KR101021776B1 - 태양광 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다상 배선망에 공급할 전력을 생산하는 다수의 태양광모듈, 위상이 모두 다른 도체에는 물론 배선망 변압기의 1차측에도 연결되는 다수의 태양광 스트링, 태양광모듈에서 생산한 직류전압을 배선망에 적합한 교류전압으로 변환하기 위한 인버터, 및 중립도체와 접지단자 또는 접지단자만을 갖는 배선망의 변압기를 갖춘 태양광 발전기에 관한 것이다.

Description

태양광 발전기{SOLAR POWER PLANT}

본 발명은 다상 배선망에 공급할 전력을 생산하는 다수의 태양광모듈, 위상이 모두 다른 도체에는 물론 배선망 변압기의 1차측에도 연결되는 다수의 태양광 스트링, 태양광모듈에서 생산한 직류전압을 배선망에 적합한 교류전압으로 변환하기 위한 인버터, 및 중립도체와 접지단자 또는 접지단자만을 갖는 배선망의 변압기를 갖춘 태양광 발전기에 관한 것이다.

태양광 발전기는 다수의 태양광 모듈과 인버터들로 구성된다. 발전기능을 하는 태양광모듈 여러개를 직렬이나 병렬로 연결한 것을 스트링이라 한다. 인버터는 배선망 변압기를 거쳐 배선망에 전력을 공급하도록 연결되고, 단상이나 다상, 그중에서도 3상의 인버터를 주로 사용한다.

다상 변압기의 각각의 위상에서 전력공급이 일어낟록 단상 인버터들을 배치하는 것은 공지되어 있다. 위상마다 하나 이상의 인버터를 사용한다. 이들 인버터는 스위치를 통해 각각의 위상의 도체(L1~L3)에 연결되는데, 스위치로는 특히 컨택터를 사용하고, 결과적으로 변압기의 1차측에 연결된다. 1차측의 변압기의 권선은 Y결선을 이룬다. 변압기의 중간점은 중립도체(N)에 연결되고, 중립도체(N)는 접지 단자(PE)에 연결된다. 변압기의 2차측 권선은 삼각결선을 이룬다.

다상 인버터, 특히 3상 인버터를 사용하면, 인버터의 출력단은 컨택터를 거쳐 도체(L1~L3) 각각에 연결된다.

태양광 모듈, 특히 박막형 모듈은 일정 방향의 전기장이 일어나지 않도록 작동되어야 하고, 그렇지 않으면 조기손상이 일어나 수명이 짧아진다.

태양광 발전기의 단자를 접지하는 것이 한가지 해결책인데, 이 경우 모듈의 셀은 극성이 접지되는 전압만 받을 수 있다.

그러나, 모듈을 접지하면 갈바닉 분리 인버터나 무변압형 인버터를 사용할 수밖에 없다. 두가지 인버터 모두 배선망에 전력을 공급하려면 내부적으로 전압손실이 있어, 변환효율이 떨어진다.

반면에, DE 20 2006 008936에서 소개한 다른 방법에서는, 모듈 단자에 twjd의 전압을 걸어서 해결한다. 모듈의 음극 연결이 양전압을 일으키는 기구가 있는데, 이는 모듈의 수명을 늘인다. 이 기구의 장점은 대부분의 모든 종류의 인버터를 이용할 수 있다는 것이다. 태양광 발전기가 대형이어서 모듈과 인버터가 많으면, 이런 기구도 많은 갯수를 설치해야 하고, 이는 비용상승을 가져온다.

본 발명의 목적은 박막형 태양광모듈의 수명을 늘려 저비용으로 인버터의 고효율을 이룰 수 있도록 전술한 형태의 태양광 발전기를 개선하는데 있다.

본 발명의 이와 같은 목적은, 여러가지 방식으로 바이어스 전압이 0이 아니게 설정되도록 중립도체와 접지단자 사이에 직류전압원을 연결해 해결되거나, 된다. 바이어스 전압이 0이 아니게 설정되도록 도체 각각과 접지단자 사이에 직류전압원을 연결해 해결된다.

본 발명의 다른 장점은, 부적절한 방향의 전기장 강도는 불가능하고 모듈의 손상은 피하는데 있다.

