 에너지를 생산하는 모든 신재생 에너지 발전장치에 적용될 수 있음을 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 자명하다 할 것이다.

하이브리드 인버터(300)는 상기 태양광 패널(100)에서 생산한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 생산 전력을 출력해주는 역할을 한다. 이러한 하이브리드 인버터(300)는 한전 연계형 또는 독립형으로 구현할 수 있다.

도면에는 도시하지 않았지만, 하이브리드 인터버(300)는 인버터의 동작을 제어하는 고성능 32-비트 중앙처리장치(CPU), 타이머, 12비트 16채널의 아날로그/디지털 컨버터, PWM 출력 모듈 및 캔(CAN) 통신 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 하이브리드 인버터(300)의 구성은 통상의 하이브리드 인버터의 구성과 동일하며, 작용 역시 동일하게 이루어진다.

마이크로 그리드(Micro Grid) 네트워크(200)는 상기 전력 처리부(400)에서 공급된 전력을 전력 회사(예를 들어, 한국전력)에 전달하며, 전력 회사에서 공급하는 전력을 상기 전력 처리부(400)에 공급해주는 역할을 한다.

전력 처리부(400)는 상기 하이브리드 인버터(300)에서 생산한 전력을 부하에 공급하거나 에너지 저장장치(500)에 저장하고, 스마트 에코 쉘터(800)에서 전송된 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치(500)에 저장하며, 전력회사에서 공급하는 전력을 부하에 공급하거나 상기 에너지 저장장치(500)에 저장된 전력을 상기 전력회사에 판매하는 역할을 한다. 즉, 전력 처리부(400)는 저장 전력, 공급 전력 등의 전력을 처리하는 역할을 한다.

에너지 저장장치(500)는 상기 전력 처리부(400)에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 상태에 따라 보호 회로를 동작시켜 배터리의 안정성을 확보하며, 배터리 잔량 표시와 시스템 상태를 표시하며, 배터리 감시상태 정보를 전송하는 지능형 전력공급장치 역할을 한다. 이러한 에너지 저장장치(500)는 지능형 전력공급 기능이 있는 ESS(Energy Storage System)로 구현할 수 있다.

이러한 에너지 저장장치(500)는 도 2에 도시한 바와 같이, 신재생 에너지를 저장 및 공급하는 배터리(510), 정전시에도 상기 배터리(510)의 전원을 이용하여 안정적으로 전력을 공급해주는 무정전 전원장치(UPS)(530) 및 상기 배터리(510)의 전력을 저장하며, 상기 배터리(510)의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 통합 모니터링부(600)에 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 배터리 및 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 관리시스템(BMS)(520)을 포함할 수 있다.

상기 배터리(510)는 전력의 충전 및 방전할 수 있는 다양한 이차전지를 이용할 수 있으며, 본 발명에서는 수명과 안정성을 모두 갖춘 스마트 인산철 배터리(15.3kWh)를 이용하는 것을 실시 예로 설명한다.

상기 배터리 관리시스템(520)은 상기 배터리(510)의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 상태 이상 시 이상 감지신호를 발생하는 배터리 모니터링부(521), 상기 배터리 모니터링부(521)로부터 감지한 배터리 상태 정보의 전송을 제어하며, 상기 이상 감지신호의 발생 시 보호회로를 동작시키는 제어부(522), 상기 제어부(522)의 제어에 따라 과충전, 과방전, 과전류 또는 단락 발생 시 동작하여 배터리(510)의 소손이나 장비의 소손을 방지하며, 충전 전력을 배터리(510)에 공급하고 방전 전력을 부하 측에 공급하는 보호회로(523) 및 상기 제어부(522)의 제어에 따라 배터리 상태 정보를 통합 모니터링부(600)로 전송하며, 상기 통합 모니터링부(600)에서 전송된 데이터를 상기 제어부(522)에 전달하는 통신 모듈(524)을 포함할 수 있다.

