KR101523514B1 - 고성능 방열판 시스템을 적용한 저소음, 저진동 및 장수명 특성을 갖는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

고성능 방열판 시스템을 적용한 저소음, 저진동 및 장수명 특성을 갖는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고성능 방열판 시스템을 적용한 저소음, 저진동 및 장수명 특성을 갖는 인버터를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전으로 생성된 전기 에너지를 교류 전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터에 있어서 인버터 도어의 구조를 개선하여 냉각팬의 회전시 발생하는 소음과 진동을 대폭 감소시키는 동시에, 상기 냉각팬을 통해 공급되는 공기의 온도를 낮추어 냉풍을 공급함에 의해 인버터 내부 장치들에서 발생되는 온도를 하강시킴에 의해 내부 장치 및 냉각팬의 효율을 향상시키고 그 수명을 연장시키며, 이에 따라 인버터 전체의 성능과 수명을 향상시킴에 의해 태양광 발전 시스템을 안정적으로 운용할 수 있는 특수하게 개발된 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 인버터의 소음과 진동이 대폭 감소하고 내부 기기에 과부하가 걸리거나 과열이 발생하지 않으며, 본체 내부가 일정 온도 이하로 지속적으로 유지될 수 있으므로 내부 기기의 효율이 증대되고, 더불어 수명이 연장될 수 있어 인버터의 수명을 최소한 2배 이상으로 증가시킬 수 있으므로 태양광 발전 시스템 전체의 효율과 수명을 연장할 수 있어 생산성과 경제성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

Description

고성능 방열판 시스템을 적용한 저소음, 저진동 및 장수명 특성을 갖는 태양광 발전 시스템 {Photovoltaic system with properties of low noise, low vibration and long lifespan applied with high-performance heat sinking system}
본 발명은 고성능 방열판 시스템을 적용한 저소음, 저진동 및 장수명 특성을 갖는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전 모듈에서 발생하는 전력을 계통으로 공급하는 인버터에 있어서 그 성능을 향상시키고 수명을 연장시킴에 따라 전체적인 내구성을 향상시키고 유지 관리를 용이하게 할 수 있는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 국내외적으로 화석 연료 사용으로 인한 이산화탄소의 규제 및 일본 원자력 발전소 사고로 인한 원자력 에너지에 대한 우려 등으로 인해 화력 에너지 및 원자력 에너지에 대한 의존도를 낮출 필요성이 크게 대두되고 있다. 이와 더불어 하절기나 동절기에 전력 소모가 집중되는 기간 동안에는 대규모 정전 사태, 소위 블랙 아웃(black out)이 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 당국, 전력 공급 회사 및 전 국민이 전기 사용을 절약하기 위한 국민적 노력을 경주하고 있는 상황이다.
그러나, 이와 같은 전력 수급 불안의 문제는 기업이나 국민의 절전 노력에만 의존할 수는 없는 상황이고, 전기 절약으로 인해 기업 활동이나 국민의 생활에 막대한 지장을 주고 있는 만큼 국가 시스템 차원에서 해결해야 할 과제이다.
이를 위하여 최근에는 태양광 발전, 풍력 발전, 지열 발전 등 대체 에너지에 대한 관심이 고조되고 있는 상황이며, 특히 상대적으로 설비비가 적게 들고 효과가 우수한 태양광 발전에 대한 기술이 앞서서 진행되고 있는 상황이며, 태양광 발전 시스템의 성능 향상을 위한 각종 기술들이 개발 및 제안되고 있다.
종래의 기술들은 태양광 발전 시스템의 성능 향상을 위하여 태양 전지판의 성능을 향상시켜 발전 효율을 높이는 기술들이 주로 제안된 바 있다. 상기 태양 전지판의 성능을 향상시키는 기술은 주로 태양광 모듈의 온도를 식혀주는 냉각 작용과 태양 전지판에 쌓인 오물, 눈, 비 등을 세척 또는 제설함으로써 태양광 모듈이 일정한 출력의 발전을 수행할 수 있도록 하는데 주안점을 두어 왔다.
