KR101189657B1 - 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법 및 그 장치 - Google Patents

계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법에 관한 것으로서, 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)에 기초하여 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)에 기초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)에 기초하여 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 설계계수들에 기초하여 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 주변 환경에 변화에 따라 등가 가동시간 개념을 이용하여 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 성능과 손실과의 상관관계인 설계계수를 산출함으로써, 초기 설계시에 태양광발전 시스템 및 구성요소의 최적선정과 함께 손실저감을 통한 성능향상, 사용목적에 부합되는 맞춤형 최적설계가 가능하여 장기간의 신뢰성과 안정성을 보증할 수 있는 효과가 있다.

Description

계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법 및 그 장치{Design factors yield method of grid-connected photovoltaic system And Apparatus Thereof}
본 발명은 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전 시스템의 출력값으로부터 산출된 등가 가동시간의 개념을 이용하여 태양광발전 시스템의 성능과 손실과의 상관관계인 설계계수를 산출함으로써 설치용량과 상관없이 설치운전에 앞서 다양한 사용자의 요구에 부합할 수 있는 태양광발전 시스템 및 구성요소의 최적선정, 성능향상 및 최적설계에 필요한 정보를 제공할 수 있는 범용성과 유용성을 가진 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법 및 그 장치에 관한 것이다.
계통연계형 태양광발전 시스템은 입력에너지인 일사강도를 직류출력으로 변환하여 출력하는 태양광발전 어레이와 태양광발전 어레이의 직류출력을 교류출력으로 변환하는 태양광발전 인버터로 구성되는데, 실제 태양광발전 시스템은 태양광발전 모듈, 태양광발전 어레이 및 태양광발전 인버터의 성능뿐만 아니라 일사강도, 온도 및 풍속 등의 주변 환경의 변화에 따라서 발전성능이 일정하지 않고 항상 변화한다. 따라서 표준시험조건(STC, Standard Test Conditions)인 일사강도 1kW/m2, 태양광발전 모듈의 표면온도 25oC 및 AM(Air mass) 1.5에서의 태양광발전 모듈과 태양광발전 어레이의 발전성능과 정격조건에서의 태양광발전 인버터의 발전성능 등의 기본 정보만으로는 실제 태양광발전 시스템에서 발생하는 손실을 산출하는 것은 어렵다.
태양광발전 시스템은 설치장소?방식?정격?구성 등이 동일하더라도 환경변화에 따라서 성능특성은 변화된다. 또한 다른 재생에너지원과 비교해서 내구수명이 길어서 유지점검이 거의 요구되지 않는 것으로 알려져 있으나 실제 PV어레이에 걸리는 그늘, 오염?열화, PCS의 고장?성능저하 및 PV시스템 설계 ? 시공 결함 등으로 실제 운전에서는 초기 설계시에 기대했던 성능이 나오지 않는 경우가 자주 발생한다.
태양광발전 시스템은 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등에 따른 태양광발전 어레이의 기타 손실, 태양광발전 어레이의 직류선로 손실, 태양광발전 어레이의 온도상승에 따른 손실, 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 부정합 손실, 태양광발전 인버터의 변환효율 및 대기상태 등에 따른 태양광발전 인버터 손실 등의 다양한 손실이 발생하지만, 손실에 대한 정량적인 분석이 이루어지지 않고 있으므로 성능저하 혹은 성능장애로 태양광발전 시스템의 장기간의 신뢰성 및 안정성을 확립할 수 없어 진정한 의미의 친환경적인 에너지원이라고 할 수 없다.
따라서 성능과 손실과의 상관관계로부터 설계계수를 산출하여 설치운전에 앞서 다양화 복잡화되는 태양광발전 시스템 및 구성요소의 최적선정과 함께 손실저감을 통한 성능향상 및 최적화 설계가 가능함과 아울러, 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 설계시공에 필요한 정보를 제공하여 태양광발전 시스템의 장기간 성능과 품질을 보증하고 사용목적에 부합된 최적설계로 수명이 다할 때까지 항상 최대성능 유지할 수 있도록 하는 방법이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광발전 시스템의 운전 데이터에 기초하여 등가 가동시간을 산출하고 산출된 등가 가동시간과 수집된 운전 데이터에 기초하여 시스템 손실을 산출한 후, 이에 기초하여 성능 및 손실과의 상관관계인 설계계수를 산출함으로써 설치용량과 상관없이 설치환경 및 설계구성에 따라 다양한 사용자의 요구에 부합할 수 있고, 구성요소의 최적선정, 성능향상 및 최적설계와 함께 장기간 동안 신뢰성과 안정성을 가지면서 항상 최대성능 유지할 수 있는 범용성과 유용성을 가진 태양광발전 시스템을 제공하고자 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)에 기초하여 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)에 기초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)에 기초하여 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 설계계수들에 기초하여 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법이 제공된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속를 포함하는 운전데이터를 수집하고 직류전력, 교류전력과 일사강도를 등가 가동시간으로 산출하는 성능 데이터베이스와, 상기 성능 데이터베이스에서 수집된 운전데이터와 산출된 등가 가동시간에 기초하여 태양광발전 시스템의 성능 및 손실을 산출하는 손실 산출부와, 상기 손실 산출부의 산출값으로부터 등가 가동시간을 이용한 설계계수 산출방법으로 태양광발전 시스템의 설계계수를 산출하는 설계계수 산출부와, 상기 설계계수 산출부에서 산출된 설계계수를 미리 설정된 기간별로 보여주는 산출결과 표시부와, 상기 성능데이터베이스의 산출값과 상기 산출결과 표시부에서 산출된 설계계수에 대한 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 주변 환경에 변화에 따라 등가 가동시간 개념을 이용하여 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 성능과 손실과의 상관관계인 설계계수를 산출함으로써, 초기 설계시에 태양광발전 시스템 및 구성요소의 최적선정과 함께 손실저감을 통한 성능향상, 사용목적에 부합되는 맞춤형 최적설계가 가능하여 장기간의 신뢰성과 안정성을 보증할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따라 최적의 설계계수를 산출함에 따라 태양광발전 시스템이 수명이 다할 때까지 고장 혹은 결함 등으로 운전이 정지되지 않고 항상 최대성능을 유지할 수 있도록 함으로써 태양광발전 시스템의 성능저하를 최소화할 수 있고 발전단가 및 유지보수 등의 경제적 비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치의 블럭도이다.
도 2은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실이 산출되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설계계수 산출방법으로 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설계계수 산출방법으로 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 15분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설계계수 산출방법으로 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 30분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설계계수 산출방법으로 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 시간별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설계계수 산출방법으로 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 일별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치는, 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 운전데이터를 수집하고 직류전력, 교류전력과 일사강도를 등가 가동시간으로 변환 산출하는 성능 데이터베이스(100)와, 성능 데이터베이스(100)로부터 등가 가동시간을 이용한 손실 산출방법으로 태양광발전 시스템의 성능 및 손실을 산출하는 손실 산출부(200)와, 손실 산출부(200)의 산출값으로부터 등가 가동시간을 이용한 설계계수 산출방법으로 태양광발전 시스템의 설계계수를 산출하는 설계계수 산출부(300)와, 설계계수 산출부(300)에서 산출된 설계계수를 설정기간별 정보로 보여주는 산출결과 표시부(400)와, 성능데이터베이스(100)의 산출값과 산출결과 표시부(400)에서 산출된 설계계수에 대한 정보를 저장하는 메모리(500)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 성능 데이터베이스(100)는 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 운전데이터를 매 1초 단위의 샘플링주기로 측정하여 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별로 수집되고 직류전력, 교류전력과 일사강도에 대해서는 등가 가동시간으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
