KR102308376B1 - 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템에 대해 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈, 복수의 태양광 모듈에서 수신된 전력을 변환하는 복수의 전력 변환 장치, 태양광 모듈에서 생성된 전력을 복수의 전력 변환 장치 중 특정 전력 변환 장치에 전달하는 주 전송 경로나 특정 전력 변환 장치와 다른 전력 변환 장치에 전달하는 보조 전송 경로로 선택하여 전송하는 복수의 전환 스위치, 및 복수의 전환 스위치를 제어하여 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환시키는 게이트웨이 프로세서를 포함한다.

Description

전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템{PHOTOVOLTAIC SYSTEM POSSIBLE CONTROLLING OF POWER TRANSMISSION PATH}
본 발명은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈들과 전력 변환 장치들 간의 전력 전송 경로를 필요에 따라 용이하게 변환할 수 있도록 함으로써, 고장에 의한 사고를 예방하고 전력 제한 발전시에도 태양광 모듈의 운용 가용성을 높여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양 전지들이 어레이(PV-array)된 태양전지 패널(Photovoltaic Panel)을 이용하여 전기를 대규모로 생산하는 발전 시스템이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양의 빛을 받아 직류 전기를 발생시키는 태양전지가 어레이된 태양광 모듈, 각각의 태양광 모듈에서 발생된 직류 전기를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 연결되는 접속 모듈, 및 각각의 접속 모듈에 모인 전체 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 전력 변환 장치(PCS: Power Conditioning System)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
태양전지가 어레이된 다수의 태양광 모듈은 직/병렬 구조로 접속 모듈에 연결되어, 단위 스트링별로 직류 전기들을 접속 모듈로 통합 전송한다. 이러한 다수의 태양광 모듈은 외부 환경에 노출된 상태로 장시간 배치 및 유지되기 때문에, 환경 변화의 영향을 많이 받게 된다. 따라서, 대량으로 배치된 태양광 모듈일수록 고장 진단, 예측 및 유지 관리 보수가 철저해야 그 효율을 유지할 수 있다.
하지만, 외부 환경에 계속 노출되어 있는 태양광 모듈들과 장시간 연속적으로 동작하는 전력 변환 장치들은 그 설치 여건상, 어쩔 수 없이 크고 작은 고장들을 감수할 수밖에 없었다.
이에, 종래에는 태양광 모듈들과 전력 변환 장치들에 고장 감지장치를 구성하여 실시간으로 고장 여부를 감지하고, 고장 발생시 되도록 빨리 인지하여 수리가 이루어질 수 있도록 하였다. 하지만, 대단위로 조성된 태양광 발전소에서는 고장에 대응하는 기간이 길어지고 지체될 수밖에 없었다.
따라서, 대단위로 조성된 태양광 발전소에서는 태양광 모듈들과 전력 변환 장치들 중 어느 하나의 기기에서라도 고장이 발생하면, 고장이 발생한 태양광 모듈이나 전력 변환 장치와 연결된 다른 태양광 모듈이나 변환 장치들은 모두 정상 동작이 가능함에도 발전 전력을 생산하거나 사용할 수 없기 때문에, 그 피해가 커지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈들과 전력 변환 장치들 간의 전력 전송 경로를 필요에 따라 용이하게 변환할 수 있도록 함으로써, 고장에 의한 사고를 예방하고 전력 제한 발전시에도 태양광 모듈의 운용 가용성을 높여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈, 복수의 태양광 모듈에서 수신된 전력을 변환 복수의 전력 변환 장치, 태양광 모듈에서 생성된 전력을 복수의 전력 변환 장치 중 특정 전력 변환 장치에 전달하는 주 전송 경로나 특정 전력 변환 장치와 다른 전력 변환 장치에 전달하는 보조 전송 경로로 선택하여 전송하는 복수의 전환 스위치, 및 복수의 전환 스위치를 제어하여 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환시키는 게이트웨이 프로세서를 포함한다.
