KR101926008B1 - 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법 - Google Patents

태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101926008B1
KR101926008B1 KR1020180024110A KR20180024110A KR101926008B1 KR 101926008 B1 KR101926008 B1 KR 101926008B1 KR 1020180024110 A KR1020180024110 A KR 1020180024110A KR 20180024110 A KR20180024110 A KR 20180024110A KR 101926008 B1 KR101926008 B1 KR 101926008B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
voltage
state
increment
converter
Prior art date
Application number
KR1020180024110A
Other languages
English (en)
Inventor
김은석
이재훈
노준수
최지훈
Original Assignee
이화전기공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화전기공업 주식회사 filed Critical 이화전기공업 주식회사
Priority to KR1020180024110A priority Critical patent/KR101926008B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101926008B1 publication Critical patent/KR101926008B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H02J3/383—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B9/18—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광 발전부의 입력 전력을 DC/DC 컨버터로 변환하여, 병렬로 연결된 적어도 2개의 수전해 장치들로 공급하는 것을 제어하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 관한 것으로서, (a1) 상기 태양광 발전부의 현재 전압 및 전류를 입력받는 단계; (a2) 최초에는 전력 증분이 음인지 양인지 여부와, 전압 증분이 음인지 양인지의 여부의 조합 결과에 따라 각각의 경우를 전력점 상태로 설정하고, 최초 이후에는 전력 증분이 음인지 양인지 여부와, 전압 증분이 음인지 양인지의 여부의 조합 결과와, 이전에 설정된 전력점 상태에 따라 전력점 상태를 설정하고, 각 전력점 상태에 따라 레퍼런스 전압을 증감하는 단계; (a3) 증감된 레퍼런스 전압에 따라 PI(비례적분) 제어를 통해 DC/DC 컨버터의 PWM 제어신호를 생성하는 단계; 및, (b) 수전해 장치로 출력되는 전력의 크기에 따라 적어도 2개의 수전해 장치들 중 일부를 온/오프 하여 전원 공급을 제어하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 방법에 의하여, 종래 P&O 방법의 단계를 세분화 함으로써 발전 전력 변동이 매우 큰 경우에도 전력변환기의 응답을 제고하고, 발전력에 따라 병렬 연결된 수전해 장치를 선택적으로 온/오프 함으로써 과전압에 의한 열화를 방지하고 잉여 전력을 최대로 활용할 수 있다.

Description

태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법 { A control and operating method of power converter for power supply of hydrogen electrolytic device using solar energy }
본 발명은 태양광을 이용하여 물을 전기분해하되, 태양광에서 생성된 전기 에너지를 일조량 및 온도에 따른 전력 변동에 대응하기 위해, 필요한 개선된 P&O 제어 기능을 DC/DC 컨버터에 내장하고, 부하 용량에 따른 태양광의 일정 발전량 이하가 되면 사용하지 못하는 잉여 전력을 최대로 활용하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 관한 것이다.
지구온난화로 인한 환경 문제로 지구 평균 온도를 2℃ 이상 상승하지 않도록 기후 협정을 통하여 온실가스 감축 목표를 세우고 이행하고 있다. 이를 위해서 화학 원료의 사용을 줄이고 신재생에너지를 확대하는 방안으로 온실가스 감축을 위해 노력을 하고 있다.
대표적인 신재생 에너지로 태양광과 풍력이 있지만, 전력 생산량이 일정하지 않고, 필요로 하는 발전량에 따라 많은 설치 면적이 필요하다는 단점을 가지고 있다. 또한, 생산되는 전력을 전력변환기인 DC/AC 인버터를 통하여 전력 계통과 연계하는 방식으로 사용하여 신재생 에너지의 활용 면에서 많은 비중을 차지하고 있다. 그런데 이 인버터의 동작 전압 범위 제한 및 불규칙한 전력 생산으로 인해 발전량은 제한적일 수밖에 없다.
한편, 화석연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 수소를 생산하는 기술이 부각되고 있고, 많은 기술이 개발되고 있다. 현재 수소를 생산하는 방법은 크게 석탄, 천연가스 및 석유와 같은 화석 원료로 생산되는 방식과, 바이오, 태양광 및 풍력 등과 같은 신재생 에너지나 원자력 열원을 사용하여 생산하는 방식이 있다.
수소를 생산하는 기술에서 수전해 장치는 핵심적인 기술로서 매우 중요하다. 수전해 장치는 전기에너지를 사용하여 수소를 생산해야 하나, 경제적인 측면에서 전기 에너지의 비용이 높아 많이 활용되지 못하고 있다. 경제적인 측면에서 본다면, 화석 원료인 천연가스를 개질기를 통해서, 수소를 생산하는 것이 가장 적합하다고 할 수 있다. 그러나 천연가스는 직접적인 에너지원으로 사용할 수 있기 때문에, 보다 경제적인 다른 방법이 필요하다.
수소를 생산하는 기술은 크게 저온 수전해 기술인 알카라인(Alkaline Electrolysis: AE) 수전해와, 고체고분자전해질(Polymer Electrolyte Membrane: PEM) 수전해로 구분된다. 또한, 고체산화물을 이용한 고온수증기 전해(High Temperature Electrolysis: HTE) 기술로 구분된다.
상기 수전해 기술은 방식에 따라 장, 단점을 가지고 있다. 알카라인 방식은 고분자전해질 방식보다 전류 밀도가 낮아 많은 전기 에너지를 필요로 한다는 단점이 있고, 고분자전해질 방식은 백금 또는 이리듐과 같은 고가의 촉매를 사용해야 하는 단점이 있다. 그러나 향후 가격 및 성능 경쟁에서 고분자전해질 방식이 유리하게 될 전망으로 예측되고 있어, 고분자전해질 방식을 이용한 기술이 개발되고 있다.
따라서 전기에너지를 적게 사용하면서 에너지원인 수소를 얻기 위한 기술이 필요하다. 특히, 단순 설치에 대한 비용만 고려할 것이 아니라 사회적인 비용을 고려한다면, 발전 출력이 일정하지 않은 신재생 에너지를 사용해야 할 것이다. 이를 위해, 수전해 장치의 수명 및 수소 생산에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로, 직류 출력을 가지는 신재생 에너지의 발전 출력에 따라 부하인 수전해 장치에 전원을 공급하고 수소의 생산량을 최대화 할 수 있어야 한다.
특히, 태양광 에너지를 이용하여 수소를 얻기 위해서는 불규칙한 에너지량으로부터 최대 전력을 추출하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 1]. 이러한 태양광 에너지를 이용하여 수소를 생산하는 기술들이 제시되고 있다[특허문헌 2,3].
