KR20190100800A - 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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KR20190100800A KR1020180020796A KR20180020796A KR20190100800A KR 20190100800 A KR20190100800 A KR 20190100800A KR 1020180020796 A KR1020180020796 A KR 1020180020796A KR 20180020796 A KR20180020796 A KR 20180020796A KR 20190100800 A KR20190100800 A KR 20190100800A
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Abstract

계통으로 전기 에너지를 출력하는 태양광 발전 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는, 전기 에너지를 저장 또는 출력하는 배터리 에너지 저장 시스템, 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 동작을 제어하는 충전 제어부, 기상 정보 제공 기관으로부터 기상 예보 정보를 획득하고, 기상 예보 정보에 따라 제1 기간 동안의 태양광 발전량을 예측하고, 예측된 태양광 발전량과 계통으로 출력되는 전기 에너지량에 기초하여 제1 기간 동안 상기 배터리 에너지 저장 시스템에서 보상하여야 하는 전기 에너지량을 계산하여 충전 제어부 동작을 스케줄링하는 시스템 제어부 및 기상 관측 정보를 획득하는 기상 관측 장치를 포함한다.

Description

태양광 발전 시스템{a Photovoltaic system}
본 발명은 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 기상 관측 정보를 고려하여 전기 에너지 출력 보상을 실시간으로 수행하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
석유 등 화석에너지의 고갈과 환경오염에 대한 우려로 인하여 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전인 태양광발전이 각광받고 있다. 태양광발전은 무한정, 무공해의 태양광 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다는 장점이 있다.
태양광 에너지 발전 방식에는 독립형 방식과 계통 연계형 방식이 있다. 계통 연계형 방식은 태양광발전 장치를 기존의 전력 계통에 연결하여 사용한다. 태양광발전 시스템으로부터 낮에 전기가 발생하면 송전하고 밤이나 우천시에는 계통으로부터 전기를 공급받는다. 계통 연계형 태양광발전 시스템을 효율적으로 사용하기 위해서 경부하시에는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 유휴전력을 저장하고, 과부하시에는 태양광 발전 전력뿐만 아니라 배터리 에너지 저장 시스템을 방전하여 전력을 계통에 공급하는 형태의 태양광 발전시스템이 도입되었다.
에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS)는 전력계통으로부터 공급되는 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 전력 계통으로 공급하는 장치이다. 이에 따라, 에너지 저장 장치는 발전 장치의 발전량에 배터리의 저장된 전력을 더하여, 일정한 전력을 전력계통으로 출력하기 위해 운용된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 계통으로 출력되는 전기 에너지량을 안정화하기 위해 실시간으로 변화하는 기상 상황에 대응할 수 있는 태양광 발전 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는, 전기 에너지를 저장 또는 출력하는 배터리 에너지 저장 시스템, 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 동작을 제어하는 충전 제어부, 기상 정보 제공 기관으로부터 기상 예보 정보를 획득하고, 기상 예보 정보에 따라 제1 기간 동안의 태양광 발전량을 예측하고, 예측된 태양광 발전량과 계통으로 출력되는 전기 에너지량에 기초하여 제1 기간 동안 상기 배터리 에너지 저장 시스템에서 보상하여야 하는 전기 에너지량을 계산하여 충전 제어부 동작을 스케줄링하는 시스템 제어부 및 기상 관측 정보를 획득하는 기상 관측 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 기상 예보 정보를 통해 1일 24시간 예측을 실시하여 전력계통의 발전원들의 운전계획을 수립하고 천구관측기와 실시간 기상정보측정기를 통하여 태양광발전의 초단기예측을 할 수 있다. 이는 전력계통에서의 운전계획의 오차를 최소화하고 실시간 보정을 통해 전력계통의 안정성을 확보할 수 있다. 태양광의 용량이 작은 경우 에너지저장장치를 직렬로 연결하여 그 출력을 완전하게 제어할 수 있고, 에너지저장장치 내에 전기적 신호를 이용하여 출력을 제어하면 매우 빠른 속도로 출력을 보상할 수 있다.
도 1은 태양 발전과 에너지 저장장치의 출력안정화에 대한 개념을 나타낸다.