성능 데이터베이스(100)에서 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)은 하기의 수학식 1에 의해서 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00001
여기서, YR : 태양 등가 가동시간
GA : 경사면 일사강도 [W/m2]
GA ,Ref : 일사강도 1,000[W/m2]
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간 출력값
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간 출력값
PA : 태양광발전 어레이 출력[W]
PP : 태양광발전 시스템 출력[W]
PAS :　표준시험조건(STC)에서의 태양광발전 어레이 설치용량[W]
Tmin :　시간 간격(분)
손실 산출부(200)의 세부적인 처리 동작은 도 2를 통해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실이 산출되는 과정을 도시한 흐름도이다.
우선, 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등을 고려한 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 직류선로 저항을 고려한 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO) 및 태양광발전 어레이의 표면온도 상승을 고려한 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 산출된다(S6).
보다 구체적으로는 수학식 1에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)이 하기 수학식 2에 의해서 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00002
여기서, YAM : 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간
αM : 최대 성능계수(태양광발전 모듈 표면온도 25oC)
Tmin : 시간간격(분)
그리고, 수학식 2에서 산출된 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 하기 수학식 3에 의해서 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00003
Figure 112011013392947-pat00004
여기서, YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
lA : 태양광발전 어레이 직류선로 손실 [W]
IA : 태양광발전 어레이 직류 전류 [A]
RA : 태양광발전 어레이 직류선로 저항 [Ω]
PAS : 표준시험조건(STC)에서의 태양광발전 어레이 설치용량[W]
Tmin : 시간간격(분)
또한, 수학식 1에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 하기 수학식 4에 의해서 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00005
여기서, YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
αt : 태양광발전 어레이 온도 보정계수 (태양광발전 모듈 표면온도 25oC)
At : 태양광발전 어레이 온도 보정상수
Tm : 태양광발전 모듈 표면온도 [oC]
Tmin : 시간 간격(분)
S6 단계에서 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 직류선로 저항을 고려한 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO) 및 태양광발전 어레이의 표면온도 상승을 고려한 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 산출되면, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 비교 판단하게 된다(S8).
제 S8 단계의 비교판단 결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)보다 작을 경우 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)은 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)의 차이값이 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)에 가산되고(S10), 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)보다 클 경우 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)은 수학식 5의 두 번째 수식에 의해 산출된다(S14).
S10 및 S14 단계는 수학식 1 내지 수학식 4에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO))과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별로 하기 수학식 5에 의해서 비교 판단하여 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00006
여기서, Ylo : 태양광발전 어레이 기타 손실
YR : 태양 등가 가동시간
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
S10 단계에서 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)이 산출되면, 수학식 3 및 수학식 4에서 산출된 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)(S6)으로부터 매 분별, 매 시간별 및 매 일별로 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)이 하기 수학식 6에 의해서 비교 판단하여 산출된다(S12, S16).
Figure 112011013392947-pat00007
여기서, Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
Tmin : 시간간격(분)
보다 상세하게는, S8 단계의 비교판단 결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 보다 클 경우 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)을 산출 한 후, 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하고(S12), S8 단계의 비교판단 결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 보다 작을 경우 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)의 차이값을 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)에 가산한 후(S14), 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 0으로 한다(S16).
태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)이 산출되면, 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla)이 산출된다(S18).
수학식 2 및 수학식 3에서 산출된 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)과 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 태양광발전 어레이의 직류회로 손실(Yla)이 하기 수학식 7에 의해서 산출된다.
Figure 112011013392947-pat00008
여기서, Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
Tmin : 시간간격(분)
그 다음, 수학식 1 및 수학식 4에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 표면온도 상승에 따른 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)이 하기 수학식 8에 의해서 산출된다(S20).
Figure 112011013392947-pat00009
여기서, Ylt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간(운전데이터 수집 경과년수 n년)
