KR101193499B1

KR101193499B1 - 계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101193499B1
Application number: KR1020120075059A
Authority: KR
Inventors: 유승준; 윤재승
Original assignee: (주)에스라홀딩스
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-10-23

Abstract

본 발명은 계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 발전 상태와 점등 상태 사이의 안정적인 절환 동작을 제공하여 솔라 모듈의 파손을 방지하고 안정적인 태양광 발전을 보장하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 솔라 모듈과 부하 및 그 절환부로 단순하게 구성된 하나 이상의 단위 태양광 발전부를 그리드 형태로 계통과 연계시켜, 발전되는 전력은 상용계통으로 송출하고 전력이 필요한 경우에는 상용계통으로부터 전력을 공급받아 전송하는 통합 제어부를 구성하는 것으로, 상용 계통의 상용 전원 사용을 위한 점등 모드와 발전 전력 송출을 위한 발전 모드 사이의 모드 절환시 상기 절환부가 상기 각 모드에 대응하는 부하 및 솔라 모듈의 연결 전환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 상기 통합 제어부에 데드 타임을 적용하여 솔라 모듈의 파손 및 오동작을 방지하여 신뢰성을 크게 개선하며, 관리비용을 크게 절감시키는 효과가 있다.

Description

계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법{GRID CONNECTED SOLAR GENERATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 발전 상태와 점등 상태 사이의 안정적인 절환 동작을 제공하여 솔라 모듈의 파손을 방지하고 안정적인 태양광 발전을 보장하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

불안정한 유가 변화와 기후변화협약의 규제 등에 의해서 신재생에너지의 중요성이 날로 커져가고 있으며, 특히 신재생에너지의 효율적인 보급과 확산을 위한 기반 기술인 스마트 그리드에 대한 실증이 이미 실시되고 있는 상황에서 신재생에너지 중 대표적 에너지인 태양광을 이용한 발전 장치에 대한 보다 현실성 있는 적용 모델이 요구되고 있다.

기본적으로 태양광 발전 시설은 자원의 무한성과 오염물질 배출이 없는 청정 에너지라는 점에서 각광받고 있으나 설치 면적에 비례하는 전력 생산 구조와 설치를 위한 대지의 제한에 의해 점차 그 설치 위치가 지면에서 건물 옥상이나 벽면과 같은 여유 공간이나 가로등, 전신주 등의 컬럼 상단으로 바뀌고 있으며, 그에 따라 실제 전력을 사용하는 부하에 근접하여 태양광 발전 장치가 분산배치되는 구조가 보다 일반화될 것으로 예상된다.

도 1은 기존에 사용되는 태양광 발전 장치가 적용된 가로등 구성을 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 해당 구성은 가로등 컬럼(1)과, 상기 가로등 컬럼(1)에 연장 구성된 램프(2)와, 상기 가로등 컬럼(1) 상단에 배치된 솔라 모듈(3)과, 상기 가로등 컬럼(1)의 소정 영역에 배치되어 상기 솔라 모듈(3) 및 램프(2)와 연결된 제어함(4)으로 이루어진다. 상기 제어함(4)에는 축전지와 점등 제어부 및 전원 절환부 등이 구성될 수 있다.

상기 제어함(4)은 솔라 모듈(3)에 의해서 생성된 전력을 축전지에 축전하고, 해당 축전지에 축전된 전력을 이용하여 상기 램프(2)를 점등하는 방식으로 동작한다.

상기와 같은 구조에서, 구성 가능한 솔라 모듈(3)의 크기는 상당히 제한적이기 때문에 솔라 모듈(3)에 의해 발전되는 발전량은 축전지의 효율을 고려하지 않는다 하더라도 필요한 전력에 절대적으로 부족하여 독립적인 동작이 불가능하므로, 상용 전원을 추가로 연결하고 있으며 축전된 전력이 소진되는 경우 상용 전원을 이용하여 부족한 소비 전력을 충당하는 구조를 이용하고 있다.

그러나, 이러한 구조 역시 축전지를 필요로 하며, 각각의 개별 부하에 적용되는 태양광 발전 장치에는 충전 및 보호 회로, 전력 감시 회로, 전원 절환 회로 등이 요구되고, 발전에 의해 충전되는 DC 전력과 상용 AC 전력을 부하에 공통적으로 적용하기 위한 변환 회로(인버터나 어댑터)와, 이들을 제어하기 위한 제어 구조 등이 모두 구성 되어야 하기 때문에 개별 발전 장치의 비용 및 관리 비용이 높고, 복잡한 구조로 인하여 고장이 잦다.

따라서, 이러한 기존 태양광 발전 장치의 문제점을 해결하기 위한 동 출원인의 등록특허 제1001278호에 따른 계통 연계형 태양광 발전 장치의 구성을 도 2를 통해 설명하면, 상기 태양광 발전 장치는 통합 제어부(1000)와 복수의 단위 발전부(2000 내지 2090)로 구성된다. 또한, 상기 통합 제어부(1000)와 단위 발전부(2000 내지 2090)는 연결 전력선(1600)으로 결선되는데, 상기 단위 발전부(2000 내지 2090)는 상기 연결 전력선(1600)에 직렬, 병렬 혹은 직병렬 혼합 방식으로 연결될 수 있으며, 상기 연결 전력선(1600)은 일반 전력선(2선 혹은 접지 포함 3선 등)을 그대로 이용한다.

이때, 상기 단위 발전부(2000)는 기본적으로 발전을 위한 솔라 모듈(2100)과, 가로등으로 동작하기 위한 부하인 안정기(2500) 및 램프(2600)와, 상기 연결 전력선(1600)을 접점(2400)을 통해 상기 솔라 모듈(2100)과 부하에 선택적으로 연결하기 위한 절환부(2300, 2350)를 포함한다.

이때, 상기 절환부는 저주파 필터(2350)와 절환 스위치(2300)로 구성되며, 상기 저주파 필터(2350)는 상기 솔라 모듈의 DC 전압이 상기 절환 스위치(2300)로 인가되지 않도록 필터링한다. 또한, 상기 절환 스위치(2300)는 상기 접점(2400)을 스위칭하여 가로등의 점등이 필요한 밤시간대에는 상기 연결 전력선(1600)을 상기 부하와 연결하여 상기 통합 제어부로부터 제공되는 AC 전력이 부하로 제공되도록 하며, 발전이 필요한 낮시간대에는 상기 솔라 모듈(2100)을 상기 연결 전력선(1600)과 연결하여 상기 솔라 모듈(2100)에서 발전하는 전력이 상기 통합 제어부의 계통 연계 인버터(1100)로 전달되도록 한다. 상기 계통 연계 인버터(1100)는 상기 솔라 모듈(2100)을 통해 제공되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상용 계통에 전달한다.

이와 같은 구성에서, 상기 솔라 모듈(2100)과 연결 전력선(1600)이 연결된 발전상태에서 상기 AC 전력을 상기 부하로 제공하는 점등상태로 변경되는 경우 상기 절환 스위치(2300)가 상기 접점을 구동하는데 발생하는 지연시간 동안 상기 AC 전력이 상기 솔라 모듈(2100)로 인가되어 상기 솔라 모듈(2100)이 파손되는 경우가 발생한다.

