WO2019143068A1 - 태양광발전 장치 - Google Patents

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WO2019143068A1
WO2019143068A1 PCT/KR2019/000427 KR2019000427W WO2019143068A1 WO 2019143068 A1 WO2019143068 A1 WO 2019143068A1 KR 2019000427 W KR2019000427 W KR 2019000427W WO 2019143068 A1 WO2019143068 A1 WO 2019143068A1
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margin
power generation
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generation amount
storage system
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PCT/KR2019/000427
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손상기
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엘에스산전 주식회사
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic device for generating electricity using solar energy.
  • the stand-alone method uses a photovoltaic device connected to an independent load that is not connected to the grid.
  • the grid-connected method uses solar power generator connected to existing power system.
  • the solar power generated from 10:00 am to 16:00 pm is used as electricity consumed in operating the solar power plant and stored in the battery energy storage system.
  • the photovoltaic power generation apparatus charges the battery energy storage system using only a part of the power generation amount generated from the photovoltaic cell array.
  • the photovoltaic power generation device utilizes the electric power provided from the system to charge the battery energy storage system using a power generation amount with a certain level of margin so as not to charge the battery energy storage system.
  • An object of the present invention is to provide a solar power generator capable of efficiently charging a battery energy storage system using a margin that varies according to a change in the amount of power generated by the solar cell array.
  • An object of the present invention is to provide a solar power generator capable of managing a battery energy storage system with a fixed margin or a fluctuation margin according to the amount of power generated by the solar cell array.
  • a solar photovoltaic device includes a battery energy storage system for charging electric energy supplied from the solar cell array and discharging the charged electric energy to the system, And a processor for calculating a variation margin based on the power generation amount and the variation margin.
  • the processor calculates the fluctuation margin using the difference between the first power generation amount measured at the first time point and the second power generation amount measured at the second time point, and calculates the remaining power generation amount excluding the fluctuation margin from the power generation amount output from the solar cell array Can be detected as the fluctuating margin charge amount.
  • the battery energy storage system is charged based on the fluctuating margin charge amount.
  • the processor can detect the power generation amount output from the solar cell array as the variable margin power when the difference between the first power generation amount and the second power generation amount is zero.
  • the interval between the first point of time and the second point of time may be one cycle.
  • the photovoltaic device further includes a charge controller for controlling charging and discharging of the battery energy storage system, wherein the processor is operable to control the charge controller to supply the detected variable margin charge to the battery energy storage system have.
  • the processor is driven by a fluctuation margin algorithm that calculates the fluctuation margin when the power generation amount is present and detects a fluctuating margin charge amount based on the fluctuation margin, and can drive the fixed margin algorithm when the power generation amount does not exist.
  • the fixed margin algorithm is an algorithm for providing the battery energy storage system with the remaining power generation amount excluding the predetermined fixed margin from the power generation amount.
  • the amount of power output from the solar cell array can be efficiently stored in the battery energy storage system, thereby maximizing the operating profit of the battery energy storage system.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration of a photovoltaic generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation method of the photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for comparing the variation margin charging amount obtained according to an embodiment of the present invention with the fixed margin charging amount.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the amount of charge according to the amount of generated electricity when the margin is fixed and the margin is changed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation method of a photovoltaic device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a photovoltaic generator according to an embodiment of the present invention.
  • the photovoltaic device 100 includes a solar cell array 101, an inverter 103, an AC filter 105, an AC / AC converter 107, a system 109, 111, a battery energy storage system 113, a processor 115, a load 117, a sensing unit 119, and a data logger 130.
  • the inverter 103 inverts the DC power to the AC power.
  • the DC power supplied from the solar cell array 101 or the DC power discharged from the battery energy storage system 113 is supplied through the charge control unit 111 and inverted into AC power.
  • the AC filter 105 filters the noise of the power inverted by the AC power.
  • the AC / AC converter 107 converts the magnitude of the voltage of the filtered AC power so that the AC power can be supplied to the system 109 and the load 117 to supply power to the system 109 and the load 117 do.
  • the system 109 is a system in which many power plants, substations, transmission / distribution lines, and loads are integrated to generate and utilize electric power.
  • the charge control unit 111 controls charging and discharging of the battery energy storage system 113.
  • the battery energy storage system 113 receives and charges electric energy from the solar cell array 101 and discharges the charged electric energy according to the power supply situation of the system 109 or the load 117.