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
그 다음, 태양광발전 인버터의 변환효율 감소 및 대기상태 등에 따른 손실인 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)을 비교한다(S22).
S22 단계의 비교판단 결과, 태양 등가 가동시간(YR)이 0보다 크고 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)이 0일 경우 하기 수학식 9와 같이, 태양광발전 인버터 손실(Ylp)은 태양 등가 가동시간(YR)으로 산출한다(S24).
S22 단계의 비교판단 결과, 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)이 둘다 0보다 클 경우 수학식 1에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 인버터의 변환효율 감소 및 대기상태 등에 따른 태양광발전 인버터 손실(Ylo)은 하기 수학식 9에 의해서 산출된다(S26).
Figure 112011013392947-pat00010
여기서, Ylp : 태양광발전 인버터 손실
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
YR : 태양 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
도 3는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출과정을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선, 수학식 1 및 수학식 5에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광 발전 어레이의 기타 손실(Ylo)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)가 하기의 수학식 10에 의해서 산출된다(S30).
Figure 112011013392947-pat00011
여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ylo : 태양광발전 어레이 기타 손실
YR : 태양 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)가 산출되면, 수학식 1, 수학식 7 및 수학식 10에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 직류선로 손실(Yla) 및 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)(S30)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)가 하기 수학식 11에 의해서 산출된다(S32).
Figure 112011013392947-pat00012
여기서 Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실
YR : 태양 등가 가동시간
Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Tmin : 시간 간격(분)
태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)가 산출되면, 수학식 1, 수학식 6, 수학식 10 및 수학식 11에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 부정합 손실(Ylm), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko) 및 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)가 하기의 수학식 12에 의해서 산출된다(S34).
Figure 112011013392947-pat00013
여기서 Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실
YR : 태양 등가 가동시간
Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Tmin : 시간 간격(분)
태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)가 산출되면, 수학식 1, 수학식 8, 수학식 10, 수학식 11 및 수학식 12에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka) 및 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)가 하기 수학식 13에 의해서 산출된다(S36).
Figure 112011013392947-pat00014
여기서 Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
Ylt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실
YR : 태양 등가 가동시간
Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
Tmin : 시간 간격(분)
태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)가 산출되면, 수학식 1, 수학식 9, 수학식 10, 수학식 11, 수학식 12 및 수학식 13에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 인버터 손실(Ylp), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km) 및 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)가 하기의 수학식 14에 의해서 산출된다(S38).
Figure 112011013392947-pat00015
여기서 Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
Ylp : 태양광발전 인버터 손실
YR : 태양 등가 가동시간
Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
Tmin : 시간 간격(분)
태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)가 산출되면, S30 내지 S38 단계를 통해 산출된 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km) 및 태양광발전 어레이의 온도 상승을 고려한 설계계수(Kt) 및 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 시스템의 설계계수(K)가 하기의 수학식 15에 의해서 산출된다.
Figure 112012041660464-pat00043
여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
YR : 태양 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 10 내지 수학식 15를 사용하여 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 10 내지 수학식 15를 사용하여 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 15분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 10 내지 수학식 15를 사용하여 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 30분별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 10 내지 수학식 15를 사용하여 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 시간별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 10 내지 수학식 15를 사용하여 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 일별 설계계수 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 매 일별 설계계수 산출결과 뿐 아니라 매 월별 및 매 년별 설계계수 산출도 가능하며, 매 시간별 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류회로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km), 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt) 및 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)로부터 하기 수학식 16을 사용하여 매 일별, 매 월별 및 매 년별로 설계계수가 산출될 수 있다.
Figure 112011013392947-pat00017
Figure 112011013392947-pat00018
Figure 112011013392947-pat00019
Figure 112011013392947-pat00020
Figure 112011013392947-pat00021
Figure 112012041660464-pat00044
여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
K : 태양광발전 시스템 설계계수
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
YR : 태양 등가 가동시간
d : 운전 일수(일)
100 : 성능 데이터베이스200 : 손실 산출부
300 : 설계계수 산출부400 : 산출결과 표시부
500 : 메모리