또한, 상기 솔라 모듈(2100)로 AC 전력이 직접 제공되기 이전에 솔라 모듈(2100)로부터 제공되는 DC 전력이 상기 AC 전력과 충돌하게 되면 순간적으로 전압 강하가 발생하며, 이에 따라 상기 절환 스위치(2300)는 AC 전력을 인식하지 못하게 되어 상기 솔라 모듈(2100)과 상용 전원이 연결된 접점 상태 그대로 방치하게 되며 이에 따라 지속적인 AC 전력이 상기 솔라 모듈(2100)로 공급되어 솔라 모듈(2100)이 파손될 수 있다.

이를 해결하기 위해, 상기 등록특허는 온도에 따라 저항값이 가변되는 완충부(2200)를 상기 솔라모듈(2100)에 연결하여 상기 절환 스위치(2300)의 접점(2400) 스위칭을 위한 제어 시간동안 상기 솔라 모듈(2100)로 제공되는 AC 전력을 차단하도록 구성한다.

이때, 상기 완충부(2200)는 낮시간동안 상기 솔라모듈(2100)에서 제공되는 DC 전력을 상기 계통연계 인버터(1100)로 제공하기 위하여 낮은 저항을 유지하기 위해 상당히 높은 온도를 유지하게 되며, 밤시간동안에는 온도가 식으면서 높은 저항을 가지도록 동작하는 서미스터를 이용한다.

그러나, 상기 완충부(2100)는 낮시간과 밤시간의 급격한 온도차를 극복해야 하며, 상기 낮시간동안에 낮은 저항을 위해 충분한 고온 상태를 유지하여야 하므로, 급격한 온도변화와 고온 상태의 유지가 지속적으로 반복되는 경우 수명이 급격하게 저하되며 결국에는 파손되는 문제가 발생한다.

결과적으로, 상기 완충부(2100)가 제대로 동작하지 않으면 상술한 바와 같이 AC 전력에 의해 상기 솔라 모듈이 파손되는 문제가 발생하며, 상기 완충부(2100)의 수명저하로 인한 교체 및 관리 비용이 증가하는 문제점이 있다.

더하여, 상기 완충부(2100)는 AC 전력을 차단하기 위하여 고온 상태에서 저항이 충분히 높은 저온 상태로 변화하기 위한 충분한 지연 시간이 보장되어야 하므로, 사용자가 수동으로 부하를 점등하거나 테스트하고자 하는 경우 해당 지연 시간 동안 기다려야 하는 불편함이 있다.

한국등록특허 제1001278호

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 솔라 모듈에 의한 발전 상태와 부하의 점등에 대한 상용 전원 사용상태가 절환되는 과정에서 AC 전력에 의한 솔라 모듈의 파손을 효과적으로 방지하며, 기존 서미스터를 이용하는 경우 상기 발전 모드와 점등 모드의 변경에 요구되는 지연 시간을 크게 단축시켜 발전 효율 및 관리 편이성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 별도의 제어선로 없이 전력선로만으로 통합 제어부의 제어에 따라 발전 상태와 상용 전원 사용 상태가 안정적으로 절환될 수 있도록 하고, 설치 호환성을 높이고 설치 비용을 크게 경감시키는데 그 목적이 있다.

더하여, 본 발명은 태양광 발전 장치를 간소화하여 크기와 비용을 줄일 뿐만 아니라 상용 전원으로 부하를 동작시키도록 하여 범용성과 효율 및 신뢰성을 높일 수 있으며, 발전 전력이 범용 계통 연계 인버터에 적합하도록 상기 통합 제어부에서 단위 태양광 발전부들을 용이하게 직병렬 및 분산 구성함으로써 통합 제어부의 설계 및 제조의 부담을 줄이고 단위 태양광 발전부의 구성 제한을 완화하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템은 상용계통과의 연동을 위해 구비된 계통연계 인버터의 입력과 상용계통에서 얻어지는 상용 전원 중 하나를 연결 전력선과 선택적으로 결선하여 발전 전력 송전을 위한 발전 모드와 상용 전원 사용을 위한 점등 모드로 절환하되, 절환 과정에서 기설정된 지연시간 동안 모든 결선을 차단하는 통합제어부와, 상기 연결 전력선을 통해 직병렬로 연결되고, 상기 통합 제어부의 절환에 따라 상기 연결 전력선을 구비된 솔라 모듈과 부하 중 하나와 연결하되, 상기 통합제어부의 절환 동작에 따라 상기 연결 전력선에서 검출되는 전력이 0이 되는 시점에 연결된 솔라 모듈과 부하 중 어느 하나와 상기 연결 전력선의 연결을 차단한 후 기설정된 시간 동안 상기 연결 전력선에서 AC 전압의 검출 여부를 확인하여 그 결과에 따라 상기 솔라 모듈과 부하 중 어느 하나를 상기 연결 전력선과 연결시키는 절환부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 통합 제어부는 외부 입력 또는 기설정된 설정정보에 따라 상기 발전모드와 점등 모드 중 어느 하나로 절환할 수 있다.

또한, 상기 통합 제어부는 모드 절환시 상기 연결 전력선을 상기 계통 연계 인버터 및 상기 상용 전원과 모두 단선시키는 상태를 유지하도록 제 1 시간의 데드 타임을 제공하는 딜레이부를 더 포함할 수 있다.

더하여, 상기 절환부는 상기 솔라 모듈 및 부하를 각각 상기 연결 전력선에 연결하는 복수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제 1 시간보다 긴 제 2 시간 동안 상기 연결전력선에서 AC 전압을 검출하여 AC 전압 검출 여부에 따라 상기 스위칭 소자의 단락 또는 개방 여부를 결정할 수 있다.

이때, 상기 절환부는 상기 연결 전력선의 전력이 0이 되는 시점에 단락된 상기 스위칭 소자를 개방시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

이외에도, 상기 절환부는 상기 전력이 0이 되는 시점 이후 상기 연결 전력선에서 상기 제 1 시간보다 긴 제 2 시간 동안 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 연결 전력선과 상기 솔라 모듈을 연결시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 상기 절환부의 전압 검출과 지연을 위한 구동 전원부를 더 포함할 수 있다.

더하여, 상기 통합 제어부는 상기 계통 연계 인버터의 입출력 및 상기 상용 전원을 각각 상기 연결 전력선에 선택적으로 결선하는 복수의 릴레이부를 포함하며, 상기 딜레이부는 절환 동작시 상기 복수의 릴레이부를 상기 데드 타임 동안 모두 개방하여 단선시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

그밖에, 상기 통합 제어부는 상기 데드 타임이 만료되면 상기 복수의 릴레이부 중 절환된 모드에 대응되는 릴레이부를 제어하여 상기 계통 연계 인버터 및 상용 전원 중 어느 하나와 상기 연결 전력선을 결선시킬 수 있다.

