KR101159253B1 - 트래커를 위해 통합된 제어 및 조절 장치를 갖는 인버터 - Google Patents

Abstract

태양광 발전기에 의해 제공되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터는 태양광 발전기가 태양을 추적하게 하기 위해 태양광 발전기를 구동하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어 장치를 포함하며, 여기서 제어 장치는 인버터 내에 통합되어 형성된다.

Description

트래커를 위해 통합된 제어 및 조절 장치를 갖는 인버터{INVERTER WITH INTEGRATED CONTROL AND REGULATION FOR A TRACKER}

본 발명은 태양광 에너지에 기초하여 전기 에너지를 발생시키는 분야에 관한 것이며, 여기서는 특히 제어 신호에 따라 태양광 발전기가 태양을 추적할 수 있게 하는 구동기를 포함하는 태양광 발전기에 의해 제공되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터에 관한 것이다.

태양광 발전기가 태양의 현재 위치를 추적하게 하는 장치, 즉 소위 트래커는 종래 기술분야에 알려져 있으며, 여기서 그 일 예가 DE 202 04 679 U1에 기재되어 있다. 이러한 장치의 구동 장치는 항상 가능한 최대로 태양 복사선이 태양광 발전기에 도달하도록 태양을 따라 방위각 및/또는 고도 방향으로 태양광 발전기를 안내한다. 방위각 및/또는 고도 방향으로 태양을 추적할 수 있는 공지된 발전소는 예를 들어, 지지대의 단부에 방위각(동서 방향)을 조절하기 위한 회전 링(rotating ring)과 고도(경도)를 조절하는 가변 길이를 갖는 위치 로드(position rod)를 구비한다.

이러한 추적 발전소 즉 "트래커"는 트래커나 그 구동 요소들을 각각 제어하는 제어 장치나 조절 장치에 각각 효과적으로 연결되어 있어, 태양광 발전기가 하 늘에서 최대로 밝은 위치를 연속적으로 추적하게 한다. 이러한 제어 장치는 개별적인 디바이스들로 구성되며 자체적으로 동작한다. 이러한 제어 장치에 대한 하나의 예는 DE 100 43 525 A1에 기재되어 있으며, 이 DE 100 43 525 A1은 태양광 발전소가 태양의 현재 위치를 추적하게 하는 장치를 기술하며 여기서는 태양광 셀이 센서로서 사용된다.

도 2A는 태양을 추적하는 태양광 발전소의 공지된 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 태양광 발전소는 적어도 하나의 태양광 발전기(116)를 구비하며, 이 태양광 발전기(116)는 복수의 태양광 모듈(102)을 구비하며, 이 태양광 모듈(102)은 태양(104)으로부터 오는 광이 도달할 때 직류 전류의 형태로 전기 에너지를 발생시킨다. 태양광 모듈(102)은 트래커(100) 상에 장착된다. 축(108,110)에 대해 태양광 발전기(116)를 조절하는 것은 도 2A에 도시되지 않은 트래커(100)의 구동기를 통해 이루어지며, 여기서 구동 장치는 예를 들어 지지대(106) 상에 장착될 수 있다. 하루의 경과 동안 태양광 발전기(116)가 태양(104)을 추적하는 것은 구동 장치에 의해 이루어진다.

도 2A에서 예시적으로 도시된 종래의 접근법에서, 태양광 발전기(116)에 추가하여, 트래커(100)를 위한 제어 유닛(123)이 제공되며, 이 제어 유닛(123)은 도시된 예에서 태양광 모듈(102)을 구비하는 트래커(100) 상에 장착된다. 제어 유닛(123)은 트래커(100)와는 별개의 다른 위치에 제공될 수도 있다. 제어 유닛(123)은 도달하는 광에 따라 세기 신호를 발생시키는 센서 또는 검출기(114)를 포함하며, 이 세기 신호는 하늘에서 최대로 밝은 지점으로 태양광 발전기(116)를 최적으 로 정렬하는 것을 보장하기 위해 트래커(100)의 구동 장치(125)에 제어 신호를 전달하는 제어 유닛에 통합되어 형성된 제어 장치에 제공된다. 구동 장치와는 별도로 트래커(100)는 지지대(106)를 더 포함한다.