통합 모니터링부(600)는 상기 에너지 저장장치(500)의 전력량 및 배터리 상태를 모니터링하고, 스마트 에코 쉘터(800)의 상태를 모니터링하며, 스마트 에코 쉘터(800)에서 공급하는 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치(500)에 저장하는 역할을 한다.

이러한 통합 모니터링부(600)는 에너지 저장장치(500)나 스마트 에코 쉘터(800)에서 획득한 데이터를 표준화된 프로토콜로 변환하는 기능, 변환된 데이터를 알고리즘으로 연산하여 정량화된 결과값으로 도출하는 기능, 도출된 결과를 사용자가 신속하게 처리할 수 있도록 표현하는 사용자 인터페이스 기능, 모듈화된 제품의 결과를 안정적으로 운용할 수 있는 플랫폼형 시스템 연동 기능을 포함할 수 있다.

중계 모듈(700)은 상기 통합 모니터링부(600)와 상기 스마트 에코 쉘터(800) 사이에서 데이터 및 전력의 인터페이스를 담당하는 역할을 한다.

스마트 에코 쉘터(800)는 상기 중계 모듈(700)과 연계하며, 자체적으로 신재생 에너지를 생성하여 시스템 운영에 사용하며, 잉여 전력을 상기 중계 모듈(700)을 통해 에너지 저장장치(500)에 저장하고, 부족 전력에 대하여 전력을 요청하는 역할을 한다.

도 3은 상기 스마트 에코 쉘터의 실시 예를 보인 예시 도이다. 스마트 에코 쉘터는 버스 정류장, 휴게 공간(쉼터), 썬룸 등 다양한 장소에 구현할 수 있으며, 본 발명에서는 실시 예로 버스 정류장을 스마트 에코 쉘터(810)로 구현한 경우를 설명한다.

상기 스마트 에코 쉘터(810)는 도 4에 도시한 바와 같이, 태양 에너지를 전기 에너지로 생산하는 태양광 패널(901), 상기 태양광 패널(901)에서 생산된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장한 전력을 공급하고, 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 시스템(902), 상기 배터리 시스템(902)에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장된 전력을 공급하는 에너지 저장부(903), 상기 배터리 시스템(902)과 연계하여 에너지 저장부(903)에 저장된 전력량을 표시하며, 잉여 전력의 출력을 제어하고, 전력 부족시 전력 공급을 요청하며, 쉘터의 상태에 따라 쉘터의 기능을 제어하는 제어부(904), 쉘터를 이용하는 사용자의 감지와 사용자의 발열 상태를 감지하여 감지 데이터를 상기 제어부(904)에 전달하는 사용자 인식부(906) 및 쉘터 주변의 영상을 확보하여 상기 제어부(904)에 전달하며, 상기 제어부(904)의 제어에 따라 이상 상황에 대한 비상음을 발생하는 감시 카메라(907)를 포함한다.

여기서 감시 카메라(907)는 비상음을 송출하기 위한 스피커를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스마트 에코 쉘터(810)는 상기 제어부(904)의 제어에 따라 스마트 스크린(908)을 동작시켜 발열을 포함하는 이상이 발생한 사용자가 쉘터를 이용하는 것을 차단하는 스마트 스크린 구동부(909), 상기 제어부(904)의 제어에 따라 UV 램프 또는 소독제 분사를 통해 쉘터를 이용하는 사용자에 잔류하는 바이러스를 제거하는 소독부(910), 상기 제어부(904)의 제어에 따라 상기 쉘터를 이용하는 사용자가 경유하는 소독 존과 이용 존을 공간적으로 구분시키고, 상기 소독 존에서 발생하는 소독제가 이용 존에 유입되는 것을 방지하는 에어 커튼부(911), 상기 쉘터를 이용하는 이용자에게 버스 관련 정보를 제공해주는 버스정보 시스템(BIS)(912), 상기 소독 존 내의 살균 농도를 감지하여, 일정 농도 이상이 되면 환풍기의 동작을 정지시켜 소독된 공기가 쉘터 내부에 순환되도록 하여 쉘터 내의 공기를 정화하는 환기부(913) 및 상기 제어부(904)의 제어에 따라 쉘터 이용자의 정보를 화면에 표시하며, 광고 정보를 화면에 표시해주는 정보 표시부(914)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 신재생 에너지를 생산하는 태양광 패널(100)은 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 생산된 전기 에너지는 직류(DC) 전압으로 변환되어 하이브리드 인버터(300)에 전달된다.

