KR100186491B1

KR100186491B1 - Solar energy generating apparatus

Info

Publication number: KR100186491B1
Application number: KR1019960038913A
Authority: KR
Inventors: 한경해
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR19980020431A

Abstract

본 발명은 계통 연계 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 장 시간동안 단전이 지속되거나 예기치 않은 정전사고가 발생하여 부하로 공급되는 상용전원이 차단되었을 경우에도 태양전지에서 발생되는 전력을 계속하여 그 부하에서 공급받게 되어 발전된 태양광의 전력용량 보다 낮은 용량으로도 사용 가능한 전기기기에 대해서는 계속 동작하도록 하여 태양광의 발전을 최대한으로 이용할 수 있게하고 특히 정전 되엇을 경우에도 계속 동작되어야 하는 기기, 즉 팬이나 냉장고 등을 부하로 하였을 경우에 그 부하에 연속적으로 전원이 공급될 수 있게 됨으로써 상용전원이 공급되지 않았을때에도 그에따른 영향을 받지 않을 수 있게 된다.The present invention relates to a grid-connected photovoltaic power generation apparatus, and more particularly, to a grid-connected photovoltaic power generation apparatus capable of continuously supplying power generated in a solar cell even when a power failure is sustained for a long time or an unexpected power failure occurs, It is possible to use the power of solar power as much as possible by continuing to operate electric appliances which can be used even with capacity lower than the power capacity of solar power that is supplied and developed. Especially, The load can be continuously supplied to the load, so that even when the commercial power is not supplied, the load can be prevented from being affected by the load.

Description

Grid-connected photovoltaic generator

본 발명은 저장 배터리가 필요없는 계통 연계 태양광 발전장치에 관한 것으로, 특히 상용전원의 정전 등이 발생하여도 태양전지의 출력을 전기기기에 연속적으로 공급하여 태양광을 발전하여 그 출력을 전기기기에 공급할 수 있는 계통 연계 태양광 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a grid-connected photovoltaic power generation apparatus which does not require a storage battery, and in particular, even when a commercial power supply is generated, To the grid-connected solar cell generator.

최근에 급속한 산업발달로 에너지 사용이 급증하면서 각종 공해 유발로 심각한 환경파괴 현상이 나타나기 시작했다. 여기에 설상가상으로 에너지 고갈이 시간문제로 대두되기 때문에 선진 각국에서는 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 대체 에너지 중에서 태양광 에너지는 태양빛을 받아 이를 전기로 생산해냄에 따라 현재 많이 보급되는 전기제품의 전원으로 손쉽게 사용할 수 있는 잇점이 있다. 또 전기발생을 위해서 수력, 화력, 원자력 발전 등이 건설되어 있으나 더운 여름낮에 많은 에어콘의 사용으로 발전 용량이 부족하여 제한송전 등을 해야할 실정에 있는데, 태양광 발전은 더운 여름낮에 발전량이 더 크기 때문에 전력요구량이 최대인 여름 낮에 더 큰 효과를 내게된다.Recently, as a result of rapid industrial development, the use of energy has rapidly increased, and various environmental pollution has caused serious environmental destruction. To make matters worse, energy depletion is a matter of time, and advanced nations are spurring the development of alternative energy. Especially, among the alternative energy, solar energy receives solar light and produces it as electricity, so it has an advantage that it can be easily used as a power supply of electric products, which is currently widely used. Hydroelectric power, thermal power, and nuclear power generation have been constructed for electricity generation. However, due to the use of a lot of air conditioners during hot summer day, there is a shortage of power generation capacity and limited transmission is required. Because of its size, it will have a bigger effect in the summer day when the power demand is maximum.