  • the processor 115 controls the operations of the charge control section 111 and the inverter 103, the AC filter 105, and the AC / AC converter 107.
  • the charging control unit 111 is described as a separate configuration, but this is merely an example, and the configuration of the charging control unit 111 may be included in the processor 115.
  • the processor 151 can drive either a fixed margin algorithm or a variable margin algorithm based on the amount of power generated by the solar cell array 101.
  • the fixed margin algorithm may be an algorithm that supplies the remaining energy generation to the battery energy storage system 113 except for a fixed margin in power generation.
  • the fluctuation margin algorithm may be an algorithm for supplying the battery energy storage system 113 with remaining power generation amounts other than the margins changed in accordance with the change of the power generation amount.
  • the load 117 consumes electric energy to be consumed.
  • the sensing unit 119 senses at least one of a state of the solar power generation apparatus 100 and a state of a surrounding environment of the solar power generation apparatus 100.
  • the sensing unit 119 may sense the state of the solar cell generator 100.
  • the state of the photovoltaic device 100 may include at least one of the voltage of the power produced by the photovoltaic device 100 and the temperature in the photovoltaic device 100.
  • the sensing unit 119 can sense the state of the environment around the solar cell generator 100.
  • the state of the surrounding environment of the solar power generation apparatus 100 may include at least one of the solar radiation amount where the solar power generation apparatus 100 is located and the temperature at which the solar power generation apparatus 100 is located.
  • the sensing unit 119 may include a plurality of sensors.
  • the sensing unit 119 may include at least one of a solar radiation sensor, a temperature sensor, and a voltage sensor.
  • the data logger 130 receives the status information from the sensing unit 119 and transmits the status information to the external management server 150.
  • the manager of the solar power generation apparatus 100 can check the abnormality of the solar power generation apparatus 100 and the power generation status through the status information transmitted to the management server 150.
  • the manager of the photovoltaic device 100 may suspect the failure of the photovoltaic device 100 when the amount of generated electricity is smaller than the amount of solar radiation.
  • the manager of the photovoltaic apparatus 100 can check the photovoltaic apparatus 100.
  • the manager of the PV system 100 may determine the replacement cycle of the required configuration for the PV system 100 .
  • the manager of the solar power generation apparatus 100 determines that the temperature of the solar power generation apparatus 100 is excessively high or the temperature around the solar power generation apparatus 100 is excessively high, Can be stopped for a predetermined period of time.
  • An algorithm for providing power to the battery energy storage system 113 with a margin on the power generation amount of the solar cell array 110 may include a fixed margin algorithm and a variation margin algorithm.
  • the processor 115 of the photovoltaic apparatus 100 acquires the amount of power supplied from the solar cell array 101 (S201).
  • the processor 115 may include a configuration of a measurement unit (not shown) for measuring the amount of power generation of the solar cell array 101. [ However, this is merely an example, and the measuring unit may be provided in a different configuration.
  • the processor 115 may obtain a difference between the first power generation amount measured at the first time point and the power generation amount measured at the second time point as a variation amount.
  • the first point of time may be before the second point of time.
  • the interval between the first and second time points may form one cycle.
  • variable margin charge amount can represent the obtained charge amount in consideration of the fluctuation margin.
  • the fluctuation margin may be a value calculated by increasing or decreasing the amount of change of the power generation amount measured at regular intervals.
  • the processor 115 controls the charge control unit 111 to supply the detected fluctuation margin charge amount to the battery energy storage system 113 (S207).
  • FIG. 3 is a view for explaining a point of time of measurement of a power generation amount according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram for comparing a variation margin charging amount obtained according to an embodiment of the present invention with a fixed margin charging amount.
  • the power generation amount can be measured at intervals of 1 second.
  • the performance improvement of the processor 115 it is possible to measure the power generation amount at intervals of 0.2 seconds or 0.4 seconds.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the amount of charge according to the amount of generated electricity when the margin is fixed and the margin is changed according to an embodiment of the present invention.
  • the second waveform 620 closely follows the change of the power generation amount as compared with the first waveform 610.
  • the processor 115 may selectively drive either the fixed margin algorithm or the variable margin algorithm according to the amount of power generated by the solar cell array 101.
  • the solar array 101 can not absorb solar energy because the weather is poor.
  • the processor 115 may drive a fixed margin algorithm instead of a variable margin algorithm.
