가정에서 태양광 자동차의 충전

미래의 주택은 친환경적이며 에너지 효율적이고 스마트해질 것이다. 주택에 사는 사람들은 지붕에 있는 태양광 패널로부터 얻은 에너지를 가정에서 사용하는 전기로 이용할 뿐만 아니라 개인이 소유한 전기자동차를 충전하는 데에도 사용할 수 있다.

이 시나리오는 이미 독일 바덴 뷔르템베르크(Baden-Wurttemberg)의 펠바흐(Fellbach) 시내에 있는 패시브 하우스(Passive House) 기준에 따라 지어진 주택에서 실현되고 있다. 새로운 주택은 복합적인 에너지 관리 시스템뿐만 아니라 전기자동차 향상을 포함하고 있는 ‘펠바흐 제로플러스(Fellbach ZeroPlus)’ 프로젝트에 따라 업그레이드됐다. 이 이니셔티브는 독일연방정부의 ‘전기 자동차 쇼케이스’ 프로그램의 지원을 받고 있다.

태양광에너지 활용한 비용절감
프라이부르크(Freiburg)에 있는 프라운호퍼실험실 태양에너지 시스템 ISE의 도미닉 노에렌(Dominik Noeren) 과학자는 “주택 지붕에 있는 대형 태양광 시스템은 장기적으로 볼 때 거주자가 소비하는 전기보다 많은 전기를 제공하게 된다”며, “남은 전기는 주택에서 사용하는 전기자동차를 충전할 뿐만 아니라 공공 그리드를 넣게 된다”고 말한다.

가정에서 매일 사용하는 일상적인 부분에 향상된 특성을 효율적으로 통합하기 위해 노에렌과 그의 연구팀은 5~7가구에 적용할 수 있는 주택에너지 관리시스템뿐만 아니라 22kW의 급속 충전소를 디자인했다.

자바(JAVA)에 기반을 둔 주택에너지 관리시스템 소프트웨어는 임베드된 시스템으로 알려진 작은 컴퓨터로 가동한다. 주택에너지 관리시스템은 태양광 시스템, 전기자동차, 히트펌프, 일반 가정용 전기와 같은 가정 내에 있는 다양한 전기 메터로부터 데이터를 모은다. 시스템은 다양한 전력 흐름을 보여주고 집주인에게 하루 중 어느 때라도 그 당시의 전력 소모량을 알려준다.

노에렌은 “집주인들은 얼마만큼의 전력이 대중 그리드 혹은 가정의 태양광 시스템으로부터 들어왔는지, 그리고 이들이 어떻게 사용되는지, 예를 들면, 히트펌프, 가정용 전기용품 혹은 전기자동차에 사용된 내용을 알 수 있다”고 말한다.

또한, 주택에너지 관리시스템은 앞으로 20시간 이상 태양의 세기를 예측해 소비자들이 얼마나 많은 태양광에너지를 사용할 수 있을지에 대한 정보를 제공한다. 채택된 알고리듬은 25분마다 가정에서 사용되는 예측 전력을 계산한다. 이 데이터를 사용해 얼마나 많은 태양광 전력이 주어진 시간에 전기자동차에 사용될 수 있는지를 결정하는 것이 가능하다.

노에렌은 “태양광에서 얻어지는 전기는 처음에는 집으로 들어오지만 사용되지 않은 전기는 전기자동차 배터리에 저장된다. 만약 저장하고도 남은 전력이 있다면 이는 공공 그리드로 전송된다”고 말한다.

필드 시험 2년 동안에 주택소유자로부터 피드백되는 전기는 안드로이드 응용에 사용됐다. 주택에너지 관리시스템 앱은 모든 과정과 전기의 흐름을 실시간으로 볼 수 있게 해주며 태양에너지 세기 예측을 그래프와 수치로 보여준다. 채택된 알고리듬은 각 가정에서 발생한 전력의 사용을 최적화시킨다. 앱을 통해 사용자들은 전기자동차의 배터리 충전 정도, 충전시간뿐만 아니라 충전소를 조절할 수 있다.

노에렌은 “이들 파라미터들은 전기자동차를 현명하게 충전하기 위해 필요하다”고 언급한다.
이상적인 충전 스케줄을 만들기 위해 시스템은 자동차가 다음 계획된 출발 시간뿐만 아니라 현재 배터리 충전 정도도 알아야 한다. 에너지관리시스템은 이 정보를 가정의 전력 네트워크를 통한 전기 흐름을 측정하기 위해서 날씨 및 소비 예측과 함께 사용한다. 얼마나 많은 전기가 채워져야 하는지뿐만 아니라 가정에서 생산되는 태양에너지의 가장 큰 부분을 사용해 자동차를 충전하기에 어느 시간이 최적인지를 계산해준다.
노에렌은 “공공 전기 그리드에 전기를 주입하는 것보다 자가 발전되는 태양광 전기를 소비하는 것이 보다 비용 효과적”이라고 말한다.

효율적인 전기사용을 통한 비용절감 및 환경보호
주택에너지 관리시스템은 소비자들이 운전하는 시간 동안에 데이터를 사용할 수 있게 해주고 태양광 세기를 예측해주며 현재 가정에서 소모되는 에너지를 알게 해줌으로써 주택의 지붕에서 발생하는 에너지와 함께 전기자동차 충전이 조화롭게 이뤄질 수 있게 한다. 그리고 이러한 과정을 통해 그들이 사용하는 에너지를 최대화할 수 있다.

이는 집주인들이 전기 사용 비용을 낮추게 해줄 뿐만 아니라 이산화탄소 배출이 적은 주택 및 자동차 분야에도 이상적으로 기여한다. 가정에서 생산되는 에너지 소비 부분을 최대화하는 것은 공공 전력 그리드에 대한 부담을 줄이고 가정의 피크시간대에 전기사용량을 줄이는데 도움이 된다.

주택에너지 관리시스템은 프라운호퍼 openMUC 프레임워크에 기반을 두고 있는데 이는 다양한 미터와 장비를 지원하고 있다. 이 외에도 멀리서 가정용 장비들을 활성화나 비활성화시킬 수 있게 무선 블루투스 혹은 WLAN 전력 콘센트와 통합하거나 혹은 히트펌프와 같은 고에너지 소모 아이템에 통합하기 위해 모듈식으로 확장될 수도 있다.

펠바흐 제로플러스 프로젝트 내에 포함된 5개의 가정 중에 2개는 시스템에서 자동차 공유 내용을 2014년 중반부터 현장 시험의 일부로서 성공적으로 사용하고 있다.

출처 : KISTI 미리안

SOLAR TODAY 이 서 윤 기자(st@infothe.com)

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