또한, 상기 절환부는 AC 전압과 DC 전류를 검출하여 상기 연결전력선의 전력이 0이 되는 시점을 판단할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계 인버터와 상용 전원이 선택적으로 연결되는 연결 전력선에 솔라 모듈과 부하를 선택적으로 연결하는 하나 이상의 절환부를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 절환부는 상기 연결 전력선의 AC 전압 및 DC 전류를 검출하는 검출부와, 상기 연결 전력선과 부하를 선택적으로 연결하는 AC 스위칭부와, 상기 연결 전력선과 솔라 모듈을 선택적으로 연결하는 DC 스위칭부와, 상기 검출부의 검출에 따라 상기 연결 전력선의 전력이 0이 되는 시점에 상기 AC 스위칭부와 DC 스위칭부 중 어느 하나를 제어하여 부하 및 솔라 모듈을 상기 연결 전력선과 차단시키며, 상기 시점 이후 상기 검출부를 통해 기설정된 시간 이내에 AC 전압이 검출되는지 여부에 따라 상기 AC 스위칭부와 DC 스위칭부 중 어느 하나를 제어하여 상기 연결전력선을 부하 및 솔라 모듈 중 어느 하나와 연결하는 판단부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 절환부는 상기 기설정된 시간 이내에 상기 AC 전압이 검출되는 경우 상기 AC 스위칭부를 제어하여 상기 연결 전력선과 부하를 연결시킬 수 있다.

또한, 상기 절환부는 상기 기설정된 시간 이내에 상기 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 DC 스위칭부를 제어하여 상기 연결 전력선과 솔라 모듈을 연결시킬 수 있다.

한편, 상기 AC 전압을 검출하는 기설정된 시간은 상기 연결전력선의 AC/DC 전환 지연보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.

더하여, 상기 절환부는 상기 AC 스위칭부의 단락에 따라 제공되는 AC 전력을 저장하며, 상기 판단부에 구동전력을 제공하는 배터리부를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모드 절환에 따라 계통연계 인버터 및 상용계통에서 얻어지는 상용 전원을 연결전력선에 선택적으로 연결하는 통합제어부에 상기 연결 전력선을 통해 연결되어 상기 연결 전력선에 부하와 솔라 모듈의 연결을 제어하는 절환부를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 발전 방법은, 상기 절환부가 상기 통합 제어부의 모드 절환에 따라 상기 연결 전력선에 변화되는 전력을 검출하는 제 1단계와, 상기 제 1단계의 검출 결과 전력이 0인 시점에 상기 절환부가 상기 연결 전력선에 연결 중인 부하 및 솔라 모듈 중 어느 하나와의 연결을 차단하는 제 2단계와, 상기 제 2단계 이후 상기 절환부가 기설정된 기간 동안 상기 연결 전력선의 AC 전압을 검출하는 제 3단계와, 상기 제 3단계의 AC 전압 검출 여부에 따라 상기 절환부가 상기 부하와 솔라 모듈 중 어느 하나와 상기 연결 전력선을 연결하는 제 4단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 1단계 이전 상기 통합 제어부가 모드 절환시 소정의 데드 타임 동안 상기 연결전력선을 상기 계통 연계 인버터 및 상기 상용 전원과 모두 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 4단계는 AC 전압이 검출되는 경우 상기 절환부가 상기 연결 전력선과 부하를 연결하며, AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 절환부가 상기 연결 전력선과 상기 솔라 모듈을 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.

더하여, 상기 제 1단계는 상기 절환부가 상기 AC 전압 및 DC 전류를 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 솔라 모듈과 부하 및 그 절환부로 단순하게 구성된 하나 이상의 단위 태양광 발전부를 그리드 형태로 계통과 연계시켜, 발전되는 전력은 상용계통으로 송출하고 전력이 필요한 경우에는 상용계통으로부터 전력을 공급받아 전송하는 통합 제어부를 구성하는 것으로, 상용 계통의 상용 전원 사용을 위한 점등 모드와 발전 전력 송출을 위한 발전 모드 사이의 모드 절환시 상기 절환부가 상기 각 모드에 대응하는 부하 및 솔라 모듈의 연결 전환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 상기 통합 제어부에 데드 타임을 적용하여 솔라 모듈의 파손 및 오동작을 방지하여 신뢰성을 크게 개선하며, 관리비용을 크게 절감시키는 효과가 있다.

또한, 점등 모드와 발전 모드 전환시 기존 서미스터를 이용하는 구성에서 안정적인 점등 테스트를 위한 서미스터의 냉각 시간이 상당하여 점등 테스트를 위해 상당히 오랜 시간을 기다린 이후에 점등 확인을 실시할 수 있는데 반하여, 본 발명은 데드 타임에 따른 상당히 짧은 시간 내에 모드 절환이 이루어져 점등 테스트를 거의 실시간으로 수행할 수 있도록 하여 각 부하의 관리 편이성을 보장하는 효과가 있다.

더하여, 본 발명은 별도의 제어 장치나 제어선로 구성 없이 통합 제어부의 모드 절환에 대응하여 절환부가 상기 통합 제어부의 절환된 모드에 대응되는 솔라모듈 및 부하의 연결을 자동적으로 수행할 수 있어, 설치 호환성, 범용성 및 효율을 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 장치가 적용된 가로등 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 계통 연계형 태양광 발전 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 개념도
도 4는 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 절환부에 대한 상세 구성도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 동작 프로세스를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 동작 프로세스에 대한 실시예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템을 구성하는 통합 제어부의 동작 프로세스에 대한 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템을 구성하는 통합 제어부 및 절환부의 동작 프로세스에 대한 순서도.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템 및 그 방법을 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개념도로서, 도시한 바와 같이 발전 가능한 시간 동안에는 상기 통합 제어부(10)와 솔라 모듈이 상기 연결 전력선(20)을 통해 연결되도록 하여 발전 전력을 상용 계통으로 송전하고, 각 부하(가로등 램프)(210)의 운영이 필요한 시간 동안에는 상기 통합 제어부(10)가 발전을 중단시키고 상기 통합 제어부와 부하를 연결시켜 상용 전원을 상기 각 부하(210)에 제공하는 방식으로 동작하되, 상기 절환부(100)는 상기 통합 제어부(10)와 상기 부하(210) 및 솔라 모듈(220) 사이에 상기 연결전력선(20)을 통해 연결되어 부하 및 솔라 모듈을 연결 전력선(20)에 선택적으로 연결하여 발전 전력 송전과 상용 전원 사용을 절환시킬 수 있다.

이때, 상기 절환부(100)들은 가로등에 설치될 수 있으며, 상기 통합 제어부(10)와 연결 전력선(20)을 통해 직렬 혹은 병렬로 연결될 수 있다.

상기 절환부(100)는 상기 가로등마다 설치된 솔라모듈(220)이 발전하는 전력을 상기 통합 제어부로 송전되도록 매개하며, 상기 통합 제어부(10)는 계통 연계 인버터(11)를 통해서 상용 계통과 연계시켜 발전 전력을 송출하는 것으로 전력을 송전(판매) 혹은 충전해 두었다가 가로등의 점등이 필요한 시점이 되면 상용 전원을 상기 절환부(100)를 통해 부하(210)에 제공하여 연결된 부하(210)가 동작하도록 한다.

이를 통해서 가능한 단순한 구성과 낮은 관리 비용만으로 태양광 발전 전력의 활용성을 높일 수 있으며 부하(210)의 안정적인 동작을 보장할 수 있게 된다.

그러나, 상술한 구성만으로 태양광 발전 시스템을 구성할 경우 상기 통합 제어부(10)가 상기 각 절환부(100)를 제어하는 별도의 제어 선로의 구성이 요구되며, 상기 절환부(100)는 상기 통합 제어부(10)의 제어명령에 따라 연결 전력선(20)을 솔라 모듈(220)과 부하(210)에 선택적으로 연결하기 위한 추가 제어장치 구성이 요구되므로 개별 단위 구성의 비용이 상승하고 설치가 복잡해져 경제성이 낮아진다.