상기 하이브리드 인버터(300)는 상기 태양광 패널(100)에서 생산한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 생산 전력으로 전력 처리부(400)에 전달한다.

상기 전력 처리부(400)는 상기 하이브리드 인버터(300)에서 생산한 전력을 부하에 공급하거나 에너지 저장장치(500)에 저장하고, 스마트 에코 쉘터(800)에서 전송된 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치(500)에 저장한다. 아울러 마이크로 그리드 네트워크(200)를 통해 전력회사에서 공급하는 전력을 부하에 공급하거나 상기 에너지 저장장치(500)에 저장된 잉여 전력을 판매용 전력으로 상기 전력회사에 공급한다.

이렇게 신재생 에너지를 이용하여 시스템 구동 전력을 생산함으로써, 전력량을 절감할 수 있을 뿐 아니라 탄소배출 제로의 스마트 전력 시스템을 구현할 수 있으며, 생산된 전력 중 부하에서 사용하고 남는 잉여 전력을 전력회사에 판매하여 이익 창출도 도모할 수 있다.

한편, 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(500)는 상기 전력 처리부(400)에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 상태에 따라 보호 회로를 동작시켜 배터리의 안정성을 확보한다. 아울러 배터리 잔량 표시와 시스템 상태를 표시하며, 배터리 감시상태 정보를 통신 네트워크를 통해 통합 모니터링부(600)에 전달하고, 상기 통합 모니터링부(600)에서 전달되는 데이터(제어명령)를 수신하여 화면에 표출하거나 해당 제어 동작을 수행한다.

예컨대, 에너지 저장장치(500)의 배터리(510)는 수명과 안정성을 모두 갖춘 스마트 인산철 배터리(15.3kWh)를 이용하는 전력을 저장하고, 저장한 전력을 방전시켜 부하에 공급한다. 여기서 도면에는 하나의 배터리(510)만 표시하였으나, 이는 설명의 편의를 도시한 것에 불과하며, 실제 복수의 셀로 구현된다.

아울러 무정전 전원장치(530)는 정전시에도 상기 배터리(510)의 전원을 이용하여 안정적으로 전력을 공급해주어, 정전에서도 전력 공급에 안정성을 추구한다.

또한, 배터리 관리 시스템(520)은 상기 배터리(510)의 전력 저장을 관리하며, 상기 배터리(510)의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 통합 모니터링부(600)에 전송한다. 아울러 배터리 상태 감지 후 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 배터리 및 장비가 파손되는 것을 방지한다.

예컨대, 상기 배터리 관리시스템(520)의 배터리 모니터링부(521)는 상기 배터리(510)의 충전량, 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 충전량을 상기 제어부(522)에 전달하며 배터리의 상태 이상 시 이상 감지신호를 제어부(522)에 전달한다. 필요에 따라 과열 상태 등도 감지하여 제어부(522)에 전달한다.

상기 제어부(522)는 상기 배터리 모니터링부(521)로부터 감지한 배터리 상태 정보를 통신 모듈(524)을 통해 통합 모니터링부(600)에 전송하도록 하며, 상기 이상 감지신호의 발생 시 보호 회로(523)를 동작시킨다.

상기 보호 회로(523)는 상기 제어부(522)의 제어에 따라 과충전, 과방전, 과전류 또는 단락 발생 시 동작하여 충전 및 방전 동작을 제한하여, 배터리(510)의 소손이나 장비의 소손을 방지한다.