Claims (12)

  1. 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법에 있어서,
    태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하는 단계;
    상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)에 기초하여 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 산출하는 단계와,
    상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)에 기초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)를 산출하는 단계와,
    상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 산출하는 단계와,
    상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)에 기초하여 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 산출하는 단계와,
    상기에서 산출된 설계계수들에 기초하여 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    태양광발전 시스템의 일사강도, 태양광발전 어레이로부터 출력되는 직류전력 및 태양광발전 인버터로부터 출력되는 교류전력을 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)으로 변환하여 등가 가동시간으로 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 등가 가동시간을 이용하여 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo), 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla), 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt), 태양광발전 인버터 손실(Ylp)을 포함하는 태양광발전 시스템의 손실을 산출하는 단계가 상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하는 단계를 선행하고,
    청구항 1의 각 단계에서 상기 산출된 등가 가동시간과 태양광발전 시스템의 손실값들에 기초하여 각 설계계수들이 산출되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하는 단계는
    상기 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광 발전 어레이의 기타 손실(Ylo)로부터 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 중 적어도 어느 하나 이상에 따른 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 10에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 10.
    Figure 112012041660464-pat00023

    여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ylo : 태양광발전 어레이 기타 손실
    YR : 태양 등가 가동시간
    Tmin : 시간 간격(분)
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 산출하는 단계는
    상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 직류선로 손실(Yla) 및 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)로부터 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 11에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 11.
    Figure 112011013392947-pat00024