종전 개념의 태양광 발전은 낙도나 오지의 상용전원이 없는 곳에서 태양광을 이용하여 주간에 전력을 발생하여, 야간에 사용하기 위해 전기 에너지를 저장하는 배터리를 구비한 발전 방식이 일반적인 방법이었다. 그러나 최근에는 상용 전원이 있는 곳에서도 배터리가 필요없이 주간에 태양광 발전을 하여 발전된 전력을 직접 상용전원에 공급하고 저녁에는 상용전원에서 전력을 공급 받음으로써, 상기 상용전원이 없는 곳에서 주간에 충분한 발전전력을 배터리에 저장함에 따라 손실로 작용하는 전력없이 상용전원선을 따라 필요한 수요처에 전력을 공급할 수 있게 된다.Conventional solar power generation is a general method of generating electricity in the daytime using sunlight in the absence of a commercial power source in remote islands or remote areas and having a battery for storing electric energy for use at night. In recent years, however, even in a commercial power source, the solar power is generated in the daytime without the need of a battery, and the generated power is directly supplied to the commercial power source, and in the evening, the power is supplied from the commercial power source. As the generated power is stored in the battery, the power can be supplied to the required customer along the commercial power line without the loss acting as the loss.

이와같은 종래 계통 연계 태양광 발전 장치는 1992년 10월 19일에 일본에서 출원된 일본 특개평 제 6-133462(계통 연계 시스템)이 있으며, 이에 도시한 바와같이 태양광의 에너지를 직류전력으로 변환하는 태양전지(1)와, 그 태양전지(1)의 직류전력을 검출하여 그에따른 신호를 출력하는 전압검출부(10)와, 상기 전압검출부(10)의 신호로 부터 상기 태양전지(1)의 직류전력이 제1소정치 이상인 것으로 판단하여 상기 태양전지(1)에서 발생하는 직류전력을 상용주파수의 교류전력으로 변환 출력하는 인버터(2)와, 그 인버터(2)에서 출력되는 교류전력을 2차측으로 절연 전달하는 트랜스(3)와, 그 트랜스(3)의 2차측과 상용전원(5) 및 부하(6)를 직렬 연결하는 개폐기(4)와, 상기 상용전원(5)의 고장을 검출하고 그 고장 검출시 상기 개폐기(4)를 개방하는 보호계전부(7)와, 상기 태양전지(1)의 출력이 상기 제1소정치 이하이고 제2소정치 이상이면 상기 태양전지(1)의 출력전압을 소정전압으로 변환 출력하고 그 출력을 상기 인버터(2)와 보호계전부(7)로 공급하는 제1, 제2제어전원(8)(9)으로 구성되어 부하(6)에 전력을 공급하며 이의 동작은 다음과 같다.Such conventional grid-connected photovoltaic power generation apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-133462 (Grid connection system) filed in Japan on October 19, 1992, and as shown, 1. A solar cell comprising: a solar cell (1), a voltage detector (10) for detecting the DC power of the solar cell (1) and outputting a signal corresponding thereto, An inverter (2) for judging that the electric power is higher than or equal to a first predetermined value and converting and outputting DC power generated in the solar cell (1) to AC power of a commercial frequency; (4) for connecting the secondary side of the transformer (3) with the commercial power source (5) and the load (6) in series and a failure detecting circuit for detecting the failure of the commercial power source (7) for opening the switch (4) when the failure is detected, And outputs the output of the solar cell (1) to a predetermined voltage and outputs the output to the inverter (2) and the protective system unit And the first and second control power sources 8 and 9 for supplying power to the load 7, and the operation thereof is as follows.

태양전지(1)는 태양광의 에너지를 직류전력으로 변환하며 그 정격출력은 3kW이며 그 직류전력은 인버터(2)에서 교류전력으로 변환되어 트랜스(3)와 개폐기(4)를 거쳐 부하(6)와 상용전원(5)으로 공급되는 한편, 그 트랜스(3)는 상기 인버터(2)와 상용전원(5)을 전기적으로 절연한다.The solar cell 1 converts the solar energy to DC power and has a rated output of 3 kW. The DC power is converted to AC power by the inverter 2 and is supplied to the load 6 via the transformer 3 and the switch 4, And the commercial power supply 5 while the transformer 3 electrically insulates the inverter 2 from the commercial power supply 5.