일 예로, 실리콘 태양 전지의 경우 태양광 모듈의 온도가 40℃ 이상에서 1℃ 올라갈 경우 약 1.0%의 출력 감소가 있기 때문에 태양광 모듈의 효율은 여름이 아닌 봄, 가을에 가장 좋은 것으로 알려져 있는데, 하절기 강한 태양광을 이용하기 위해 태양광 모듈의 내부 온도를 하강시키기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. (예: 대한민국 등록특허 제10-1148020호, 대한민국 등록특허 제10-1410909호, 대한민국 등록특허 제10-1263242호, 대한민국 등록특허 제10-1243176호 등)
또한, 태양 전지판에 쌓이는 먼지, 적설 등 이물질은 태양 전지판의 성능 저하를 초래하고 심할 경우 발전 설비의 가동이 중단되는 등 발전 효율을 저하시키는 문제점이 있으므로 태양 전지판을 수동 또는 자동으로 세척하는 기술들이 제안되고 있다. (예: 대한민국 등록특허 제10-0961876호, 대한민국 공개특허 제10-2009-0062117호, 대한민국 공개특허 제10-2014-0090772호, 대한민국 공개특허 제10-2014-0090774호 등)
한편, 태양 전지판을 포함하는 태양광 발전 모듈에서 생성되는 전기 에너지는 인버터에서 교류 전압으로 변환되어 전력 계통 또는 부하에 공급되는 것이 일반적인데, 이 과정에서 인버터가 태양광 발전 전기를 계통 전압으로 변환하는 역할을 담당한다.
이와 같은 인버터는 계통으로 출력되는 교류 전압으로부터 고주파를 제거하기 위한 필러를 포함하고 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 출력되는 교류 전압의 위상과 계통의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 동기 루프 PLL(Phase Locked Loop) 회로를 포함한다. 또한, 상기 인버터는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행한다.
이러한 인버터는 통상 인버터 몸을 이루는 본체와 이를 커버하는 인버터 도어로 구성이 되는데 인버터의 기능을 수행하는 대부분의 장치들은 인버터 본체의 중앙부에 설치되고 상기 인버터 본체의 각종 장치들에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 상기 인버터 본체의 상부 및 하부에 냉각팬이 설치되며, 상기 인버터 도어에는 외부 공기를 상기 인버터 본체에 공급하기 위한 흡기구가 상기 인버터 하부의 냉각팬과 대응되는 위치의 인버터 도어에 설치되는 것이 일반적이다. (도 1 참조)
이와 같은 종래의 인버터의 경우 도어를 닫게 되면 상부 및 하부 냉각팬 사이의 원활한 공기 순환이 이루어지지 않아 냉각팬 가동시 소음이 많이 발생하고 또한, 냉각팬에 부하가 많이 걸려 인버터 전체적으로 진동이 과하게 발생되며, 냉각 기능이 원활히 진행되지 않아 인버터 본체 내부의 온도가 과하게 상승하는 문제가 있었다.