  • the margin is set so as to follow the power generation amount and generate the maximum profit, but the change of the power generation amount must be continuously checked, so that the load for data processing may increase.
  • the processor 115 can drive the fixed margin algorithm instead of the fluctuation margin algorithm.
  • the fixed margin algorithm since only the remainder obtained by subtracting the fixed margin from the generated amount is always obtained as the charged amount, the load on the speed of the data processing may be less.
  • the processor 115 may drive the fixed margin algorithm, based on the received weather information, via the management server 150.
  • the processor 115 may receive weather information through the management server 150, and may drive the fixed margin algorithm instead of the fluctuation margin algorithm when the weather information is in a rainy or insufficient amount of solar radiation .
  • the processor 115 may selectively drive the margin algorithm based on the sensing information sensed by the sensing unit 119. [ For example, if the amount of solar radiation detected through the irradiation amount sensor included in the sensing unit 119 does not exist for a predetermined period of time, the fixed margin algorithm can be driven.
  • the processor 115 can drive the fluctuation margin algorithm instead of the fixed margin algorithm when the power generation amount increases while the power generation amount is zero. This is because it is effective to drive the fluctuation margin algorithm when the power generation amount changes.

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 상기 태양전지 어레이로부터 공급받은 전기 에너지를 충전하고, 충전된 전기 에너지를 계통에 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템, 및 상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량의 변화량에 기초하여 변동 마진을 계산하고, 상기 발전량과 상기 변동 마진에 기초하여 변동 마진 충전량을 검출하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

태양광발전 장치
본 발명은 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 태양광 발전 장치에 관한 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.
독립형 방식은 태양광발전 장치를 계통에 연결되지 않은 독립된 부하에 연결하여 사용한다.
계통 연계형 방식은 태양광발전 장치를 기존의 전력 계통에 연결하여 사용한다.
태양광 발전 장치로부터 낮에 전기가 발생하면 송전하고 밤이나 우천시에는 계통으로부터 전기를 공급받는다. 계통 연계형 태양광 발전 장치를 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 발전 장치가 도입되었다.
현재, 정부의 시책에 따르면, 오전 10시부터 오후 16시까지 발전된 태양광 전력은 태양광 발전소를 운영하는데 소모되는 전력 및 배터리 에너지 저장 시스템에 저장되어 판매하는 전력으로 사용되고 있다.
태양광 전력을 통해 최대의 수익을 내기 위해서는 오전 10시부터 오후 16시까지 발전되는 발전량을 손실 없이, 배터리 에너지 저장 시스템에 저장하는 것이 중요하다.
이를 위해, 태양광 발전 장치는 태양광 전지 어레이로부터 발전된 발전량에서 발전량의 일부만을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 충전시킨다.
계통으로부터 제공된 전력을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 충전하는 경우, 추후, 계통으로부터 제공된 전력만큼, 배터리 에너지 저장 시스템에 저장된 값비싼 전력을 계통에 방전해야 하므로, 효율적인 운용이 어려워지기 때문이다.
즉, 태양광 발전 장치는 계통으로부터 제공된 전력을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 충전하지 않기 위해, 일정 수준의 마진을 두고, 발전량을 활용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 충전시킨다.
그러나, 종래에는 일정 수준의 마진이 발전량에 따라 고정되어 있어, 태양광전지 어레이의 발전량이 변화에 따라 능동적으로 대응하지 못하는 문제가 있었다.
예를 들어, 태양광 전지 어레이의 발전량의 변화가 없음에도 불구하고, 고정된 마진을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 충전하는 경우, 충전량이 적어져, 효율적인 운용이 불가능한 문제가 있었다.
본 발명은 태양전지 어레이의 발전량의 변화에 따라 변동된 마진을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템을 효율적으로 충전시킬 수 있는 태양광 발전 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 태양전지 어레이의 발전량에 따라 고정 마진 또는 변동 마진을 두어, 배터리 에너지 저장 시스템을 관리할 수 있는 태양광 발전 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 장치는 상기 태양전지 어레이로부터 공급받은 전기 에너지를 충전하고, 충전된 전기 에너지를 계통에 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템, 및 상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량의 변화량에 기초하여 변동 마진을 계산하고, 상기 발전량과 상기 변동 마진에 기초하여 변동 마진 충전량을 검출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 제1 시점에서 측정된 제1 발전량과 제2 시점에서 측정된 제2 발전량의 차이를 이용하여 상기 변동 마진을 계산하고, 상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량에서 상기 변동 마진을 제외한 나머지 발전량을 상기 변동 마진 충전량으로 검출할 수 있다. 여기서, 상기 배터리 에너지 저장 시스템은 상기 변동 마진 충전량에 기초하여 충전된다.