이때 상기 태양광의 세기는 아침, 낮 또는 저녁에 각기 다르기 때문에 그에따라 태양전지(1)의 출력전압 또한 변하게 되나, 상기 인버터(2)는 입력조건과 상기 상용전원(5)의 조건에 따라 상기 태양전지(1)의 전력을 최대로 상용전용(5) 쪽으로 전달할 수 있게 동작한다. 즉, 인버터(2)는 성능이 우수한 회로로 이루어져 상용전원(5) 보다 약 1V 정도 전압은 높게 하고 상용전원(5)의 위상을 정확히 추적하여 전압파형을 생성하게 된다.Since the intensity of the sunlight differs in the morning, the daytime, or the evening, the output voltage of the solar cell 1 is also changed. However, the inverter 2 is operated in accordance with the input condition and the condition of the commercial power source 5, And operates to transmit the electric power of the battery 1 to the commercial exclusive use 5 at the maximum. In other words, the inverter 2 is made of a circuit having excellent performance, and the voltage waveform is generated by accurately tracking the phase of the commercial power source 5 with the voltage of about 1 V higher than that of the commercial power source 5.

이때, 상기 상용전원(5)으로 공급하는 태양전지(1)의 전압이 낮아지는 경우에 인버터(2)는 즉시 동작을 정지한 후 보호계전부(7)를 정지시키기 위한 신호를 그 보호계전부(7)로 출력하고 그에따라 그 보호계전부(7)는 제어신호(cs)를 출력하여 개폐기(4)를 개방하게 된다.At this time, when the voltage of the solar cell 1 to be supplied to the commercial power source 5 is lowered, the inverter 2 stops the operation immediately and sends a signal for stopping the protective- And outputs the control signal cs to the protective circuit unit 7 so that the switch 7 is opened.

즉, 보호계전부(7)는 상용전원(5)의 전압 및 주파수의 고장, 즉 계통 고장을 검출하여 그 고장을 알리는 제어신호(cs)를 출력하며 그에따라 개폐기(4)는 개방되어 태양전지(1)의 전력이 상용전원(5) 측으로 흐르는 것이 방지되어 전력회사에서 전력선 수리를 위해 부하(6)로 공급되는 상용전원(5)을 차단시켰을때 상기 태양전지(1)에 의해 발생되는 전력이 상용전원(5) 측으로 전달됨으로 인해 작업자로 부터 감전사고를 방지하게 되며 이를 역충전 방지 기능이라 한다.That is, the protective circuit 7 detects a failure of the voltage and frequency of the commercial power supply 5, that is, a system failure and outputs a control signal cs informing the failure, (1) is prevented from flowing to the commercial power source (5) side, and when the utility company cuts off the commercial power source (5) supplied to the load (6) for power line repair, the power generated by the solar cell Is transmitted to the commercial power source (5) side, thereby preventing an electric shock accident from the operator. This is called reverse charge prevention function.

따라서 트랜스(3)는 상용전원(5)과 태양전지(1)의 접지를 달리하여 절연 기능을 담당하며 상기 태양전지(1)의 출력이 제1소정치 이하이고 제2소정치 이상이면 상기 태양전지(1)의 출력전압은 소정전압으로 변환되어 제1, 제2제어전원(8)(9)으로 공급되고 그 제1, 제2전원제어(8)(9)은 각기 상기 인버터(2)와 보호계전부(7)의 제어전원으로 작용한다.Therefore, when the output of the solar cell 1 is equal to or less than the first predetermined value and is equal to or greater than the second predetermined value, the transformer 3 performs the function of insulating the commercial power source 5 and the solar cell 1 at different grounds, The output voltage of the battery 1 is converted into a predetermined voltage and supplied to the first and second control power sources 8 and 9 and the first and second power source controls 8 and 9 are connected to the inverter 2, And the control power source of the protective circuit unit 7.