게이트웨이 프로세서는 복수의 태양광 모듈 및 전력 변환 장치 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나, 외부로부터의 제한 발전 명령에 의해 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 각각의 전환 스위치를 제어하여 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환할 수 있다.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈들과 전력 변환 장치들 간의 전력 전송 경로를 필요에 따라 용이하게 변환할 수 있도록 함으로써, 고장 발생시 빠르게 전송 경로를 차단하여 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고장 발생시 고장 기기 및 고장 위치에 따라 빠르게 전송 경로를 자른 경로로 전환시켜, 고장이 발생한 상태에서도 태양광 모듈의 운용 가용성을 높여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 더불어, 전력 변환 장치들 각각의 인버팅 효율성을 감안하여, 각각의 전력 변환 장치가 최대 효율을 발휘할 수 있도록 전력 전송 경로를 변환함으로써, 전력 변환 장치들 각각의 인버팅 효율과 발전 전력 생산 효율 또한 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 클라우드 서버를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 게이트웨이 프로세서를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 적어도 어느 하나의 전력 변환 장치 고장에 따라 전력 전송 경로를 전환하는 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 적어도 어느 하나의 태양광 모듈 고장이나 전력 인버팅 효율을 감안하여 전력 전송 경로를 전환하는 예를 설명하기 위한 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈(100), 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력을 변환하는 복수의 전력 변환 장치(400), 복수의 전환 스위치(200)와 복수의 전력 변환 장치(400) 사이에 구비되어, 적어도 하나의 주 전송 경로 및 보조 전송 경로를 통해 수신된 전력을 조합하여 복수의 전력 변환 장치(400) 중 어느 하나의 전력 변환 장치(400)로 전송하는 복수의 선택 출력부(300), 태양광 모듈에서 생성된 전력을 복수의 선택 출력부(300) 중 특정 선택 출력부(300)에 전달하는 주 전송 경로나 특정 선택 출력부(300)와 다른 선택 출력부(300)에 전달하는 보조 전송 경로로 선택하여 전송하는 복수의 전환 스위치(200), 각각의 전환 스위치(200)를 제어하여 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환시키는 게이트웨이 프로세서(600)를 포함한다.
여기서, 게이트웨이 프로세서(600)는 복수의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나, 외부로부터의 제한 발전 명령에 의해 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 각각의 전환 스위치(200)를 제어하여 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환 시킨다.
복수의 선택 출력부(300)는 미구비될 수도 있는데, 이때 복수의 전환 스위치(200)는 태양광 모듈에서 생성된 전력을 복수의 전력 변환 장치(400) 중 특정 전력 변환 장치(400)에 전달하는 주 전송 경로나 특정 전력 변환 장치(400)와 다른 선택 출력부(300)에 전달하는 보조 전송 경로로 선택하여 전송한다.
이러한 구성과 더불어, 본 발명의 태양광 발전 시스템은 복수의 태양광 모듈(100) 및 복수의 전력 변환 장치(400)의 고장을 진단하는 고장 진단 서버(800), 및 복수의 태양광 모듈(100)과 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 선택적으로 복수의 태양광 모듈(100)의 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전환시키기 위한 경로 설정 데이터를 생성하는 클라우드 서버(700)를 더 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 본 발명의 태양광 발전 시스템을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 태양광 모듈(100)에는 복수의 태양전지가 직사각 또는 곡선형의 프레임에 배열되도록 구성되는바, 각각의 태양광 모듈(100)은 태양 전지들을 이용해서 발전 전력을 생성한다. 이때, 각각의 태양 전지들을 통해서는 직류 또는 교류 전압을 생성하고 전류를 발생시킬 수 있다. 여기서 생성된 직류 또는 교류 전압과 전류는 발전 전력으로서, 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로를 통해 각각 연결된 전력 변환 장치(400)로 일괄 전송된다.
복수의 전환 스위치(200)는 각각의 태양광 모듈(100)에 일대일 대응되도록 구성된다. 이러한 복수의 전환 스위치(200) 각각은 게이트웨이 프로세서(600)의 제어에 따라 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 선택해서 출력한다. 이를 위해, 각각의 전환 스위치(200)는 적어도 하나의 분배기를 구비하거나 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서 회로의 조합으로 구성되어, 게이트웨이 프로세서(600)로부터 수신되는 전환 제어신호에 따라 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 선택해서 출력한다.