이와 같이 냉각팬에 과부하가 걸리게 되면 냉각팬 고장의 원인이 되며, 또한, 냉각팬의 기능이 원활히 진행되지 않기 때문에 인버터 내부에 과열이 발생되어 내부 장치가 기능을 발휘하지 못하는 등 전체적으로 수명이 단축되어 태양광 발전 시스템 전체의 작동이 중단되는 문제가 자주 발생되어 이를 개선할 필요성이 큰 상황이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 개발된 것으로서, 태양광 발전으로 생성된 전기 에너지를 교류 전압으로 변환하여 계통에 공급하는 기능을 하는 인버터에 있어서 인버터 도어의 구조를 개선하여 냉각팬의 회전시 발생하는 소음과 진동을 대폭 감소시키는 동시에, 상기 냉각팬을 통해 공급되는 공기의 온도를 낮추어 냉풍이 공급되도록 함에 의해 인버터 내부 장치들에서 발생되는 온도를 하강시켜 내부 기기 및 냉각팬의 효율을 향상시키고 그 수명을 연장시키며, 이에 따라 인버터 전체의 성능과 수명을 향상시킴에 의해 태양광 발전 시스템을 안정적으로 운용할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양광 발전 모듈;
상기 태양광 발전 모듈에서 출력되는 전기 에너지를 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부;
상기 전력 변환부에서 생성되는 직류 링크 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터;
상기 인버터에서 계통에 공급되는 에너지 용량을 계측하는 전력 계량기; 및
상기 전력 변환부 및 인버터의 동작을 제어하는 통합 제어기;를 포함하여 구성되는 태양광 발전 시스템으로서,
상기 인버터는 인버터 본체 및 인버터 도어로 구성되고,
상기 인버터 도어는 하부에 흡기공이 설치되고 중앙부에 내측으로 필터가 구비된 천공부가 전체 면적의 1/8~1/4의 면적으로 설치되며,
상기 인버터 도어의 상기 하부에 설치되는 흡기공에는 냉풍 공급을 위한 냉풍 발생 장치가 냉풍 공급관을 통해 연결되고,
상기 냉풍 발생 장치는 외부 공기가 공급되는 입구 쪽에는 송풍기가 설치된 급기구가 구비되고 상기 냉풍 공급관과 연결되는 출구 쪽에는 배기구가 구비되며, 중앙의 몸체에는 냉기 발생 수단이 설치되고, 상기 몸체의 외부에는 냉기 발생 수단이 외기 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위한 진공부가 구비되며, 상기 냉기 발생 수단은 외기 온도보다 낮은 온도의 열을 발생시키는 열전 소자와, 일측 및 타측에 각각 냉각수 공급구 및 냉각수 토출구가 형성된 냉각수 순환관을 포함하고, 상기 열전 소자에서 발생되는 냉기를 방출시키는 방열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 인버터 본체의 내측에는 냉각 장치가 구비되며, 상기 냉각 장치는 냉각수를 저장하는 탱크, 상기 인버터 본체에 냉각수를 공급하여 순환시키는 순환 파이프, 상기 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관을 통해 상기 순환 파이프에 공급하는 펌프, 상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 순환 파이프로의 냉각수 순환을 조절하는 밸브 및 상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 냉각수의 순환을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되고 상기 제어부는 상기 통합 제어기에 연결되어 일괄 제어되도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 통합 제어기는 상기 인버터에서 생성되는 교류 전압을 계통뿐만 아니라 부하에도 공급되도록 제어한다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 통합 제어기는 인버터의 본체에 구비되는 공기 순환부가 일정 시간 주기에 따라 온/오프(on/off)되도록 제어한다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 통합 제어기는 상기 냉풍 발생 장치로 하여금 인버터 내부의 온도가 일정 온도 이상일 경우에만 작동되도록 제어한다.
본 발명에 따르면, 태양광 발전 시스템의 주요 요소 가운데 하나인 인버터의 성능과 효율 및 수명을 향상시키기 위해 인버터 도어에 밀폐 공기가 순환될 수 있는 천공부를 구비하되 외부 이물질이 혼입되지 않도록 필터를 구비한 천공부를 구비함으로써 냉각팬의 회전시 공기 폐쇄에 의한 과부하 발생을 방지하여, 과부하로 인해 발생하는 소음과 진동을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각팬을 통해 공급되는 공기의 온도를 낮추어 인버터 내부 기기에 냉풍을 공급함에 의해 인버터 내부 기기들에서 발생되는 온도를 하강시킴에 의해 내부 장치 및 냉각팬의 효율을 향상시키고 그 수명을 연장시킬 수 있다.
이에 따라 인버터 전체의 성능과 수명을 획기적으로 향상시킴에 의해 태양광 발전 시스템을 중단 없이 안정적으로 운용할 수 있다.