상기 프로세서는 상기 제1 발전량과 상기 제2 발전량의 차이가 0인 경우, 상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량을 상기 변동 마진 충전량으로 검출할 수 있다.
상기 제1 시점 및 상기 제2 시점 간의 간격은 한 주기를 이룰 수 있다.
상기 태양광 발전 장치는 상기 배터리 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 검출된 변동 마진 충전량을 상기 배터리 에너지 저장 시스템에 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 발전량이 존재하는 경우 상기 변동 마진을 계산하고 상기 변동 마진에 기초하는 변동 마진 충전량을 검출하는 변동 마진 알고리즘으로 구동하며, 상기 발전량이 존재하지 않는 경우 고정 마진 알고리즘으로 구동할 수 있다. 여기서, 상기 고정 마진 알고리즘은 상기 발전량에서 소정의 고정 마진을 제외한 나머지 발전량을 상기 배터리 에너지 저장 시스템에 제공하는 알고리즘이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 태양전지 어레이로부터 출력된 발전량이 배터리 에너지 저장 시스템에 효율적으로 저장될 수 있어, 배터리 에너지 저장 시스템의 운용 수익을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 발전량의 측정 시점을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 얻어진 변동 마진 충전량을 고정 마진 충전량과 비교하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 마진이 고정된 경우와 마진이 변동되는 경우, 발전량에 따른 충전량을 보여주는 실험 데이터이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 마진이 고정된 경우와 마진이 변동되는 경우, 발전량에 따른 충전량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 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), 프로세서(115), 부하(117), 센싱부(119) 및 데이터 로거(130)를 포함한다.
태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다. 변환된 전기 에너지는 직류 전력일 수 있다.
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 계통(109)과 부하(117)에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)과 부하(117)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.
배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고, 계통(109) 또는 부하(117)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다.
프로세서(115)는 충전 제어부(111)와 인버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다.
본 발명의 실시 예에서, 충전 제어부(111)는 별도의 구성으로 설명하나, 이는 예시에 불과하고, 충전 제어부(111)의 구성은 프로세서(115)에 포함될 수도 있다.
프로세서(151)는 태양전지 어레이(101)의 발전량에 기초하여, 고정 마진 알고리즘 또는 변동 마진 알고리즘 중 어느 하나를 구동시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 고정 마진 알고리즘은 발전량에서 고정된 마진을 제외한 나머지 발전량을 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급하는 알고리즘일 수 있다.
변동 마진 알고리즘은 발전량의 변화에 따라 변동된 마진을 제외한 나머지 발전량을 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급하는 알고리즘일 수 있다.
고정 마진 알고리즘 및 변동 마진 알고리즘에 대해서는 자세히 후술한다.
부하(117)는 전기 에너지를 공급 받아 소비한다.
센싱부(119)는 태양광발전 장치(100)의 상태 및 태양광발전 장치(100) 주변 환경의 상태 중 적어도 어느 하나를 감지한다.
구체적으로 센싱부(119)는 태양광발전 장치(100)의 상태를 감지할 수 있다.
이때, 태양광발전 장치(100)의 상태는 태양광발전 장치(100)가 생산하는 전력의 전압 및 태양광발전 장치(100) 내의 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 센싱부(119)는 태양광발전 장치(100) 주변 환경의 상태를 감지할 수 있다. 이때, 태양광발전 장치(100) 주변 환경의 상태는 태양광발전 장치(100)가 위치한 곳의 일사량 및 태양광발전 장치(100)가 위치한 곳의 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 따라서 센싱부(119)는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로 센싱부(119)는 일사량 센서, 온도 센서 및 전압 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
데이터 로거(130)는 센싱부(119)로부터 상태 정보를 수신하여 외부의 관리 서버(150)에게 전송한다.
태양광발전 장치(100)의 관리자는 관리 서버(150)에 전송된 상태 정보를 통해서 태양광발전 장치(100)의 이상 여부와 발전 상태를 확인할 수 있다.
구체적으로 태양광발전 장치(100)의 관리자는 일사량에 비하여 발전량이 적은 경우 태양광발전 장치(100)의 고장 여부를 의심해볼 수 있다.
