KR101104922B1

KR101104922B1 - 태양광 발전 설비

Info

Publication number: KR101104922B1
Application number: KR1020100134192A
Authority: KR
Inventors: 정택기
Original assignee: 한양전공주식회사
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-01-12

Abstract

태양광 발전 설비가 개시된다. 본 발명은, 복수의 태양 전지 어레이, 복수의 태양 전지 어레이에 각각 연결되어 복수의 태양 전지 어레이로부터 각각 입력되는 직류 전압을 승압하여 출력하는 복수의 컨버터, 및 복수의 컨버터로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터를 구비하며, 인버터는 복수의 컨버터로부터 각각 입력되는 직류 전압의 교류 전압으로 변환 및 외부로의 출력을 개별적으로 제어한다. 본 발명에 따르면, 각각의 태양 전지 어레이의 특성을 반영하여, 각각의 태양 전지 어레이로부터 발생한 전력의 인버터로의 출력시기를 독립적으로 제어할 수 있게 됨으로써, 태양광 발전 설비의 발전 효율을 극대화할 수 있게 된다.

Description

태양광 발전 설비{Solar Power Plant System}

본 발명은 태양광 발전 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 태양 전지 어레이의 특성을 반영하여, 각각의 태양 전지 어레이로부터 발생한 전력의 인버터로의 출력시기를 독립적으로 제어할 수 있게 됨으로써, 태양광 발전 설비의 발전 효율을 극대화할 수 있도록 하는 태양광 발전 설비에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 설비의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에서와 같이, 태양 전지(Solar cell) 어레이(10)와 인버터(20)로 구성된 태양광 발전 설비는 햇빛을 받아서 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다.

즉, 태양 전지 어레이(10)를 직 병렬로 연결하여, 인버터(20)의 입력 전압에 맞춰 발전 전력을 결정하고, 태양 전지 어레이(10)의 병렬 접속된 수에 맞추어 직류 배전반(미도시)이 결정된다.

이 직류 배전반을 경유하여 직류 전력이 인버터(20)에 공급됨으로써, 인버터(20)의 입력인 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 출력되며, 인버터(20)는 계통(30)과 동기 운전을 하면서 정현파 전류를 부하기기 및 계통(30)에 공급한다.

이와 같은 종래 기술에 따른 태양광 발전 설비는, 태양광 발전 시스템은 발전 효율은 낮으며 발전 단가가 높아 실용성이 많이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 각각의 태양 전지 어레이의 특성을 반영하여, 각각의 태양 전지 어레이로부터 발생한 전력의 인버터로의 출력시기를 독립적으로 제어할 수 있게 됨으로써, 태양광 발전 설비의 발전 효율을 극대화할 수 있도록 하는 태양광 발전 설비를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 설비는, 복수의 태양 전지 어레이; 상기 복수의 태양 전지 어레이에 각각 연결되어 상기 복수의 태양 전지 어레이로부터 각각 입력되는 직류 전압을 승압하여 출력하는 복수의 컨버터; 및 상기 복수의 컨버터로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함한다.

바람직하게는, 상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 각각 입력되는 직류 전압의 교류 전압으로 변환 및 외부로의 출력을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 입력되는 직류 전압 및 직류 전류중 적어도 하나를 감지하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 개별적으로 입력되는 직류 전압 및 직류 전류 중 적어도 하나의 크기에 기초하여 상기 복수의 컨버터로부터 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 외부로 출력하는 시기를 개별적으로 판단하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 각각의 태양 전지 어레이의 특성을 반영하여, 각각의 태양 전지 어레이로부터 발생한 전력의 인버터로의 출력시기를 독립적으로 제어할 수 있게 됨으로써, 태양광 발전 설비의 발전 효율을 극대화할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 설비의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 이상적 환경의 태양 전지 어레이에서의 전압 및 전류 특성을 나타내는 도면,
도 3은 태양광 발전 설비의 실제 발전 상황을 설명하는 도면,
도 4는 태양광 발전 설비의 실제 발전 상황에 따른 태양 전지 어레이에서의 전압 및 전류 특성을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비의 구조를 나타내는 도면, 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비에 사용되는 인버터의 구조를 나타내는 기능 블록도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

태양 전지 어레이(10)에서의 전압 및 전류는 도 2에서와 같이 비선형적인 특성을 가진다. 도 2에서와 같이 태양 전지 어레이(10)의 전압 및 전류 특성에서는 최대 전력을 낼 수 있는 지점이 있으며 그 지점 이하의 전압에서는 태양 전지 어레이(10)는 전류원으로 작용하며, 최대 전력점 이상의 전압에서는 태양 전지 어레이(10)는 전압원으로 작동한다.