여기서 보호 회로(523)의 전력 스위치를 이용하여 배터리(510)에 충전 전력을 공급하거나, 배터리의 방전 전압을 부하 측에 출력한다.

이러한 배터리 관리 시스템(520)은 통신 모듈(524)을 통해 상위 제어기와 충전량, 배터리 상태 정보를 공유하며, 아울러 상위 제어기로부터 전송된 제어 명령을 수신하면 해당 기능을 수행하여 원격 제어 동작이 이루어지도록 한다. 시스템 장해 발생 시에도 생성된 시스템 장해 정보는 상기 통신 모듈(524)을 통해 상위 제어기에 전송된다.

상기 통합 모니터링부(600)는 상기 에너지 저장장치(500)의 전력량 및 배터리 상태를 모니터링하고, 스마트 에코 쉘터(800)의 상태를 모니터링하며, 스마트 에코 쉘터(800)에서 공급하는 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치(500)에 저장하는 역할을 한다. 예컨대, 통합 모니터링부(600)는 에너지 저장장치(500)나 스마트 에코 쉘터(800)에서 획득한 데이터를 표준화된 프로토콜로 변환하고, 변환된 데이터를 알고리즘으로 연산하여 정량화된 결과값으로 도출하며, 도출된 결과를 사용자가 신속하게 처리할 수 있도록 표현한다. 아울러 모듈화된 제품의 결과를 안정적으로 운용할 수 있는 플랫폼형 시스템 연동 기능을 수행한다. 이와 같이 통합 모니터링부(600)는 지능형 발전 시스템에서 발생한 다양한 상황 정보 및 전력 상태 정보를 사용자에게 표출해주어, 사용자가 시스템을 안정적으로 운영하도록 한다.

한편, 스마트 에코 쉘터(800)는 상기 중계 모듈(700)과 연계하며, 자체적으로 신재생 에너지를 생성하여 시스템 운영에 사용하며, 잉여 전력을 상기 중계 모듈(700)을 통해 에너지 저장장치(500)에 저장하고, 부족 전력에 대하여 전력을 요청한다.

예컨대, 상기 스마트 에코 쉘터(810)의 태양광 패널(901)은 태양 에너지를 전기 에너지로 생산하며, 배터리 시스템(902)은 상기 태양광 패널(901)에서 생산된 전력을 에너지 저장부(903)의 배터리에 저장하며, 배터리에 저장한 전력을 구동 전력을 공급한다.

아울러 배터리 시스템(02)은 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 제어부(904)에 전송하며, 배터리 충전량도 검출하여 상기 제어부(904)에 전달하고, 이상 상태 발생시 자체적으로 보호 회로를 동작시켜 배터리 손상 및 장비가 파손되는 것을 방지한다.

아울러 상기 제어부(904)는 상기 배터리 시스템(902)과 연계하여 에너지 저장부(903)에 저장된 전력량을 표시하며, 잉여 전력의 출력을 제어하고, 전력 부족시 전력 공급을 요청한다.

또한, 제어부(904)는 쉘터의 각각의 상태에 따라 쉘터의 기능을 최적으로 제어하여, 청정한 쉘터를 구현함은 물론 코로나(COVID-19) 바이러스와 같은 감염병의 확산도 방지한다.

예컨대, 쉘터의 소정 위치에 장착된 사용자 인식부(906)는 움직임 감지 장치 또는 이미지 인식 카메라를 이용하여 쉘터에 접근하는 사용자를 인식하고, 열화상 카메라를 이용하여 쉘터를 이용하고자 하여 쉘터에 접근하는 사용자를 촬영하여 사용자의 온도를 측정한다. 이렇게 측정된 사용자의 측정 온도 데이터는 제어부(904)에 전달된다.