도 2는 종래 기술의 문제점을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 4는 천구 관측기 및 실시간 기상 정보 수집기로부터 획득한 정보에 따라 태양광 출력 보정량을 예측하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 과정을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 태양 발전과 에너지 저장장치의 출력안정화에 대한 개념을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 태양광 발전과 에너지 저장장치의 동작은 서로 보완적인 관계이다. 다시 말해서, 태양광 발전량이 많은 경우, 에너지 저장장치에서 출력되는 에너지 양이 줄어들며, 반대로 태양광 발전량이 적은 경우 에너지 저장장치에서 출력되는 에너지 양이 증가하여 전체적으로 출력되어 계통으로 입력되는 에너지의 양이 일정하게 유지되는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 태양 발전을 포함하는 신재생 에너지(Renewable energy, RE)의 생산량이 증가하는 경우 그에 대응하여 에너지 저장장치에서 출력되는 에너지가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반대로, 신재생 에너지의 생산량이 감소하는 경우 그에 대응하여 에너지 저장장치에서 출력되는 에너지가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로 에너지 저장장치의 제어 시스템은 신재생 에너지원의 출력을 측정하여 변화율을 계산하고, 그 변화율을 줄이는 방향으로 에너지 저장장치에 출력 제어 명령을 송신하는 것을 반복하여 계통에 공급되는 전력을 안정화한다.
도 2는 종래 기술의 문제점을 나타내는 그래프이다.
도 2의 실선은 기존의 예측 기법에 따라 예측된 하루 동안의 신재생 발전량이고, 파선은 실체 신재생 발전 장치로부터 출력되는 출력량을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예측 기법에 따라 예측되는 하루 동안의 발전량은 예측에 불과한바 상대적으로 러프하게 예측될 수 밖에 없다. 이러한 예측량에 근거하여 에너지 저장장치의 제어부는 하루동안의 전체적인 에너지 출력량을 스케줄링할 수 있다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 실제로 신재생 에너지의 출력은 시간에 따라 급격하게 변화하는 것을 확인할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 태양광 발전의 경우 구름에 의해 태양광이 차단되는 경우 발전량이 급격하게 감소한다. 구름이 지나가면 다시 발전량을 회복하나, 도 2의 파선과 같이 기상상황에 따라 급격하게 발전량이 변동하는 것이 일반적이다. 그리고 발전량의 급격한 발전은 결과적으로 전체 출력량의 안정화를 저해는 요인이 된다.
종래에는 계통으로의 출력을 안정화하기 위해 시스템 제어부가 먼저 태양광 발전의 출력을 측정 한 후 그 변화율을 계산하였다. 그리고, 변화율이 계산되면, 에너지 저장장치의 출력을 시스템 제어부가 결정하는 방식이었다. 하지만, 이러한 방식의 경우 시스템 제어부가 신재생 에너지의 출력을 측정한 후, 에너지저장장치의 출력을 결정하는 것은 이미 전체 출력이 변동되고 난 후 보상을 하는 것으로 최초 의도하였던 출력 안정화에 한계가 있을 수 밖에 없다.
다시 말해서, 신재생 에너지의 출력 변화를 감지하고 난 뒤 에너지 저장장치의 출력을 제어하는 것으로 신재생 에너지의 출력변화가 있는 때로부터 에너지 저장장치에서 에너지가 출력되기까지의 기간동안 출력 안정화를 꾀하기 어렵다는 문제가 있다.
상술한 문제점을 극복하기 위해 신재생 에너지 발전량에 대한 데이터 취득 주기 및 제어 주기를 최대한 짧게 설정하여 출력 안정화까지 소요되는 시간을 최소화하는 방법을 사용할 수도 있으나, 결과적으로 에너지저장장치를 통한 보상이 전체 출력 변동 후라는 점에서 차이가 없다.
또한, 신재생 에너지의 발전 모듈에 일사량 센서와 같이 발전량을 예측할 수 있는 부가적인 센서를 설치하고, 이에 따라 예측된 발전량에 따라 에너지저장장치의 출력을 제어하는 방법도 있다. 그러나, 이러한 방법의 경우 일사량 센서가 표현할 수 있는 정보의 한계가 있어 정확한 발전량 예측이 어려울 수 있다. 또한, 구름과 같이 발전량에 영향을 주는 요인이 어느 방향에서 접근할지 알 수 없는 것으로 일사량 센서를 비교적 넓은 지역에 설치해야하는 문제가 있으며, 또한, 일사량 센서의 양이 많아질수록 통신 모듈의 설치 비용 또한 증가하는 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 태양전지 어레이(101), 인버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115)를 포함한다.
태양전지 어레이(101)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다.
인버터(103)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 태양전지 어레이(101)가 공급한 직류 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(111)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다.
교류 필터(105)는 교류 전력으로 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다.