복수의 선택 출력부(300)는 복수의 전환 스위치(200) 중 적어도 하나의 전환 스위치(200)와 적어도 하나의 전력 변환 장치(400) 사이에 각각 구성된다. 이러한 각각의 선택 출력부(300)는 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 통해 전기적으로 각각 연결된 적어도 하나의 전환 스위치(200)로부터 전력을 수신한다. 그리고 수신된 전력을 모두 조합하여 복수의 전력 변환 장치(400) 중 자신과 대응되는 어느 하나의 전력 변환 장치(400)로 전송한다. 이때, 각각의 선택 출력부(300)는 게이트웨이 프로세서(600)로부터의 제어에 따라 각각 출력되는 전력량을 조절하여 출력할 수 있다. 즉, 각각의 선택 출력부(300)는 제한 발전 시, 게이트웨이 프로세서(600)로부터의 제어에 따라 100% 조합된 전력 중 출력 전력량을 70%, 60%, 60% 등으로 조절하여 출력할 수 있다.
복수의 전력 변환 장치(400)는 자신과 일대일 대응되는 각각의 선택 출력부(300)로부터 전력을 수신한다. 이때 수신되는 전력은 자신과 대응되는 선택 출력부(300)에서 조합된 전력이다. 이러한 전력 변환 장치(400)는 DC-DC 변환기 등을 이용해서 선택 출력부(300)로부터 수신된 전력을 미리 설정된 직류 전압으로 변환시켜 출력할 수 있다. 또한, 인버터를 이용하는 경우에 전력 변환 장치(400)는 선택 출력부(300)로부터 수신된 전력을 미리 설정된 직류 또는 교류 전압으로 인버팅시켜서, 버팅된 전압을 별도의 전력 계통으로 전송할 수도 있다.
이를 위해, 각각의 전력 변환 장치(300)는 선택 출력부(300)로부터 수신된 전력을 직류 또는 교류로 변환시켜 계통으로 전달하기 위해, 1차 측과 2차 측의 전력 계통을 전기적으로 절연하는 절연 변압기, 교류 전압을 직류 전압으로 평활화하는 커패시터, 입/출력 전류 리플을 줄이는 필터 인덕터, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터) 및 입력된 직류전원을 평활화하는 링크 커패시터 등을 포함하여 구성될 수 있다.
게이트웨이 프로세서(600)는 복수의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나, 제한 발전 명령(발전 제한 신호 입력시)에 의해 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 각각의 전환 스위치(200)를 제어하여 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환시킨다.
구체적으로, 게이트웨이 프로세서(600)는 복수의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나, 제한 발전 명령에 의해 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 클라우드 서버(700)로부터의 경로 설정 데이터를 기초로 복수의 전환 스위치(200)를 각각 제어하여 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 선택적으로 전환시키게 된다. 이를 위해, 게이트웨이 프로세서(600)는 복수의 전환 스위치(200)별로 주 경로 또는 보조 경로 전환을 제어하기 위한 전환 제어 신호를 생성하여, 복수의 전환 스위치(200)로 전송한다. 이러한 게이트웨이 프로세서(600)에 대한 세부적인 구성과 동작 특징에 대해서는 이후에 첨부되는 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
클라우드 서버(700)는 각각의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되면, 선택적으로 복수의 태양광 모듈(100)의 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전환시키기 위한 경로 설정 데이터를 생성하여 게이트웨이 프로세서(600)로 전송한다.
또한, 클라우드 서버(700)는 외부로부터의 발전제한 신호가 입력되어 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우에도 선택적으로 복수의 태양광 모듈(100)의 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전환시키기 위한 경로 설정 데이터를 생성하여 게이트웨이 프로세서(600)로 전송한다. 이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(700)로부터의 경로 설정 데이터를 기초로 복수의 전환 스위치(200)를 각각 제어하여 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 선택적으로 전환시키게 된다.
고장 진단 서버(800)의 경우는 적어도 하나의 외부 환경 센서(500)를 이용해 외부 환경 정보를 생성하고, 복수의 태양광 모듈(100) 및 복수의 전력 변환 장치(400) 각각의 전력 출력량을 센싱하여 각각의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400)의 고장 여부를 판단한다. 이러한 고장 진단 서버(800) 각각의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400)의 부속기기들에 대한 온도를 측정하여 온도 변화 정도에 따라 각 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400)의 부속기기들에 대한 고장 여부를 더 판단할 수도 있다. 태양광 발전시 각 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400)와 부속기기들의 온도 변화가 없으면 고장으로 판단할 수 있다.
