KR100914775B1 - 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치 - Google Patents

태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치

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Abstract

본 발명은 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치에 관한 것으로서, 메인 프레임과, 메인 프레임 상에 태양전지 모듈 또는 이에 대응되는 직류발생 전원에서 메인 입력단을 통해 입력된 직류전력을 교류로 변환하는 회로가 시각적으로 인식될 수 있게 배열된 회로 모듈과, 회로 모듈의 회로 상의 설정된 측정위치마다 대응되는 전기적 신호의 검출을 지시할 수 있게 마련된 복수의 조작 스위치와, 메인프레임 상에 마련된 표시부와, 조작 스위치의 조작에 대응되는 회로 모듈 상의 전기적 신호를 검출하고, 검출된 측정값을 표시부를 통해 표시되게 처리하는 측정 제어부를 구비한다. 이러한 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치에 의하면, 태양전지에서 생성된 직류전원을 상용 교류전원으로 변환하는 과정을 시각적으로 인식 및 회로 계통상의 전류, 전압 또는 파형을 확인할 수 있어 태양광 발전에 대한 이해 및 교육 효과를 높일 수 있다.

Description

태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치{simulation apparatus of solar energy inverter for education}
본 발명은 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치에 관한 것으로서, 태양전지에서 발생된 전력을 상용 가능한 교류전력으로 변환하는 과정을 학생들에게 시각적으로 쉽게 이해시킬 수 있도록 된 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따라 방출되는 이산화탄소에 의한 지구의 온난화와 원자력발전소의 사고 및 핵폐기물에 의한 방사능 오염 등의 심각한 문제가 나타나고, 지구의 환경과 에너지에 대한 관심이 증가하면서 청정 에너지원인 태양광을 사용하는 태양광 발전이 실용화되어 있다.
태양광 발전의 경우 입사된 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지를 다수 직렬상으로 어레이시킨 태양전지모듈로부터 생성된 직류전압을 인버터에 의해 상용 교류전압으로 변환시켜 전력 수용가에서 사용할 수 있도록 구축되어 있다.
이러한 태양광 발전시스템에서 통상 수백볼트 정도의 직류전압을 출력할 수 있도록 태양전지가 어레이된 태양전지모듈은 설치 위치 및 경사각에 따른 일사량이 다르기 때문에 태양전지모듈마다 출력되는 직류전압이 일반적으로 상호 다르게 된다.
이러한 태양전지모듈의 출력 전력의 변동에 대해 최대전력 출력점을 추종하도록 하는 제어기술이 다양하게 적용되고 있다.
한편, 이러한 태양광 발전시스템의 상용화에도 불구하고, 대부분의 교육 현장에서는 태양전지로부터 상용교류전력으로 변환하기 위한 회로 구조 및 입력전력의 변동에 따른 변환효율 등을 직접 시각적으로 확인하고, 실험할 수 있는 교육용 장치가 전무하여 효율적인 학습을 유도하기 어려운 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 태양전지에서 발생된 직류전력의 교류전원으로의 변환 과정을 시각적으로 인식 및 이해할 수 있도록 구축하여 교육용으로 사용할 수 있는 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치는 메인 프레임과; 상기 메인 프레임 상에 태양전지 모듈 또는 이에 대응되는 직류발생 전원에서 메인 입력단을 통해 입력된 직류전력을 교류로 변환하는 회로가 시각적으로 인식될 수 있게 배열된 회로 모듈과; 상기 회로 모듈의 회로 상의 설정된 측정위치마다 대응되는 전기적 신호의 검출을 지시할 수 있게 마련된 복수의 조작 스위치와; 상기 메인프레임 상에 마련된 표시부와; 상기 조작 스위치의 조작에 대응되는 상기 회로모듈상의 전기적 신호를 검출하고, 검출된 측정값을 상기 표시부를 통해 표시되게 처리하는 측정 제어부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 조작 스위치는 상기 회로 모듈의 회로 상의 설정된 측정 위치마다 전류, 전압 또는 그에 대응되는 파형의 표시를 선택할 수 있게 대응되는 위치마다 마련되어 있고, 상기 측정제어부는 상기 조작 스위치의 조작에 대응되는 위치의 전류, 전압 또는 파형을 검출하고, 검출된 측정값을 상기 표시부를 통해 표시되게 처리한다.