그러나, 상기한 바와같이 태양전지(1)가 상용전원(5)과 연계되어 있음으로 인해 전력회사에서 수리를 하기 위해서 상용전원(5)을 차단시켰을때 역충전 방지 기능이 작동됨으로 인해 태양전지(1)의 에너지는 별도로 충전되지 않고 인버터(2) 또한 동작을 멈추게 된다. 따라서 긴 시간동안 단전이 지속되거나 예기치 않은 정전사고가 발생하게 되면 그 기간동안의 태양광 발전은 이용하지 못하게 되는 문제점이 있다.However, since the solar cell 1 is connected to the commercial power source 5 as described above, when the commercial power source 5 is shut down for repair by the utility company, the reverse charge prevention function is activated, 1) is not charged separately and the inverter 2 also stops operating. Therefore, if a power failure persists for a long time or an unexpected power failure occurs, the photovoltaic generation during the period can not be used.

따라서, 본 발명은 상용전원이 단전되었을 경우에도 태양광 발전을 계속하여 발전된 태양광의 전력용량 보다 낮은 용량으로도 사용 가능한 전기기기에 대해서는 계속 동작하도록 하여 태양광의 발전을 최대한으로 이용할 수 있게하고 특히 상용전원이 정전 되었을 경우에도 계속 동작되어야 하는 기기에 대해 연속적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, even when the commercial power source is cut off, the power generation can be continued to operate for electrical appliances that can be used even with a capacity lower than the power capacity of the developed solar light, thereby making it possible to maximize the use of solar power generation, The present invention aims to continuously supply power to an apparatus that must be continuously operated even when the power supply is out of order.

도1은 종래 계통 연계 태양광 발전 장치의 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a conventional grid-connected solar cell generator. FIG.

도2는 본 발명 계통 연계 태양광 발전 장치의 구성도.2 is a configuration diagram of a grid-connected photovoltaic generator according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

1 : 태양전지 2 : 인버터1: Solar cell 2: Inverter

3 : 트랜스 4, 11 : 제1, 제2개폐기3: Trans 4, 11: First and second switches

5 : 상용전원 6, 12 : 제1, 제2부하5: commercial power source 6, 12: first and second loads

7 : 보호계전부 8, 9 : 제1, 제2제어전원7: Protection circuit 8, 9: First and second control power supply

10 : 전압검출부10:

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 계통 연계 태양광 발전장치는 태양광의 에너지를 직류전력으로 변환하는 태양전지(1)와, 그 태양전지(1)의 직류전력을 검출하여 그에따른 신호를 출력하는 전압검출부(10)와, 상기 전압검출부(10)의 신호로 부터 상기 태양전지(1)의 직류전력이 제1소정치 이상인 것으로 판단하여 상기 태양전지(1)에서 발생하는 직류전력을 상용주파수의 교류전력으로 변환 출력하는 인버터(2)와, 그 인버터(2)에서 출력되는 교류전력을 2차측으로 절연 전달하는 트랜스(3)와, 그 트랜스(3)의 2차측과 상용전원(5) 및 제1부하(6)를 직렬 연결하는 제1개폐기(4)와, 고정단자 일측(NO)과 타측(NC)은 상기 제1개폐기(4)와 병렬 연결되고 가동단자(COM)는 제2부하(12)와 연결되는 제2개폐기(11)와, 상기 상용전원(5)의 고장을 검출하고 그 고장 검출시 상기 제1개폐기(4)를 개방함과 아울러 평상시 상기 제2개폐기(11)의 고정단자 일측(NO)과 연결되어 있는 그 제2개폐기(11)의 가동단자(COM)를 고정단자 타측(NC)과 연결되게 하는 보호계전부(7)와, 상기 태양전지(1)의 출력이 상기 제1소정치 이하이고 제2소정치 이상이면 상기 태양전지(1)의 출력전압을 소정전압으로 변환 출력하고 그 출력을 상기 인버터(2)와 보호계전부(7)로 공급하는 제1, 제2제어전원(8)(9)으로 구성한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a grid-connected photovoltaic power generation system comprising a solar cell (1) for converting sunlight energy into DC power, a voltage detection unit And a controller for controlling the DC power generated by the solar cell (1) based on a signal from the voltage detector (10) to a DC power of the solar cell (1) A transformer 3 for insulating and transmitting AC power output from the inverter 2 to a secondary side and a secondary side of the transformer 3 and a commercial power source 5, The first switch 4 connected in series with the load 6 is connected in parallel with the first switch 4 and the other terminal NC of the fixed terminal is connected in parallel with the first switch 4. The movable terminal COM is connected to the second load A second switch (11) connected to the commercial power supply (12), and a control unit And the movable terminal COM of the second switch 11 connected to one side NO of the fixed terminal of the second switch 11 is connected to the other terminal NC of the fixed terminal And an output voltage of the solar cell (1) is converted to a predetermined voltage when the output of the solar cell (1) is equal to or less than the first predetermined value and is equal to or greater than a second predetermined value, And first and second control power supplies 8 and 9 for supplying an output to the inverter 2 and the protection control unit 7. [