이에, 클라우드 서버(700)는 고장 진단 서버(800)로부터의 고장 판단 결과에 따라 해당 태양광 모듈(100) 및 복수의 전력 변환 장치(400) 등의 고장을 확인할 수 있다. 그리고 고장 확인시에는 선택적으로 복수의 태양광 모듈(100)의 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전환시키기 위한 경로 설정 데이터를 생성하여 게이트웨이 프로세서(600)로 전송한다.
도 2는 도 1에 도시된 클라우드 서버를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 클라우드 서버(700)는 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량을 센싱하는 전력량 산출부(710), 센싱된 발전 전력량 및 고장 진단 서버의 고장 결과에 따라 복수의 태양광 모듈(100) 및 복수의 전력 변환 장치(400)의 고장을 판단하는 고장 판단부(720), 및 복수의 태양광 모듈(100) 및 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나의 모듈(100) 및 장치(400)에 대한 고장이 판단되면, 고장 판단된 적어도 하나의 모듈 및 장치의 주 전송 및 보조 전송 경로는 차단되고, 고장 판단되지 않은 나머지 적어도 하나의 모듈(100) 및 장치(400)의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로가 선택적으로 전환되도록 경로 설정 데이터를 생성하는 출력경로 설정부(750)를 포함한다.
이와 더불어, 클라우드 서버(700)는 게이트웨이 프로세서(600)를 통해 수신되는 발전 제한 신호에 따라 복수의 태양광 모듈(100) 중 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈(100)을 선택하는 제한 발전 설정부(730), 복수의 전력 변환 장치(400) 각각에 대한 인버팅 용량 및 수명 정보에 따라 인버팅 효율성을 판단하는 발전 효율 설정부(740), 및 경로 설정 데이터, 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈에 대한 정보, 복수의 전력 변환 장치 각각의 인버팅 효율 정보, 및 복수의 태양광 모듈 및 복수의 전력 변환 장치의 고장 판단 결과 정보를 저장하고 저장된 데이터 및 정보들을 출력경로 설정부와 공유하는 클라우드 DB(760)를 더 포함한다.
제한 발전 설정부(730)의 경우는 발전 제한 신호를 분석하여 총 발전량 대비 줄여야 하는 발전량을 계산하고, 계산된 발전량에 대응하도록 복수의 태양광 모듈(100) 중 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈(100)을 선택한다. 예를 들어, 제한 발전시 50%로 발전량으로 줄여야 하는 경우에는 전체 태양광 모듈(100) 중 제한 발전시킬 50%의 태양광 모듈(100)을 선택할 수 있다. 이렇게 선택된 결과는 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈에 대한 정보로 출력경로 설정부(750)와 클라우드 DB(760)로 전송한다.
발전 효율 설정부(740)의 경우는 복수의 전력 변환 장치(400) 각각에 대한 인버팅 용량 및 수명 정보에 따라 인버팅 효율성을 판단한다. 각각의 전력 변환 장치(400)는 인버팅 출력 효율이 서로 동일하거나 다를 수 있다. 즉 각각의 전력 변환 장치(400)는 인버팅 출력 효율이 1.5kw, 1.8kw, 2.1kw, 2.3kw, 2.5kw 등으로 상이할 수 있다. 이에, 발전 효율 설정부(740)는 각 전력 변환 장치(400)는 인버팅 효율이 증가 되도록 복수의 전력 변환 장치 각각의 인버팅 효율 정보를 생성할 수 있다.
출력경로 설정부(750)는 고장 판단부(720)에서 적어도 하나의 태양광 모듈(100)이나 전력 변환 장치(400)에 대한 고장이 판단되면, 고장 판단된 태양광 모듈(100)이나 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 및 보조 전송 경로는 차단되고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 태양광 모듈(100)과 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 경로 설정 데이터를 생성한다.
이와 더불어, 출력경로 설정부(750)는 제한 발전 설정부(730)에서 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈에 대한 정보가 생성 및 수신되면, 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 및 보조 전송 경로는 모두 차단되고, 나머지 제한 발전 대상이 아닌 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 경로 설정 데이터를 추가 생성할 수 있다.