이를 해결하기 위하여 동출원인이 출원하여 등록된 등록특허 제1001278호에 따르면, 상기 연결 전력선(20)에 인가되는 전력의 종류에 따라 상기 가로등에 설치된 솔라 모듈(220)과 부하(210)를 선택적으로 연결하는 구성을 제공한다.

즉, 솔라 모듈(220)이 DC 전력을 생산하여 상기 통합 제어부(10)에 제공하고 있는 상황에서 상기 통합 제어부(10)의 모드 변경에 의해 상기 연결 전력선(20)이 상용 전원에 연결되는 경우 상기 연결 전력선(20)을 통해 인가되는 상용 전원을 감지하여 상기 솔라 모듈(220)과 부하(210)를 선택적으로 연결하기 위한 스위칭 소자를 제어하여 상기 솔라 모듈(220) 대신 부하(210)와 연결되도록 절환시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 가로등과 같이 솔라 모듈(220)이 긴 거리에 분산되어 구성되는 경우는 물론이고, 그 외의 다양한 상황에 대해서 별도의 구성 변경 없이 범용적으로 적용 가능하며, 부하(210)의 종류에 대해서도 기존 상용 전원을 이용하는 부하(210)라면 변경 없이 그대로 적용 가능하기 때문에 범용성이 높을 뿐만 아니라 적용 제한도 크게 완화시킬 수 있다. 또한, 도시된 구조를 통해 확인할 수 있지만, 그 구성 역시 최소한의 구성만으로 원하는 동작을 안정적으로 실시할 수 있도록 되어 있어 구성 비용 및 관리 비용을 크게 줄일 수 있으며, 별도의 제어 선로나 제어 신호 해석 장치 등이 요구되지 않으며 경우에 따라서는 기존의 전력 선로를 그대로 활용할 수도 있어 제어 비용이나 선로 구축 비용을 극단적으로 줄일 수 있게 된다.

그러나, 이러한 구성은 스위칭 소자의 절환 지연에 따라 솔라 모듈로 상용 전원이 제공되어 솔라 모듈에 대한 파손 가능성이 존재하며, 상기 절환 지연에 따라 솔라 모듈에서 제공하는 DC 전력과 AC 전력이 충돌하여 발생하는 순간적인 전압강하로 인하여 스위칭 소자의 절환을 위한 연결 전력선(20)의 인가전력 감지가 제대로 이루어지지 않아 역시 상기 솔라 모듈의 파손 가능성이 존재한다.

이를 해결하기 위하여, 상기 솔라 모듈과 연결 전력선(20) 사이에 상기 절환 지연을 완충시키기 위한 완충부로 서미스터를 이용하였으나 파손의 위험이 있으므로, 본 발명에서는 상이한 방식을 적용하여 안정적인 절환 동작이 이루어지도록 한다.

본 발명에서는 상기 등록특허의 이점인 별도의 제어선로나 추가 제어 장치의 구축 없이 기존의 전력 선로를 그대로 이용하면서, 발전 전력 송전을 위한 발전 모드와 상용 전원 사용을 위한 점등 모드의 절환 동작으로 인한 지연으로 발생하는 문제를 해결할 수 있는 시스템을 제안한다.

본 발명에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템의 상세 구성을 도 3 및 도 4를 통해 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 상기 발전 모드와 점등모드로 모드를 절환하는 통합제어부(10)와, 상기 통합제어부(10)와 연결 전력선(20)을 통해 연결되며 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환에 따라 가로등에 설치된 솔라 모듈(220)과 부하(210)를 상기 연결 전력선(20)에 선택적으로 연결하는 절환부(100)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 절환부(100)는 상기 가로등에 설치될 수 있으며, 상기 부하(210)는 가로등으로 동작하기 위한 안정기 및 램프를 포함할 수 있다.

우선 도 3을 참고하여, 상기 통합제어부(10)의 구성을 상세히 설명하면, 상기 통합제어부(10)는 외부 입력 또는 기설정된 설정정보에 따라 상기 발전모드와 점등 모드 중 어느 하나로 절환하는 제어부(12)와, 상기 솔라 모듈(220)로부터 상기 연결 전력선(20)을 통해 제공되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상용 계통에 전달하는 계통 연계 인버터(11)와, 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력 및 상기 상용 전원을 각각 상기 연결 전력선(20)에 선택적으로 결선하는 복수의 릴레이부(13, 14)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 기설정된 설정정보는 시간대별로 발전 모드 및 점등 모드가 설정된 정보일 수 있으며, 상기 제어부(12)는 상기 기설정된 설정정보에 매칭되는 시간대별로 상기 발전 모드나 점등 모드를 선택하여 모드 상태를 절환시킬 수 있다.

또한, 상기 복수의 릴레이부(13, 14)는 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력과 연결 전력선(20)을 결선을 제어하는 DC 릴레이부(13)와 상기 상용 계통의 상용 전원과 연결 전력선(20)의 연결을 제어하는 AC 릴레이부(14)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 릴레이부(13, 14)는 스위칭 동작을 통한 개방 및 단락 동작을 통해 상기 연결 전력선(20)에 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력과 상용 전원의 결선여부를 제어할 수 있다.

상기와 같은 구성을 통해, 상기 제어부(12)는 외부 입력 또는 기설정된 설정정보에 따라 발전 모드로 절환하는 경우 상기 상용 전원과 연결된 AC 릴레이부(14)를 제어하여 상기 상용 전원과 상기 연결 전력선(20)을 결선하여 상기 절환부(100)로 상용 전원을 제공할 수 있으며, 상기 점등 모드로 절환하는 경우 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력에 연결된 DC 릴레이부(13)를 제어하여 상기 계통 연계 인버터(11)와 상기 연결 전력선(20)을 결선시켜 상기 솔라 모듈(220)로부터 상기 연결 전력선(20)을 통해 제공되는 발전 전력을 계통 연계 인버터(11)를 통해 상용 계통으로 전달할 수 있다.

이때, 상기 제어부(12)의 모드 절환시 상기 연결 전력선(20)을 상기 계통 연계 인버터(11) 및 상기 상용 전원과 모두 단선시키는 상태를 유지하여 상기 연결 전력선(20)의 전력이 인가되지 않도록 소정의 데드 타임(dead time)을 제공하는 딜레이부(15)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 제어부(12)는 상기 발전 모드와 점등 모드 사이의 절환 중에 상기 딜레이부(15)에서 제공되는 데드 타임 동안 동작이 정지되어 상기 복수의 릴레이부(13, 14)가 모두 개방된 상태가 유지되도록 하며, 상기 데드 타임이 만료되면 상기 복수의 릴레이부(13, 14) 중 절환되는 모드에 대응되는 릴레이부를 제어하여 계통 연계 인버터(11) 및 상용 전원 중 어느 하나와 연결 전력선(20)을 결선시킬 수 있다.

이때, 상기 딜레이부(15)는 모드 절환에 따라 상기 제어부(12)가 모든 릴레이부(13, 14)의 연결을 단선시키는 시점에 상기 제어부(12)에 데드 타임을 제공하여 상기 제어부(12)의 동작을 소정의 시간 동안 정지시킬 수 있다.