도 1은 종래 기술에서의 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 본체 외형 및 도어의 내부 형상을 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 본체 외형 및 도어의 내부 형상을 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 도어 외측 형상을 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉풍 발생 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉풍 발생 장치에서 냉풍 발생 수단을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 전체적으로 나타낸 다이어그램이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다"는 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
태양광 발전 에너지를 이용한 전력 생산 시스템은 기본적으로 태양광 발전 모듈, 전력 변환부, 인버터, 전력 계량기 및 통합 제어기를 포함하여 구성된다. 이 때 상기 인버터는 태양광 발전 모듈에서 공급되는 전기 에너지인 직류 에너지를 교류 에너지로 변환하여 상기 통합 제어기의 제어에 의해 계통으로 전력을 공급한다.
이러한 태양광 발전 에너지를 이용한 전력 생산 시스템은 태양광 발전 모듈의 온도가 높을수록, 태양 전지판의 표면 오염도가 높을수록 효율이 떨어지기 때문에 종래의 기술들은 대부분 태양광 발전 모듈의 온도를 낮추기 위한 기술 및 태양 전지판의 표면을 세척하기 위한 기술들에 집중되었다.
한편, 태양광 발전 시스템의 한 구성 요소를 이루는 인버터는 내부 온도가 높을수록, 기계적 진동이 클수록 효율이 떨어지고 수명이 단축되는데, 인버터의 문제로 인해 인버터 작동이 중단되면 수리와 교체를 위해 전체 태양광 발전 시스템의 가동이 중단되는 결과를 초래한다. 따라서 인버터의 성능과 수명을 연장시켜 전체 태양광 발전 시스템의 가동 중단을 방지함으로써 효율 향상을 도모할 필요가 있다.
도 1은 종래 기술에서의 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 본체 외형 및 도어의 내부 형상을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인버터(100)는 통상 인버터 몸을 이루는 인버터 본체(10)와 이를 커버하는 인버터 도어(20)로 구성이 되는데 인버터의 기능을 수행하는 대부분의 기기들은 인버터 본체(10)의 중앙부에 설치되고 상기 인버터 본체의 각종 기기들에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 상기 인버터 본체의 하부 흡기구(11) 및 상부 배기구(12) 내측에 냉각팬(미도시)이 설치되며, 상기 인버터 도어(20)에는 외부 공기를 상기 인버터 본체에 공급하기 위한 도어 흡기공(21)이 상기 인버터 하부의 흡기구(11)와 대응되는 위치의 인버터 도어에 설치된다. 이와 같은 종래의 인버터의 경우 인버터 도어(20)를 닫으면 인버터 본체 내부에 설치된 상하 냉각팬 사이의 원활한 공기 순환이 이루어지지 않아 냉각팬 가동시 소음이 많이 발생하고 또한, 냉각팬에 부하가 많이 걸려 인버터 전체적으로 진동이 과하게 발생하며, 냉각 기능이 원활히 진행되지 않아 인버터 본체 내부의 온도가 과하게 상승하는 문제가 있었다. 이와 같이 냉각팬에 과부하가 걸리게 되면 냉각팬 고장의 원인이 되며, 냉각팬의 기능이 원활히 진행되지 않기 때문에 인버터 내부에 과열이 발생되어 내부 기기가 정상적으로 기능을 발휘하지 못하는 등 전체적으로 수명이 단축되어 태양광 발전 시스템 전체의 작동이 중단되는 문제가 자주 발생된다.