한국공개특허공보 제10-2012-0027782호(2012.03.22.공개) 한국공개특허공보 제10-2006-0131580호(2006.12.20.공개) 한국등록특허공보 제10-0806168호(2008.02.21.공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광에서 생성된 전기 에너지를 일조량 및 온도에 따른 전력 변동에 대응하기 위해, 필요한 개선된 P&O 제어 기능을 DC/DC 컨버터에 내장하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 다수의 수전해 장치를 병렬로 연결하고 각각을 온/오프 하는 스위치부를 구비하여, 태양광 발전의 발전량에 따라 수전해 장치의 일부에 발전 전력을 공급하거나 차단하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 다수의 수전해 장치를 병렬 연결하되, 선택적으로 온/오프 하여, 각 수전해 장치가 필요로 하는 최소 전압과 과전압 이하의 최대 전압을 설정하고, 이러한 최소 및 최대 전압 범위 내에서 수전해 장치에 전력을 공급하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 각각의 수전해 장치의 동작 시간을 누적 카운팅하여, 수전해 장치를 교차 운전하도록 제어하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 태양광 발전부의 입력 전력을 DC/DC 컨버터로 변환하여, 병렬로 연결된 적어도 2개의 수전해 장치들로 공급하는 것을 제어하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 관한 것으로서, (a1) 상기 태양광 발전부의 현재 전압 및 전류를 입력받는 단계; (a2) 최초에는 전력 증분이 음인지 양인지 여부와, 전압 증분이 음인지 양인지의 여부의 조합 결과에 따라 각각의 경우를 전력점 상태로 설정하고, 최초 이후에는 전력 증분이 음인지 양인지 여부와, 전압 증분이 음인지 양인지의 여부의 조합 결과와, 이전에 설정된 전력점 상태에 따라 전력점 상태를 설정하고, 각 전력점 상태에 따라 레퍼런스 전압을 증감하는 단계; (a3) 증감된 레퍼런스 전압에 따라 PI(비례적분) 제어를 통해 DC/DC 컨버터의 PWM 제어신호를 생성하는 단계; 및, (b) 수전해 장치로 출력되는 전력의 크기에 따라 적어도 2개의 수전해 장치들 중 일부를 온/오프 하여 전원 공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 있어서, 상기 (a2)단계에서, 상기 전력 증분이 음이고 상기 전압 증분이 음인 경우 전력점 상태(state)를 제4 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 음이고 상기 전압 증분이 양인 경우 전력점 상태(state)를 제3 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 음인 경우 최초에는 전력점 상태(state)를 제2 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 양인 경우 최초에는 전력점 상태(state)를 제1 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 음인 경우 최초 이후에는 상기 전력점 상태가 제1, 제4, 제6 상태이면 상기 전력점 상태를 제6 상태로 설정하고, 그렇지 않은 경우 상기 전력점 상태(state)를 제2 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 양인 경우 최초 이후에는 상기 전력점 상태가 제2, 제3, 제5 상태이면 상기 전력점 상태를 제5 상태로 설정하고, 그렇지 않은 경우 상기 전력점 상태(state)를 제1 상태로 설정하고, 상기 전력점 상태가 제1, 제4, 제6 상태로 설정되면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키고, 상기 전력점 상태가 제2, 제3, 제5 상태로 설정되면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 수전해 장치로 공급되는 전력(이하 공급 전력)이 현재 연결된 수전해 장치의 개수로 나눈 후, 나눈 전력이 사전에 설정된 최대 전력 보다 크면, 오프(off)된 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 추가하여 온(on)시키고, 나눈 전력이 사전에 설정된 최소 전력 보다 작으면, 온(on)된 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 오프(off)시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 온(on)시키기 위하여 오프(off)된 수전해 장치들 중 1개를 선택할 때, 누적된 사용시간이 최소인 수전해 장치를 선택하고, 오프(off)시키기 위하여 온(on)된 수전해 장치들 중 1개를 선택할 때, 누적된 사용시간이 최대인 수전해 장치를 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 초기 기동을 위해 발전된 전압이 높아지는지 확인하여, 전압이 높아지는 경우에 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 온(on)시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 의하면, 종래 P&O 방법의 단계를 세분화 함으로써, 발전 전력 변동의 증감이 매우 큰 경우에도 전력변환기의 응답이 좋아지도록 하여, 출력 전압에서 헌팅 현상이 생기거나 심하게 출력 전압이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 의하면, 다수의 수전해 장치를 병렬 연결하되, 선택적으로 온/오프 하여, 최소 전압과 최대 전압 사이에서 각 수전해 장치에 전원을 공급함으로써, 과전압에 의한 열화를 방지하고 일정 발전량 이하가 되면 사용하지 못하는 잉여 전력을 최대로 활용할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 의하면, 태양광의 발전량에 따라 설치되어 있는 다수의 수전해 장치의 누적 동작 시간을 비슷하게 유지시킴으로써, 수전해 장치들의 내구성을 균일하게 갖게 할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 DC/DC 벅 컨버터의 등가회로.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 설명하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 제어단계를 설명하는 구성도.
도 5는 본 발명에서 대응하고자 하는 태양광 발전의 V-P 특성 곡선을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 최대전력점을 추종하여 레퍼런스 전압을 산출하는 단계를 설명하는 흐름도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개선된 P&O 알고리즘의 적용을 위한 전력 변동에 따른 구간별 그래프.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압 변동에 따른 최대 전력점을 판단하는 기준을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PI제어를 통해 컨버터의 PWM 제어신호를 생성하는 회로 구성도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수전해 장치의 운전시간을 유지하기 위한 전원 공급용 스위치부의 동작을 나타내는 흐름도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수전해 장치의 온/오프 제어하는 단계를 설명하는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치(100)를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치(100)는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 발전부(10), 태양광 발전된 전력을 변환하는 DC/DC 컨버터(20), 전력 공급을 온/오프 하는 스위치부(30), 전력 변환을 제어하는 제어부(40), 물을 분해하여 수소를 생산하는 수전해 장치(50), 및, 생산된 수소를 저장하는 저장장치(60)로 구성된다.
먼저, 태양광 발전부(10)는 다수의 태양전지 어레이로 구성되어, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다.
다음으로, DC/DC 컨버터(20)는 전력변환기로서, 태양광 발전부(10)에서 입력되는 전원을 변환하여 수전해 장치(50)로 공급한다.
특히, 도 1과 같이, DC/DC 컨버터(20)는 직류로 발전하는 신재생 에너지를 입력으로 하고, 전압을 필요로 하는 수전해 장치(50)의 특성을 고려하여, 벅(Buck) 타입 DC/DC 컨버터로 전력변환기를 구성한다.
또한, DC/DC 컨버터(20)는 제어부(40)에 의해 제어되어, 개선된 P&O 제어 알고리즘으로 부하인 수전해 장치(50)에 필요로 하는 전력을 공급한다.
다음으로, 수전해 장치(50)는 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 장치이다. 수소를 생산하기 위해 자연으로부터 얻을 수 있는 물을 정제하여 이를 전기 분해하는 방법이 가장 경제적이고 신뢰성이 높고 대량 생산이 용이하다.
바람직하게는, 수전해 장치(50)는 적어도 2 이상의 다수의 수전해 장치(또는 단위 장치)들로 구성되고, 다수의 수전해 장치들은 서로 병렬로 연결하여 구성된다.
그리고 제어부(40)의 제어에 의하여, 부하에서 필요로 하는 전력보다 부족한 전력이 발전되면, 일부 수전해 장치(50)의 입력 전원 스위치(30)가 차단되고, 나머지 수전해 장치(50)에 계속적으로 전원이 공급된다.
다음으로, 스위치부(30)는 다수의 부하 스위치로 구성되고, 각 스위치는 다수의 수전해 장치(50) 각각에 연결된다. 스위치부(30)의 각 스위치의 온(on)/오프(off)에 따라, DC/DC 컨버터(20)의 출력이 해당되는 각 수전해 장치(50)로 공급되거나 차단된다.
스위치부(30)는 제어부(40)의 제어에 따라 온/오프 된다.
다음으로, 제어부(40)는 DC/DC 컨버터(20), 스위치부(30) 등을 제어하는 장치이다. 즉, 제어부(40)는 DC/DC 컨버터(20) 등 전력변환기를 제어함으로써, 태양광 발전부(10)의 최대전력점(MPP)을 추적하는 알고리즘을 통해 수전해 장치(50)로 최대 발전전력을 공급하도록 제어한다. 또한, 제어부(40)는 스위치부(30)의 부하 스위치를 제어함으로써, 수전해 장치(50)의 다수 중 일부로만 전력을 제한 공급하여 수전해 장치(50)에 공급되는 전력이 부족하지 않도록 제어한다.