교류/교류 컨버터(107)는 교류 전력을 계통에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)에 공급한다.
계통(109)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통이 과부하인 경우, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)으로부터 전력을 공급받아 계통에 전력을 전달한다. 계통이 경부하인 경우, 충전 제어부(111)는 태양전지 어레이(101)로부터 전력을 공급 받아 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전달한다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다. 구체적으로 계통(109)이 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통(109)이 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 충전된 전력을 방전하여 계통(109)에 전력을 공급한다. 계통의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가진다. 따라서 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전력을 계통(109)의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 사용하여 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 계통(109)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)와 인버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 태양광 발전 장치가 설치된 위치를 기준으로 기상을 관측하는 기상 관측 장치(118)을 더 포함할 수 있다. 여기에서 기상 관측 장치(118)은 천구관측기(116) 또는 실시간 기상 측정기(117) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
천구 관측기(116) 또는 실시간 기상 측정기(116) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 시스템 제어부(115)는 천구 관측기(116), 실시간 기상 측정기(117, AWS), 또는 기상 정보 제공 업체로부터 기상 정보를 획득하고 이에 기초하여 태양광 발전 장치를 운용할 수 있다.
천구 관측기(116)은 볼록렌즈를 포함하는 관측 장치로 현재 기상의 상태를 360도로 실시간 촬영이 가능한 장치이다. 천구 관측기(116)은 사용자가 설정한 값에 의해 실시간으로 천구의 영상정보 수집이 가능하며, 이를 2D 모델링하여 획득한 영상정보를 특정 파일 포맷으로 수집할 수 있다. 천구 관측기(116)는 현재 태양광 발전 장치가 위치한 곳을 기준으로 태양의 위치 또는 구름의 위치 및 분포에 관한 영상정보를 획득할 수 있다.
실시간 기상 정보 수집기(117)은 태양광 발전 장치가 있는 곳의 현재 풍향 또는 풍속에 관한 측정 정보를 수집한다. 구체적으로 실시간 기상 정보 수집기(117)는 풍향계 및 풍속계를 포함할 수 있으며, 일사량 또는 온도 센서를 더 포함할 수도 있다.
관측 지점인 태양광 발전 장치가 존재하는 지점을 기준으로 태양의 위치 및 구름의 위치에 따라 태양광 입사각과 입사되는 태양 에너지가 결정된다. 따라서, 시스템 제어부(115)는 천구 관측기(116)로부터 획득한 태양의 위치 및 구름의 위치에 실시간 기상 정보 수집기(117)로부터 획득한 풍향 및 풍속 정보를 더하여 시간에 따라 구름 이동 경로를 예측하고 그에 따른 태양 에너지를 예측한다.
더하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 저장부는 저장 매체 또는 데이터 베이스를 의미할 수 있다. 저장부는 태양광 발전에 관한 과거의 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부는 시기별 태양광 발전량, 일사량에 따른 태양광 발전량, 또는 태양광 입사각에 따른 태양광 발전량과 같은 특정 조건에서의 태양광 발전량을 데이터베이스화하고 이를 저장할 수 있다.
일 실시 예에서 시스템 제어부(115)는 획득한 기상 예보 정보와 저장부에 저장된 태양광 발전 데이터를 비교하여 기상 예보 정보에 대응하는 태양광 발전량을 예측할 수 있다. 또한, 시스템 제어부는 태양광의 입사각에 따른 태양광 발전량을 저장부의 태양광 발전 데이터에 기초하여 예측할 수 있다. 또한, 시스템 제어부는 태양광이 구름에 의해 가려지는 정도에 따라 변화하는 태양광 발전량을 저장부의 태양광 발전 데이터에 기초하여 예측할 수도 있다.
도 4는 천구 관측기 및 실시간 기상 정보 수집기로부터 획득한 정보에 따라 태양광 출력 보상양을 예측하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시스템 제어부(115)는 천구 관측기(116)로부터 태양광 발전 장치(100)를 기준으로 하여 태양의 위치 및 구름의 위치 판단을 위한 정보를 획득한다.
도 4를 예를 들면, 시스템 제어부(115)는 제1 시간의 구름의 위치(t0) 및 태양의 위치(w0)를 알 수 있다. 그리고 시스템 제어부(115)는 실시간 기상 정부 수집기(117)로부터 획득한 바람의 방향 및 속도 정보에 따라 구름의 이동 경로 및 이동 속도를 예측한다. 태양의 경로는 고정적인 것으로, 시스템 제어부(115)는 별도의 추가적인 정보 없이도 시간에 따른 태양의 위치 변화를 알 수 있다.