태양광 발전 설비가 최대 전력을 발전하기 위해서는 최대 전력점에서 발전을 하여야 하며, 모든 태양 전지 어레이(10)에 있어서 태양 전지 어레이(10)의 특성과 일사량 등의 기상 상태가 동일한 이상적인 환경이어야 최적의 전력 발전이 이루어진다.

그러나, 태양광 발전 설비의 실제 발전 상황은 이상적인 환경과는 거리가 멀다. 예를 들어 도 3에서와 같이 일부의 태양 전지 어레이(10,A)가 그림자에 가리는 경우 해당 태양 전지 어레이(10,A)의 전압 및 전류 특성은 도 4에서의 곡선 A와 같은 형상을 갖게 되며, 그림자에 가리지 않은 나머지 태양 전지 어레이(10,B)의 경우에는 도 4에서의 곡선 B와 같은 형상을 갖게 된다.

그에 따라,전체 태양 전지 어레이에 의한 전력 특성은 도 4의 곡선 C에서와 같이 쌍봉의 형태로서 2개의 최대 전력점을 갖게 된다.

만약, 2개의 최대 전력점 중 첫번째 지점에서 발전이 이루어진다면 그림자에 가려진 태양 전지 어레이(10,A)는 최대 전력을 발생시킬 수 있게 되지만, 그림자에 가려지지 않은 태양 전지 어레이(10,B)는 최대 전력을 발생시킬 수 없게 된다.

또한, 2개의 최대 전력점(max1,2) 중 두번째 지점에서 발전이 이루어진다면 그림자에 가려지지 않은 태양 전지 어레이(10,B)는 최대 전력을 발생시킬 수 있게 되지만, 그림자에 가려진 태양 전지 어레이(10,A)는 최대 전력을 발생시킬 수 없게 된다.

하지만, 그림자에 가려지지 않은 태양 전지 어레이(10,B)는 최대 전력점 중 두번째 지점에서 전력을 발생하고, 그림자에 가려진 태양 전지 어레이(10,A)는 최대 전력점 중 첫번째 지점에서 전력을 발생한다면, 각각의 태양 전지 어레이(10)가 최대의 전력을 발생시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 5에서와 같이 각각의 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)로 독립적으로 최대 전력을 발전시킬 수 있도록 하는 태양광 발전 설비를 제안하게 되었다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비는 복수의 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n), 복수의 컨버터(150-1,..,150-n), 인버터(200)를 포함한다.

복수의 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)는 도 5에서와 같이 각각의 일사량 정도에 따라 각기 다른 전류 및 전압 특성을 나타낼 수 있으며, 복수의 컨버터(150-1,..,150-n)는 복수의 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)에 각각 연결되어 복수의 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)로부터 각각 입력되는 직류 전압을 승압하여 각각 인버터(200)로 출력하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 본 발명을 실시함에 있어서, 4개의 컨버터(150-1,..,150-n)를 구비하는 경우에는 각각의 컨버터(150-1,..,150-n)는 정격 전압의 25%의 용량을 갖게 될 것이며, 2개의 컨버터의 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 스위칭 주기는 다른 2개의 컨버터의 PWM 스위칭 주기와 같으나, 위상이 180도 차이가 나도록 하여 직류 전압 링크의 스위칭 전압 리플이 적도록 함이 바람직할 것이다.

한편, 인버터(200)는 복수의 컨버터(150-1,..,150-n)들로부터 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하며, 계통(300)과 동기 운전을 하면서 정현파 전류를 부하기기 및 계통(300)에 공급하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 본 발명에서의 인버터(200)는 3상 인버터(200)를 사용하는 것이 바람직하여, 해당 인버터(200)는 계통(300)의 전압과 같은 위상의 전류를 출력한다.