일례로, 상기 제어부(12)는 계통 연계 인버터(11)를 통해 발전 전력이 상용 계통으로 전달되는 발전 모드에서 외부 입력 또는 기설정된 설정정보에 따라 연결 전력선(20)을 통한 상용 전원의 제공을 위한 점등 모드로 절환하는 경우 상기 발전 모드에 대응되는 DC 릴레이부(13)를 제어하여 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력과 상기 연결 전력선(20)의 연결을 단선시킬 수 있다.

이때, 상기 발전 모드에서 상기 상용 전원과 연결 전력선(20)의 연결은 단선된 상태이므로, 상기 제어부(12)는 계통 연계 인버터(11)의 단선만으로 상기 연결 전력선(20)을 상기 계통 연계 인버터(11) 및 상기 상용 전원과 단선시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부(12)의 모드 절환시 상기 딜레이부(15)는 상기 연결 전력선(20)을 상기 계통 연계 인버터(11) 및 상기 상용 전원과 모두 단선된 상태로 유지되도록 소정의 데드 타임을 제공하여 상기 제어부(12)를 정지시킬 수 있다.

이후, 상기 제어부(12)는 상기 지연 시간 경과 이후 점등 모드로 절환하기 위하여 상기 AC 릴레이부(14)를 제어하여 상기 상용 전원과 상기 연결 전력선(20)을 결선시켜 AC 전력이 상기 연결 전력선(20)을 통해 부하로 제공되도록 할 수 있다.

한편, 상기 제어부(12)는 상기 점등 모드에서 발전 모드로 절환시에도 상술한 바와 같이 상기 모드 절환 사이에 데드 타임으로 인한 정지 상태가 소정의 시간 동안 유지된 이후 모드 절환이 이루어지도록 할 수 있다.

이와 같이, 상기 통합 제어부(10)는 모드 절환시 데드 타임을 제공하여 상기 연결전력선(20)에 전력이 인가되지 않도록 동작할 수 있는데, 상기 절환부(100)는 상기 데드 타임의 동작과 연동하여 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환시 상기 연결 전력선(20)에 솔라 모듈(220)과 부하(210) 중 어느 하나를 종래 기술에 따른 파손 또는 고장의 우려 없이 안정적으로 연결할 수 있다.

이를 도 4에 도시된 절환부(100)에 대한 상세 구성을 바탕으로 설명하면, 도시된 바와 같이 상기 절환부(100)는 상기 연결 전력선(20)의 AC 전압을 검출하는 AC 전압 검출부(110)와, 상기 연결 전력선(20)의 DC 전류를 검출하는 DC 전류 검출부(120)와, 상기 연결 전력선(20)과 부하(210)를 선택적으로 연결하는 AC 스위칭부(130)와, 상기 연결 전력선(20)과 솔라 모듈(220)을 선택적으로 연결하는 DC 스위칭부(140)와, 상기 각 검출부(110, 120)의 검출에 따라 상기 연결 전력선(20)의 전력이 0이 되는 시점에 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140) 중 어느 하나를 제어하여 부하(210) 및 솔라 모듈(220)이 상기 연결 전력선(20)과 차단되도록 하며, 상기 시점 이후 상기 AC 전압 검출부(110)를 통해 기설정된 시간 이내에 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되는지 여부에 따라 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140) 중 어느 하나를 제어하여 상기 연결전력선(20)을 부하(210) 및 솔라 모듈(220) 중 어느 하나와 연결하는 판단부(150)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140)는 각각 연결 전력선(20)과의 연결을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 상기 판단부(150)는 상기 각 스위칭 소자의 개방 또는 단락을 개별 제어하여 상기 솔라 모듈(220) 및 부하(210)를 각각 상기 연결 전력선(20)에 선택적으로 연결할 수 있다.

또한, 상기 판단부(150)가 상기 AC 전압 검출부(110)를 통해 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되는지 여부를 판단하기 위한 상기 기설정된 시간은 상기 통합 제어부(10)의 데드 타임보다 길게 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 토대로 동작방식을 설명하면, 상기 판단부(150)는 상기 AC 전압 및 DC 전류 검출부(110, 120)와 연동하여 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환시 발생하는 데드 타임 중에 상기 연결 전력선(20)에서 검출되는 AC 전압과 DC 전류가 모두 0이 되어 전력선(20)의 전력이 0이 되는 시점을 판단할 수 있으며, 이에 따라 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환 여부를 인식할 수 있다.

이때, 상기 통합 제어부(10)의 발전 모드 또는 점등 모드에 따라 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140) 중 어느 하나가 연결 전력선(20)과 연결된 상태이므로, 상기 판단부(150)는 상기 전력이 0이 되는 시점에 연결 중인 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140) 중 어느 하나를 개방시켜 상기 AC 스위칭부(130)와 DC 스위칭부(140) 모두가 개방된 상태로 제어할 수 있다.

이를 통해, 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환시 상기 절환부(100)가 상기 솔라 모듈(220)과 연결된 발전 상태인 경우 상기 판단부(150)는 상기 통합 제어부(10)의 데드 타임 중에 안정적으로 상기 솔라 모듈(220)과의 연결을 차단하여 점등 모드로 절환하는 통합 제어부(10)로 DC 전력이 제공되는 것을 완전히 차단할 수 있다.

즉, 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환 완료 이전에 상기 절환부(100)는 상기 솔라 모듈(220)의 발전 전력을 차단한 상태이므로 상기 점등 모드로 절환된 통합 제어부(10)로부터 제공되는 상용 전원인 AC 전력이 상기 솔라 모듈의 DC 전력과 충돌하거나 상기 AC 전력이 상기 솔라 모듈(220)로 제공되어 상기 솔라 모듈(220)이 파손되는 것을 원천 차단할 수 있으며, DC 전력이 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환시 상기 절환부(100)가 상기 부하(210)와 연결된 점등 상태인 경우 상기 판단부(150)는 상기 통합 제어부(10)의 데드 타임 중에 상기 부하(210)와의 연결을 차단하여, 상기 부하(210)의 램프를 안정적으로 소등 시키는 동시에 상기 통합 제어부(10)의 발전 모드로의 절환이 안정적으로 완료되는 것을 보장할 수 있다.

한편, 상기 판단부(150)는 상기 연결 전력선(20)의 전력이 0이 되는 시점 이후 상기 데드 타임보다 길게 설정된 기설정된 시간 동안 상기 AC 전압 검출부(110)를 통한 연결전력선(20)의 AC 전압 검출 여부에 따라 상기 통합제어부(10)의 절환된 모드를 판단할 수 있으며, 발전 모드와 점등 모드 중 절환된 모드에 대응되도록 상기 AC 스위칭부(130) 또는 DC 스위칭부(140)를 제어하여 솔라 모듈(220) 및 부하(210) 중 어느 하나를 상기 연결 전력선(20)에 연결시킬 수 있다.

일례로, 상기 판단부(150)는 상기 AC 전압 검출부(110)를 통해 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되는 경우 상기 통합제어부(10)의 절환된 모드가 점등 모드인 것을 판단할 수 있으며, 이에 따라 상기 AC 스위칭부(130)를 제어하여 연결 전력선(20)과 상기 부하(210)를 연결시켜 안정적으로 부하를 점등시킬 수 있다.

또한, 상기 판단부(150)는 상기 전력이 0이 되는 시점 이후 상기 AC 전압 검출부(110)를 통해 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 통합 제어부(10)의 절환된 모드가 발전 모드인 것을 판단할 수 있으며, 이에 따라 상기 DC 스위칭부(140)를 제어하여 상기 연결 전력선(20)과 상기 솔라 모듈(220)을 연결시킬 수 있다.