태양광 발전소는 도 2A에 개략적으로 도시된 연결부(120)에 의해 태양광 발전기(116)에 의해 발생된 직류 전류를 수신하는 인버터(118)를 더 포함한다. 인버터(118)는 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 변환기 수단(DC/AC)을 포함한다. 발생된 교류 전류는 인버터(118)의 개략적으로 도시된 출력부(122)에서 출력된다.

도 2A에 도시된 배열은 도 2B에서 개략적으로 예시되어 있으며, 볼 수 있는 바와 같이, 센서(114)는 센서 신호 연결부(124)를 통해 제어 유닛(123)에 제공되는 센서 신호를 발생시킨다. 제어 유닛(123)은 트래커(100)의 구동 장치(125)(모터)를 위한 제어 신호를 발생시키며, 이 제어 신호는 제어 신호 연결부(124)를 통해 전송된다. 나아가, 태양광 발전기(116)와 인버터(118)가 도시되며, 이들은 전선(120)을 통해 연결된다. 인버터(118)는 전선(122)을 통해 교류 전류를 출력한다.

별개의 요소들(116 및118 또는 114,123 및 125)이 각각 사용되는 도 2에 기재된 종래의 배열은 조절 장치나 제어 장치(123)가 시스템의 나머지 부분과 독립적으로 각각 동작할 수 있으며 이에 따라 다른 태양광 모듈과 인버터와 동작될 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 이 접근법의 단점은 복수의 요소들이 사용되는 것으로 인해 상당히 높은 비용이 발생하며 또 인버터(118)의 각 트래커 조절 장치나 제어 장치(114)와 각 제어 장치나 조절 장치의 동작이 독립적인 것으로 인해 두 조절 장치를 서로 연결할 가능성이 전혀 없다는 것이다.

이러한 종래 기술에서부터 시작하여 본 발명의 목적은 불필요한 비용을 회피하면서 태양을 추적하는 태양광 발전소의 제어/조절을 개선하는 것이다.

본 목적은 청구범위 제1항에 따른 인버터에 의해 해결된다.

나아가, 본 발명은 본 발명의 인버터를 사용하는 태양광 발전소를 제공한다.

본 발명은 태양광 발전기에 의해 제공되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터를 제공하며, 여기서 태양광 발전기는 태양광 발전기를 원하는 방향으로 배향할 수 있는 구동 장치를 포함하며, 이 인버터는 태양광 발전기가 태양을 추적하게 하기 위해 태양광 발전기를 구동하기 위한 제어 신호를 제공하는 제어 장치를 통합하여 형성된다.

제 1 바람직한 실시예에 따르면, 본 인버터는 센서에 도달하는 광에 따라 세기 신호를 발생시키는 적어도 하나의 센서를 더 포함하며, 여기서 제어 장치는 세기 신호를 수신하며 이 세기 신호에 기초하여 제어 신호를 제공하며, 나아가 본 인버터는 제어 장치가 제어 신호를 인가하는 제어 신호 출력부를 더 포함한다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 인버터는 외부 센서가 센서에 도달하는 광에 따라 발생시키는 세기 신호를 수신하는 센서 신호 입력부를 포함하며, 여기서 제어 장치는 센서 신호 입력부에 연결되어 세기 신호를 수신하고 이 세기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시키며, 나아가 본 인버터는 제어 장치가 제어 신호를 인가하는 제어 신호 출력부를 더 포함한다. 바람직하게는 외부 센서는 트래커 상에 장착된 센서이다. 대안적으로, 외부 센서는 태양광 발전기의 하나 또는 수 개의 태양광 모듈에 의해 형성될 수 있다.

바람직하게는, 본 인버터는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 것을 제어하는 예를 들어 프로세서를 구비하는 제어 유닛을 포함하며, 여기서 태양광 모듈을 구동하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 장치는 이 제어 유닛 내에 통합되어 형성된다.