태양광의 I-V 특성을 보면, 전압이 감소되어야 전류가 같이 증가하게 된다. 따라서 발전전력과 비슷하게 수전해 장치(50)는 전압이 증가하면 전극 촉매의 활성화로 수소의 생산이 증가하면서 전류의 양도 같이 증가하게 된다. 그러나, 신재생에너지의 발전량이 최대 일때는, 전압이 상승될수록 전극과 전해질 막의 열화가 진행된다. 이를 보호하기 위해, 제어부(40)는 DC/DC 컨버터(20) 등 전력변환기의 전압 제한을 통하여 전압 제어를 한다. 또한, 신재생에너지의 발전량이 변동이 생기거나 개선된 P&O 제어 방법을 통하여, 부하인 수전해 장치(50)에 전력을 공급한다.
또한, 수전해 장치(50)에서 필요로 하는 최소 전압이 되면 신재생에너지의 발전량이 존재하더라도 수소를 생산할 수 없게 된다. 따라서 제어부(40)는 부하인 수전해 장치(50)에서 필요로 하는 최소 전력이면, 스위치부(30)의 부하 스위치를 일부(또는 적어도 1개)를 차단한다. 이를 통해, 나머지 수전해 장치(50)에 전원을 공급하여 수소를 계속적으로 생산하게 제어한다.
한편, 도 1과 같이, 제어부(40)는 제어전원으로부터 전원을 공급받는다. 이때, 제어전원은 태양광 발전부(10)로부터 공급받거나, 상용전원 또는 배터리 등으로부터 공급받을 수 있다.
다음으로, 저장장치(60)는 생성되는 수소를 저장하는 장치이다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 DC/DC 컨버터(20)의 구성을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 전력변환기로서 DC/DC 컨버터(20)를 구성한다. DC/DC 컨버터(20)는 신재생에너지의 전력 구성 및 수전해 장치의 부하 특성을 고려하여, 바람직하게는, 출력을 감압시키는 벅(Buck) 컨버터 또는 출력을 승압 시키는 부스트(Boost) 컨버터 형태로 구성할 수 있다.
도 2에서와 같이 벅 컨버터의 DC 등가회로를 보면, 2차 전압 VPV, 출력 전압 Vout 은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018020477845-pat00001
Figure 112018020477845-pat00002
여기서, D는 듀티비이고 R0는 부하저항이다. 또한, RL은 DC/DC 컨버터 내부의 인덕터 저항이다. 이로 인해 인덕터의 전도손실이 발생한다.
그리고 여기에 따른 전압이득 GV 은 다음과 같다.
[수학식 2]
Figure 112018020477845-pat00003
그리고 효율 η은 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112018020477845-pat00004
여기서,
Figure 112018020477845-pat00005
을 적용한다.
벅 컨버터의 효율은 상기 수학식 3에서 듀티비(D)와 무관하고, 부하저항 R0이 클수록 효율이 좋아지는 것을 확인할 수 있다.
신재생에너지의 발전 전력의 변동이 심하므로, 발전 전력이 낮아지면 부하 전력도 같이 감소하게 된다. 따라서 효율은 나빠질 수 밖에 없다. 또한, 전압 변동에 따라 듀티비 변동이 심해지므로, 듀티비와 무관한 벅 컨버터 방식이 효율적인 측면에서 유리하다.
따라서 DC/DC 컨버터(20)는 벅 컨버터 방식으로 구성한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수전해 장치(50)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 수전해 장치(50)는 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 장치이다.
바람직하게는, 전기분해 효율이 좋은 고분자전해질(PEM, Polymer Electrolyte Membrane) 방식을 적용한다. 그 외에도 알칼리 수전해 (AE, Alkaline Electrolysis) 방식을 적용할 수 있다. 고체고분자 전해질(PEM) 방식은 전력 변동에 대해서 화학적 응답이 빠르고 전류 밀도가 높다. 반면에 알칼리 수전해(AE) 방식은 전력 변동에 대해서 화학적 응답이 늦고 전류 밀도 낮다.
PEM 방식의 PEM 전해에서 각각의 전극이 다음 화학식과 같이 반응한다.
[화학식(수학식) 4]
Figure 112018020477845-pat00006
수전해 반응을 위한 전극에는 기본적으로 일정 전압이 인가되어야 전극이 반응을 일으켜 수소가 발생하게 된다. 상기 반응식에 반응 에너지를 나타내면, 다음과 같다.
[화학식(수학식) 5]
Figure 112018020477845-pat00007
화학식 5와 같이, 이론적으로 수전해 반응은 1.228V 이상에서 진행된다. 실제 조건에서는 수전해 장치에 따라 다르나, 1.7V 이상에서 수소를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 전압이 증가할수록 수소 발생 반응에 이용된 파라데이 전류(Paradaic Current)가 높아져서 수소 생산 속도가 증가하는 것으로 알려져 있다.
수소를 생산할 수 있는 전압 1.7V인 수전해 전극을 직렬로 20개 연결하면, 수소를 생산하기 위한 최소 전압은 34V가 되어야 한다. 태양광 등 신재생 에너지에서 발전량이 존재하더라도 최소 전압 34V 보다 작으면, 에너지원인 수소를 생산할 수 없게 된다.
따라서, 바람직하게는, 수전해 장치(50)는 적어도 2 이상의 다수의 수전해 장치(또는 단위 장치)들로 구성되고, 다수의 수전해 장치들은 서로 병렬로 연결하여 구성된다. 부하에서 필요로 하는 전력보다 부족한 전력이 발전되면, 일부 수전해 장치 입력 전원 스위치(30)를 차단하고, 나머지 수전해 장치(50)에 계속적으로 전원을 공급한다.
즉, 신재생에너지의 발전 전압이 수전해 장치(50)에서 필요로 하는 최소 전압이 되면, 신재생에너지의 발전량이 있음에도 불구하고 3개의 수전해 장치(50) 모두에서 수소를 생산하지 못한다. 이 때 1개의 수전해 장치(50)에 전원 공급을 중단하게 되면, 나머지 2개의 수전해 장치(50)는 수소를 생산할 수 있는 전압 범위 내에 있으므로 계속적으로 수소를 생산할 수 있다.
이때, 신재생에너지의 발전량이 적어지면, 부하량을 계산하여 또 하나의 수전해장치를 정지시킨다. 그리고 나머지 하나로 신재생에너지의 발전량이 수전해 장치(50)에서 필요로 하는 전압 범위 내에서 까지 수소를 생산할 수 있다.
반대로, 태양광의 발전량이 증가하는 시점에서, 수전해 장치(50) 3개를 모두 동작 시키면, 발전량 부족으로 수전해 장치(50)의 전극에 전압이 부족하게 된다. 따라서 태양광의 발전량을 확인하면서 1개씩 추가하며 수전해 장치(50)에 전원 공급을 함으로 해서 태양광의 발전량을 활용할 수 있다.
위와 같이 태양광의 발전량을 최대로 활용하기 위해서, 수전해 장치(50)를 여러 개 설치하여 신재생에너지의 발전량을 최대로 활용한다.
한편, 수전해 장치(50)가 2V 셀(CELL)을 18개 직렬 연결한 것이라고 가정한다. 이때, PEM 수전해장치 동작 특성은 전원장치에서 38VDC를 공급하면 수전해장치의 전극의 전압이 서서히 증가하고, 30VDC가 되면 1A의 전류를 소비하면서 수소 생산을 시작한다. 그리고 서서히 전압이 증가하면서 전류의 양도 같이 증가한다. 수소의 생산량은 전류와 비례한다.