도, 본 발명에 의하면 동작을 위해 접지되어야만 하는 태양광 발전기를 사용할 수 있다. 본 발명의 회로는 대형 발전기의 인버터에 사용될 수 있고, 이런 대형 발전기는 배선망 변압기를 필요로 한다. 따라서, 특별한 인버터는 이용할 필요가 없다.

본 발명에 의하면, 변압기가 하나 이상인 태양광 발전기가 얻어지는데, 직류전압원을 중립도체(N)와 접지단자(PE) 사이에 연결하여, 태양광 스트링의 한쪽 단자의 전압을 0가 아니게 또는 0보다 크게 설정한다. 이런 전압은 음전압일 수도 있다. 따라서, 이 전압은 0V가 아니어야 한다. 높이와 극성에 있어서, 바이어스 전압은 태양광 스트링의 원하는 전압으로 조절된다.

본 발명은 또한 갈바닉 분리 인버터나 무변압 인버터 없이도 지락사고를 해결한다.

중립도체가 없는 3상 인버터를 사용하면, 직류전압원을 3개 도체(L1~L3) 각각과 PE 사이에 연결할 수 있다. 중립도체가 달린 3상 인버터를 사용하면, 중립ㄷ체와 PE 사이에 직류전압원을 연결할 수 있다. 변압기의 중간점은 중립도체에 연결한다. 역시 배선망 변압기는 다상 변압기이다.

본 발명의 다른 장점들은 종속청구항에 의해 구현된다.

본 발명에 의하면, 지락사고를 감시하기 위한 직류전원용 전류감시기를 연결한다. 이 경우, 아주 저렴하게 지락시고나 잘못된 절연을 감시할 수 있는데, 이는 PE에 연결된 전류경로를 승압에는 물론 전류측정에도 이용할 수 있기 때문이다.

배선망의 중간점을 바이어스하면, 인버터가 무변압형이어도, 태양광 발전기의 셀의 단극 바이어스 전압을 얻을 수 있다. 따라서, 고성능 태양광 발전기에 고효율 무변압 인버터를 사용하는 것이 박막 모듈이나 비정질 셀을 갖춘 모듈을 포함한 태양광모듈을 이용할 수 있다. 따라서, 태양광모듈을 박락형 모듈로 구현하고 각각의 인버터가 무변압형이면 아주 유리하다.

또, 인버터(5)마다 위상이 다른 것을 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 여러개의 단상 인버터는 발전기 수율이 높을 때 유리하다. 단상 인버터는 갈바닉 절연이 전혀 없는 것이 보통이다. 매 이상 동안 하나 이상의 인버터가 제공된다. 3개의 인ㅂ터를 N 도체와 PE 도체에 쉽게 연결할 수 있어, 특히 인버터에 아무런 갈바닉 절연이 없거나 추가 접지가 불필요한 경우 그렇다.

인버터 하우징 외부에 배선망 변압기를 설치하면, 인버터와 변압기 사이의 연결로에 다극스위치를 하나 이상 설치할 수 있다. 스위치를 조절하면 지락사고 등의 경우에도 전류를 방해없이 사용할 수 있다. 이런 인버터는 스위치를 통해 변압기에 연겨라는 것이 좋다.

인버터가 출력단에 중립도체를 갖는지 여부는 반드시 구분해야 한다. 변압기의 1차측은 Y결선으로 되고, 변압기의 중간점은 중립도체나 변압기의 1차측에 연결된다. 따라서, 변압기의 2차측은 항상 삼각결선을 이룬다.

도 1은 태양광 발전기(1)의 제1 실시예의 회로도이다. 이 태양광 발전기는 다수의 태양광 모듈(2)을 포함하는데, 구체적으로는 3상 배선망(NE)에 공급할 전력을 생산하는 박막형 태양광모듈을 포함한다. 여기 도시된 태양광 스트링(3a~3c)은 모두 위상이 다르고 배선망 변압기(4)의 1차측에 연결된다. 또, 여러개의 인버터(5)는 무변압형으로서 태양광모듈에서 생산된 직류전압을 배선망에 맞는 교류전압으로 변환하기 위한 것이다. 이들 인버터는 승압컨버터나 강압컨버터, 브리지회로, 펄스폭 변조기, MPP 컨트롤러 등을 포함한다. 배선망 변압기(4)에는 중립도체(N)와 접지단자(PE)가 있다.