보다 구체적으로, 인버터(200)는 복수의 컨버터(150-1,..,150-n)로부터 입력된 복수의 승압된 직류 전압을 교류 전압을 변환하여 인버터(200) 외부로 출력함에 있어서, 복수의 직류 전압 및 변환 및 출력을 각각 독립적으로 제어하는 기능을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비에 사용되는 인버터의 구조를 나타내는 기능 블록도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비에 사용되는 인버터(200)는 입력부(210), 감지부(230), 변환부(250), 승압부(270), 및 출력부(290)를 포함한다.

먼저, 인버터(200)의 입력부(210)에는 복수개의 컨버터(150-1,..,150-n)로부터 와 각각 승압된 직류 전압 및 직류 전류가 입력되며, 변환부(270)는 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 기능을 수행한다.

한편, 인버터(200)의 감지부(230)는 입력부(210)를 통해 복수개의 컨버터(150-1,..,150-n)로부터 입력된 각각의 직류 전압 및 직류 전류의 크기를 개별적으로 감지하며, 판단부(250)는 감지부(230)가 감지한 직류 전압값 및 직류 전류값에 기초하여, 변환된 직류 전압의 외부로의 출력 시기를 판단한다.

구체적으로, 판단부(250)에는 각 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)의 특성을 미리 측정한 결과 관리자에 의해 결정된, 해당 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)에 있어서의 최대 전력 기준값이 저장되어 있을 수 있다.

이에 인버터(200)의 판단부(250)는 감지부(230)로부터 전송된 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)별로 승압된 직류 전압값 및 직류 전류값에 기초하여 산출한 전력값이 기 저장되어 있는 최대 전력 기준값과 일치하거나 소정의 오차 범위에 있는 경우에, 변환된 전압의 외부로의 출력을 결정하게 된다.

한편, 또 다른 방법으로서 인버터(200)의 판단부(250)가 감지부(230)로부터 전송된 전압값과 전류값를 측정하여 현재의 전력값을 일정 주기별로 계산하고, 현재의 전력값이 이전 주기에서의 전력값과 비교하여 이전 주기에서의 전력값보다 현재의 전력값이 큰 경우에는 판단부(250)는 해당 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)로부터의 전력값이 현재 증가 구간에 있는 것으로 판단하게 된다.

이후에 판단부(250)가 현재의 전력값이 이전 주기에서의 전력값과 비교하여 이전 주기에서의 전력값보다 현재의 전력값이 작은 것으로 판단하게 된 경우에 판단부(250)는 해당 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)로부터의 전력값의 증가 구간이 종료된 것으로 판단하고, 해당 태양 전지 어레이(100-1,..,100-n)로부터의 직류 전압이 변환된 교류 전압의 외부로의 출력을 결정하게 된다.

이와 같이, 인버터(200)의 판단부(250)에 의해 교류 전압의 외부로의 출력 시기가 결정되면, 판단부(250)는 출력부(290)를 통해 교류 전압을 인버터(200)로 출력하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100: 태양 전지 어레이, 150: 컨버터,
200: 인버터, 210: 입력부,
230: 감지부, 250: 감지부,
270: 변환부, 290: 출력부,
300: 계통.

Claims

복수의 태양 전지 어레이;
상기 복수의 태양 전지 어레이에 각각 연결되어 상기 복수의 태양 전지 어레이로부터 각각 입력되는 직류 전압을 승압하여 출력하는 복수의 컨버터;
상기 복수의 컨버터로부터 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터
를 포함하며,
상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 각각 입력되는 직류 전압의 교류 전압으로 변환 및 외부로의 출력을 개별적으로 제어하는 것인 태양광 발전 설비.
삭제
제1항에 있어서,
상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 입력되는 직류 전압 및 직류 전류중 적어도 하나를 감지하는 감지부를 포함하는 것인 태양광 발전 설비.
제3항에 있어서,
상기 인버터는 상기 복수의 컨버터로부터 개별적으로 입력되는 직류 전압 및 직류 전류 중 적어도 하나의 크기에 기초하여 상기 복수의 컨버터로부터 입력된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 외부로 출력하는 시기를 개별적으로 판단하는 판단부를 더 포함하는 것인 태양광 발전 설비.