이에 따라 태양광발전 장치(100)의 관리자는 태양광발전 장치(100)를 점검할 수 있다.
또 다른 구체적인 실시예에서 태양광발전 장치(100)가 생산한 전력의 품질이 좋지 않은 경우, 태양광발전 장치(100)의 관리자는 태양광발전 장치(100)에 필요한 구성의 교체 주기를 가늠해 볼 수 있다.
또 다른 구체적인 실시예에서 태양광발전 장치(100)의 관리자는 태양광발전 장치(100)의 온도가 지나치게 높아지거나 태양광발전 장치(100) 주변의 온도가 지나치게 높은 경우 태양광발전 장치(100)의 동작을 일정 시간 동안 정지할 수 있다.
또 다른 구체적인 실시예에서 계통(109)에 공급한 전력에 따라 태양광발전 장치(100)의 소유자가 수입을 얻는 경우, 데이터 로거(130)가 전송한 정보는 수입에 대한 근거가 자료가 될 수 있다. 구체적으로 다른 날보다 태양광발전 장치(100)의 전력 공급량이 적어 수입이 적게 산정된 경우, 태양광발전 장치(100)의 소유자는 데이터 로거(130)로부터 전송된 일사량이 적은 것을 보고 발전량이 적었던 이유를 확인할 수 있다. 이와 같이 센싱부(119)와 데이터 로거(130)는 태양광발전 장치(100)의 장치를 효율적으로 관리하고 유지 보수할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
태양전지 어레이(110)의 발전량에 마진을 두어, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전력을 공급하는 알고리즘은 고정 마진 알고리즘 및 변동 마진 알고리즘을 포함할 수 있다.
도 2의 실시 예는 프로세서(115)가 변동 마진 알고리즘을 적용하여, 프로세서(115)가 동작하는 예이다.
이하의 실시 예에서, 마진은 해당 시점의 발전량 중 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급할 충전량을 제외한 값일 수 있다.
태양전지 어레이(101)의 발전량으로부터 마진을 두어, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전력을 공급하는 이유는, 태양광 발전 장치(100)의 운용에 필요한 전력 즉, 손실될 수 있는 전력을 감안하기 때문이다.
도 2를 참조하면, 태양광 발전 장치(100)의 프로세서(115)는 태양전지 어레이(101)로부터 제공된 발전량을 획득한다(S201).
일 실시 예에서, 발전량은 태양전지 어레이(101)에 제공된 태양 에너지가 직류 전력으로 변환된 값일 수 있다.
일 실시 예에서, 프로세서(115)는 태양전지 어레이(101)로부터 제공된 발전량을 일정 주기 마다 측정할 수 있다. 일정 주기는 0.2초 일 수 있으나, 이는 예시에 불과한 수치이다.
프로세서(115)는 태양전지 어레이(101)의 발전량을 측정하기 위한 측정부(미도시)의 구성을 포함할 수도 있다. 그러나, 이는 예시에 불과하고, 측정부는 별도의 구성으로 구비될 수 있다.
측정부가 프로세서(115)와 별도로 구비되는 경우, 측정부는 도 1에 도시된 태양전지 어레이(101)와 인버터(103)의 사이에 위치될 수 있다. 측정부는 태양 에너지가 직류 전력으로 변환된 값을 측정할 수 있다.
프로세서(115)는 발전량의 변화량을 계산한다(S203).
프로세서(115)는 제1 시점에서 측정된 제1 발전량과 제2 시점에서 측정된 발전량 간의 차이를 변화량으로 획득할 수 있다. 제1 시점은 제2 시점보다 이전의 시점일 수 있다. 제1 시점과 제2 시점 간의 간격은 1 주기를 형성할 수 있다.
프로세서(115)는 1 주기 마다, 발전량의 변화량을 계산할 수 있다.
프로세서(115)는 계산된 변화량에 기초하여, 변동 마진 충전량을 검출한다(205).
일 실시 예에서 변동 마진 충전량은 변동 마진을 고려하여, 얻어진 충전량을 나타낼 수 있다. 여기서, 변동 마진은 일정 주기 마다 측정된 발전량의 변화량의 증감에 따라 계산된 값일 수 있다.
프로세서(115)는 검출된 변동 마진 충전량을 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급하도록 충전 제어부(111)를 제어한다(S207).