또한, 출력경로 설정부(750)는 복수의 전력 변환 장치(400) 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 적어도 하나의 태양광 모듈(100)의 주 전송 경로를 선택적으로 차단하고, 차단된 주 전송 경로의 전력은 보조 전송 경로로 전환되어 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 경로 설정 데이터를 생성할 수도 있다.
이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(700)로부터 선택적으로 생성되어 순차로 각각 입력되는 경로 설정 데이터들에 대응하여 복수의 전환 스위치(200)를 각각 제어함으로써, 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 선택적으로 전환시키게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 게이트웨이 프로세서를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(700)로부터의 경로 설정 데이터를 수신하는 경로 설정 데이터 입력부(610), 외부로부터 수신되는 발전 제한 신호를 클라우드 서버(700)로 전송하는 발전 제한 신호 전송부(620). 경로 설정 데이터에 의해 복수의 태양광 모듈(100) 및 전력 변환 장치(400) 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나, 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 복수의 전환 스위치(200)별로 주 경로 또는 보조 경로 전환을 제어하기 위한 전환 제어 신호를 생성하는 경로 제어부(630)를 포함한다.
이와 더불어, 게이트웨이 프로세서(600)는 전환 제어 신호에 따라 복수의 전환 스위치(200)를 각각 제어하여, 복수의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력의 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 선택적으로 전환시키는 전환 스위칭부(640), 및 전환 제어 신호에 따라 복수의 선택 출력부(300) 각각에서 조합하는 전력량을 제어하여, 복수의 선택 출력부(300) 각각에서 출력하는 전력 출력량을 제어하는 선택 출력 제어부(650)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(700)로부터의 경로 설정 데이터를 기초로, 고장 판단된 태양광 모듈(100)이나 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 및 보조 전송 경로는 차단되고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 태양광 모듈(100)과 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 전환 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 게이트웨이 프로세서(600)는 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈(100)에 대한 정보로 생성된 경로 설정 데이터에 의해서는 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 및 보조 전송 경로는 모두 차단되고, 나머지 제한 발전 대상이 아닌 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 전환 제어 신호를 생성할 수 있다.
그리고 게이트웨이 프로세서(600)는 복수의 전력 변환 장치(400) 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 생성된 경로 설정 데이터에 의해서는 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 적어도 하나의 태양광 모듈(100)의 주 전송 경로를 선택적으로 차단하고, 차단된 주 전송 경로의 전력은 보조 전송 경로로 전환되어 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 전환 제어 신호를 생성할 수 있다.
이에, 복수의 전환 스위치(200) 각각은 게이트웨이 프로세서(600)의 전환 제어 신호에 각각 응답하여 각 태양광 모듈(100)에서 생성된 전력을 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 선택해서 출력하게 된다.
도 4는 적어도 어느 하나의 전력 변환 장치 고장에 따라 전력 전송 경로를 전환하는 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4를 참조하여, 전력 변환 장치 고장에 따라 전력 전송 경로를 전환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
클라우드 서버(700)에서는 고장 판단부(720)를 통해 적어도 하나의 전력 변환 장치(400)에 대한 고장이 판단되면, 고장 판단된 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로 및 보조 전송 경로는 차단되도록 하고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전력이 전송되도록 경로 설정 데이터를 생성한다.
이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 고장 판단된 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로 및 보조 전송 경로는 차단되고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 전력 변환 장치(400)의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 태양광 모듈(100)의 전력이 선택적으로 전환되도록, 복수의 전환 스위치(200) 각각을 제어한다.
이때, 클라우드 서버(700)에서는 전력 변환 장치(400) 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 각각의 전력 변환 장치(400)에서 과부하가 발생되지 않도록 경로 설정 데이터를 생성할 수도 있다. 이때는 과부하 발생이 우려되는 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로나 보조 전송 경로가 선택적으로 차단되고, 차단된 주 전송 또는 보조 경로의 전력은 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 경로 설정 데이터를 생성할 수도 있다.
이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 과부하 발생이 우려되는 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로나 보조 전송 경로가 선택적으로 차단되고, 차단된 주 전송 또는 보조 경로의 전력은 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 전환 제어 신호를 생성하여 복수의 전환 스위치(200) 각각을 제어할 수 있다.
