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[태양광 자료실]
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콘트롤러의 역할
Date : 2010-01-09
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충전용 콘트롤러의 기능

충전콘트롤러의 주 기능은 배터리의 정상적인 충전을 통해 배터리의 용량을 최대한 사용하면서 수명을 연장시켜주는 것이다.
이것은 태양광 혹은 풍력발전 모두에 적용된다.
콘트롤러의 기본적인 기능은 아주 간단하다. 즉 전류의 역방향흐름을 방지하고 과충전을 방지하는 것이다. 일부는 과방전을 막고 과부하를 차단하는 기능과 배터리의 충전상태와 전력의 흐름을 표시하는 디스플레이 기능을 포함한 것도 있다.

이제부터 기능 하나 하나를 살펴보도록 하자.

역방향전류 흐름방지 기능:
해가 안비치는 낮이 되면 배터리에서 태양광 패널로 거꾸로
전류가 흐를수 있다. 이때 불로킹다이오드(Blocking diode)라는 반도체 2극소자를 직렬로
연결함으로서 오직 태양광패널에서 배터리로만 전류가 흐르도록 할수 가 있다.
과충전 방지 기능:
배터리가 만충전이 된 상태에서 태양광 패널로부터 계속적으로 전압이 인가된다면 어떤 일이 발생할가? 이때 배터리 전압이 과도하게 높아지면서 내부의 전해질속의 물은 산소와 수소로 분해되면서 가스가 발생한다. 이 과정에서 증류수의 손실이 생기며 동시에 가스가 인화되여 폭발할 위험이 생긴다. 결과적으로 배터리는 열화되고 수명이 단축된다.
과충전을 막는 것은 배터리의 충전전압이 일정전압에 도달하면 전류흐름을 차단시켜 주면
된다.

과방전 방지 기능
또한 배터리의전압이 일정 전압이하로 떨어지면 다시 전류흐름을 연결시켜준다. 이것을 전압 조절 (Voltage regulating)이라고 하며 모든 충전콘트롤러의 기본적인 기능이다.

과충전방지 제어 방식
1. on/off방식
일부 콘트롤러는 배터리에로의 전류흐름을 완전히 차단 또는 연결을 반복하면서 전류흐름을 조절한다. 이것을 일명 on/off control 방식이라고 한다.
2. pwm방식
또 일부는 전류흐름을 점차적으로 증가 혹은 감소 시킨다. 이러한 조절방식을 진폭변조(pulse width modulation)이라고 한다. 두가지 방식 모두 배터리종류(배터리종류에 따라 충전 전압이 차이가 난다.)에 맞게 잘 셋팅이 되어 있으면 잘 작동한다. PWM방식이 보다 전압을 일정하게 지속적으로 유지시켜 준다. 이 방식은 두 단계의 조절을 통해 이루어 진다.
먼저 첫단계에서는 배터리가 만충전이 도달할때까지 안전한 범위내에서의 최대 전압을 배터리에 인가한다.
배터리가 만충전이 이루어지면 두번째 단계로 넘어가는데 이 단계에서는 배터리의 충전전압이 유지될 정도의 전압으로 떨구어 준다. 일명 Trickle charge 라고 한다. 즉 물방울이 떨어지는 정도의 양만을 충전시켜준다.
두 단계 충전조절은 전력 사용양이 너무 많거나 혹은 너무 적은 환경 즉 충방전이 일정치 않은 환경에서 중요한 의미를 가진다. 즉 배터리의 증류수의 손실을 막고 수명을 연장시켜준다.
콘트롤러가 on/off하거나 혹은 다음 충전단계로 넘어갈때의 전압을 조절점(set point)이라고 한다.
빠른 충전과 부드러운 충전은 서로 상충되는 면이 있기때문에 두가지를 동시에 만족시켜주는 이상적인 혹은 최적점을 결정하기가 힘들다. 따라서 전력사용패턴과 배터리의 종류, 나아가 시스템 설계자나 운영자의 주관이나 경험이 반영되기도 한다. 콘트롤러는 조정기능을 가진 것이 있고 없는 것이 있다.
3. Mppt(Maximun Power Point Tracking)방식 일명 최대전력추적방식이라고 한다.
위의 방식과의 가장 큰 차이점은 패널에서 발생하는 전압과 배터리의 전압을 매치시켜 최대한 충전효율을 얻어내는 것이다.
이것은 마치 자동차의 기어변속장치를 이용해 엔진의 회전수와 바퀴의 회전수의 최적비를 매치시키는 원리이다.
특히 동절기에 일반pwm방식보다 최대 30%의 충전 효율 상승 효과를 얻을 수가 있다. 단점은 회로가 복잡해지고 제작원가가 높아지는 것이다.

온도 보상 기능
일부 콘트롤러는 온도보상기능을 가지고 있다.
콘트롤러는 배터리의 낮은 온도를 감지하여 온도가 낮을때는 조절점을 높혀준다. 그렇지 않으면 배터리의 온도가 낮은 경우 충전전류흐름을 너무 일찍 낮출수 있기 때문이다. (배터리는 온도에 따라 충방전 특성이 달라진다. 예를 들어 동절기에 자동차 시동이 안걸리는 경우) 만약 배터리가 온도차가 17c이상 차이나는 환경에 노출되어 있으면 온도보상은 필수적이다. 일부 콘트롤러는 온도센서가 내장된 경우가 있다. 이때 콘트롤러의 설치장소가 배터리의 온도와 근접한 장소가 되어야 한다. 보다 고급형인 경우 배터리에 직접 부착된 원격형 센서를 지원하고 있다.
표준온도보다 편차가 1도 차이날때마다 0.03v를 보상해주어야 한다.
수동으로 조절점을 조절하는 방법도 있다. 즉 일년에 두번 봄과 가을에 해주는 것만으로도 충분히 효과를 볼수가 있다.
배터리 종류에 따른 설정 전압점
앞에서도 언급한 것과 같이 배터리 종류에 따라 설정 전압점이 달라진다.
가장 광범위하게 사용되는 솔라 충전용 배터리는 딥싸이클 (deep cycle)연축전지이다.
전해질로는 산성용액을 사용한다.
증류수를 보충해 주어야 하는 것과 필요없는 두가지 타입으로 나뉜다.
전자의 경우 후자보다 설정점이 보다 높다.
따라서 다른 배터리종류에 맞게 제작된 콘트롤러를 절대 사용해서는 안된다.
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