프로세서(115)는 변동 마진에 의해 얻어진 변동 마진 충전량이 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급되도록 충전 제어부(111)를 제어할 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)은 전달받은 전력을 이용하여, 배터리를 충전할 수 있다.
이하에서는 도 2의 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 발전량의 측정 시점을 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 얻어진 변동 마진 충전량을 고정 마진 충전량과 비교하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 프로세서(115)는 일정 주기 마다 태양전지 어레이(101)의 발전량을 측정할 수 있다. 제1 시점(t-0.2)과 제2 시점(t)간의 간격 즉, 주기는 0.2초일 수 있다. 마찬가지로, 제2 시점(t)과 제3 시점(t+0.2) 간의 간격은 0.2초일 수 있다.
이와 같이, 프로세서(115)는 0.2초 간격으로, 태양전지 어레이(101)의 발전량을 측정할 수 있고, 주기 마다 발전량의 변화량을 계산할 수 있다. 여기서, 한 주기는 0.2초로 가정하였으나, 이는 예시에 불과하고, 0.4초가 될 수도 있다.
종래에는 1초 간격으로 발전량의 측정이 가능했으나, 프로세서(115)의 성능 발전으로, 0.2초 또는 0.4초 간격으로 발전량의 측정이 가능하다.
도 4를 참조하면, 발전량의 변화에 따라 고정 마진 충전량과 변동 마진 충전량이 달라짐을 보여주기 위한 도면이다.
고정 마진 알고리즘은 발전량에 대응되는 마진이 고정된 상태로, 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전하기 위한 알고리즘 일 수 있다.
구체적으로, 고정 마진 알고리즘은 발전량에서 고정된 마진을 감하고, 감해진 발전량을 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급하기 위한 알고리즘일 수 있다.
도 4의 고정 마진 충전량은 고정 마진 알고리즘을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급되는 충전량일 수 있다.
고정 마진 알고리즘의 경우, 마진은 고정된 값을 가지므로, 발전량의 변화에 능동적으로 대처하지 못하는 단점이 있다.
변동 마진 알고리즘은 발전량에 대응되는 마진이 변화된 상태로, 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전하기 위한 알고리즘일 수 있다.
구체적으로, 변동 마진 알고리즘은 발전량의 변화에 따라 마진을 변경하여, 마진을 제외한 나머지 발전량을 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급하기 위한 알고리즘일 수 있다.
변동 마진 알고리즘의 경우, 마진이 발전량의 변화에 따라 변경되므로, 발전량의 변화에 능동적으로 대처할 수 있다. 이에 따라, 고정 마진 알고리즘에 비해 많은 양의 발전량이 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 저장될 수 있어, 수익이 증대되는 효과가 있다.
도 4의 변동 마진 충전량은 변동 마진 알고리즘을 이용하여, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 공급되는 충전량일 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 시점(t-0.2)에서 발전량은 5이고, 제2 시점(t)에서 발전량은 10이고, 제3 시점(t+0.2)에서 발전량은 10이다.
프로세서(115)가 고정 마진 알고리즘을 이용하는 경우, 발전량에 대응되는 마진이 고정되어 있다. 예를 들어, 마진은 5로 고정될 수 있다.
구체적으로, 제1 시점(t-0.2)에서 측정된 발전량이 5인 경우, 마진이 5로 고정되어 있으므로, 고정 마진 충전량은 0 이 될 수 있다. 마찬가지로, 제2 시점(t)에서 측정된 발전량이 10인 경우, 마진이 5로 고정되어 있으므로, 고정 마진 충전량은 5가 될 수 있다. 제3 시점(t+0.2)에서 측정된 발전량이 10인 경우, 마진이 5로 고정되어 있으므로, 고정 마진 충전량은 5가 될 수 있다.
이와는 달리, 프로세서(115)가 변동 마진 알고리즘을 이용하는 경우, 발전량에 대응되는 마진이 변경될 수 있다.
변동 마진 알고리즘 하에서, 마진은 발전량의 변화에 따라 변경될 수 있다.
제1 시점(t-0.2)에서 발전량이 5이고, 제2 시점(t)에서 발전량이 10이므로, 제2 시점(t)에서 마진은 발전량의 차이인 5가 될 수 있다. 이 경우, 제2 시점(t)에서 마진이 5이므로, 변동 마진 충전량은 5가 될 수 있다.