제어부(904)는 상기 사용자 인식부(906)에서 전달되는 쉘터 이용 대상 사용자의 온도 데이터를 분석하여, 사용자의 온도 데이터를 정보 표시부(914)에 표시하도록 하고, 사용자의 온도 데이터가 발열이 없는 정상범위에 속하면 스마트 스크린 개방 제어신호를 스마트 스크린 구동부(909)에 전달한다. 여기서 사용자의 온도 데이터를 분석한 결과, 상기 정상범위를 벗어난 발열 상태의 온도이면 상기 스마트 스크린 폐쇄 신호를 상기 스마트 스크린 구동부(909)에 전달함과 동시에 경보음 발생 제어신호를 감시 카메라(07)에 전달한다.

정보 표시부(914)는 쉘터의 소정 위치에 표시된 표시장치를 통해 쉘터를 이용하고자 하는 사용자의 측정 온도를 표시해주어, 사용자가 자신의 생체 온도를 인지하도록 한다. 여기서 스피커를 통해 사용자의 온도가 정상 상태임을 알려주거나, 사용자의 온도가 정상범위를 초과하면 발열이 있는 상태여서 쉘터를 이용할 수 없다는 안내 방송을 송출하여, 사용자가 사후 조치를 취할 수 있도록 한다. 음성 방송을 통해 사회적 약자에게도 최적으로 쉘터를 이용할 수 있는 편의성을 제공한다.

아울러 스마트 스크린 구동부(909)는 상기 제어부(904)로부터 스마트 스크린 개방 제어신호를 수신하면, 스마트 스크린(908)을 오픈하여, 사용자가 쉘터 내로 진입할 수 있도록 한다. 물론, 제어신호가 스마트 스크린 폐쇄 제어신호이면 사용자가 스마트 스크린(908)에 근접한 상태에서도, 스마트 스크린(908)은 개방되지 않는다.

이로써 쉘터를 이용하는 이용자들의 안전을 도모하고, 쉘터의 내부 공기의 청정 상태를 유지하도록 한다.

아울러 감시 카메라(907)는 쉘터 주변의 영상을 확보하여 감시 영상으로 제어부(904)에 전달하여 저장을 하도록 하며, 상기 제어부(904)로부터 경고음 발생 제어신호가 전달되면 스피커를 통해 경고음을 발생하여 사용자에게 경고를 수행한다. 물론, 쉘터 주변의 이상 상황이 감지되는 경우에도 비상음을 발생하여, 주변에 쉘터의 이상 상황을 인지시킨다.

한편, 발열이 없는 정상 온도의 사용자가 개방된 스마트 스크린(908)을 통해 쉘터 내부로 진입하면, 소독부(910)는 상기 제어부(904)의 제어에 따라 UV 램프 또는 소독제 분사를 통해 쉘터를 이용하는 사용자에 잔류하는 바이러스를 2차적으로 제거한다. 이와 같이 온도 측정을 통해 스마트 스크린의 제어를 통해 1차적으로 쉘터 내의 바이러스 확산을 차단하여 안전을 도모하고, 소독 기능을 통해 2차적으로 잔류 바이러스를 제거하여 안전성을 추가로 확보한다.

여기서 쉘터 내부에는 에어 커튼부(911)가 마련되어, 상기 제어부(904)의 제어에 따라 상기 쉘터를 이용하는 사용자가 경유하는 소독 존과 이용 존(클린 존)을 공간적으로 분리한다. 아울러 에어 커튼을 이용하여 상기 소독 존에서 발생하는 소독제가 이용 존(클린 존)에 유입되는 것도 방지한다.