본 인버터의 트래커를 위한 조절 장치/제어 장치를 통합하는 본 발명의 개념은, 이것이 큰 비용 절감을 수반하고 인버터가 최소 여분의 노력으로 이 추가적인 일을 실현할 수 있으므로 유리한 장점이 있다. 특히, 다른 하우징, 추가적인 전류 공급, 추가적인 데이터 교환 인터페이스, 다른 프로세서 등에 대한 추가적인 비용이 생략된다. 나아가, 본 발명에 따라, 태양광 발전소의 전체 시스템의 거동/성능은 두 조절 장치를 결합하는 것에 의해 상당히 증가된다. 추가적으로, 추가적인 제어 장치의 전기적인 손실이 더 생략되므로 태양을 추적하는 태양광 발전소의 전체 효율이 증가한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 설명될 것이다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 인버터를 구비하는 태양을 추적하는 태양광 발전소를 도시하는 일 실시예.

도 2A 및 도 2B는 종래의 태양을 추적하는 태양광 발전소에 대한 일례.

도 1A는 복수의 태양광 모듈(102)을 구비하며 트래커(100) 상에 장착되는, 도 2와 유사한, 태양광 발전기(116)를 구비하는 태양광 발전소를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시되지 않은 구동 장치에 의해, 태양광 발전기(116)는 축(108,110)에 대해 선회가능하며 태양(104)을 추적할 수 있다.

도 2에 기초하여 기술된 종래의 접근법과는 달리, 도 1A에 도시된 본 발명의 일 실시예에서는 수신된 직류 전류(DC)를 교류 전류(AC)로 변환하는 변환 회로(202)를 구비하는 인버터 회로(200)가 제공된다. 나아가, 제어 장치/조절 장치(204)는 이 인버터(200)에 통합되어 형성되며, 이 제어 장치/조절 장치는 태양광 발전기(116)가 하루의 경과 동안 태양(104)을 추적하게 하거나 (예를 들어 구름낀 날일 때에는) 하늘에서 최대로 밝은 지점을 각각 추적하게 하도록 그 구동 장치를 제어하는 트래커(100)를 위한 제어 신호를 발생시킨다.

나아가, 도 1A에 도시된 실시예에는, 센서나 검출기(206)가 각각 제공되며, 이 센서나 검출기(206)는 도달하는 광에 따라 세기 신호를 발생시키며 이 세기 신호를 제어 신호 연결부(208)를 통해 인버터(200)의 입력부(210)에 제공한다. 인버터(200)에 있는 제어 장치(204)는 입력부(210)에 연결되어 수신된 세기 신호에 따라 트래커(100)를 구동하기 위한 제어 신호를 발생시키고 이 제어 신호를 인버터(200)의 제어 신호 출력부(212)에 제공한다. 도시된 실시예에서, 이 제어 신호는 구동 장치를 각각 조절하기 위하여 인버터(200)로부터 제어 신호 라인(214)을 통해 트래커(100)에 제공된다.

검출기 수단(206)과 관련하여, 이 검출기 수단(206)은 하나 또는 수 개의 센서 셀을 포함할 수 있으며, 수 개의 센서 셀을 제공하는 경우에 수 개의 세기 신호가 제어 장치(204)에 제공되며, 이 수 개의 세기 신호는 이후 예를 들어 DE 100 43 525 A1에 기술된 바와 같은 방식으로 태양광 발전기가 태양을 추적하게 하기 위해 평가된다는 것이 주목되어야 한다.

나아가, 인버터는, 도 2에서와 같이, 라인(120, 122)을 통해 태양광 발전기(116)로부터 직류 전류를 수신하거나 또는 변환된 교류 전류를 각각 출력하기 위해 직류 전류 입력부(216)와 교류 전류 출력부(218)를 포함한다.

도 1B는 도 1A에 기재된 배열을 다시 개략적으로 도시한다.

본 발명에 따라, 요구되는 비용의 절감은 태양광 발전기를 위한 추적 신호를 발생시키는 제어 장치를 구현하기 위한 인버터의 자원을 사용하여 얻어지며, 이 인버터는 직류 전류를 교류 전류로 변환하기 위해 요구되는 전력 스위치와는 별도로 예를 들어 마이크로프로세서와 각 메모리 요소의 형태로 각 제어 유닛을 또한 포함한다. 이에 따라 태양광 발전기가 태양을 추적하게 하는 제어 장치를 구현하기 위해 이들 자원들이 액세스될 수 있어, 콤팩트한 구성과는 별도로 전술된 비용의 절감이 얻어질 수 있다.