도 5는 적어도 어느 하나의 태양광 모듈 고장이나 전력 인버팅 효율을 감안하여 전력 전송 경로를 전환하는 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하여, 태양광 모듈(100) 고장에 따라 전력 전송 경로를 전환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
클라우드 서버(700)에서는 고장 판단부(720)를 통해 적어도 하나의 태양광 모듈(100)에 대한 고장이 판단되면, 고장 판단된 태양광 모듈(100)은 주 전송 경로 및 보조 전송 경로가 모두 차단되도록 하고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 태양광 모듈(100)의 전력이 보조 전송 경로로 전송되도록 경로 설정 데이터를 생성한다.
이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 고장 판단된 태양광 모듈(100)은 주 전송 경로 및 보조 전송 경로가 모두 차단되도록 하고, 고장 판단되지 않고 정상 동작하는 태양광 모듈(100)의 전력이 보조 전송 경로로 전송되도록, 복수의 전환 스위치(200) 각각을 제어한다.
이때, 클라우드 서버(700)에서는 전력 변환 장치(400) 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 각각의 전력 변환 장치(400)에서 효율이 저하되지 않도록 경로 설정 데이터를 생성할 수도 있다. 이때는 효율 저하가 우려되는 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로가 선택적으로 차단되고, 차단된 태양광 모듈(100)의 보조 경로의 전력은 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 경로 설정 데이터를 생성할 수도 있다.
이에, 게이트웨이 프로세서(600)는 효율 저하가 우려되는 전력 변환 장치(400)와 연결된 주 전송 경로가 선택적으로 차단되고, 차단된 태양광 모듈(100)의 보조 경로의 전력은 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 전환 제어 신호를 생성하여 복수의 전환 스위치(200) 각각을 제어할 수 있다.
이상, 전술한 바와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈(100)들과 전력 변환 장치(400)들 간의 전력 전송 경로를 필요에 따라 용이하게 변환할 수 있도록 함으로써, 고장 발생시 빠르게 전송 경로를 차단하여 사고를 예방할 수 있다.
또한, 고장 발생시 고장 기기 및 고장 위치에 따라 빠르게 전송 경로를 전환시켜, 고장이 발생한 상태에서도 태양광 모듈의 운용 가용성을 높여 발전 효율을 향상시킬 수 있으며, 전력 변환 장치(400)들 각각의 인버팅 효율성을 감안하여, 효율성에 따라 전력 전송 경로를 전환함으로써, 전력 변환 장치(400)들 각각의 인버팅 효율과 발전 전력 생산 효율 또한 더욱 향상시킬 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시 예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시 예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 태양광 모듈
200: 전환 스위치
300: 선택 출력부
400: 전력 변환 장치
500: 외부 센서부
600: 게이트웨이 프로세서
700: 클라우드 서버
800: 고장 진단 서버

Claims (9)

  1. 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈;
    상기 복수의 태양광 모듈에서 수신된 전력을 변환하는 복수의 전력 변환 장치;
    상기 태양광 모듈에서 생성된 전력을 상기 복수의 전력 변환 장치 중 특정 전력 변환 장치에 전달하는 주 전송 경로나 상기 특정 전력 변환 장치와 다른 전력 변환 장치에 전달하는 보조 전송 경로로 선택하여 전송하는 복수의 전환 스위치;
    상기 복수의 전환 스위치를 제어하여 상기 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 전송 경로를 전환시키는 게이트웨이 프로세서; 및
    외부로부터 발전 제한 신호를 수신하고, 상기 발전 제한 신호를 분석하여 총 발전량 대비 줄여야 하는 발전량을 계산하고, 계산된 발전량에 대응하도록 상기 복수의 태양광 모듈 중 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈을 선택하는 클라우드 서버를 포함하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치와 상기 복수의 전력 변환 장치 사이에 구비되어, 적어도 하나의 상기 주 전송 경로 및 상기 보조 전송 경로를 통해 수신된 전력을 조합하여 상기 복수의 전력 변환 장치 중 어느 하나의 전력 변환 장치로 전송하는 복수의 선택 출력부; 및
    상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 복수의 전력 변환 장치의 고장을 진단하는 고장 진단 서버;를 더 포함하고,
    상기 클라우드 서버는, 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 상기 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키거나, 상기 복수의 태양광 모듈 및 전력 변환 장치 중 적어도 하나가 고장으로 판단된 경우, 선택적으로 상기 복수의 태양광 모듈의 전력을 상기 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로로 전환시키기 위한 경로 설정 데이터를 생성하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클라우드 서버는