본 발명은 이와 같이 태양광 발전 시스템에 사용되는 인버터의 기능을 향상시키고 수명을 연장하기 위하여 개발된 기술이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양광 발전 모듈, 상기 태양광 발전 모듈에서 출력되는 전기 에너지를 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부, 상기 전력 변환부에서 생성되는 직류 링크 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터, 상기 인버터에서 계통에 공급되는 에너지 용량을 계측하는 전력 계량기, 및 상기 전력 변환부 및 인버터의 동작을 제어하는 통합 제어기를 포함하여 구성된다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 본체 외형 및 도어의 내부 형상을 나타내는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터(200)는 인버터 본체(30)와 인버터 도어(40)로 구성이 되는데, 상기 인버터 본체(30)의 하부 흡기구(31) 및 상부 배기구(32) 내측에 냉각팬(미도시)이 설치되며, 상기 인버터 도어(40)에는 외부 공기를 상기 인버터 본체에 공급하기 위한 도어 흡기공(41)이 상기 인버터 하부의 흡기구(31)와 대응되는 위치의 인버터 도어에 설치된다. 또한, 본 발명에서는 상기 도어 흡기공(41)을 통해 유입되는 공기가 인버터 내부에서 폐쇄되어 공기 순환이 원활히 이루어지지 않아 냉각팬 가동시 소음과 진동이 많이 발생하고 냉각팬에 부하가 많이 걸리는 문제를 해결하기 위해 상기 인버터 도어의 중앙부에 천공부(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 인버터 도어에 설치되는 천공부(42)는 인버터 도어의 중앙부에 전체 도어 면적의 약 1/8~1/4의 면적을 차지하도록 구비되는 것이 원활한 공기 흐름을 위하여 바람직하며, 상기 천공부는 상기 인버터 본체(30)의 상부 배기구(32)를 통해 유출되는 공기를 외부로 흘러나가도록 하는 역할을 하여 공기 흐름이 폐쇄되지 않고 원활히 진행되도록 한다. 이에 따라 기존 인버터에서 문제시되던 소음 및 진동의 문제를 해결할 수 있으며, 아울러 냉각팬에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있어 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 천공부(42)는 원활한 공기 흐름을 위하여 다수개의 홀(42a)들로 구성되는 것이 바람직한데, 이 경우 외부로부터 이물질이 내측으로 혼입될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 천공부가 설치되는 영역의 내측으로는 필터(43)가 구비되는 것이 바람직하다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터의 도어 외측 형상을 나타내는 도면이다.
도 2b에 도시된 바와 같이 인버터 도어의 외측에는 상부에 LCD 패널(44)이 구비되고, 중앙부에 천공부(42)가 구비되는데 하부에는 도어 흡기공이 아닌 다른 구성요소가 존재한다.
상기 구성요소는 도어 흡기공으로 냉풍을 공급하기 위한 냉풍 발생 장치이다.
본 발명에 따른 인버터는 내부의 각종 기기들로 인해 인버터 본체의 온도가 과열될 수 있는데, 내부의 온도가 상승함에 따라 인버터 효율이 떨어지고 수명이 단축된다. 인버터 효율 감소와 수명 단축은 전체 태양광 발전 시스템의 효율 및 수명과 직접적으로 관련되기 때문에 인버터의 효율과 수명을 최대한 상승시킬 필요가 있는데, 본 발명에서는 인버터 도어의 하부에 설치되는 흡기공(41)을 통해 냉풍을 공급하여 내부 온도를 최대한 낮추고자 하였다.
따라서 본 발명에서 상기 인버터 도어의 하부에 설치되는 흡기공(41)에는 냉풍 공급관을 통하여 냉풍 발생 장치(50)가 연결된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉풍 발생 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에서 상기 냉풍 발생 장치(50)는 외부 공기가 공급되는 입구 쪽에는 송풍기(51)가 설치된 급기구가 구비되고 냉풍 공급관과 연결되는 출구 쪽에는 배기구가 구비되며, 중앙의 몸체(52)에는 냉기 발생 수단이 설치되고, 상기 몸체의 외부에는 냉기 발생 수단이 외기 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위한 진공부(53)가 구비된다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉풍 발생 장치에서 냉풍 발생 수단을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3b를 참조하면, 상기 냉기 발생 수단은 외기 온도보다 낮은 온도의 열을 발생시키는 열전 소자(54)와, 일측 및 타측에 각각 냉각수 공급구(55) 및 냉각수 토출구(56)가 형성된 냉각수 순환관(57)을 포함하며, 상기 열전 소자(54)에서 발생되는 냉기를 방출시키는 방열판(58)을 포함하여 구성된다. 본 발명에서 상기 방열판은 원활한 냉기 순환을 위하여 알루미늄 또는 구리 소재로 구성된 고성능 방열판을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 냉풍 발생 장치를 인버터 도어의 하부 흡기공에 연결함으로써 초기에 공급되는 에어가 냉풍으로 공급될 수 있도록 함에 의해 인버터 내부의 온도를 하강시켜 인버터 내부 기기들의 효율을 높이고 인버터의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.