나아가, 전류의 변환이나 추적을 위한 조절 장치/제어 장치를 결합하는 것에 의해, 전체 시스템의 거동이 상당히 개선될 수 있으며 또 전체 효율이 증가될 수 있다.

도 1에는, 검출기나 센서(206)가 트래커(100)의 일부로서 각각 도시되어 있는 일 실시예가 기재되어 있다. 그러나 본 발명은 이러한 구현예로만 제한되는 것은 아니며, 오히려 다른 실시예에서 검출기나 센서 셀(206)이 각각 인버터에 통합되어 형성될 수도 있으며, 이 경우에 센서 신호 라인(208)과 각 센서 신호 입력부(210)는 생략될 수 있고 이는 인버터의 사용에 대해 추가적인 간략함을 제공하는데, 이는 검출기와 각 센서 라인과 함께 인버터를 개조해야 할 필요 없이 종래의 태양을 추적하는 태양광 발전소에 의해서도 동작될 수 있기 때문이다.

다른 실시예에서, 검출기는, 태양광 발전기나 트래커의 외부에 각각 배열되거나 인버터의 외부에 배열되고 각 센서 신호 라인을 통해 인버터(200)의 센서 신호 입력부(210)에 연결되는 별도의 검출기로 구현될 수도 있다.

다른 실시예에서, 검출기는 생략될 수도 있다. 이 경우에 태양광 발전기가 태양을 추적하는 것은 인버터의 제어 유닛에 의한 천문 계산에 기초하여 수행된다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 태양광 발전을 하는데에 이용가능하다.

Claims (7)

1. 태양광 발전기(116)에 의해 얻어진 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터로서, 상기 태양광 발전기(116)는 이 태양광 발전기(116)를 원하는 방향으로 배향할 수 있는 구동기를 구비하는, 인버터에 있어서,

   상기 인버터(200)는 상기 태양광 발전기(116)가 태양(104)을 추적하게 하기 위해 상기 태양광 발전기(116)를 구동시키기 위한 제어 신호를 제공하는 제어 장치(204)를 통합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터.
2. 제 1 항에 있어서,

   센서(206)에 도달하는 광에 따라 세기 신호를 발생시키는 적어도 하나의 센서(206)와,

   상기 제어 장치(204)가 제어 신호를 인가하는 제어 신호 출력부(212)

   를 포함하며,

   상기 제어 장치(204)는 상기 세기 신호를 수신하며 이 세기 신호에 기초하여 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 인버터.
3. 제 1 항에 있어서,

   센서에 도달하는 광에 따라 외부 센서(206)에 의해 발생된 세기 신호를 수신하는 센서 신호 입력부(210)와,

   상기 제어 장치(204)가 제어 신호를 인가하는 제어 신호 출력부(212)

   를 포함하며,

   상기 제어 장치(204)는 상기 센서 신호 입력부(210)에 연결되어 세기 신호를 수신하고 이 세기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 인버터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 센서(206)는 태양광 발전기(116) 상에 장착되거나 또는 상기 외부 센서는 상기 태양광 발전기(116)의 하나 또는 수 개의 태양광 모듈(102)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 태양광 발전기(116)에 의해 발생된 직류 전류를 수신하는 직류 전류 입력부(216)와;

   상기 직류 전류 입력부(216)에 연결되어 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 변환 회로(202)와;

   상기 변환 회로(202)에 연결되어 상기 교류 전류를 출력하는 교류 전류 출력부(218)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 직류 전류를 상기 교류 전류로 변환하는 것을 제어하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 태양광 발전기(116)를 구동하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 장치(204)는 상기 제어 유닛 내에 통합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터.
7. 태양광 발전기(116)와;

   제 1 항에 따른 인버터를 이용하여 에너지를 발생시키는 장치.

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