    상기 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량을 센싱하는 전력량 산출부;
    상기 센싱된 발전 전력량 및 상기 고장 진단 서버의 고장 결과에 따라 상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 복수의 전력 변환 장치의 고장을 판단하는 고장 판단부; 및
    상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 복수의 전력 변환 장치 중 적어도 하나의 모듈 및 장치에 대한 고장이 판단되면, 상기 고장 판단된 적어도 하나의 모듈 및 장치의 주 전송 및 보조 전송 경로는 차단되고, 고장 판단되지 않은 나머지 적어도 하나의 모듈 및 장치의 상기 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 상기 경로 설정 데이터를 생성하는 출력경로 설정부를 포함하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클라우드 서버는
    상기 게이트웨이 프로세서를 통해 수신되는 발전 제한 신호에 따라 상기 복수의 태양광 모듈 중 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈을 선택하는 제한 발전 설정부;
    상기 복수의 전력 변환 장치 각각에 대한 인버팅 용량 및 수명 정보에 따라 인버팅 효율성을 판단하는 발전 효율 설정부; 및
    상기 경로 설정 데이터, 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈에 대한 정보, 상기 복수의 전력 변환 장치 각각의 인버팅 효율 정보, 및 상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 복수의 전력 변환 장치의 고장 판단 결과 정보를 저장하고 상기 저장된 데이터 및 정보들을 상기 출력경로 설정부와 공유하는 클라우드 DB를 더 포함하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력경로 설정부는
    상기 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈에 대한 정보에 따라 상기 제한 발전시킬 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 및 보조 전송 경로는 차단되고, 나머지 제한 발전 대상이 아닌 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 경로 또는 보조 전송 경로는 선택적으로 전환되도록 상기 경로 설정 데이터를 생성하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력경로 설정부는
    상기 복수의 전력 변환 장치 각각의 인버팅 효율 정보에 따라 적어도 하나의 태양광 모듈의 주 전송 경로를 선택적으로 차단하고, 상기 차단된 주 전송 경로의 전력은 보조 전송 경로로 전환되어 다른 전력 변환 장치로 전송되도록 상기 경로 설정 데이터를 생성하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트웨이 프로세서는
    상기 복수의 태양광 모듈 및 전력 변환 장치 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나 상기 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 상기 클라우드 서버로부터의 경로 설정 데이터를 기초로 상기 복수의 전환 스위치를 선택적으로 제어하여 상기 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 전송 결로를 상기 주 전송 경로나 보조 전송 경로로 전환시키는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트웨이 프로세서는
    상기 클라우드 서버로부터의 상기 경로 설정 데이터를 수신하는 경로 설정 데이터 입력부;
    외부로부터 수신되는 발전 제한 신호를 상기 클라우드 서버로 전송하는 발전 제한 신호 전송부;
    상기 경로 설정 데이터에 의해 상기 복수의 태양광 모듈 및 전력 변환 장치 중 적어도 하나가 고장으로 판단되거나 상기 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 상기 복수의 전환 스위치별로 주 경로 또는 보조 경로 전환을 제어하기 위한 전환 제어 신호를 생성하는 경로 제어부를 포함하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 게이트웨이 프로세서는
    상기 전환 제어 신호에 따라 상기 복수의 전환 스위치를 각각 제어하여, 상기 복수의 태양광 모듈에서 생성된 전력의 주 전송 경로나 보조 전송 경로를 선택적으로 전환시키는 전환 스위칭부; 및
    상기 전환 제어 신호에 따라 상기 복수의 선택 출력부 각각에서 조합하는 전력량을 제어하여 상기 복수의 선택 출력부 각각에서 출력하는 전력 출력량을 제어하는 선택 출력 제어부를 더 포함하는
    전력 전송 경로 제어가 가능한 태양광 발전 시스템.
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