즉, 30VDC 1A가 되어야 물을 전기분해하여 수소 생산을 시작한다. 그리고 38V일 때 20A의 전류를 소비한다. 이때 최대 소비 전류이다. 이 이상의 전압과 전류가 인가 되면 수전해장치의 전해질막이 열화로 내구성이 감소한다.
또한, 시작 전압과 2시간 후의 전압이 38VDC에서 35VDC로 감소된다. 이것은 수전해장치가 내부 열화에 의해 자체적으로 전압이 떨어지는 것이다. 따라서 수전해장치에 전극(CELL)을 18개 직렬로 사용할 경우 전압 범위는 30~38V, 1~20A이다. 또한, 수전해장치는 전류에 따라 수소 생산량이 달라진다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따라 태양광 발전부(10)의 설치 용량을 산출하는 방법에 대하여 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 수소를 생산할 수 있는 수전해 전극의 전압 범위가 1.7V~2.0VDC라 할 때, 하나의 수전해 장치(50)가 20개의 전극을 사용하면 34~40VDC의 범위에서 수소를 생산할 수 있다. 이때 최대 40V에서 20A의 전류가 필요하다 라고 하면 800W의 전력을 필요로 한다.
도 1의 예와 같이 3개의 수전해 장치를 사용하게 되면, 2400W의 전력이 필요하다. 여기에 전력 변환기 구동용 제어전원용 전력의 용량 및 전력 변환기 효율을 더 추가하여 계산해야 한다. 또한, 태양전지 I-V 특성을 보게 되면 일조량이 최대일 때는 오히려 태양전지의 전압이 감소하게 되므로 발전전력이 감소하게 된다. 그래서 최대 전력의 기준은 태양광 용량의 80%정도로 계산하여 신재생에너지의 용량을 설치하게 된다. 신재생 에너지의 설치용량을 산출하는 식은 다음과 같다.
[수학식 6]
신재생에너지 설치 용량 = 부하용량 + 제어전원 + 전력변환기 효율 + 태양광용량 감소
다음으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법을 도 3 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법은 크게 태양광의 최대 전력점을 추종하여 DC/DC 컨버터(20)를 제어하는 단계(S10)와, 수전해 장치(50)를 선택하여 전력을 공급하는 단계(S20)로 구성된다.
먼저, DC/DC 컨버터(20)를 제어하는 단계(S10)를 설명한다.
DC/DC 컨버터(20)는 제어부(40)에 의해 제어되는데, 제어부(40)는 DC/DC 컨버터(20) 내에 구성될 수 있다.
도 3과 같이, 제어부(40)는 태양광의 전압 및 전류(Vpv,IPV)를 검출한다(S11). 또한, 이로부터 전력(PPV)을 계산한다. 그리고 개선된 P&O 알고리즘을 이용하여 레퍼런스 전압(Vref)을 산출한다(S12). 그리고 레퍼런스 전압(Vref)에 따라 PI(비례적분) 제어를 통해 DC/DC 컨버터(20)의 PWM 제어신호를 생성한다(S13).
도 4는 DC/DC 컨버터(20)의 제어를 위한 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 제어부(40)는 DC/DC 컨버터(20)의 전압을 제어하기 위하여, 제어 목표인 레퍼런스 전압(Vref)을 계산하여 생성하는 P&O 알고리즘부와, 생성된 레퍼런스 전압(Vref)에 따라 실제 PV 직류전압(Vpv)을 목표치로 제어하는 PI제어기로 구성된다. 특히, 제어부(40)는 태양광 발전부(10)의 최대전력점(MPP)를 추적하기 위하여, 태양광 발전부(10)의 PV 패널의 출력 전압(VPV)와 출력 전류(IPV)을 입력받고, 부하(수전해 장치 등)에 공급되는 공급 전압(Vout)과 공급 전류(Iout)을 피드백 받아 제어한다.
즉, DC/DC 컨버터(20)는 PV 패널로 구성된 태양광 발전부(10)로부터 전력을 공급받는다. 이때, 제어부(40)에 의하여 태양광 발전부(10)의 최대전력점(MPP)를 추적하는 알고리즘을 통해, 태양광 발전부(10)의 PV 패널의 출력 전압(VPV)와 출력 전류(IPV)가 제어된다. 특히, 개선된 P&O 알고리즘을 통해 레퍼런스 전압(Vref)을 계산하여 생성한다. 또한, 레퍼런스 전압(Vref)에 의해 실제 PV 직류전압(Vpv)와의 차이가 계산되고, 계산된 차이는 비례적분이득(PI)로 공급된다. 그리고 그 출력이 실제 PV 직류전류(Ipv)와의 차이가 전류원의 레퍼런스 제어 값이 되어 DC/DC 컨버터(20)의 PWM 제어신호를 생성한다.
구체적으로, PV 패널은 발생된 전력이 최대가 되는 유일한 점을 가진 비선형 전압-전류 특성이 있기 때문에 MPPT 알고리즘이 필요하다. 최대전력점(MPP)은 패널의 온도와 일사량 조건에 달려 있다. 두 조건 다 낮에는 변화하고 계절에 따라서 다르다. 게다가 일사량은 구름과 같은 대기의 상태에 따라 변화하기 때문에 급속하게 바뀔 수도 있다. 최대 전력점을 항상 얻기 위해서는 모든 가능한 조건 하에서 MPP를 정확하게 추적하는 것이 매우 중요하다.
즉, 신재생에너지인 태양광의 I-V 특성을 보면 전압이 최대일 때는 전류가 최소가 되므로, 이때 전압을 감소하면서 발전 전력을 최대화하기 위한 최대전력추종(MPPT)을 해야한다. 제어부(40)는 최대전력점(MPP)을 추종하는 기술로서 기본적으로 P&O(Perturbation and Observation) 제어 방법을 사용한다. P&O 제어 방법은 PV 패널의 출력 전압을 주기적으로 증가시키거나 또는 감소시키고, 이전 출력 전력과 현재 출력 전력을 비교하여 최대전력 동작점을 찾는다. 즉, 종래의 P&O 알고리즘은 선형적인 변화에 대해 전력 비교를 하여 제어한다.
특히, 본 발명은 맑은날과 흐린날인 경우의 태양광의 발전만을 대상으로 하지 않고, 구름 낀 맑은 날 등 발전량의 변동이 매우 큰 날의 태양광 발전도 대응하고자 한 것이다.
도 5는 태양광 발전의 전압(V) 대비 전력(P) 특성에 대한 곡선을 나타내고 있다. 도 5에서 곡선 A는 맑은날 최적의 태양광 발전의 V-P 특성곡선을 나타내고, 곡선 B는 흐린날의 V-P 특성곡선을 나타낸다. 또한, 곡선 C는 구름이 낀 맑은 날에서의 태양광 발전의 V-P 특성곡선이다.
기존 P&O 알고리즘은 주로 도 5의 곡선 A와 B의 경우에 대응한 방법이다. 이러한 경우, 종래의 MPPT 알고리즘을 사용하여도 부하인 수전해장치 전원 공급에는 별다른 문제가 없다. 그러나 곡선 C와 같이, 구름 낀 맑은 날에는 전력 변동이 심하다. 따라서 이에 대응하는 제어 동작이 늦어지면, 출력 전압이 헌팅 현상이 생기거나 심하게 출력 전압이 낮아질 수 있다. 이로인해, 수전해장치에 전원 공급이 안되는 현상을 보인다. 이것은 부하인 수전해장치 특성 때문이다. 즉, 갑작스러운 일조량이 증가 또는 감소하는 시점에서는 대응하는데 한계를 보이고 있다.