    여기서 Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실
    YR : 태양 등가 가동시간
    Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Tmin : 시간 간격(분)
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)를 산출하는 단계는
    상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 부정합 손실(Ylm), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko) 및 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)로부터 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 손실을 고려한 설계계수(Km)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 12에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 12.
    Figure 112011013392947-pat00025



    여기서 Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
    Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실
    YR : 태양 등가 가동시간
    Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Tmin : 시간 간격(분)
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 산출하는 단계는
    상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 어레이의 온도상승 손실(Ylo), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka) 및 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)로부터 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 13에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 13.
    Figure 112012041660464-pat00026

    여기서 Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
    Ylt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실
    YR : 태양 등가 가동시간
    Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
    Tmin : 시간 간격(분)
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 산출하는 단계는
    상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광 발전 인버터 손실(Ylp), 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km) 및 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)로부터 태양광발전 인버터의 변환효율 감소 및 대기상태 등에 따른 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 14에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 14.
    Figure 112011013392947-pat00027

    여기서 Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
    Ylp : 태양광발전 인버터 손실
    YR : 태양 등가 가동시간
    Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
    Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
    Tmin : 시간 간격(분)
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 산출하는 단계는
    상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km) 및 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt) 및 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)로부터 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 15에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 15.
    Figure 112012041660464-pat00045

    여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
    Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
    Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
    K : 태양광발전 시스템 설계계수
    YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
    YR : 태양 등가 가동시간
    Tmin : 시간 간격(분)
  9. 제 1 항에 있어서,
    매 시간별 상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko), 태양광발전 어레이의 직류회로 손실을 고려한 설계계수(Ka), 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km), 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt) 및 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)로부터 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 16에 의해 설계계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출방법.
    수학식 16.
    Figure 112012041660464-pat00029

    Figure 112012041660464-pat00030

    Figure 112012041660464-pat00031

    Figure 112012041660464-pat00032

    Figure 112012041660464-pat00033

    Figure 112012041660464-pat00046

    여기서 Ko : 태양광발전 어레이 기타 손실을 고려한 설계계수
    Ka : 태양광발전 어레이 직류선로 손실을 고려한 설계계수
    Km : 태양광발전 어레이 부정합 손실을 고려한 설계계수
    Kt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실을 고려한 설계계수
    Kp : 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수
    K : 태양광발전 시스템 설계계수
    YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
    YR : 태양 등가 가동시간
    d : 운전 일수(일)
  10. 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속을 포함하는 운전데이터를 수집하고 일사강도, 태양광발전 어레이로부터 출력되는 직류전력 및 태양광발전 인버터로부터 출력되는 교류전력을 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)으로 변환하여 등가 가동시간으로 산출하는 성능 데이터베이스와;
    상기 성능 데이터베이스에서 수집된 운전데이터와 산출된 등가 가동시간에 기초하여 태양광발전 시스템의 성능 및 손실을 산출하는 손실 산출부와;
    상기 손실 산출부의 산출값으로부터 등가 가동시간을 이용한 설계계수 산출방법으로 태양광발전 시스템의 설계계수를 산출하는 설계계수 산출부와;
    상기 설계계수 산출부에서 산출된 설계계수를 미리 설정된 기간별로 보여주는 산출결과 표시부와;
    상기 성능 데이터베이스의 산출값과 상기 산출결과 표시부에서 산출된 설계계수에 대한 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 손실 산출부는 상기 산출된 등가 가동시간을 이용하여 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo), 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm), 태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla), 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt), 태양광발전 인버터 손실(Ylp)을 포함하는 태양광발전 시스템의 손실을 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 설계계수 산출부는
    태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)를 산출하고, 상기 태양광발전 어레이의 기타 손실을 고려한 설계계수(Ko)에 기초하여 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)를 산출하고, 상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실을 고려한 설계계수(Ka)에 기초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)를 산출하고, 상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실을 고려한 설계계수(Km)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)를 산출하고, 상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실을 고려한 설계계수(Kt)에 기초하여 태양광발전 인버터 손실을 고려한 설계계수(Kp)를 산출하며, 상기에서 산출된 설계계수들에 기초하여 태양광발전 시스템의 설계계수(K)를 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 설계계수 산출장치.
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