상기 쉘터의 내부 또는 외부에는 버스정보 시스템(912)이 구비되어, 도착 예정인 버스 정보를 실시간으로 디스플레이해주어, 버스 정류장(쉘터)에 대기하는 사용자가 버스 정보를 정확하게 인지하고, 편리하게 해당 버스를 이용하도록 한다. 버스정보 시스템(912)은 근래의 버스 정류장에 대부분 구비된 시스템이므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 환기부(913)는 상기 소독 존 내의 살균 농도를 감지하여, 살균 농도 감지 값을 실시간으로 제어부(904)에 전달한다. 상기 제어부(904)는 상기 살균 농도 감지 값이 일정 농도 이상(예를 들어, 99% 이상)이 되면, 에어 커튼의 작동을 중지시키고, 환기부(913)를 제어하여 클린 존 내의 환풍기를 중단시켜 소독된 공기가 내부 순환하도록 한다. 여기서 소독 존 내의 공기 중 살균 농도가 99% 이하 또는 출입문인 스마트 스크린(908)을 통해 사용자가 들어오면, 소독 존과 클린 존(이용 존) 사이의 에어 커튼 및 클린 존 내의 환풍기가 작동된다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징으로서 제어부(904)는 정보 표시부(914)를 통해 쉘터 이용자의 정보(예를 들어, 측정 온도)를 화면에 표시하며, 광고 정보를 화면에 표시해주어, 이용자에게 유익한 정보를 제공함은 물론 광고를 통해 쉘터 운영자가 수익을 창출하도록 한다.

이상 상술한 본 발명은 무정전 전원장치(UPS)와 신재생에너지 발전설비 및 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System)를 연계하여 전력 안정성을 추구함과 동시에 사용 전력량 절감을 도모하고, 탄소배출 제로를 통해 친환경 에너지 시스템을 제공한다.

또한, 감염병 확산 방지기능을 제공하여 안전성도 도모한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 태양광 패널
200: 마이크로 그리드 네트워크
300: 하이브리드 인버터
400: 전력 처리부
500: 에너지 저장장치(ESS)
510: 배터리
520: 배터리 관리 시스템(BMS)
521: 배터리 모니터링부
522: 제어부
523: 보호회로
524: 통신 모듈
530: 무정전 전원장치(UPS)
600: 통합 모니터링부
700: 중계 모듈
800, 810: 스마트 에코 쉘터
901: 태양광 패널
902: 배터리 시스템
903: 에너지 저장부
904: 제어부
905: 통신부
906: 사용자 인식부
907: 감시 카메라
908: 스마트 스크린
909: 스마트 스크린 구동부
910: 소독부
911: 에어 커튼부
912: 버스정보 시스템
913: 환기부
914: 정보 표시부

Claims (5)

1. 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양광 패널;
   상기 태양광 패널에서 생산한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 하이브리드 인버터;
   상기 하이브리드 인버터에서 생산한 전력을 부하에 공급하거나 에너지 저장장치에 저장하고, 스마트 에코 쉘터에서 전송된 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하며, 전력회사에서 공급하는 전력을 부하에 공급하거나 상기 에너지 저장장치에 저장된 전력을 상기 전력회사에 판매하는 전력 처리부;
   상기 전력 처리부에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 감지한 상태에 따라 보호 회로를 동작시켜 배터리의 안정성을 확보하며, 배터리 잔량 표시와 시스템 상태를 표시하며, 배터리 감시상태 정보를 전송하는 지능형 전력공급장치인 에너지 저장장치;
   상기 에너지 저장장치의 전력량 및 배터리 상태를 모니터링하고, 스마트 에코 쉘터의 상태를 모니터링하며, 스마트 에코 쉘터에서 공급하는 잉여 전력을 상기 에너지 저장장치에 저장하는 통합 모니터링부;
   상기 통합 모니터링부와 상기 스마트 에코 쉘터 사이에서 데이터 및 전력의 인터페이스를 담당하는 중계 모듈; 및
   상기 중계 모듈과 연계하며, 자체적으로 신재생 에너지를 생성하여 시스템 운영에 사용하며, 잉여 전력을 상기 중계 모듈을 통해 에너지 저장장치에 저장하고, 부족 전력에 대하여 전력을 요청하는 스마트 에코 쉘터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템.
   