따라서, 시스템 제어부(115)는 제2 시간(제1 시간으로부터 일정 시간이 지난 뒤)에 구름이 t1위치에 있고, 태양이 w1에 위치할 것으로 예상할 수 있으며, 결과적으로 이때의 태양광 발전 장치로부터 태양의 위치 및 태양광 입사량을 계산할 수 있다. 또한, 마찬가지로 시스템 제어부(115)는 제3 시간(제2 시간으로부터 일정 시간이 지난 뒤)에 구름이 t2위치에 있고, 태양이 w2에 위치할 것으로 예상할 수 있으며, 마찬가지로 태양광 입사량을 계산할 수 있다.
결과적으로, 시스템 제어부(115)는 시간에 따른 태양의 위치 및 구름의 위치를 미리 예측함으로써 태양광 발전량의 변동을 미리 예측할 수 있고, 그에 따라 에너지 저장장치의 출력을 제어하여 전체 출력량의 급격한 변동을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 과정을 나타내는 흐름도이다.
태양광 발전장치의 시스템 제어부는 기상 정보 제공 업체로부터 기상 예측 정보를 획득한다(S101). 이때 기상 정보 제공 업체는 예를 들어 기상청일 수 있으며, 기상 예측 정보는 예를 들어 내일의 날씨, 온도, 풍향, 풍속, 일출/일몰 시간과 같은 정보일 수 있다.
시스템 제어부는 획득한 기상 예측 정보에 기초하여 다음날 1일의 태양광 발전량을 예측한다(S103). 여기에서 1일이라는 기간은 일 예로서, 시스템 제어부는 더 1일 보다 더 긴 기간 또는 더 짧은 기간의 태양광 발전량을 예측할 수도 있다.
태양광 발전량은 일반적으로 일정한 패턴을 보이며, 이러한 패턴은 예측되는 온도 및 일출/일몰 시간 정보를 포함하는 기상 정보로부터 예측될 수 있다. 따라서, 시스템 제어부는 기상 정보에 기초하여 다음날 1일의 태양광 발전량을 예측하고, 그에 따라 태양광 발전량을 보상하기 위한 에너지 저장 시스템의 충전 제어부 제어 명령을 스케줄링한다.
일반적으로 태양광발전 예측시스템은 아래의 수학식 1에 따라 월별 발전량(EM)을 계산한다.
Figure pat00001
여기에서 EY는 연간 총 발전량, IY는 연강 총 일사량, IM은 월평균 일사량을 의미한다. 시스템 제어부는 획득한 기상 정보에 기초하여 1일 1시간 단위의 일사량 또는 운량 정보를 수집하고 이를 발전 모델과 결합하여 다음날 1일의 기상을 예측한다. 이렇게 예측된 기상정보는 다음날 1일 태양광 발전량 예측 및 태양광 발전 장치의 스케줄링에 사용될 수 있다.
시스템 제어부는 천구 관측기 및 실시간 기상 정보 수집기로부터 관측 정보를 획득한다(S105). 앞서 S103 단계에서 예측된 1일 발전량은 대략적인 스케줄링을 위한 정보로서, 실시간으로 변화하는 기상상황에 대응되는 것이 아니다. 따라서, 시스템 제어부는 실시간으로 변화하는 태양광 발전에 큰 영향을 주는 기상상황을 미리 예측하기 위해 천구 관측기 및 실시간 기상 정보 수집기로부터 관측 정보를 획득한다. 여기에서 획득되는 정보는 태양광 발전 장치의 위치를 기준으로 하는 태양의 위치, 구름의 위치 및 분포, 그리고 풍속, 풍향에 관한 정보일 수 있다.
시스템 제어부는 관측 정보에 기초하여 실시간 보상 에너지량을 계산한다(S107). 시스템 제어부는 관측 정보에 기초하여 태양의 위치 및 구름의 위치를 예상할 수 있으며, 결과적으로 태양의 위치에 의한 입사각 및 구름의 위치에 의한 입사량을 고려하여 1일보다 상당히 짧은 기간 동안의 태양광 발전량의 변화를 예측하고, 그에 따른 실시간 출력 보정량을 계산할 수 있다.