한편, 상기 절환부(100)는 상기 AC 전압의 검출 여부를 판단하기 위한 상기 기설정된 시간에 대응하는 지연을 상기 판단부(150)에 제공하는 지연부(160)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 지연부(160)의 지연 시간은 상기 딜레이부(15)가 제공하는 상기 데드 타임보다 길도록 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 지연부(160)의 구성을 통해, 상기 판단부(150)는 상기 통합 제어부(10)의 계통 연계 인버터(11)와 연결 전력선(20)이 연결이 완료된 시점 이후 상기 솔라 모듈(220)을 연결 전력선(20)과 연결하여 DC 전력이 소모없이 안정적으로 상기 통합제어부(10)에 제공되도록 할 수 있다.

한편, 상기 절환부(100)는 상기 AC 스위칭부(130)의 단락에 따라 제공되는 AC 전력을 저장하며, 상기 판단부(150)에 AC 전압 검출, 각 스위칭부에 대한 스위칭 제어와 같은 구동을 위한 구동전력을 제공하는 배터리부(170)를 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템의 구성을 바탕으로 동작 방식에 대한 실시예를 도 5a 내지 도 5c를 통해 상세히 설명하기로 한다.

우선 도 5a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 상기 절환부(100)는 연결 전력선(20)을 통해 상기 통합 제어부(10)와 연결될 수 있으며, 최초 상기 통합 제어부(10)가 발전 모드로 동작하는 경우 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부(10)의 제어부(12)가 상기 DC 릴레이부(13)를 제어하여 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력을 상기 연결 전력선(20)에 결선시키고, 상기 절환부(100)의 판단부(150)는 상기 DC 스위칭부(140)를 제어하여 상기 솔라 모듈(220)을 상기 연결 전력선(20)에 연결한 상태로 동작한다.

이후, 상기 통합 제어부(10)가 상기 부하에 대한 점등 테스트를 위한 외부 입력이나 시간대별 점등 시간이 설정된 기설정된 설정정보를 근거로 점등 모드로 모드를 절환하는 경우 도 5b에 도시된 바와 같이 모드 절환을 위해 상기 제어부(12)는 상기 DC 릴레이부(13)를 제어하여 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력을 단선시키게 되며, 이때 상기 딜레이부(15)는 상기 제어부(12)에 상기 데드 타임을 제공할 수 있다.

다음, 상기 제어부(12)는 데드 타임에 대응하는 소정의 시간동안 동작을 정지하게 되며, 이에 따라 상기 계통 연계 인버터(11)와 상기 상용전원이 모두 상기 연결 전력선(20)과 단선된 상태를 유지하게 된다. 이로 인해, 상기 솔라 모듈(220)로부터 상기 통합 제어부(10)의 계통 연계 인버터(11)로 송전되던 발전 전력은 상기 계통 연계 인버터(11)의 단선으로 인해 상기 통합 제어부(10)가 무부하 상태가 되므로 상기 연결 전력선(20)에는 전류가 흐르지 않게 된다.

한편, 상기 AC 전압 검출부(110)와 DC 전류 검출부(120)를 통해 상기 연결 전력선(20)의 전력을 감지하는 판단부(150)는 상기 통합 제어부(10)의 데드 타임 중 상기 DC 전류가 흐르지 않아 전력이 0이 되는 시점에 상기 통합 제어부(10)가 모드 절환을 실시중임을 판단할 수 있다.

이후, 상기 판단부(150)는 상기 연결 전력선(20)의 전력이 0이 되는 시점에 발전 모드에 따라 상기 연결 전력선(20)에 상기 솔라 모듈(220)을 연결 중인 DC 스위칭부(140)를 제어하여 상기 연결 전력선(20)에서 상기 솔라 모듈(220)을 차단할 수 있다.

이와 같이, 상기 판단부(150)는 AC 전압 검출부(110)와 DC 전류 검출부(120)를 통해 전력이 0이 되는 시점에서 상기 연결 전력선(20)의 모든 연결을 차단하므로, 상기 통합 제어부(10)가 모드 절환을 완료하여 상용 전원인 AC 전력을 상기 연결 전력선(20)에 제공하기 이전에 상기 솔라 모듈(220)을 연결 전력선(20)으로부터 차단하여 용이하게 솔라 모듈(220)의 파손을 방지할 수 있다. 더하여, 상기 통합 제어부(10)의 모드 절환시 상기 계통 연계 인버터의 차단만으로 발전모드에서 송전되던 DC 전류를 차단할 수 있으므로 기존 서미스터를 구성하는 것과 같이 점등 테스트를 위해 장시간을 기다릴 필요 없이 실시간으로 점등 테스트를 실시할 수 있어 관리 편의성을 보장한다.

한편, 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부(10)의 제어부(12)는 상기 딜레이부(15)가 제공하는 데드 타임이 완료되면 절환하고자 하는 모드인 점등 모드에 대응하는 AC 릴레이부(14)를 제어하여 상기 상용 계통에서 제공되는 상용 전원을 상기 연결전력선(20)에 결선시켜 상기 절환부(100)로 AC 전력이 제공되도록 할 수 있다.

이때, 상기 절환부(100)의 판단부(150)는 상기 데드 타임 중에 상기 연결 전력선(20)의 모든 연결을 차단한 상태에서 AC 전압 검출부(110)를 통해 기설정된 기간 동안 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되는지 여부를 감지하며, 점등 모드로 절환된 상기 통합 제어부(10)에서 AC 전력이 상기 연결 전력선(20)을 통해 제공되는 경우 상기 판단부(150)는 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압을 검출할 수 있다.

이에 따라, 상기 판단부(150)는 상기 통합 제어부(10)가 상용 전원 제공 상태인 점등 모드로 절환된 것으로 판단할 수 있으며, 상기 절환된 통합 제어부(10)의 점등 모드에 대응하여 상기 AC 스위칭부(130)를 제어하여 상기 부하를 상기 연결 전력선(20)에 연결시킬 수 있다.

이후, 상기 통합 제어부(10)로부터 송전되는 AC 전력이 안정적으로 상기 부하(210)에 제공되어 점등이 이루어질 수 있다.

한편, 상기 통합 제어부(10)가 점등 모드에서 발전 모드로 절환하는 경우에는 상술한 프로세스와 반대로 도 5c에서 도 5a의 순서로 동작할 수 있다.

즉, 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부(10)는 점등 모드에서 발전 모드로 절환하는 경우 상기 딜레이부(15)의 데드 타임 제공에 따라 상기 AC 릴레이부(14)를 제어하여 상기 연결 전력선(20)에 결선 중인 상용 전원과의 연결을 차단할 수 있다. 이에 따라, 상용 전원인 AC 전력의 제공이 중단되며 상기 연결 전력선(20)의 AC 전압이 감소된다.

이후, 도 5b에서 상기 절환부(100)의 판단부(150)는 상기 연결 전력선(20)의 AC 전압을 검출하여 상기 데드 타임에 따라 연결 전력선(20)의 AC 전압이 감소되어 전력이 0이 되는 시점에 상기 연결 전력선(20)에 연결 중인 부하를 상기 AC 스위칭부(130)를 제어하여 상기 연결 전력선(20)과 차단시킬 수 있다.