본 발명에서는 상기와 같이 인버터 도어의 흡기공에 냉풍 공급 장치를 구비하는 것에 더하여, 인버터 본체에도 냉각수 순환의 의한 냉각 장치를 추가로 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 구비되는 인버터에 설치되는 냉각 장치를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에서 인버터 본체의 내측에는 냉각 장치(60)가 추가로 구비되며, 상기 냉각 장치는 냉각수를 저장하는 탱크, 상기 인버터 본체에 냉각수를 공급하여 순환시키는 순환 파이프(61), 상기 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관(62)을 통해 상기 순환 파이프에 공급하는 펌프, 상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 순환 파이프로의 냉각수 순환을 조절하는 밸브 및 상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 냉각수의 순환을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다. 본 발명에서 상기 냉각 장치의 제어부는 상기 통합 제어기에 연결되어 일괄 제어되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 냉각 장치(60)에 있어서 제어부는 센싱부에 연결되어 센싱부에서 인버터 본체의 내부 온도를 감지하여 일정 온도 이상으로 올라갈 경우 상기 냉각 장치가 작동되도록 제어하며, 냉각수의 분사 속도, 분사 시간, 정지 시간 등을 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 전체적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 모듈, 전력 변환부, 인버터, 전력 계량기 및 계통을 포함하여 구성이 된다.
먼저 태양광 발전 모듈은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하여 발전 모듈 (태양 전지판)별로 전력을 생산하여 공급한다.
상기 태양광 발전 모듈에서 생산된 전력은 전력 변환부를 거쳐 출력 전압이 직류 링크 전압으로 변환된다. 즉, 전력 변환부가 작동함으로써 태양광 발전 모듈에서 생산된 전력이 계통, 부하 등에 공급될 수 있다. 특히, 전력 변환부는 일사량, 온도 등의 변화에 따라 태양광 발전 모듈에서 생산되는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum power point tracking, 이하 'MPPT') 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 전력 변환부는 태양광 발전 모듈에서 생산되는 전력이 없을 경우에는 동작을 중지하여 자체 소비되는 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 전력 변환부에서 직류 링크 전압으로 변환된 전력은 인버터를 거쳐 계통의 교류 전압으로 변환되어 출력된다. 상기 인버터는 계통으로 출력되는 교류 전압으로부터 고주파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있으며, 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 인버터에서 출력되는 교류 전압의 위상과 계통의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프 PLL(Phase locked loop) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에 인버터는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 전력 계량기는 인버터에서 공급되는 교류 에너지 용량 및 전력 계통으로 공급되는 전력의 용량 및 부하에서 실시간 소비되는 부하 전력을 계측하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에서 상기 통합 제어기는 전력 변환부 및 인버터의 동작을 제어하며, 인버터에 구비되는 냉풍 공급 장치 및 냉각 장치의 제어부가 연결되어 상기 냉풍 공급 장치 및 냉각 장치도 통합적으로 제어한다.
본 발명에서 상기 통합 제어기는 상기 인버터에서 생성되는 교류 전압을 계통뿐만 아니라 부하에도 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에서 통합 제어기는 인버터의 본체에 구비되는 공기 순환부, 즉 인버터 본체의 상하부에 구비되는 냉각팬이 일정 시간 주기에 따라 온/오프(on/off)되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 통합 제어기는 상기 냉풍 발생 장치가 인버터 내부의 온도가 일정 온도 이상일 경우에만 작동되도록 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 계통은 발전소, 변전소, 송전선 등으로 구성된다.