특히, 종래의 P&O 알고리즘의 장점은 제어기가 간단하여 널리 사용되지만 최대전력점에 도달했을 때 미소 변동이 생기고 일사량의 급격한 변화에 추종을 벗어나는 최대 단점을 가지고 있다. 계통에 연계 시키는 방식에서는 최대전력 추종을 벗어나더라도 계통이라는 튼튼한 전압원을 가지고 있어 발전 전력을 송전하는데는 시간이 지나면 회복되므로, 문제가 크게 나타나지 않는다. 하지만 수전해 장치와 같이 독립 부하를 사용하게 된다면 부하가 오프(off)되는 문제로 인해 적합하지 않다.
일조량 변동이 되었을 때 MPPT 제어가 제대로 대응을 못하여 출력전압이 떨어진 경우가 많다.구름으로 인해 생기는 일조량 변동에 의한 회복 시간을 측정하면. 회복하는데 4분 정도 소요된다. 일조량 변동에 따라 수전해 장치를 연결하였을 때 출력 전압이 헌팅하는 현상도 확인되고 있다.
따라서 갑작스러운 일조량이 증가 또는 감소하는 시점에서는 대응하는데 한계를 보이고 있다. 따라서 본 발명에서는 일조량 변동과 수전해 부하 변동에 대하여 최대전력추종(MPPT)을 위하여 종래 P&O 알고리즘을 개선한다. 즉, 일조량 변동에 따른 전력 변동에 대한 응답을 좋게 하기 위해 새로운 전력추종 방식을 개선한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 개선된 P&O 제어 방법이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 먼저, 현재 전압 V(n)과 현재 전류 I(n)를 측정하고, 이때의 출력 전력 P(n)을 전압과 전류의 곱으로 계산한다. 전력 증분(현재 전력과 이전 전력의 차이, △P = P(n)-P(n-1)))이 양인지 음인지를 판단한다. 전력 증분 △P이 0인 경우에는 레퍼런스 전압(Vref)을 조정하지 않는다.
전력 증분 △P가 음인 경우, 전압 증분 △V = V(n)-V(n-1)을 0과 비교한다. △V가 음인 경우 전력점 상태(state)를 ④(또는 4)로 설정한다. 이때, 레퍼런스 전압(Vref)을 감소시킨다. 또한, △V가 양인 경우 전력점 상태(state)를 ③(또는 3)으로 설정한다. 이때, 레퍼런스 전압(Vref)을 증가시킨다.
다음으로, 전력 증분 △P가 양인 경우, 전압 증분 △V = V(n)-V(n-1)을 0과 비교한다. △V가 음인 경우 최초에는 전력점 상태(state)를 ②(또는 2)로 설정하고 레퍼런스 전압을 증가시킨다. 이후에는, 이전 전력점 상태(state)에 따라 다르게 설정한다. 즉, 전력점 상태(state)가 ①,④,⑥이면 전력점 상태를 ⑥(또는 6)으로 설정하고 레퍼런스 전압을 감소시킨다. 그렇지 않은 경우 전력점 상태(state)를 ②(또는 2)로 설정하고, 레퍼런스 전압을 증가시킨다.
도 7과 같이, 전력점 상태(state)가 ①,④,⑥인 상태는 최대전력점에서 좌측에 있는 상태이고, 전력점 상태(state)가 ②,③,⑤인 상태는 최대전력점에서 우측에 있는 상태이다.
또한, △V가 양인 경우 최초에는 전력점 상태(state)를 ①(또는 1)로 설정하고 레퍼런스 전압을 감소시킨다. 이후에는, 이전 전력점 상태(state)에 따라 다르게 설정한다. 즉, 전력점 상태(state)가 ②,③,⑤이면 전력점 상태를 ⑤(또는 5)로 설정하고 레퍼런스 전압을 증가시킨다. 그렇지 않은 경우 전력점 상태(state)를 ①(또는 1)로 설정하고, 레퍼런스 전압을 감소시킨다.
즉, 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 P&O 제어 알고리즘은 종래 알고리즘에 대한 단계를 세분화 하여, 발전 전력 변동에 따른 전력변환기의 응답이 좋아지도록 구성하였다. 즉, 발전전력 변동이 심한 도 5의 C와 경우를 대비하여 ⑤, ⑥ 구간을 추가하여 P&O 제어 알고리즘을 개선하여 적용한다. 이를 통해, 전력 변동에 최적으로 대응할 수 있도록 구성한다.
⑤, ⑥ 구간에 대하여 도 8를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 8에서, 최대전력추종 시점은 전압 변동에 대한 판단으로 적색을 기준으로 좌측과 우측으로 구분된다. 전력(P) 상승시, 과거값과 비교하여, 전압(V)이 상승되는 구간이면 좌측, 전압(V)이 감소되는 구간이면 우측이다.
즉, 전압이 상승되면 도 8(a)에서 ①과 같이 전력을 추종하고, 전압이 감소되면 도 8(b)에서 ②와 같은 판단으로 전력을 추종한다. 도 8(c)에서, ④는 최대전력점에서 발전 전력 변동에 의한 전압 감소 구간이고, ③의 조건은 최대전력점에서 발전 전력 변동에 의해 전압 상승 구간이다.
상기 ①~④까지는 기존 P&O알고리즘에서 최대전력점에서 좌측 또는 우측을 구분하는 것과 일조량 변동에 대응하기 위해 전압 판단에 따른 전압 증가, 감소 조건이 같다.
[기존 P&O 알고리즘] 조건 P(n)-P(n-1)>0에서 하위 조건 V(n)-V(n-1)>0에서
yes이면 전압을 증가시키고, no 이면 전압을 감소시킨다.
[개선 P&O 알고리즘] 조건 P(n)-P(n-1)>0에서 하위 조건 V(n)-V(n-1)<0에서
yes이면 전압을 증가시키고, no 이면 전압을 감소시킨다.
P&O의 최대 단점인 전력 변동의 대응에 늦은 것을 극복하기 위하여, 일조량 변동에 의한 전력 변동을 확인하기 위해 기존 알고리즘에서 반대로 판단하고 제어 한다. 즉, 일조량 변동에 의한 판단을 하지 않고 단순하게 전압만 변동시키면 전압 헌팅 현상이 발생한다.
본 발명에서 기존 P&O 알고리즘에서 일조량 변동에 대응하기 위해 제어 알고리즘을 추가한 구간이 도 8의 (d)와 (e)이다. 도 8의 (d)와 (e)와 같이, 전압 상승 판단에 따라 최대전력점을 기준으로 좌측과 우측으로 구분한다.
도 8의 (d)에서 전압 감소 구간 판단에서, 일조량 변동이 되면 전압 상승으로 ⑤로 판단한다. 이 경우 전압이 상승되었다고 바로 전압을 감소하여 최대전력점을 추종하지 않는다. 위에서 설명한 것과 동일하게 일조량 변동의 상태 확인을 위해 계속 전압을 증가시킨다. 그리고 일조량 변동을 전압으로 판단하여 감소 구간이면 ②와 같이 전압을 감소하여 최대전력점을 추종한다. 여기에서 일조량이 감소되면 ④로 판단하여 동작한다.
도 8의 (e)에서 전압 상승 구간 판단에서, 일조량 변동으로 전압 감소가 되면 ⑥으로 판단한다. 이 경우 전압이 감소되었다고 바로 전압을 증가시키지 않는다. 대신, 일조량 변동을 확인하기 위해 같이 전압 감소시키고, 일조량 변동을 전압으로 판단하여 증가 구간이면 ①와 같이 전압을 증가하여 최대전력점을 추종한다. 여기에서 일조량이 증가되면 ③로 판단하여 동작한다.
최대전력점을 기준으로 좌, 우의 판단 기준은 전원을 공급하고 전압의 변동에 따라 최대전력추종을 하면서 결정된다.