더욱 바람직하게는 상기 회로모듈은 상기 메인입력단을 통해 입력되는 직류전압을 설정된 목표 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터와; 상기 메인 입력단을 통해 입력되는 전력에 대해 최대 전력 출력점을 추종하도록 상기 DC/DC 컨버터의 구동을 제어하는 MPPT제어부와; 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압을 교류전압으로 변환하는 DC/AC 인버터와; 상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 신호의 파형을 사인파 형태로 필터링하는 사인필터와; 상기 사인필터의 출력단자에 접속된 부하부;를 구비하고, 상기 조작스위치는 메인입력단, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단, 상기 DC/AC 인버터의 출력단 및 상기 사인필터의 출력단의 전류 및 전압을 각각 검출할 수 있는 위치에 마련되어 있다.
또한, 상기 부하부에는 부하 저항값을 사용자의 조작에 의해 가변시킬 수 있는 가변저항이 마련되고, 상기 메인입력단에는 상기 태양전지 모듈과 상기 직류발생 전원을 선택적으로 접속할 수 있도록 되어 있고, 상기 직류발생 전원은 사용자의 조작에 의해 출력되는 직류전압의 조정이 가능한 가변 직류발생 전원이 적용된다.
본 발명에 따른 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치에 의하면, 태양전지에서 생성된 직류전원을 상용 교류전원으로 변환하는 과정을 시각적으로 인식 및 회로 계통상의 전류, 전압 또는 파형을 확인할 수 있어 태양광 발전에 대한 이해 및 교육 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치를 나타내 보인 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1의 회로모듈에 대한 상세 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치를 나타내 보인 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 회로모듈에 대한 상세 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치(100)는 메인 프레임(110), 회로모듈(120), 다수의 조작스위치(141 내지 149), 표시부(160),측정제어부(170)를 구비한다.
메인 프레임(110)은 박스형태로 형성된 바디부분(111)과, 바디부분(111)의 일측에서 상방으로 연장된 수직부분(115)을 갖는 구조로 되어 있다.
메인 프레임(110)은 도시된 형태와는 다른 형태로 제작될 수 있음은 물론이다.
바람직하게는 바디부분(111)의 상면은 내부 투시가 가능한 투평판(112)이 마련되어 있고, 투명판(112)의 하부에 회로모듈(120)이 시각적으로 인식될 수 있게 설치된다. 투명판(112) 하부에 설치되는 회로모듈(120)은 도 2에 도시된 바와 같은 상세 회로가 설치되고, 도 1은 도면의 복잡성을 피하기 위해 해당 부분을 블록화 하여 도시한 것이다.
메인프레임(110)의 수직부분(115)에는 표시부(160)가 장착된다.
회로모듈(120)은 메인 프레임(110)의 바디부분(111)의 투명판(112) 하부에 태양전지 모듈(210) 또는 직류발생 전원(220)에서 메인 입력단(121)을 통해 입력된 직류전력을 교류로 변환하는 회로가 시각적으로 인식될 수 있게 배열되어 있다.
메인입력단(121)에는 태양전지 모듈(210)과 직류발생 전원(220)을 선택적으로 접속할 수 있도록 되어 있고, 직류발생 전원(220)은 사용자의 조작에 의해 출력되는 직류전압의 조정이 가능한 가변 직류발생 전원이 적용된다. 여기서 직류발생 전원(220)은 태양전지 모듈(210)을 이용할 수 없는 환경 예를 들면, 날씨가 흐리거나, 태양전지모듈(210)의 실외 설치가 불가능한 환경에서 보조적으로 태양전지 모듈(210)에 대응하는 직류전원을 공급할 수 있도록 적용된 것이다.
메인 입력단(121)은 실외에 설치된 태양전지모듈(210)과 결선할 수 있도록 바디부분(111)에 노출되게 접속가능한 단자 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
회로모듈(120)은 다양하게 구현될 수 있고, 본 실시예에서는 DC/DC 컨버터(D)(123), MPPT제어부(M)(125), DC/AC 인버터(A)(127), 사인필터(F)(129), 부하부(R)(131)가 실제 회로구성 패턴에 대응되게 결선되어 있다.