제2 시점(t)의 발전량이 10이고, 제3 시점(t+0.2)에서 발전량이 10이므로, 제3 시점(t+0.2)에서의 마진은 발전량의 차이인 0이 될 수 있다.
따라서, 제3 시점(t+0.2)에서 변동 마진 충전량은 10이 될 수 있다. 제3 시점(t+0.2)에서 고정 마진 충전량과 비교해 보면, 변동 마진 알고리즘을 이용한 경우가 고정 마진 알고리즘을 이용한 경우에 비해, 제3 시점(t+0.2)에서 5만큼의 발전량이 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 더 저장될 수 있다.
이와 같이, 발전량에 따라 마진이 고정된 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 충전될 수 있는 충전량이 더 적어지고, 발전량에 따라 마진이 변동되는 경우, 충전량이 더 많아질 수 있다.
이에 따라, 발전량이 효율적으로 저장될 수 있고, 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 운용 수익이 증대될 수 있다.
일정 시간 동안, 마진이 고정된 경우와 마진이 변동되는 경우를 비교하기 위한 비교표를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 마진이 고정된 경우와 마진이 변동되는 경우, 발전량에 따른 충전량을 보여주는 실험 데이터이다.
도 5를 참조하면, 제1 열은 시간의 흐름에 따른 발전량의 변화를 보여주는 열이고, 제2 열은 시간의 흐름에 따른 발전량의 변화량을 보여주는 열이고, 제3 열은 고정 마진 충전량을 보여주는 열이고, 제4 열은 변동 마진 충전량을 보여주는 열이다.
제3 열의 고정 마진 충전량과 제4 열의 변동 마진 충전량은 도 3 및 도 4의 실시 예에 기반하여 계산된 것임을 가정한다.
도 5를 참조하면, 발전량의 총 합은 640이고, 변화량의 총합은 80이다. 또한, 고정 마진 충전량의 총합은 490이고, 변동 마진 충전량의 총합은 565이다.
변동 마진 충전량의 총합은 565로 고정 마진 충전량의 총합에 비해, 75만큼 더 많다.
즉, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 저장될 수 있는 전력이 75만큼 더 많다는 의미이다.
이와 같이, 변동 마진 알고리즘을 이용하는 경우, 고정 마진 알고리즘을 이용하는 경우에 비해, 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 더 많은 전력이 충전될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 마진이 고정된 경우와 마진이 변동되는 경우, 발전량에 따른 충전량의 변화를 보여주는 그래프이다.
제1 파형(610)은 발전량의 변화 추이를 보여주는 파형이다.
제2 파형(620)은 변동 마진 충전량의 변화 추이를 보여주는 파형이다.
제3 파형(630)은 고정 마진 충전량의 변화 추이를 보여주는 파형이다.
제4 파형(640)은 발전량의 변화량의 추이를 보여주는 파형이다.
도 6의 그래프에서 알 수 있듯 제2 파형(620)은 제1 파형(610)에 비해, 발전량의 변화 추이를 잘 따라가는 것을 볼 수 있다.
특히, 제4 파형(640)에서 발전량의 변화가 없는 경우, 즉, 변화량이 0인 경우, A 지점에서 파형들을 비교해 본다.
발전량의 변화량이 0인 경우, 제2 파형(620)의 변동 마진 충전량은 10으로, 제1 파형(610)의 발전량과 일치하나, 제3 파형(630)의 고정 마진 충전량은 그보다 더 작은 5이다.
즉, 한 주기 동안 발전량의 변화량이 없는 경우, 프로세서(115)는 변동 마진 알고리즘을 이용하여, 해당 시점에서의 발전량을 변동 마진 충전량으로 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 프로세서(115)는 태양전지 어레이(101)의 발전량에 따라 고정 마진 알고리즘 또는 변동 마진 알고리즘 중 어느 하나를 선택적으로 구동할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 프로세서(115)는 태양전지 어레이(111)의 발전량을 획득한다(S701).
프로세서(115)는 일정 시간 동안 획득된 발전량이 0인 경우(S703), 즉, 발전량이 없는 경우, 고정 마진 알고리즘을 구동하고(S705), 발전량이 0이 아닌 경우, 변동 마진 알고리즘을 구동한다(S707).
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 프로세서(115)는 발전량이 존재하는지 여부에 따라 고정 마진 알고리즘 또는 변동 마진 알고리즘을 선택적으로 구동할 수 있다.