한편, 수전해 장치는 수소를 생산할 수 있는 최소 전압이 있다. 또한, 최대 전압은 전극 또는 절연막의 열화 방지를 위해 설정된다.
상기와 같은 최소 전압과 최대 전압 사이에서 PWM 스위칭이 스텝(step)으로 움직인다. 예를 들어 P(n-1) = 1000W, V(n-1) = 39V, P(n) = 800W, V(n) = 37V로 가정한다. 이때, 과거 값에서 현재값의 전압이 2V 감소되었고 스텝(step)이 100므로 설정되었다고 하면, 2/100 = 0.02V로 감소하여 PWM 스위칭한다. 또한, 전압이 증가되면 0.02V 증가하게 PWM 스위칭한다.
이 스텝(step)의 크기는 전력 변동과 정상상태에서 부하인 수전해 장치의 과도 전압을 확인하면서 조정할 수 있다. 과도가 나쁘면 스텝(step) 값을 200으로 하여 0.01V로 전압을 증가 또는 감소시킨다. 스텝(step)의 변동 값은 최대 전압과 수소를 생산할 수 있는 최소 전압 설정치 사이에서 움직인다.
발전량이 감소하여 최소 전압에 도달하게 되면 이 때부터는 전류가 계속 감소한다.
한편, 도 9은 PI 제어기의 동작에 대한 설명도이다. PI 제어기는 앞서 개선된 P&O 알고리즘에 의하여 생성된 레퍼런스 전압(Vref)에 따라 실제 PV 직류전압(Vpv)을 목표치로 제어한다. 즉, 앞서 1차적으로 MPPT의 의해 전력 계산을 하고, 2차적으로 리플 등을 제거한다. 또한, 안정된 전압과 전류를 부하에 공급하기 위해 전압 및 전류 제한 기능을 가진다. 또한, PI제어기를 통하여 PWM 스위칭으로 반도체 소자를 동작하여 수전해 장치에 전원 공급을 위한 제어 회로로 구성된다.
다음으로, 수전해 장치(50)를 선택하여 전력을 공급하는 단계(S20)를 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 발전 전력이 증가하는 경우로서, 도 10a와 같이, 수전해 장치를 추가적으로 전원을 공급한다.
태양광은 일출과 동시에 부하(수전해 장치 등)에서 필요하는 총 발전 전력을 만들 수가 없다. 따라서 병렬로 연결된 수전해 장치(50) 중 1개에 전력 변환기의 출력 스위치를 온(on)하여 수전해 장치에 전원 공급을 한다. 그리고 이때 앞서 설명한 바와 같이 최대전력추종(MPPT)을 한 전력이 공급된다. 또한, 수전해 장치(50)는 앞서 화학식 5와 같이 수소를 생산할 수 있는 최소 전압을 필요하므로, 제어부(40)는 태양광의 발전 전력에 따라 두 번째 또는 그 이상의 수전해 장치(50)에 전원 공급 여부를 판단할 수 있다.
즉, 발전 전력을 비교하여 더 많은 전력이 생산되면, 출력 스위치를 추가적으로 온(on)하여 더 많은 수전해 장치(50)를 동작시킨다. 이러한 과정을 반복하여 수전해 장치(50)에 전원 공급을 한다. 다시 말하면, 일조량이 증가하는 시점에서 신재생에너지 발전량의 최대전력추정을 통하여 스위치 온(on) 상태를 순차적으로 설정할 수 있다.
구체적인 단계는 다음과 같다.
1) 초기 기동을 위해 발전된 전압이 높아지는지 확인한다.
2) 수전해 장치의 누적 동작 시간을 비교하여, 누적 동작 시간이 적은 스위치 n(첫 번째)를 온(on)시킨다.
3) DC/DC 컨버터는 MPPT를 하면서 부하에 전원 공급한다.
4) 연결된 부하기준으로 부하 공급 전력이 90%가 되면 두 번째 동작 시간이 적은 스위치 n을 온(on)시킨다. 예를 들어, 발전전력이 부하 1개 기준으로 90%로 일정하다면 45%씩 부하에 전원을 공급한다.
5) 발전량 변동에 따라 MPPT 하면서 부하에 전원을 공급한다. 이 때 2개의 부하 기준으로 발전량이 90%가 되면 세 번째 출력 스위치 n을 온(on) 시킨다. 즉, 현재의 발전량은 90% × 2대 = 180% 이다. 이를 3개의 부하(수전해 장치)로 분담하면, 180% / 3대 = 60%이다. 즉, 각각의 수전해 장치에 의한 부하량은 60% 수준에서 전원을 공급한다.
6) 증가된 발전량에 따라 부하에 전원을 공급한다. 여기에 추가적으로 발전 전력이 최대가 될 경우는 효율 상승에 의해 부하 용량 이상이 될 수 있다. 이러한 경우에 대비하여, 부하 최대 출력 전압을 제어를 통하여 수전해 장치 과전압에 의한 열화로 인한 내구성 감소를 방지한다.
다음으로, 발전 전력이 감소하는 경우로서, 도 10b와 같이, 전원이 공급되는 수전해 장치들 중에서 일부를 선택하여 단계적으로 전원을 차단한다.
또한, 제어부(40)는 신재생에너지 발전전력과 부하 전력을 실시간으로 비교하여, 수소를 생산하기 위해 필요한 수전해장치(50)의 부하 소비 전력량 대비 신재생에너지 발전 전력이 부족하면, 1개의 전력 변환기 출력 스위치(30)를 오프(off) 하고 나머지 수전해장치 부하에 전원을 공급한다. 또한, 계속해서 발전전력이 부족하게 되면, 출력 스위치(30)를 추가적으로 오프(off)하는 방법으로 신재생에너지의 잉여 전력을 최소화 하여 수소를 생산한다.
즉, 발전전력이 증가하는 시간대와 반대로 발전 전력이 감소하는 시간대에서는 제어부(40)는 태양광 발전 전력과 수전해 장치(50)에서 필요로 하는 전력을 비교하여, 전력 변환기 출력 스위치를 오프(off)하여 나머지 수전해 장치(50)에 전력 공급한다. 이러한 과정을 반복하여, 발전 전력에 따라 출력 스위치를 추가적으로 오프(off)하여 태양광의 잉여 전력을 최소화 하여 수소를 생산한다.
구체적인 단계는 다음과 같다.
7) 발전량이 감소되어 총 부하량의 50%가 되면 많이 사용한 수전해 장치 스위치 n을 오프(off)시킨다. 예를 들어, 3대가 가동되고 있으므로, 50% × 3대 = 150%이다. 이중 1개를 중단하여 나머지 2대로 분담되므로, 150% / 2대 = 75%이다. 즉, 2대에 각각 부하 소비 전력의 75%에서 전원을 공급한다.
8) 발전량 감소로 나머지 2대의 부하량이 50%가 되면, 많이 사용한 수전해 장치 n을 오프(off)한다.
9) 나머지 1대에서 100% 부하량으로 운전하다가, 발전전력 감소에 따라 부하 소비전력도 감소한다.
10) 마지막 1대의 수전해 장치의 최소 전압이 되면, DC/DC 컨버터를 오프(off) 한다.
한편, 제어부(40)는 각각의 수전해 장치(50)의 동작 시간을 카운터 하여, 수전해 장치(50)를 교차 운전하도록 제어한다. 이를 통해, 신재생에너지의 발전량에 따라 설치되어 있는 여러 개의 수전해 장치(50)의 동작 시간을 비슷하게 유지시킨다. 상기와 같은 교차 운전 방식을 통하여 수전해 장치(50)들의 내구성을 균일하게 갖게 할 수 있다.