DC/DC 컨버터(123)는 메인입력단(121)을 통해 입력되는 직류전압을 설정된 목표 직류 전압으로 변환한다.
MPPT제어부(125)는 메인 입력단(121)을 통해 입력되는 전력에 대해 최대 전력 출력점을 추종하도록 DC/DC 컨버터(123)의 구동을 제어한다. 도시된 예에서 MPPT제어부(125)는 DC/DC 컨버터(123)의 입력단 및 출력단의 전류 및 전압을 검출하여 DC/DC 컨버터(123)의 구동을 제어하도록 되어 있고, 도시된 예와 다르게, DC/AC인버터의 입력단과 출력단의 전압 및 전류를 입력받아 최대 전력 출력점을 추종하도록 DC/AC 인버터(127)의 구동을 제어하도록 구축될 수도 있다.
DC/AC 인버터(127)는 DC/DC 컨버터(123)에서 출력되는 전압을 교류전압으로 변환한다.
DC/AC 인버터(127)는 4개의 스위칭소자(Q1 내지 Q4)의 게이트 단자를 인버팅 제어부(127a)에서 온/오프를 각각 제어하여 출력단을 통해 교류신호를 생성하도록 되어 있다.
사인필터(129)는 DC/AC 인버터(127)에서 출력되는 신호의 파형을 사인파 형태로 필터링한다. 도시된 예에서 사인필터(129)는 리액터(L1)(L2)와 커패시터(C1)(C2)가 적용되었다.
부하부(131)는 사인필터(129)의 출력단자에 접속되어 있다.
부하부(131)는 상용 교류전원 계통선과 접속하기 위한 계통단자와, 부하 저항값을 사용자의 조작에 의해 가변시킬 수 있는 가변저항(VR)(132)이 병렬상으로 접속되어 있다. 참조부호 137은 별도의 부하를 접속할 수 있는 보조 부하 접속단자이다.
계통단자와, 가변저항(132)은 선택적으로 접속할 수 있게 스위치를 통해 접속되어 있다.
조작스위치(141 내지 149)는 회로 모듈(120)의 회로 상의 설정된 측정위치 또는 1차로 측정된 값으로부터 연산에 의해 목적하는 연산값의 산출을 지시할 수 있게 다수가 마련되어 있다.
바람직하게는 조작 스위치(141 내지 148)는 회로 모듈(120)의 회로 상의 설정된 측정 위치마다 전류, 전압 또는 그에 대응되는 파형의 표시를 선택할 수 있게 대응되는 위치마다 마련되어 있다. 도시된 예에서는 조작스위치(141 내지 148)는 메인 입력단(121), DC/DC 컨버터(123)의 출력단, DC/AC 인버터(127)의 출력단 및 사인필터(129)의 출력단의 전류 및 전압을 각각 검출할 수 있는 위치에 마련되어 투명판(112)위로 노출되게 설치되어 있고, 기호로는 A1 내지 A4와 V1 내지 V4로 표기되어 있다.
한편, 참조부호 149로 표기된 조작스위치는 변환 효율, 출력 파형표시 등을 지시할 수 있게 마련된 것이다.
참조부호 152는 직류발생 전원(220)의 출력전압을 조정하기 위한 조절기이고, 참조부호 153은 가변저항(132)의 저항값을 조정하기 위한 조절기이다.
조작스위치(141 내지 149)는 사용자의 조작여부에 대응되는 신호를 측정제어부(170)로 출력할 수 있도록 되어 있다.
바람직하게는 DC/DC 컨버터(123)의 출력단, DC/AC 인버터(127)의 출력단 및 사인필터(129)의 출력단은 외부에서 전기적으로 접속할 수 있게 투명판(112)을 통해 접속 단자가 마련된다. 이 경우 별도의 측정장비를 접속단자에 접속하여 측정해보거나, 별도의 제어기를 접속해 볼 수 있도록 지원할 수 있다.
한편, 도면의 복잡성을 피하기 위해 생략되었지만, 인버팅 제어부(127a)에서 각 스위칭소자(Q1 내지 Q4)로 출력되는 제어신호(G1 내지 G4)의 파형을 확인할 수 있도록 대응되는 위치에 조작스위치가 마련되는 것이 바람직하다.