2. 청구항 1에서, 상기 에너지 저장장치는,
   신재생 에너지를 저장 및 공급하는 배터리;
   정전시에도 상기 배터리의 전원을 이용하여 전력을 공급해주는 무정전 전원장치; 및
   상기 배터리의 전력을 저장하며, 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 통합 모니터링부에 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 관리시스템(BMS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템.
   
3. 청구항 3에서, 상기 배터리 관리시스템은,
   상기 배터리의 과충전, 과방전, 과전류 및 단락을 감지하고, 상태 이상 시 이상 감지신호를 발생하는 배터리 모니터링부;
   상기 배터리 모니터링부로부터 감지한 배터리 상태 정보의 전송을 제어하며, 상기 이상 감지신호의 발생 시 보호회로를 동작시키는 제어부;
   상기 제어부의 제어에 따라 과충전, 과방전, 과전류 또는 단락 발생 시 동작하여 배터리의 소손이나 장비의 소손을 방지하며, 충전 전력을 배터리에 공급하고 방전 전력을 부하 측에 공급하는 보호회로; 및
   상기 제어부의 제어에 따라 배터리 상태 정보를 통합 모니터링부로 전송하며, 상기 통합 모니터링부에서 전송된 데이터를 상기 제어부에 전달하는 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템.
   
4. 청구항 1에서, 상기 스마트 에코 쉘터는,
   태양 에너지를 전기 에너지로 생산하는 태양광 패널;
   상기 태양광 패널에서 생산된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장한 전력을 공급하고, 상기 배터리의 상태를 실시간 감시하여 이상 상태에 대한 상태 데이터를 생성하여 전송하고, 이상 상태 발생시 보호 회로를 동작시켜 장비가 파손되는 것을 방지하는 배터리 시스템;
   상기 배터리 시스템에서 공급된 전력을 배터리에 저장하며, 배터리에 저장된 전력을 공급하는 에너지 저장부;
   상기 배터리 시스템과 연계하여 에너지 저장부에 저장된 전력량을 표시하며, 잉여 전력의 출력을 제어하고, 전력 부족시 전력 공급을 요청하며, 쉘터의 상태에 따라 쉘터의 기능을 제어하는 제어부;
   쉘터를 이용하는 사용자의 감지와 사용자의 발열 상태를 감지하여 감지 데이터를 상기 제어부에 전달하는 사용자 인식부; 및
   쉘터 주변의 영상을 확보하여 상기 제어부에 전달하며, 상기 제어부의 제어에 따라 이상 상황에 대한 비상음을 발생하는 감시 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템.
   
5. 청구항 4에서, 상기 스마트 에코 쉘터는,
   상기 제어부의 제어에 따라 스마트 스크린을 동작시켜 발열을 포함하는 이상이 발생한 사용자가 쉘터를 이용하는 것을 차단하는 스마트 스크린 구동부;
   상기 제어부의 제어에 따라 UV 램프 또는 소독제 분사를 통해 쉘터를 이용하는 사용자에 잔류하는 바이러스를 제거하는 소독부;
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 쉘터를 이용하는 사용자가 경유하는 소독 존과 이용 존을 공간적으로 구분시키고, 상기 소독 존에서 발생하는 소독제가 이용 존에 유입되는 것을 방지하는 에어 커튼부;
   상기 쉘터를 이용하는 이용자에게 버스 관련 정보를 제공해주는 버스정보 시스템;
   상기 소독 존 내의 살균 농도를 감지하여, 일정 농도 이상이 되면 환풍기의 동작을 정지시켜 소독된 공기가 쉘터 내부에 순환되도록 하여 쉘터 내의 공기를 정화하는 환기부; 및
   상기 제어부의 제어에 따라 쉘터 이용자의 정보를 화면에 표시하며, 광고 정보를 화면에 표시해주는 정보 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 전력공급장치를 이용한 탄소제로 마이크로 그리드시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   

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