구체적으로, 고체고분자전해질(PEM) 방식의 수전해 장치(50)는 양극, 음극, 및, 이온 교환막으로 구성된다. 이온 교환막은 수소와 산소를 분리하여 양극에서 음극으로 이동하게 하는 전해질 기능을 가진다. 이온교환막은 강산 전해질이므로, 내산성의 귀금속 촉매인 백금 계열이 많이 사용된다. 상기 촉매가 백금 또는 이리듐 등 고가의 귀금속 재료를 사용하므로, 내구성이 중요하다.
또한, 이러한 수전해 장치(50)는 과전압, 과전압에 의한 전극과 절연막의 열화가 수소 수율을 크게 좌우하고, 내구성에서는 산소 발생 양극 촉매 기술이 직접적으로 성능을 좌우한다. 그래서 DC/DC 컨버터(20)에 대한 제어를 통하여 과전압을 제한함으로써, 과전압에 의한 열화는 방지될 수 있다.
그러나 수전해 장치의 사용에 의한 이온교환막과 귀금속 촉매의 내구성은 전력변환기에서 보호할 수가 없다. 따라서 내구성 의한 화학적 안전성을 보호하고 수율을 유지하기 위하여, 수전해 장치(50)에 연결된 출력 스위치(30)를 통하여, 수전해 장치(50)의 총 운전 시간(또는 누적 운전시간)에 따라 수전해 장치(50)의 선택을 제어한다.
즉, 일조량 증가에 따른 발전 전력이 증가하는 시간대에는 누적 운전시간이 적은 수전해 장치(50)를 우선적으로 선택하여 전원을 공급한다. 반대로 발전 전력이 감소하는 시간대에는 누적 운전시간이 많은 수전해 장치(50)를 우선적으로 선택하여, 전원 공급을 중단한다. 즉, 발전 전력량에 따라 수전해 장치(50)의 누적 운전시간을 확인하여, 내구성을 유지시킬 수 있도록 제어한다.
요약하면, 부하인 수전해 장치(50)에 전원공급을 위한 각각의 스위치 온(on) 시간을 누적하여 카운터한다. 그래서, 각 수전해장치(50)의 총 누적 운전 시간을 모니터링하고, 전력을 공급하거나 차단할 수전해 장치(50)를 선택할 때 상기와 같이 누적 운전시간을 이용하여 선택한다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치에 대하여 도 11를 참조하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시예는 앞서 제1 실시예와 동일하다. 다만, 제2 실시예는 수전해 장치(50)를 온/오프 하는 단계(S20)에서 차이가 난다. 아래에서 상이한 부분만 설명한다. 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 제1 실시예의 설명을 참조한다.
도 11에서 보는 바와 같이, 제어부(40)는 수전해 장치(50)로 공급되는 전력 Pout을 현재 연결된 수전해 장치의 개수 n로 나눈 후, 나눈 전력(즉, 병렬로 분담되는 전력)이 최대 전력 P1 보다 큰지를 판단한다(S21). 즉, 다음 수학식 7을 만족하는지를 판단한다.
[수학식 7]
Figure 112018020477845-pat00008
만약, 수학식 7을 만족하면, 수전해 장치(50)를 1개를 선택하여(S22), 선택된 수전해 장치(50)를 추가한다(S23). 이때, 누적된 운전시간이 최소인 수전해 장치(50)를 선택한다.
여기서, P1은 하나의 수전해 장치(50)에 가하는 최대 전력을 나타낸다. 앞서 설명한 바와 같이 수전해 장치(50)에 너무 큰 전압과 전류를 공급하면 열화로 내구성이 감소한다. 따라서 열화가 최소화되는 적절한 전력을 최대 전력으로 설정한다.
n은 병렬로 연결되는 수전해 장치(50)의 개수이다. 따라서 공급 전력 Pout 을 n으로 나누면, 병렬로 연결된 하나의 수전해 장치에 공급되는 전력이다. 이 전력이 최대 전력 P1 이상이면, 열화가 진행될 여지가 있으므로 추가로 1개의 수전해 장치를 추가함으로써 공급 전력을 낮춘다.
또한, 제어부(40)는 앞서 수학식 7을 만족하지 않는 경우, 전력 Pout을 현재 연결된 수전해 장치의 개수 n로 나눈 후, 나눈 분담 전력이 최소 전력 P0보다 작은지를 판단한다(S24). 즉, 다음 수학식 8을 만족하는지를 판단한다.
[수학식 8]
Figure 112018020477845-pat00009
만약, 수학식 8을 만족하면, 수전해 장치(50)를 1개를 선택하여(S25), 선택된 수전해 장치(50)를 차단시킨다(S26). 이때, 누적된 운전시간이 최대인 수전해 장치(50)를 선택한다.
여기서, P0 은 하나의 수전해 장치(50)에 가하는 최소 전력으로서 사전에 설정된다. 앞서 설명한 바와 같이 수전해 장치(50)에 너무 작은 전력(또는 전압)을 가하면, 화학 반응이 나타나지 않아 수소가 생산되지 않는다. 따라서 수소 생산을 위해서는 필요한 전력을 최소전력 P0 로 사전에 설정해둔다.
n은 병렬로 연결되는 수전해 장치(50)의 개수이다. 따라서 공급 전력 Pout 을 n으로 나누면, 병렬로 연결된 하나의 수전해 장치에 공급되는 전력이다. 이 전력이 최소전력 P0 보다 작으면, 수소 생산이 중단될 수 있으므로, 가동 중인 수전해 장치들 중 적어도 1개를 오프(off)함으로써 나머지 수전해 장치들의 공급 전력을 높여준다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 전기분해장치를 설명한다.
본 발명의 제3 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 동일하며, 추가적으로 보조전원을 사용하는 점에서 상이하다. 아래에서 상이한 부분만 설명한다. 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 제1 실시예의 설명을 참조한다.
신재생에너지만으로 전력 변환기를 구동하게 되면, 신재생에너지의 발전 전력이 급변할 때 전력 변환기 구동에 필요한 제어 전원의 부족으로 전력변환기가 자동으로 정지할 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 신재생에너지의 발전 용량을 제어전원의 과도 범위를 벗어나지 않는 용량으로 설치해야 된다. 그런데 이로 인해 부하 용량 대비해서 잉여 전력으로 남게 되는 것이다.