표시부(160)는 메인프레임(110)의 수직부분(115)에 설치되어 측정제어부(170)에서 제공되는 표시정보를 표시한다.
측정제어부(170)는 조작 스위치(141 내지 148)의 조작에 대응되는 회로모듈(120)상의 전기적 신호를 검출하고, 검출된 측정값을 표시부(160)를 통해 표시되게 처리한다. 도시된 예에서 측정제어부(170)는 메인 입력단(121), DC/DC 컨버터(123)의 출력단, DC/AC 인버터(127)의 출력단 및 사인필터(129)의 출력단의 전류 및 전압을 각각 검출할 수 있게 되어 있고, 스위칭소자(Q1 내지 Q4)로 인가되는 신호 또는 검출할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 측정제어부(170)는 조작 스위치(141 내지 149)의 조작에 대응되는 위치의 전류, 전압 또는 파형을 검출하고, 검출된 측정값을 표시부(160)를 통해 표시되게 처리한다.
이러한, 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치(100)는 피교육자 즉, 학생이 투명판(112)을 통해 노출된 회로모듈(120)의 회로구성을 통해 회로를 이해하고, 조작스위치(141 내지 149)를 조작하여 회로계통상의 전류, 전압 및 파형을 표시부(160)를 통해 보면서 전력변환 형태를 이해할 수 있고, 태양전지모듈(210) 또는 직류발생전원(220)의 출력 변동 또는 부하부(131)에 접속된 부하의 가변을 통해 변동되는 제어신호를 시각적으로 확인 할 수 있어 교육효과를 높일 수 있고, 회로모듈(120)의 회로에 대해 외부로 노출된 접속단자들을 이용하여 다양한 실험이 가능한 장점을 제공한다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 메인 프레임과;
    상기 메인 프레임 상에 태양전지 모듈 또는 이에 대응되는 직류발생 전원에서 메인 입력단을 통해 입력된 직류전력을 교류로 변환하는 회로가 시각적으로 인식될 수 있게 배열된 회로 모듈과;
    상기 회로 모듈의 회로 상의 설정된 측정위치마다 대응되는 전기적 신호의 검출을 지시할 수 있게 마련된 복수의 조작 스위치와;
    상기 메인프레임 상에 마련된 표시부와;
    상기 조작 스위치의 조작에 대응되는 상기 회로모듈상의 전기적 신호를 검출하고, 검출된 측정값을 상기 표시부를 통해 표시되게 처리하는 측정 제어부;를 구비하고,
    상기 조작 스위치는 상기 회로 모듈의 회로 상의 설정된 측정 위치마다 전류, 전압 또는 그에 대응되는 파형의 표시를 선택할 수 있게 대응되는 위치마다 마련되어 있고,
    상기 측정제어부는 상기 조작 스위치의 조작에 대응되는 위치의 전류, 전압 또는 파형을 검출하고, 검출된 측정값을 상기 표시부를 통해 표시되게 처리하며,
    상기 회로모듈은 상기 메인입력단을 통해 입력되는 직류전압을 설정된 목표 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터와;
    상기 메인 입력단을 통해 입력되는 전력에 대해 최대 전력 출력점을 추종하도록 상기 DC/DC 컨버터의 구동을 제어하는 MPPT제어부와;
    상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압을 교류전압으로 변환하는 DC/AC 인버터와;
    상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 신호의 파형을 사인파 형태로 필터링하는 사인필터와;
    상기 사인필터의 출력단자에 접속된 부하부;를 구비하고,
    상기 조작스위치는 메인입력단, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단, 상기 DC/AC 인버터의 출력단 및 상기 사인필터의 출력단의 전류 및 전압을 각각 검출할 수 있는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부하부에는 부하 저항값을 사용자의 조작에 의해 가변시킬 수 있는 가변저항이 마련된 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메인입력단에는 상기 태양전지 모듈과 상기 직류발생 전원을 선택적으로 접속할 수 있도록 되어 있고, 상기 직류발생 전원은 사용자의 조작에 의해 출력되는 직류전압의 조정이 가능한 가변 직류발생 전원인 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 교육용 시뮬레이터 장치.
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