만약, 일정 시간 동안 획득된 발전량이 0인 경우는 날씨가 좋지 않아, 태양전지 어레이(101)가 태양 에너지를 흡수하지 못하는 경우일 수 있다.
이 경우, 프로세서(115)는 변동 마진 알고리즘 대신, 고정 마진 알고리즘을 구동할 수 있다.
변동 마진 알고리즘의 경우, 발전량을 추종하여, 최대의 수익을 낼 수 있도록 마진을 설정하나, 발전량의 변화를 지속적으로 체크해야 하므로, 데이터 처리를 위한 로드가 증가할 수 있다.
만약, 날씨가 좋지 않아, 발전량이 0인 경우에 까지, 변동 마진 알고리즘이 구동된다면, 변화량의 추이를 파악하기 위한 loss가 발생될 수 있다.
이에, 프로세서(115)는 일정 시간 동안 발전량이 0인 경우에는, 변동 마진 알고리즘 대신 고정 마진 알고리즘을 구동시킬 수 있다. 고정 마진 알고리즘의 경우, 발전량에서 항상 고정된 마진을 뺀 나머지 만을 충전량으로 획득하므로, 데이터 처리의 속도에 로드가 덜 걸릴 수 있기 때문이다.
한편, 또 다른 실시 예에서, 프로세서(115)는 관리 서버(150)를 통해, 전달받은 날씨 정보에 기초하여, 고정 마진 알고리즘을 구동할 수도 있다.
즉, 프로세서(115)는 관리 서버(150)를 통해 날씨 정보를 전달받을 수 있고, 날씨 정보가 비가 오는 경우이거나, 일사량이 없을 정도로 흐른 경우, 변동 마진 알고리즘 대신, 고정 마진 알고리즘을 구동시킬 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 프로세서(115)는 센싱부(119)로부터 감지된 센싱 정보에 기초하여, 마진 알고리즘을 선택적으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 센싱부(119)에 포함된 일사량 센서를 통해 감지된 일사량이 일정 시간 동안 존재하지 않는 경우, 고정 마진 알고리즘을 구동시킬 수 있다.
한편, 프로세서(115)는 발전량이 0인 상태에서, 발전량이 증가하는 경우, 고정 마진 알고리즘 대신 변동 마진 알고리즘을 구동시킬 수 있다. 발전량이 변화되는 경우에는 변동 마진 알고리즘을 구동시키는 것이, 효율적이기 때문이다.
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 실시 예들에 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. 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양전지 어레이를 포함한 태양광 발전 장치에 있어서,
    상기 태양전지 어레이로부터 공급받은 전기 에너지를 충전하고, 충전된 전기 에너지를 계통에 방전하는 배터리 에너지 저장 시스템; 및
    상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량의 변화량에 기초하여 변동 마진을 계산하고, 상기 발전량과 상기 변동 마진에 기초하여 변동 마진 충전량을 검출하는 프로세서를 포함하는 태양광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    제1 시점에서 측정된 제1 발전량과 제2 시점에서 측정된 제2 발전량의 차이를 이용하여, 상기 변동 마진을 계산하고,
    상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량에서 상기 변동 마진을 제외한 나머지 발전량을 상기 변동 마진 충전량으로 검출하며,
    상기 배터리 에너지 저장 시스템은 상기 변동 마진 충전량에 기초하여 충전되는 태양광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 발전량과 상기 제2 발전량의 차이가 0인 경우, 상기 태양전지 어레이에서 출력된 발전량을 상기 변동 마진 충전량으로 검출하는 태양광 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 시점 및 상기 제2 시점 간의 간격은 한 주기를 이루는 태양광 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 에너지 저장 시스템의 충전 및 방전을 제어하는 충전 제어부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 검출된 변동 마진 충전량을 상기 배터리 에너지 저장 시스템에 공급하도록 상기 충전 제어부를 제어하는 태양광 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 발전량이 존재하는 경우 상기 변동 마진을 계산하고 상기 변동 마진에 기초하는 변동 마진 충전량을 검출하는 변동 마진 알고리즘으로 구동하며,
    상기 발전량이 존재하지 않는 경우 고정 마진 알고리즘으로 구동하고,
    상기 고정 마진 알고리즘은 상기 발전량에서 소정의 고정 마진을 제외한 나머지 발전량을 상기 배터리 에너지 저장 시스템에 제공하는 알고리즘인 태양광 발전 장치.
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