이와같이 구성한 본 발명 계통 연계 태양광 발전장치의 작용은 다음과 같다.The operation of the grid-connected photovoltaic power generation apparatus constructed as above is as follows.

태양광 에너지는 태양전지(1)에 의해 직류전력으로 변환된 후 인버터(2)를 통해서 교류전력으로 변환되어 트랜스(3)와 제1개폐기(4)를 거쳐 제1부하(6)와 상용전원(5)으로 공급되며 이때, 제2개폐기(11)의 가동단자(COM)는 고정단자 타측(NC)과 연결되어 있으므로 인해 상용전원(5)은 제2부하(12)에 공급된다.The solar energy is converted into DC power by the solar cell 1 and then converted into AC power through the inverter 2 to be supplied to the first load 6 via the transformer 3 and the first switch 4, The commercial power supply 5 is supplied to the second load 12 because the movable terminal COM of the second switch 11 is connected to the other end NC of the fixed terminal.

또한, 상기 태양전지(1)의 전압이 낮아질때 상기 인버터(2)는 즉시 동작을 정지한 후 보호계전부(7)를 정지시키기 위한 신호를 그 보호계전부(7)로 출력하고 그에따라 그 보호계전부(7)는 제1개폐기(4)를 개방하게 하는 신호(cs)를 출력함과 동시에 그 신호(cs)는 고정단자의 일측(NO) 및 타측(NC)이 상기 제1개폐기(4)와 병렬 연결되어 있는 제2개폐기(11)의 가동단자(COM)로 공급된다.Further, when the voltage of the solar cell 1 is lowered, the inverter 2 immediately stops operation and outputs a signal for stopping the protective circuit 7 to the protective circuit unit 7, The protective cage 7 outputs a signal cs for opening the first switch 4 and the signal cs is supplied to the first switch NO and the second switch NC of the fixed terminal, 4 to the movable terminal COM of the second switch 11 connected in parallel.

따라서, 상기 제1개폐기(4)가 개방되어 태양전지(1)의 전력이 상용전원(5) 측으로 흐르는 것이 방지되어 전력회사에서 전력선 수리를 위해 부하(6)로 공급되는 상용전원(5)을 차단시켰을때 상기 태양전지(1)에 의해 발생되는 전력이 상용전원(5) 측으로 전달됨으로 인해 작업자에게 발생되는 감전사고를 방지하게 됨과 동시에 상기 제2개폐기(11)의 고정단자 타측(NC)과 연결되어 있던 그 제2개폐기(11)의 가동단자(COM)가 그 고정단자 일측(NO)과 연결되게 된다.Therefore, the first switch 4 is opened to prevent the power of the solar cell 1 from flowing to the commercial power source 5, and the commercial power source 5 supplied to the load 6 for power line repair in the power company The electric power generated by the solar cell 1 is transmitted to the commercial power source 5 when it is cut off, thereby preventing an electric shock accident to the worker, and at the same time, The movable terminal COM of the second switch 11 is connected to the fixed terminal NO.