이상의 특징을 갖는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 인버터의 소음과 진동이 대폭 감소하고 내부 기기 및 냉각팬에 과열 및 과부하가 걸리지 않으며, 본체 내부가 일정 온도 이하로 지속적으로 유지될 수 있으므로 내부 기기의 효율이 증대되고, 더불어 수명이 연장될 수 있어 인버터의 수명을 최소한 2배 이상으로 증가시킬 수 있으므로 태양광 발전 시스템 전체의 효율과 수명을 연장할 수 있어 생산성과 경제성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 있어 명백할 것이다.
10: 인버터 본체 11: 인버터 본체 하부 흡기구
12: 인버터 본체 상부 배기구 20: 인버터 도어
21: 인버터 도어 흡기공 30: 인버터 본체
31: 인버터 본체 하부 흡기구 32: 인버터 본체 상부 배기구
40: 인버터 도어 41: 인버터 도어 흡기공
42: 천공부 42a: 홀(hole)
43: 필터 44: LCD 패널
50: 냉풍 공급 장치 51: 송풍구
52: 냉풍 공급 장치 몸체 53: 진공부
55: 냉각수 공급구 56: 냉각수 토출구
57: 냉각수 순환관 58: 방열판
60: 냉각 장치 61: 순환 파이프
62: 냉각수 공급관
100, 200: 인버터

Claims (5)

  1. 태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양광 발전 모듈;
    상기 태양광 발전 모듈에서 출력되는 전기 에너지를 직류 링크 전압으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부에서 생성되는 직류 링크 전압을 계통의 교류 전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터;
    상기 인버터에서 계통에 공급되는 에너지 용량을 계측하는 전력 계량기; 및
    상기 전력 변환부 및 인버터의 동작을 제어하는 통합 제어기;를 포함하여 구성되는 태양광 발전 시스템으로서,
    상기 인버터는 인버터 본체 및 인버터 도어로 구성되고,
    상기 인버터 도어는 하부에 흡기공이 설치되고 중앙부에 내측으로 필터가 구비된 천공부가 전체 면적의 1/8~1/4의 면적으로 설치되며,
    상기 천공부는 다수개의 홀들로 구성이 되고, 상기 인버터 본체의 상부 배기구를 통해 유출되는 공기를 외부로 흘러나가도록 하여 공기 흐름이 폐쇄되지 않도록 하며,
    상기 인버터 도어의 상기 하부에 설치되는 흡기공에는 냉풍 공급을 위한 냉풍 발생 장치가 냉풍 공급관을 통해 연결되고,
    상기 냉풍 발생 장치는 외부 공기가 공급되는 입구 쪽에는 송풍기가 설치된 급기구가 구비되고 상기 냉풍 공급관과 연결되는 출구 쪽에는 배기구가 구비되며, 중앙의 몸체에는 냉기 발생 수단이 설치되고, 상기 몸체의 외부에는 냉기 발생 수단이 외기 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위한 진공부가 구비되며, 상기 냉기 발생 수단은 외기 온도보다 낮은 온도의 열을 발생시키는 열전 소자와, 일측 및 타측에 각각 냉각수 공급구 및 냉각수 토출구가 형성된 냉각수 순환관을 포함하고, 상기 열전 소자에서 발생되는 냉기를 방출시키는 방열판을 포함하며,
    상기 인버터 본체의 내측에는 냉각 장치가 구비되되, 상기 냉각 장치는 냉각수를 저장하는 탱크, 상기 인버터 본체에 냉각수를 공급하여 순환시키는 순환 파이프, 상기 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관을 통해 상기 순환 파이프에 공급하는 펌프, 상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 순환 파이프로의 냉각수 순환을 조절하는 밸브 및 상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 냉각수의 순환을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되고 상기 제어부는 상기 통합 제어기에 연결되어 일괄 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 통합 제어기는 상기 인버터에서 생성되는 교류 전압을 계통뿐만 아니라 부하에도 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 통합 제어기는 인버터의 본체에 구비되는 공기 순환부가 일정 시간 주기에 따라 온/오프(on/off)되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 통합 제어기는 상기 냉풍 발생 장치가 인버터 내부의 온도가 일정 온도 이상일 경우에만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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