3상 변압기(4)의 각각의 상마다 전력공급이 되도록 3개의 단상 인버터(5)를 배열한다. 각각의 상에 대해 최소 1개의 인버터(5)를 제공하는 셈이다.

본 발명에 따르면, 위상이 모두 다른 도체(L1,L2,L3) 각각과 접지단자(PE) 사이에 직류전압원(6)을 배치하여, 태양광 스트링(3a~3c)의 전위가 움직이고 바이 어스 전압이 0보다 크거나 0이 아닌 전압이 설정되도록 한다. 무변압형 인버터를 사용한다 해도, 모든 태양전지에서 단극 바이어스 전압을 얻을 수 있다.

직류전압원의 전류경로에는 지락사고를 감시하는 전류감시기를 연결하는 것이 좋다. 절연이나 지락사고가 있으면, 인버터(5)와 변압기(4) 사이의 전류연결을 컨택터(7)로 차단할 수 있다. 배선망(NE)와 변압기(4) 사이의 전류차단도 물론 가능하다. 따라서, 각각의 인버터(5)를 스위치를 통해 변압기(4)에 연결한다. 이 경우, 변압기(4)의 한쪽 1차측은 Y결선을 이루고, 변압기의 중간점은 중립도체(N)에 연결된다.

한편, 변압기에서 중립도체(N)를 없애는 것도 가능하다(도 2 참조). 이 경우, 변압기(4)의 한쪽 1차측은 3각결선을 이룬다. 본 발명에 따르면, 도체(L1~L3) 각각과 접지단자(PE) 사이에 직류전압원을 연결하여, 태양광 스트링들의 전위가 움직이고 바이어스 전압은 0보다 크게 설정한다.

위의 어느 경우에도, 변압기(4)의 2차측은 삼각결선을 이룬다. 또, 인버터의 출력단을 스위치나 컨택터를 통해 도체(L1~L3)에 연결하는 3상 인버터를 이용하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 태양광 발전기의 개략도;

도 2는 본 발명의 태양광 발전기의 제2 실시예의 개략도.

Claims (11)

1. 다상 배선망에 공급할 전력을 생산하는 다수의 태양광모듈(2), 위상이 모두 다른 도체(L1~L3)에는 물론 배선망 변압기(4)의 1차측에도 연결되는 다수의 태양광 스트링(3a~3c), 태양광모듈(2)에서 생산한 직류전압을 배선망의 교류전압으로 변환하기 위한 인버터(5), 및 중립도체(N)와 접지단자(PE)를 갖는 배선망의 변압기(4)를 갖춘 태양광 발전기(1)에 있어서:

   태양광 스트링(3a~3c)의 전위가 변하고 바이어스 전압이 0이 아니게 설정되도록 중립도체(N)와 접지단자(PE) 사이에 직류전압원(6)을 연결하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
2. 다상 배선망에 공급할 전력을 생산하는 다수의 태양광모듈(2), 위상이 모두 다른 도체(L1~L3)에는 물론 배선망 변압기(4)의 1차측에도 연결되는 다수의 태양광 스트링(3a~3c), 태양광모듈(2)에서 생산한 직류전압을 배선망의 교류전압으로 변환하기 위한 인버터(5), 및 접지단자(PE)를 갖는 배선망의 변압기(4)를 갖춘 태양광 발전기(1)에 있어서:

   태양광 스트링(3a~3c)의 전위가 변하고 바이어스 전압이 0이 아니게 설정되도록 도체(L1~L3) 각각과 접지단자(PE) 사이에 직류전압원(6)을 연결하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지락사고를 감시하기 위한 직류전원(6)용의 전류감시기를 연결하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 태양광모듈(2)이 박막형 모듈인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인버터(5)가 무변압형 인버터인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인버터(5)가 각각의 위상용으로 이용되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스위치를 통해 변압기(4)에 인버터(5)를 연결한 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
8. 제7항에 있어서, 스위치로 컨택터(7)를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변압기(4)의 1차측이 Y결선을 이루고, 변압기(4)의 중간점이 중립도체(N)에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변압기(4)의 1차측이 삼각결선을 이루고, 변압기(4)에 중립도체(N)가 없는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변압기(4)의 2차측이 삼각결선을 이루는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기.

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