또한, 상기 도 5a에서 상기 통합 제어부(10)의 제어부(12)는 상기 데드 타임이 만료되면 상기 계통 연계 인버터(11)의 입출력을 상기 DC 릴레이부(13)를 통해 제어하여 상기 계통 연계 인버터(11)를 연결 전력선(20)에 결선시켜 발전 모드로의 절환을 완료한다.

다음, 상기 절환부(100)의 판단부(150)는 상기 AC 전압 검출부(110)를 통해 기설정된 기간 동안 상기 연결 전력선(20)에서 AC 전압이 검출되는지 여부를 감지하여 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 통합 제어부(10)가 발전 모드로 절환된 상태임을 인식하고, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 DC 스위칭부(140)를 제어하여 상기 솔라 모듈(220)을 연결 전력선(20)에 연결시켜 상기 솔라 모듈(220)의 발전 전력이 계통 연계 인버터(11)로 송전되도록 할 수 있다.

이때, 상술한 바와 같이 상기 절환부(100)는 AC 전압이 검출되는지 여부를 판단하기 위한 상기 데드 타임보다 긴 기설정된 지연 시간을 상기 판단부(150)에 제공하는 지연부(160)를 포함하여, 상기 지연부(160)가 솔라 모듈(220)과 연결 전력선(20)의 연결을 지연하도록 상기 판단부(150)에 지연을 제공할 수 있다. 이를 통해, 상기 지연부(160)는 통합 제어부(10)에서 계통 연계 인버터(11)와 연결 전력선(20)의 결선이 이루어지기 위한 충분한 지연 시간을 제공할 수 있으며, 이에 따라 상기 솔라 모듈(220)의 발전 전력이 불필요하게 소모되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 동작 프로세스를 참고로, 본 발명에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이 모드 절환시에 데드 타임을 제공하여 각 모드에 대응하는 인가 전력을 대응되는 구성에 제공할 수 있도록 상기 통합 제어부와 절환부가 미리 세팅을 완료하여 인가 전력의 종류에 대응하는 구성이 안정적으로 동작하도록 보장할 수 있다.

또한, 상기 부하에 해당하는 가로등 램프의 점등 테스트를 위하여 점등 모드로 절환하는 경우 기존 서미스터를 이용하여 솔라 모듈에 제공되는 AC 전력을 일시적으로 차단하는 구성은 상기 서미스터가 냉각되기까지 상당한 시간을 기다려야 하는 반면, 본 발명에 따른 통합 제어부의 데드 타임과 상기 절환부의 기설정된 시간을 통해 차단하는 구성은 수십 ms의 시간 정도 밖에 소요되지 않아 거의 실시간으로 점등 테스트를 실시할 수 있다.

상술한 내용을 바탕으로 본 발명에 따른 계통 연계 태양광 발전 시스템의 계통 연계 태양광 발전 방법을 도 6 및 도 7을 통해 상세히 설명하기로 한다.

우선 도 6은 상기 통합 제어부의 동작 프로세스에 대한 순서도로서, 도시된 바와 같이 상기 통합 제어부는 최초 태양광 발전을 위한 발전 모드에서 상용 전원과의 연결이 차단된 상태이며, 상기 연결 전력선을 계통 연계 인버터와 연결하여 발전 전력이 상용 계통으로 송전되는 상태이다.

이때, 외부 입력이나 기설정된 설정정보에 따라 태양광 발전을 중지하고 상용 전원의 사용을 위한 점등 모드로 절환하는 경우 상기 통합 제어부는 상기 계통 연계 인버터의 입출력을 차단하여 상기 계통 연계 인버터와 연결 전력선의 연결을 단선시키고, 소정의 데드 타임이 발생되어 시간 상기 점등 모드에 대응하는 상용 전원과 연결 전력선의 결선을 지연시킬 수 있다.

이후, 상기 데드 타임이 만료되면 상기 통합 제어부는 상기 상용 전원과 상기 연결 전력선을 결선시켜, 상기 연결 전력선을 통해 AC 전력이 상기 절환부로 제공되도록 할 수 있다.

또한, 상기 점등 모드에서 외부 입력이나 기설정된 설정정보를 통해 상용 전원 사용을 중지하고 태양광 발전을 위한 발전 모드로 절환하는 경우 상기 통합 제어부는 상기 상용 전원을 연결 전력선과 단선시키고, 역시 데드 타임이 발생되어 상기 발전 모드에 대응하는 계통 연계 인버터의 입출력 연결을 지연시켜 상기 계통 연계 인버터와 연결 전력선의 결선을 지연시킬 수 있다.

이후, 상기 데드 타임이 만료되면 상기 통합 제어부는 상기 계통 연계 인버터와 상기 연결 전력선을 결선시켜, 상기 연결 전력선을 통해 송전되는 솔라 모듈의 발전 전력을 계통 연계 인버터를 통해 AC 전력으로 변환한 후 상용 계통으로 전달하여 발전이 이루어지는 발전 모드로 절환할 수 있다.

도 8은 상기 통합 제어부와 연동하여 발전 모드와 점등 모드에 각각 대응하는 상태로 동작하는 절환부의 동작 프로세스를 도시한 순서도이다.

우선, 상기 통합 제어부의 발전 모드에서 상기 절환부는 상기 솔라 모듈과 상기 연결 전력선을 연결하여 상기 솔라 모듈의 발전 전력을 상기 통합 제어부의 계통 연계 인버터로 송전할 수 있다.

이후, 상기 통합 제어부가 점등 모드로 절환하는 경우 상기 통합 제어부의 데드 타임 중에 상기 연결 전력선의 AC 전압과 DC 전류를 검출하여 DC 전류가 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 솔라 모듈과 연결 전력선의 연결을 유지한다. 이때, 상기 기설정된 기준치는 0.1A 으로 설정하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 통합 제어부의 모드절환에 따른 데드 타임 동작으로 인해 계통 연계 인버터와 연결 전력선의 연결이 차단되어 DC 전류가 0이 되는 경우 연결 전력선에 AC 전압과 DC 전류가 모두 검출되지 않는 시점에 상기 절환부는 상기 솔라 모듈과 상기 연결 전력선의 연결을 스위칭하는 DC 스위칭부를 제어하여 상기 솔라 모듈을 연결 전력선으로부터 차단시킬 수 있다.

다음, 상기 절환부는 기설정된 시간 동안 상기 연결 전력선의 AC 전압을 검출하여 상기 통합 제어부의 점등모드로의 절환이 완료되었는지를 판단하며, 상기 AC 전압이 검출되는 경우 상기 통합 제어부의 절환된 점등 모드에 대응하여 상기 부하와 연결 전력선의 연결을 스위칭하는 AC 스위칭부를 제어하여 상기 부하로 상용 전원인 AC 전력이 제공되도록 하여 부하의 점등이 이루어지도록 한다.

한편, 상기 점등 모드에서 다시 발전 모드로 통합 제어부의 절환 동작이 발생하는 경우 상기 통합 제어부의 데드 타임 중에 상기 계통 연계 인버터와 전력선의 연결이 단선됨에 의해 상기 연결 전력선의 전력이 0이 되어 AC 전압 및 DC 전류가 모두 검출되지 않는 시점에 상기 AC 스위칭부를 제어하여 상기 부하를 연결 전력선으로부터 차단시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 부하가 소등될 수 있다.