따라서, 상기 태양전지(1)의 출력은 인버터(2)와 트랜스(3)를 거쳐 제2개폐기(11)의 고정단자 일측(NO)과 가동단자(COM)를 통해서 제2부하(12)로 공급된다.The output of the solar cell 1 is transmitted to the second load 12 through the inverter 2 and the transformer 3 via the fixed terminal NO on the second switch 11 and the movable terminal COM .

즉, 제2부하(12)는 상용전원(5)이 있을때는 고정단자 타측(NC)과 가동단자(COM)를 통하여 상용전원(5)을 공급받고 상용전원(5)이 없을때는 태양전지(1)로 부터 에너지를 공급받게 되어 계속하여 동작을 하게 된다.That is, when the commercial power source 5 is present, the second load 12 is supplied with the commercial power 5 through the other terminal NC and the movable terminal COM, 1) to be operated continuously.

한편, 가정용의 용량은 보통 3kW 정도 이므로 제2부하(12)가 그 이상의 전력을 필요로 하는 부하가 아니면 상기 태양전지(1)로 부터의 에너지로 인해 계속적인 동작이 가능하게 된다.On the other hand, since the capacity of the household is usually about 3 kW, if the second load 12 is not a load requiring more power, the energy from the solar cell 1 enables continuous operation.

따라서, 본 발명의 제2부하는 제1부하(6)로 공급되는 상용전원(5)이 차단되었을 경우에도 태양전지(1)에서 발생되는 전력을 계속하여 공급받게 되어 발전된 태양광의 전력용량 보다 낮은 용량으로도 사용 가능한 전기기기에 대해서는 계속 동작하도록하여 태양광의 발전을 최대한으로 이용할 수 있게하고 특히 상용전원이 정전 되었을 경우에도 계속 동작되어야 하는 기기, 즉 팬이나 냉장고 등을 제2부하로 하였을 경우에 그 제2부하에 연속적으로 전원이 공급될 수 있게 됨으로써 상용전원이 공급되지 않았을때에도 그에따른 영향을 받지 않을 수 있게되는 효과가 있다.Therefore, even when the commercial power supply 5 supplied to the first load 6 is shut off, the second load of the present invention is continuously supplied with power generated by the solar battery 1, In the case where an electric appliance that can be used as a capacity is continuously operated, the power of the sunlight can be utilized to the maximum. Especially, when a device such as a fan or a refrigerator is to be continuously operated even when the commercial power source is out of order, The power can be continuously supplied to the second load, so that even when the commercial power is not supplied, the second load can be prevented from being affected by the second power.

Claims

An inverter for converting the direct current power generated from the solar cell into an AC power of a commercial frequency, and a transformer for insulating and transmitting the AC power output from the inverter to the secondary side, A first switch connected in series between a secondary side of the transformer and a commercial power source and a first load, and a fixed terminal connected to a common point between the first switch and the transformer, and the other fixed terminal connected to the first switch and the commercial power source A second switch connected to the common point, the movable terminal being connected to the second load, and a protection circuit connected to the commercial power supply to output a control signal for operating the first switch and the second switch when a failure occurs in the commercial power supply Wherein the solar cell module comprises a solar cell module and a solar cell module.

The system according to claim 1, wherein the movable terminal of the second switch is connected to one side of the fixed terminal in a state of being in contact with the other side of the fixed terminal in accordance with a control signal of the protective system when a failure of the commercial power source occurs. Photovoltaic device

The solar battery module according to claim 1 or 2, further comprising a voltage detector for detecting the DC power of the solar cell, determining whether the DC power is equal to or greater than a first predetermined value, and outputting a signal corresponding to the determined DC power to the inverter Grid-connected photovoltaic devices.

The solar cell module according to claim 3, wherein, when the output of the solar cell is equal to or less than the first predetermined value and is equal to or greater than a second predetermined value, an output voltage of the solar cell is converted to a predetermined voltage and the output is supplied to the inverter And the first and second control power sources.