예를 들어, 30분 뒤 100kw의 에너지를 계통으로 출력해야하며, 기상 정보에 기초한 1일 태양광 발전량에 따르면 30분뒤 70kw의 에너지가 발전되는 것으로 스케줄링되었다고 가정한다. 이 경우, 나머지 에너지 저장장치에서는 30분뒤 30kw의 에너지만을 출력하면된다. 그러나, 관측 정보에 따라 30분뒤 태양광 발전량이 20kw로 변동하는 것이 예측되는 경우, 시스템 제어부는 에너지 저장장치에서의 출력 보상량을 30kw에서 80kw로 변경하도록 미리 스케줄링할 수 있다.
시스템 제어부는 계산된 보상 에너지량에 따라 충전 제어부를 제어한다(S109). 앞서 설명한바와 같이, 일정 기간 동안의 출력 보정량을 미리 예측하고, 이에 따라 에너지 저장장치가 재 스케줄링될 수 있다. 그리고 시스템 제어부는 다시 설정된 스케줄링에 따라 배터리 에너지 저장 시스템으로부터의 보상 에너지량을 제어한다. 구체적인 실시 예에서, 시스템 제어부는 변경된 제어 명령을 충전 제어부에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 기상 예보 정보를 통해 1일 24시간 예측을 실시하여 전력계통의 발전원들의 운전계획을 수립하고 천구관측기와 실시간 기상정보측정기를 통하여 태양광발전의 초단기예측을 할 수 있다. 이는 전력계통에서의 운전계획의 오차를 최소화하고 실시간 보정을 통해 전력계통의 안정성을 확보할 수 있다. 태양광의 용량이 작은 경우 에너지저장장치를 직렬로 연결하여 그 출력을 완전하게 제어할 수 있고, 에너지저장장치 내에 전기적 신호를 이용하여 출력을 제어하면 매우 빠른 속도로 출력을 보상할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 태양광 발전 장치에 있어서,
    전기 에너지를 저장 또는 출력하는 배터리 에너지 저장 시스템;
    상기 배터리 에너지 저장 시스템의 동작을 제어하는 충전 제어부;
    기상 정보 제공 기관으로부터 기상 예보 정보를 획득하고, 기상 예보 정보에 따라 제1 기간 동안의 태양광 발전량을 예측하고, 예측된 태양광 발전량과 계통으로 출력되는 전기 에너지량에 기초하여 제1 기간 동안 상기 배터리 에너지 저장 시스템에서 보상하여야 하는 전기 에너지량을 계산하여 충전 제어부 동작을 스케줄링하는 시스템 제어부; 및
    기상 관측 정보를 획득하는 기상 관측 장치를 포함하고,
    상기 시스템 제어부는 기상 관측 정보에 기초하여 상기 제1 기간보다 짧은 제2 기간의 보상 전기 에너지량을 계산하여 제2 기간의 충전 제어부 동작을 재 스케줄링하는
    태양광 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기상 관측 장치는 상기 태양광 발전 장치를 기준으로 하는 천구를 관측하는 천구 관측기 또는 상기 태양광 발전 장치가 설치된 장소의 실시가 기상 정보를 측정하는 실시간 기상 측정기 중 적어도 하나를 포함하는
    태양광 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 천구 관측기는 상기 태양광 발전 장치를 기준으로 하는 천구에서 태양의 위치 및 구름의 위치를 관측하여, 관측 결과를 이미지화하고,
    상기 실시간 기상 측정기는 풍향 및 풍속 정보를 측정하고,
    상기 시스템 제어부는 상기 천구 관측기로부터 획득한 태양의 위치 및 구름 위치 정보와 상기 실시간 기상 측정기로부터 획득한 풍향 및 풍속 정보를 종합하여 태양의 이동 및 구름의 이동을 예측하여 변화하는 태양광 발전량을 예측하고, 예측된 태양광 발전량에 기초하여 상기 제2 기간의 보상 전기 에너지량을 계산하여 제2 기간의 충전 제어부 동작을 재 스케줄링하는
    태양광 발전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 천구 관측기는 태양광 발전 장치를 기준으로 하는 천구의 실시간 영상정보를 수집하고, 수집한 영상 정보를 2D 모델링하고, 2D 모델링된 영상 정보를 특정 파일 포맷으로 수집하여 상기 시스템 제어부에 전달하는
    태양광 발전 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 실시간 기상 정보 수집기는 풍향계 및 풍속계를 포함하는
    태양광 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    발전 시기, 일사량에 또는 태양광 입사각에 중 적어도 하나에 따른 태양광 발전량을 데이터베이스화해 저장하는 저장부는 더 포함하는
    태양광 발전 장치.
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Cited By (6)

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