이후, 상기 절환부는 상기 연결 전력선의 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 통합 제어부의 발전 모드로의 절환이 완료됨을 판단하여 상기 DC 스위칭부를 제어하여 상기 솔라모듈과 상기 연결 전력선을 연결시킬 수 있다.

이때, 상기 절환부는 상기 통합 제어부의 데드 타임보다 긴 시간의 지연시간 동안 상기 연결 전력선에서 상기 AC 전압 또는 DC 전류가 0을 유지하는 것을 검출하고, 상기 지연시간 동안 연결 전력선에서 AC 전압 또는 DC 전류가 검출되지 않는 경우 상기 DC 스위칭부를 제어하여 상기 솔라 모듈과 연결 전력선을 연결하여 발전 전력이 통합 제어부의 계통 연계 인버터로 송전되어 태양광 발전이 이루어지도록 할 수 있다.

10: 통합 제어부 11: 계통 연계 인버터
12: 제어부 13: DC 릴레이부
14: AC 릴레이부 15: 딜레이부
20: 연결 전력선 100: 절환부
110: AC 전압 검출부 120: DC 전류 검출부
130: AC 스위칭부 140: DC 스위칭부
150: 판단부 160: 지연부
170: 배터리부 210: 부하
220: 솔라모듈

Claims

상용계통과의 연동을 위해 구비된 계통연계 인버터의 입력과 상용계통에서 얻어지는 상용 전원 중 하나를 연결 전력선과 선택적으로 결선하여 발전 전력 송전을 위한 발전 모드와 상용 전원 사용을 위한 점등 모드로 절환하되, 절환 과정에서 기설정된 지연시간 동안 모든 결선을 차단하는 통합제어부와;
상기 연결 전력선을 통해 직병렬로 연결되고, 상기 통합 제어부의 절환에 따라 상기 연결 전력선을 구비된 솔라 모듈과 부하 중 하나와 연결하되, 상기 통합제어부의 절환 동작에 따라 상기 연결 전력선에서 검출되는 전력이 0이 되는 시점에 연결된 솔라 모듈과 부하 중 어느 하나와 상기 연결 전력선의 연결을 차단한 후 기설정된 시간 동안 상기 연결 전력선에서 AC 전압의 검출 여부를 확인하여, AC 전압이 검출되는 경우 상기 연결전력선과 상기 부하를 연결시키며 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 연결전력선과 상기 솔라모듈을 연결시키는 절환부
를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 통합 제어부는 외부 입력 또는 기설정된 설정정보에 따라 상기 발전모드와 점등 모드 중 어느 하나로 절환하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 통합 제어부는 모드 절환시 상기 연결 전력선을 상기 계통 연계 인버터 및 상기 상용 전원과 모두 단선시키는 상태를 유지하도록 제 1 시간의 데드 타임을 제공하는 딜레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 절환부는 상기 솔라 모듈 및 부하를 각각 상기 연결 전력선에 연결하는 복수의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제 1 시간보다 긴 제 2 시간 동안 상기 연결전력선에서 AC 전압을 검출하여 AC 전압 검출 여부에 따라 상기 스위칭 소자의 단락 또는 개방 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 절환부는 상기 연결 전력선의 전력이 0이 되는 시점에 단락된 상기 스위칭 소자를 개방시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 절환부는 상기 전력이 0이 되는 시점 이후 상기 연결 전력선에서 상기 제 1 시간보다 긴 제 2 시간 동안 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 연결 전력선과 상기 솔라 모듈을 연결시키는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 4 또는 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절환부의 전압 검출과 지연을 위한 구동 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 통합 제어부는 상기 계통 연계 인버터의 입출력 및 상기 상용 전원을 각각 상기 연결 전력선에 선택적으로 결선하는 복수의 릴레이부를 포함하며, 상기 딜레이부는 절환 동작시 상기 복수의 릴레이부를 상기 데드 타임 동안 모두 개방하여 단선시키는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 통합 제어부는 상기 데드 타임이 만료되면 상기 복수의 릴레이부 중 절환된 모드에 대응되는 릴레이부를 제어하여 상기 계통 연계 인버터 및 상용 전원 중 어느 하나와 상기 연결 전력선을 결선시키는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 절환부는 AC 전압과 DC 전류를 검출하여 상기 연결전력선의 전력이 0이 되는 시점을 판단하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템.
계통 연계 인버터와 상용 전원이 선택적으로 연결되는 연결 전력선에 솔라 모듈과 부하를 선택적으로 연결하는 하나 이상의 절환부를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템으로서,
상기 절환부는
상기 연결 전력선의 AC 전압 및 DC 전류를 검출하는 검출부;
상기 연결 전력선과 부하를 선택적으로 연결하는 AC 스위칭부;
상기 연결 전력선과 솔라 모듈을 선택적으로 연결하는 DC 스위칭부;
상기 검출부의 검출에 따라 상기 연결 전력선의 전력이 0이 되는 시점에 상기 AC 스위칭부와 DC 스위칭부 중 어느 하나를 제어하여 부하 및 솔라 모듈을 상기 연결 전력선과 차단시키며, 상기 시점 이후 기설정된 시간 이내에 AC 전압이 검출되는 경우 상기 AC 스위칭부를 제어하여 상기 연결전력선과 상기 부하를 연결시키며, 상기 시점 이후 기설정된 시간 이내에 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 DC 스위칭부를 제어하여 상기 연결전력선과 상기 솔라모듈을 연결하는 판단부
를 포함하는 태양광 발전 시스템.
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삭제
청구항 11에 있어서,
상기 AC 전압을 검출하는 기설정된 시간은 상기 연결전력선의 AC/DC 전환 지연보다 긴 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 절환부는 상기 AC 스위칭부의 단락에 따라 제공되는 AC 전력을 저장하며, 상기 판단부에 구동전력을 제공하는 배터리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
모드 절환에 따라 계통연계 인버터 및 상용계통에서 얻어지는 상용 전원을 연결전력선에 선택적으로 연결하는 통합제어부에 상기 연결 전력선을 통해 연결되어 상기 연결 전력선에 부하와 솔라 모듈의 연결을 제어하는 절환부를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 발전 방법에 있어서,
상기 절환부가 상기 통합 제어부의 모드 절환에 따라 상기 연결 전력선에 변화되는 전력을 검출하는 제 1단계;
상기 제 1단계의 검출 결과 전력이 0인 시점에 상기 절환부가 상기 연결 전력선에 연결 중인 부하 및 솔라 모듈 중 어느 하나와의 연결을 차단하는 제 2단계;
상기 제 2단계 이후 상기 절환부가 기설정된 기간 동안 상기 연결 전력선의 AC 전압을 검출하는 제 3단계;
상기 제 3단계의 AC 전압 검출 여부에 따라, AC 전압이 검출되는 경우 상기 절환부가 상기 연결 전력선과 부하를 연결하며 AC 전압이 검출되지 않는 경우 상기 절환부가 상기 연결 전력선과 상기 솔라 모듈을 연결하는 제 4단계
를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 방법
청구항 16에 있어서,
상기 제 1단계 이전 상기 통합 제어부가 모드 절환시 소정의 데드 타임 동안 상기 연결전력선을 상기 계통 연계 인버터 및 상기 상용 전원과 모두 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 방법.
삭제
청구항 16에 있어서,
상기 제 1단계는 상기 절환부가 상기 AC 전압 및 DC 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 방법.