따라서 전력변환기 구동에 필요한 제어전원은 도 1과 같이 신재생에너지 발전 전력과 별도 외부 전원을 병렬로 구성한다. 그래서 우선적으로 신재생에너지의 전력을 제어전원으로 사용하고, 실시간으로 신재생에너지 발전 전력을 비교하는 과정에서 제어전원용 전력이 부족하게 되면 자동으로 보조 전원으로 공급될 수 있도록 회로를 구성한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하α였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 태양광 발전부 20 : DC/DC 컨버터
30 : 스위칭부 40 : 제어부
50 : 수전해 장치 60 : 저장장치

Claims (5)

  1. 태양광 발전부의 입력 전력을 DC/DC 컨버터로 변환하여, 병렬로 연결된 적어도 2개의 수전해 장치들로 공급하는 것을 제어하는, 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법에 있어서,
    (a1) 상기 태양광 발전부의 현재 전압 및 전류를 입력받는 단계;
    (a2) 전력 증분이 음인지 양인지 여부와, 전압 증분이 음인지 양인지의 여부의 조합 결과와, 이전에 설정된 전력점 상태에 따라 현재의 전력점 상태를 설정하고, 현재의 전력점 상태에 따라 레퍼런스 전압을 증감하는 단계;
    (a3) 증감된 레퍼런스 전압에 따라 PI(비례적분) 제어를 통해 DC/DC 컨버터의 PWM 제어신호를 생성하는 단계; 및,
    (b) 수전해 장치로 출력되는 전력의 크기에 따라 적어도 2개의 수전해 장치들 중 일부를 온/오프 하여 전원 공급을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (a2)단계에서,
    이전의 전력점 상태가 최대전력점을 추종하기 위해서는 전압이 상승되는 상태(이하 전압상승 상태)이면, 상기 전력증분이 양이고 전압증분이 음이더라도 현재의 전력점 상태를 전압상승 상태로 설정하고,
    이전의 전력점 상태가 최대전력점을 추종하기 위해서는 전압이 감소되는 상태(이하 전압감소 상태)이면, 상기 전력증분이 양이고 전압증분이 양이더라도 현재의 전력점 상태를 전압감소 상태로 설정하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a2)단계에서, 상기 전력 증분이 음이고 상기 전압 증분이 음인 경우 현재의 전력점 상태를 제4 상태로 설정하고, 상기 전력 증분이 음이고 상기 전압 증분이 양인 경우 현재의 전력점 상태를 제3 상태로 설정하고,
    상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 음인 경우 이전의 전력점 상태가 전압상승 상태이면 현재의 전력점 상태를 제6 상태로 설정하고, 그렇지 않은 경우 현재의 전력점 상태를 제2 상태로 설정하고,
    상기 전력 증분이 양이고 상기 전압 증분이 양인 경우 이전의 전력점 상태가 전압감소 상태이면 현재의 전력점 상태를 제5 상태로 설정하고, 그렇지 않은 경우 현재의 전력점 상태를 제1 상태로 설정하고,
    전력점 상태가 제1, 제4, 또는 제6 상태이면 전압상승 상태이고, 전력점 상태가 제2, 제3, 또는 제5 상태이면 전압감소 상태로 판단하고,
    현재의 전력점 상태가 제1, 제4, 제6 상태로 설정되면 상기 레퍼런스 전압을 감소시키고, 현재의 전력점 상태가 제2, 제3, 제5 상태로 설정되면 상기 레퍼런스 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서, 상기 수전해 장치로 공급되는 전력(이하 공급 전력)이 현재 연결된 수전해 장치의 개수로 나눈 후, 나눈 전력이 사전에 설정된 최대 전력 보다 크면, 오프(off)된 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 추가하여 온(on)시키고, 나눈 전력이 사전에 설정된 최소 전력 보다 작으면, 온(on)된 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (b)단계에서, 온(on)시키기 위하여 오프(off)된 수전해 장치들 중 1개를 선택할 때, 누적된 사용시간이 최소인 수전해 장치를 선택하고, 오프(off)시키기 위하여 온(on)된 수전해 장치들 중 1개를 선택할 때, 누적된 사용시간이 최대인 수전해 장치를 선택하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서, 초기 기동을 위해 발전된 전압이 높아지는지 확인하여, 전압이 높아지는 경우에 수전해 장치들 중 1개를 선택하여 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법.
KR1020180024110A 2018-02-28 2018-02-28 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법 KR101926008B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180024110A KR101926008B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180024110A KR101926008B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101926008B1 true KR101926008B1 (ko) 2018-12-06

Family

ID=64671391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180024110A KR101926008B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101926008B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290581A (zh) * 2019-07-12 2021-01-29 合肥阳光新能源科技有限公司 一种新能源离网制氢***
JP2021063280A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 株式会社豊田中央研究所 水電解システム
CN113659632A (zh) * 2021-08-10 2021-11-16 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种可实现大规模波动能源消纳的电解制氢***及运行方法
EP4050125A1 (en) * 2021-02-24 2022-08-31 Hitachi, Ltd. Energy management apparatus and energy management method
KR20230053994A (ko) 2021-10-15 2023-04-24 주식회사 현태 IoT를 활용한 태양광에너지 및 수전해 수소발생기 통합제어 시스템
US11697882B2 (en) 2021-06-03 2023-07-11 Analog Devices, Inc. Electrolyzer system converter arrangement
WO2024041711A1 (en) * 2022-08-24 2024-02-29 Vestas Wind Systems A/S Improved power-to-x network architecture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036098B1 (ko) * 2009-12-04 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 최대 전력점 추종 컨버터 및 그 방법
KR101816839B1 (ko) * 2016-09-09 2018-01-09 권오정 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 및 이의 제어 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036098B1 (ko) * 2009-12-04 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 최대 전력점 추종 컨버터 및 그 방법
KR101816839B1 (ko) * 2016-09-09 2018-01-09 권오정 신재생 에너지 직접 연계형 수소 발생 장치를 위한 복합 전력회로 및 이의 제어 방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290581A (zh) * 2019-07-12 2021-01-29 合肥阳光新能源科技有限公司 一种新能源离网制氢***
JP2021063280A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 株式会社豊田中央研究所 水電解システム
EP4050125A1 (en) * 2021-02-24 2022-08-31 Hitachi, Ltd. Energy management apparatus and energy management method
US11697882B2 (en) 2021-06-03 2023-07-11 Analog Devices, Inc. Electrolyzer system converter arrangement
CN113659632A (zh) * 2021-08-10 2021-11-16 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种可实现大规模波动能源消纳的电解制氢***及运行方法
CN113659632B (zh) * 2021-08-10 2024-01-23 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种可实现大规模波动能源消纳的电解制氢***及运行方法
KR20230053994A (ko) 2021-10-15 2023-04-24 주식회사 현태 IoT를 활용한 태양광에너지 및 수전해 수소발생기 통합제어 시스템
WO2024041711A1 (en) * 2022-08-24 2024-02-29 Vestas Wind Systems A/S Improved power-to-x network architecture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101926008B1 (ko) 태양광을 이용한 수소 전기분해장치 전원 공급용 전력변환기의 제어 및 운전 방법
KR101926010B1 (ko) 신재생에너지를 이용한 전력변환 시스템
WO2021082423A1 (zh) 一种直流耦合制氢***及其控制方法
Zhang et al. Model construction and energy management system of lithium battery, PV generator, hydrogen production unit and fuel cell in islanded AC microgrid
Alnejaili et al. Dynamic control and advanced load management of a stand-alone hybrid renewable power system for remote housing
Thanaa et al. Energy flow and management of a hybrid wind/PV/fuel cell generation system
JP6936179B2 (ja) 水素製造システム
WO2005112551A2 (en) Method for compensating for partial shade in photovoltaic power system
CN112725832A (zh) 一种水电解制氢控制方法、***及控制器
Chávez-Ramírez et al. Design and set up of a hybrid power system (PV-WT-URFC) for a stand-alone application in Mexico
US20210079544A1 (en) Method of configuring a water electrolysis system
CN112290581A (zh) 一种新能源离网制氢***
US20230043491A1 (en) Off-grid electrolysis control method and device thereof independent of grid
Liu et al. Variable period sequence control strategy for an off-grid photovoltaic-PEM electrolyzer hydrogen generation system
CN112910009B (zh) 一种混合可再生能源耦合制氢方法及其***
Eskander et al. Energy flow and management of a hybrid wind/PV/fuel cell generation system
CN113949054A (zh) 电网自治***及方法
Testa et al. Optimal size selection of step-up transformers in PV plants
KR100754909B1 (ko) 태양광 발전시스템과 에스피이를 이용한 수소제조 장치
CN112994075A (zh) 一种光伏离网制氢方法和***
CN114990600B (zh) 一种新能源制氢***及其控制方法
AU2008291700A1 (en) Hydrogen production by the solar driven electrolysis of sulfurous acid
CN107069924B (zh) 一种共用铝电极的太阳能电池-超级电容器件的充放电电路及其控制方法
Aggad et al. Modeling, design and energy management of a residential standalone photovoltaic-fuel cell power system
JP2004244653A (ja) 水電解システム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant