KR101196869B1 - 계통연계용 인버터 장치 - Google Patents

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아츠시 마키타니
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가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼
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Abstract

계통연계용 인버터 장치(7)은, 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 태양전지(3)가 발전한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터 회로(21) 및, 복수의 스위칭 소자를 제어하는 컨트롤러(39)를 구비하고 있다. 또한, 복수의 스위칭 소자를 냉각하는 팬(43, 45)를 구비하고 있다. 더 나아가, 컨트롤러(39) 및 팬(43, 45)에, 제어전원(10)에서 전력을 공급하는 전력 공급회로(단자(38), 변압기(40), 전원회로(41))를 구비하고 있다.

Description

계통연계용 인버터 장치{UTILITY INTERCONNECTION INVERTER DEVICE}
본 발명은, 태양전지로 발전(發電)한 전력을 상용전원 등의 계통전원에 역조류(逆潮流)하는 계통연계용 인버터(inverter)장치에 관한 것이다.
태양광 발전장치는, 발전할 때 이산화탄소가 발생하지 않기 때문에, 지구온난화 방지에 유용한 장치로서 주목되고 있다.
종래 태양광 발전장치에는, 연계용 인버터 장치의 인버터 회로가, 태양전지에 의하여 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하여, 계통전원에 교류전력을 역조류하는 것이 있었다(예로서, 인용문헌 1 참조.).
인용문헌 1 : 일본특허공개공보 2005-204485호
종래 연계용 인버터 장치는, 인버터 회로를 제어하는 컨트롤러(controller)나 인버터 회로를 냉각하는 팬(fan)을 동작시키기 위하여, 태양전지에 의해 발전된 전력을 공급하였다. 하지만, 태양전지는, 일조량에 따라서 발전하는 전력이 변화하기 때문에, 컨트롤러나 팬을 안정하게 동작시킬 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 상기와 같이 컨트롤러나 팬에서 전력을 소비하기 때문에, 연계용 인버터 장치에서 계통전원으로 역조류 하는 전력량이 줄어들게 되는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 계통 전원으로 역조류하는 전력량이 줄어드는 일 없이, 컨트롤러나 팬을 안정하게 동작시키는 것이 가능한 계통연계용 인버터 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 계통 연계용 인버터 장치는, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 해당 복수의 스위칭(switching)소자의 스위칭 동작에 의해 태양전지가 발전한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터 회로를 구비하고 있다. 또한 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 인버터 회로가 변환한 교류전력을 계통전원에 역조류한다. 또한, 상기 태양전지에서 전력이 공급되는 제1 전로 및 상기 계통전원과는 다른 제어전원에서 전력이 공급되는 제2 전로가 접속되고, 상기 제1 전로와 제2 전로 중에서, 보다 높은 전압으로 전력이 공급되는 전로를 선택하고, 이렇게 선택된 전로에서 상기 컨트롤러에 전력을 공급하는 전원회로 및 상기 제2 전로를 개폐하는 제1 개폐기를 구비하고 있다. 더 나아가, 태양전지가 발전한 전력을 검출하는 전력검출부를 구비하고 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부가 검출한 전력이 야간인지 여부를 판정하기 위한 야간 판정치 미만이 되면, 상기 제1 개폐기를 폐에서 개로 바꾼다. 또한, 상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부가 검출한 전력이 상기 야간 판정치 이상이 되면, 상기 제1 개폐기를 개에서 폐로 바꾼다.
본 구성에서는, 컨트롤러를 구동하기 위한 전력이, 전원회로로부터 공급된다. 또한, 전원회로에는, 전력검출부가 검출한 전력이 야간인지 여부를 판정하기 위한 야간 판정치 이상일 때에는, 제어전원에서 전원회로에 전력이 공급되고, 야간 판정치 미만이 되면, 태양전지에서 전원회로에 전력이 공급된다. 계통연계용 인버터장치는, 야간에서 아침이 되어 태양광이 조사되어 태양전지가 발전을 개시한 때 등에 태양전지가 발전한, 계통전원에 역조류 하지 않는 전력이, 개폐기를 개에서 폐로 하기 위할 때만 오직 사용되고, 이 이상은 제어전원에서 전력이 공급된다. 제어전원은 태양전지와는 달리 안정한 전력을 제공하기 때문에, 컨트롤러나 팬에 대하여 항상 일정 전력을 공급하여, 컨트롤러나 팬을 안정하게 동작시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 계통연계용 인버터장치를 태양전지의 발전전력을 전력회사에 매전(賣電)하는 시스템(system)에 적용한 경우에는, 태양전지의 발전전력은, 컨트롤러 등에서 소비되는 일 없이 계통전원에 역조류된다. 이 때문에, 태양전지의 발전전력을 보다 많이 매전하는 것이 가능하다. 또한, 계통연계용 인버터 장치는, 야간 등과 같이 태양전지가 발전을 행하고 있지 않은 때에는, 컨트롤러로의 전력공급이 정지되기 때문에, 전력의 낭비를 방지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부에서 검출한 전력이 계통전원에 역조류 가능한지 여부를 판정하기 위한 전력 판정치 미만이 되면, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지시킨다.
상기 전력검출부에서 검출한 태양전지의 발전전력이, 계통전원에 역조류 가능한 지 여부를 판정하기 위한 발전 판정치 미만이 된 때에는, 태양전지가 발전하는 전력이 극히 적다고 간주하여, 스위칭 소자의 동작을 정지시키고, 전력 공급회로에서의 전력의 낭비를 방지한다. 예를 들면, 태양전지가 발전한 전력이 전력공급회로에서의 소비전력보다도 적다면, 계통전원에 역조류 하는 전력보다도 전력공급회로에서의 소비전력이 크게 되기 때문에, 계통전원에 전력을 역조류 시키는 의미가 없어진다. 그런 까닭으로, 이러한 경우에는, 스위칭 소자의 동작을 정지시켜, 컨트롤러에서의 전력의 소비를 없앤다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 있어서는, 상기 인버터 회로와 상기 계통전원을 접속하는 제2 개폐기 및 상기 계통전원의 전압을 검출하는 전압검출기를 구비하고 있다. 그리고, 상기 컨트롤러는, 상기 전압검출기에서 검출한 계통전압이 계통이상의 발생을 판정하는 사고 판정치 미만이 되어 계통이상을 검출한다면, 제2 개폐기를 폐에서 개로 바꾼다. 상기 구성을 적용함으로써, 계통이상 시(정전 시 등)에 본 발명의 계통연계용 인버터 장치가 계통전원에서 떨어져 나가기 때문에, 계통이상 시에 태양전지가 발전한 전력이 계통전원에 출력되는 일이 없도록 안전성을 확실히 담보할 수 있다.
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또한, 본 발명의 다른 형태에 있어서, 계통연계용 인버터 장치는, 상기 복수의 스위칭 소자를 냉각하는 팬, 및 상기 복수의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 온도측정부를 구비하고 있다. 또한, 상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부가 검출한 전력이 추가냉각의 필요성을 판정하기 위한 냉각 판정치 이상이 되거나, 또는 상기 온도 측정부가 측정한 온도가 추가 냉각의 필요성을 판정하기 위한 냉각 판정온도 이상이 되면, 상기 팬의 풍량을 증가시킨다.
본 구성에 있어서는, 태양전지가 발전한 전력, 또는 인버터 회로의 스위치 소자의 온도가 일정 이상이 되면, 복수의 스위칭 소자를 냉각하는 팬의 풍량을 크게 한다. 예를 들면, 복수의 팬을 설치하고, 태양전지가 발전한 전력 또는 스위칭 소자의 온도가 일정치 미만인 때에는 팬을 1개만 구동한다. 또한, 태양전지가 발전한 전력 또는 스위칭 소자의 온도가 일정치 이상이 되면 팬을 복수 개 구동한다. 이로써, 스위칭 소자의 가열을 억제하고, 전력의 변환효율을 안정시키는 것이 가능하다. 또한, 본 구성에 있어서는, 팬의 풍량을 크게 하기 위한 판정을 2개의 서로 다른 값에 기초하여 판정한다. 이 때문에, 어떠한 이유로 냉각치 판정 또는 냉각 온도판정 중 어느 한쪽이 오작동하거나 상태가 좋지 않거나 하더라도, 확실하게 스위칭 소자를 냉각하는 것이 가능하여, 스위칭 소자의 가열에 의한 파손을 방지할 수 있다.
스위칭 소자는 스위칭 작동을 행하고 있으면 발열하기 때문에, 스위칭 동작을 정지시킨 후에도 한동안은 가열한 상태에 있어, 스위칭 소자가 열화될 염려가 있다. 본 발명의 또 다른 형태에서는, 컨트롤러는, 스위칭 소자가 스위칭 동작을 정지한 후에도, 온도 측정부가 측정한 온도가 냉각 판정온도 미만이 될 때까지, 상기 팬을 동작시킨다. 이 때문에, 스위칭 소자의 열화를 방지할 수 있다.
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본 발명에 따르면, 태양전지가 발전하는 불안정한 전력이 아닌, 제어 전원에서의 안정한 전력을 컨트롤러나 팬에 대하여 공급하기 때문에, 컨트롤러나 팬의 동작을 안정시키는 것이 가능하다. 또한, 계통전원에 역조류하는 경우, 전력량이 감소하는 일 없이, 태양전지의 발전전력을 보다 많이 매전하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시태양에 따른 계통연계용 인버터 장치의 블록도 이다.
도 2는 인버터 장치의 동작을 설명하기 위한 플로어차트(flowchart)이다.
도 3은 인버터 장치의 동작을 설명하기 위한 플로어차트이다.
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본 발명에서, 인버터 장치는, 태양전지가 발전을 개시한 개시 시를 제외하고, 태양전지가 발전한 직류전력을 인버터 회로에서 교류전력으로 변환하여, 컨트롤러용의 전원회로나 팬에는 공급하지 않고, 계통전원에 역조류한다. 또한, 인버터 장치는, 전원회로나 팬에 대하여 제어전원으로부터 전력을 공급한다. 이로써, 태양전지의 발전전력을 보다 많이 매전(賣電) 한다. 이하, 이를 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시태양에 따른 계통연계용 인버터 장치의 블록도 이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양광 발전 장치(1)는, 발전장치인 태양전지(3) 및, 계통연계용 인버터 장치(이하, 인버터 장치라 칭한다)(7)를 구비하고 있다.
태양전지(3)는, 다이오드(diode, 5)를 통하여 인버터 장치(7)의 단자(11)에 접속되어 있다. 태양전지(3)는, 태양광 등의 빛이 조사되면, 광 에너지(energy)를 전력으로 변환(발전)하여 직류전력을 출력한다.
인버터 장치(7)의 단자(37)는 계통전원(9)에 접속되고, 단자(38)는 제어전원(10)에 접속되어 있다. 제어 전원(10)은, 인버터 장치(7)의 제어계(制御系)에 전력을 공급하는 계통전원이다. 계통전원(9)과 제어전원(10)은 별도의 전력계통이고, 계통전원(9)은 삼상교류전력을 공급하고, 제어전원(10)은 단상교류전력을 공급한다.
인버터 장치(7)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력에 포함되는 노이즈를 노이즈 필터(15)로 제거하고, 인버터 회로(20)에서 펄스(pulse) 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation)를 행하여 직류전력을 교류전력으로 변환한다. 그리고, 인버터 장치(7)는, 인버터 회로(20)가 출력한 교류전력을 평활회로(23)에서 평활화하고, 승압회로(27)에서 승압 한다. 더 나아가, 인버터 장치(7)는, 승압된 교류전력에 포함되는 노이즈를 노이즈 필터(29)에서 제거하고, 계통전원(9)에 역조류한다. 또한, 인버터 장치(7)의 컨트롤러(39)나 팬(43, 45)은, 제어전원(10)에서 전력의 공급을 받는다.
인버터 장치(7)는, 유지보수(maintenance) 시 등에 있어서, 차단기(MCCB: moulded case circuit breakers)(13)에 의해 태양전지(3)와의 접속을 끊는 것이 가능하다. 또한, 인버터 장치(7)는, 유지보수시, 과전류 인가 시, 인버터 장치의 이상 시 등에 있어서, 계통전원(9)과의 접속을 차단기(MCCB)(35)로 끊는 것이 가능하다. 더 나아가, 인버터 장치(7)는, 계통이상이 발생한 때 등에 있어서, 계통전원(9)의 접속을 제2 개폐기인 전자접촉기(MC: Magnetic Contactor)(31)로 끊는 것이 가능하다. 또한, 인버터 장치(7)는, 유지보수 시나 과전류 인가 시 등에 있어서, 제어전원(10)과의 접속을 차단기(MCCB)(36)로 끊는 것이 가능하다.
인버터 회로(20)는, 평활회로(20A) 및, 복수의 스위칭 소자(21)을 구비하고 있다. 평활회로(20A)는, 도시되지 않은 컨덴서(capacitor) 및 저항이 병렬로 접속되어 있어, 태양전지(3)에서의 변동이 큰 직류 전력을 평활화 한다. 덧붙여, 복수의 스위칭 소자(21)가 정지해 있는 때에는, 태양전지에서 공급되는 전류가, 평활회로(20A)를 흐른다.
복수의 스위칭 소자(21)는, 소정의 타이밍(timing)에서 스위칭(온(on)/오프(off))함으로써, 태양전지(3)가 발전한 직류전력을 교류전력으로 변환한다. 예를 들면, 태양전지(3)가 발전한 직류전력을 3상교류전력으로 변환하는 경우에 있어서는, 주지하고 있는 바와 같이 인버터 회로(20)는 6개의 스위칭 소자(21)을 구비하고 있다.
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컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 출력한 직류전압 및 직류전류를, 전압검출기(17)와 전류검출기(19)에서 검출한다. 컨트롤러(39)는, 검출한 직류전압 및 직류전류에서 직류전력을 계산한다. 그리고, 계산한 직류전력이 발전 판정치 이상이라면, 태양전지(3)가 계통전원(9)에 역조류 가능한 전력을 발전하고 있기 때문에, 전자접촉기(31)를 개에서 폐로 바꾼다.
또한, 컨트롤러(39)는, 계통전원(9)의 교류전류 및 교류전압을, 전류검출기(25)와 전압검출기(33)에서 검출한다. 컨트롤러(39)는, 검출한 교류전류 및 교류전압에 기초하여 인버터 회로(20)가 내장한 복수의 스위칭 소자(21)의 스위칭을 제어한다. 그리고, 컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)에서 변환한 교류전력(전류 및 전압)을, 계통전원의 전압, 위상 또는 주파수로 조정한다.
또한, 컨트롤러(39)는, 우천이나 해질녘 등, 전압검출기(17)와 전류검출기(19)에서 검출한 직류전압 및 직류전류에서 계산한 직류전력이 발전 판정치 미만이라면, 태양전지(3)가 거의 발전하고 있지 않는다고 간주한다. 이 경우, 컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)의 복수의 스위칭 소자(21)의 스위칭을 정지시켜, 전력의 낭비를 방지한다. 또한, 계통전원(9)에 역조류 하지 않기 때문에, 전자접촉기(개폐기, 31)을 폐에서 개로 바꾼다.
태양전지가 발전한 전력이 전력공급회로인 인버터 장치(7)에서의 소비전력보다도 적다면, 계통전원에 역조류하는 전력보다도 전력공급회로에서의 소비전력이 크기 때문에, 계통전원에 전력을 역조류 시키는 의미가 없어진다. 그래서, 이러한 경우에는, 스위칭 소자의 동작을 정지시켜, 전력공급회로를 구성하는 인버터 회로(20)나 컨트롤러(39)에서의 전력의 낭비를 없앤다. 덧붙여, 발전 판정치는, 전압검출기(17)와 전류검출기(19)에서 검출한 전력이 계통전원에 역조류 가능한지 여부를 판정하기 위한 한계치이다. 전력 판정치는, 장치에 따라 다르지만, 예를 들면 15W정도로 설정되는 것이 바람직하다. 덧붙여, 전력 공급회로는, 변압기(40), 전원회로(41), 전력선(50), 및 전력선(52)을 포함한다.
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컨트롤러(39)는, 전원회로(41)에서 공급되는 전력으로 동작한다. 전원회로(41)의 입력 측에는, 전력선(52)이 접속되어 있다. 또한, 전원회로(41)에는, 제어전원(10)에서 차단기(36), 변압기(40) 및 전력선(52)를 경유하여 전력이 공급된다.
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더 나아가, 전원회로(41)의 입력단자에는, 노이즈 필터(15)와 전압검출기(17)와의 사이에서 분기하는 전력선(51)이 접속되어, 노이즈 필터(15)에서 노이즈를 제거한 직류전력이 전원회로(41)에 공급된다.
상기와 같이 구성하는 경우에 있어서는, 전원회로(41)의 입력 측에 전파정류회로를 설치하여 두고, 전원회로(41)에 항상 직류전력이 공급되도록 구성해 두는 것이 바람직하다. 또한, 평상 시에 제어전원(10)이 변압기(40)을 경유하여 전원회로(41)에 인가하는 전압을, 태양전지(3)가 전원회로(41)에 인가하는 전압보다도 높게 설정한다. 이렇게 구성 함으로써, 전원회로(41)의 입력단자에는, 제어전원(10)의 전압과 태양전지(3)의 전압을 논리화한 전압이 인가된다. 즉, 전원회로(41)에는, 평상 시에 제어전원(10)에서 전력이 공급된다. 한편, 제어전원(10)이 정전이 되면, 태양전지(3)가 발전한 전력이 전원회로(41)에 공급된다.
또한, 제어전원(10)에서 전원회로(41)을 경유하여 인버터 회로(20)에 전류가 흘러 들어가지 않도록 다이오드(41A)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 태양전지(3)에서 전원회로(41)를 경유하여 제어전원(10)에 전류가 흘러 들어가지 않도록 다이오드(41B)를 설치하는 것이 바람직하다.
덧붙여, 다이오드(41A, 41B) 및 상기 전파정류회로를 설치하는 것도, 다이오드(41A, 41B)를 각각 전파정류회로로 치환하는 것도 바람직하다.
또한, 인버터 장치(7)에는, 태양전지(3)가 발전하고 있지 않을 때에는, 제어전원(10)에서 전원회로(41)로의 전력공급을 정지하도록 구성하여 두는 것이 바람직하다. 야간에는 태양전지(3)는 발전을 행하지 않기 때문에, 컨트롤러(39)를 동작시키고 있으면 전력을 낭비한다. 그 때문에, 제어전원(10)에서 전원회로(41)로의 전력공급을 정지하도록 구성 함으로써, 전력의 낭비를 방지할 수 있다.
예를 들면, 전원회로(41)에 있어서, 다이오드(41B) 및 변압기(40)를 접속하는 전로인 전력선(52)에, 개폐기인 전자접촉기(48)을 설치하는 것도 바람직하다. 또한, 컨트롤러(39)는, 상기와 같이 태양전지(3)가 발전한 직류전력을 정기적으로 감시하고 있기 때문에, 야간이 되어 태양전지(3)가 발전하는 전력이, 야간인지 여부를 판정하기 위한 한계치인 야간 판정치 미만이 되면, 전자접촉기(48)를 폐에서 개로 바꾸도록 설정하는 것도 바람직하다. 야간 판정치는, 장치에 따라 다르지만, 야간에는 조명이 점등하고 있는 것이나 인버터 장치(7)의 시동 시를 고려하여, 예를 들면 정격 0.1%정도로 설정하는 것이 바람직하다.
이 때, 전원회로(41)는 전력선(51)을 경유하여 태양전지(3)과 접속되어 있지만, 상기와 같이 태양전지(3)는 야간에는 발전을 행하고 있지 않기 때문에, 컨트롤러(39)에 전력은 공급되지 않고, 컨트롤러(39)는 동작하지 않는다.
한편, 직류전력의 각 판정치의 관계는, 냉각판정치 > 발전판정치 > 야간판정치가 된다.
야간에서 아침이 되어 태양광이 조사되어 태양전지(3)가 발전을 개시하면, 전력선(51)을 통하여 전원회로(41)에 전력이 공급된다. 그리고, 컨트롤러(39)는, 전원회로(41)에서 전력이 공급되어 동작을 개시한다. 또한, 컨트롤러(39)는, 전류검출기(19)와 전압검출기(17)에서 태양전지(3)가 발전한 직류전력의 감시를 개시한다. 컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 야간 판정치 이상이 되면, 전자접촉기(48)를 개에서 폐로 바꾼다. 이로써, 전원회로(41)에는, 제어전원(10)에서 항상 일정 전력이 공급되기 때문에, 컨트롤러(39)를 안정하게 동작시키는 것이 가능하다.
인버터 회로(20)는, 복수의 스위칭 소자(21)를 냉각하는 2개의 팬(43, 45) 및 복수의 스위칭 소자(21)의 온도를 측정하는 온도측정기(온도측정부, 22)를 구비하고 있다. 팬(43, 45)에는, 차단기(36)과 변압기(40)과의 사이에서 분기하는 전력선(50)을 경유하여 제어전원(10)에서 전력이 공급된다.
팬(43)은 전자접촉기(47)에 접속되고, 팬(45)과 전자접촉기(47)은 전자접촉기(49)에 접속되어 있다. 컨트롤러(39)가 전자접촉기(49)를 폐로 하면, 팬(45)가 동작하여, 복수의 스위칭 소자(21)를 냉각한다. 또한, 컨트롤러(39)가 전자접촉기(49)와 전자접촉기(47)을 폐로 하면, 팬(43)과 팬(45)가 동작하여, 복수의 스위칭 소자(21)를 냉각한다.
전자접촉기(49)는 전자접촉기(31)과 연동하도록 설정되어 있어, 상술한 바와 같이, 컨트롤러(39)가 태양전지(3)의 발전을 판별하면, 전자접촉기(31)가 개에서 폐로의 바뀜과 동시에, 전자접촉기(49)도 개에서 폐로 바뀐다. 그러므로, 전자접촉기(31)가 폐로 바뀌면, 팬(45)가 동작하여, 인버터 회로(20)의 복수의 스위칭 소자(21)를 냉각한다.
또한, 상기와 같이, 컨트롤러(39)는, 우천이나 해질녘 등과 같이 직류전력이 발전 판정치 미만에서, 인버터 회로(20)의 복수의 스위칭 소자(21)의 스위칭을 정지시키고, 전자접촉기(개폐기)(31)를 폐에서 개로 바꾸는 경우, 전자접촉기(31)과 전자접촉기(49)는 연동하고 있기 때문에, 전자접촉기(49)도 폐에서 개로 바뀌어 팬(43, 45)은 정지된다. 또한 컨트롤러(39)는, 전자접촉기(31)를 폐에서 개로 바꾸는 때에, 전자접촉기(47)가 폐이면, 동시에 전자접촉기(47)를 폐에서 개로 바꾼다.
컨트롤러(39)는, 온도측정기(22)에서 검출한 스위칭 소자(21)의 온도를 정기적으로 감시하고 있다. 또한, 컨트롤러(39)는, 전류검출기(19)에서 검출한 직류전류 및 전압검출기(17)에서 검출한 직류전압에 기초하여, 태양전지(3)가 발전한 직류전력을 정기적으로 감시하고 있다. 덧붙여, 전압검출기(17) 및 전류검출기(19)가, 전력검출부에 해당한다.
컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 전력이 냉각이 더 필요한지 (추가 냉각의 필요성)를 판정하기 위한 냉각 판정치 이상이 되거나, 또는 스위칭 소자(21)이 냉각이 더 필요한지(추가 냉각의 필요성)을 판정하기 위한 냉각 판정 온도 이상이 된다면, 전자접촉기(47)를 폐로 바꾼다. 전자접촉기(47)이 폐가 되면 팬(43)이 동작하고, 이미 동작하고 있는 팬(45)와 함께 풍량을 증가시켜서, 인버터 회로(20)의 스위칭 소자(21)를 냉각한다.
덧붙여, 장치에 따라 다르지만, 냉각 판정치는 예를 들면 1kW로 설정하고, 냉각 판정온도는 예를 들면 100℃로 설정하는 것이 바람직하다.
덧붙여, 태양전지(3)가 발전한 전력이나 스위칭 소자(21)의 온도에 따라서, 컨트롤러(39)가 팬(43, 45)의 풍량을 변화하도록 제어하는 것도 가능하다. 또한, 팬의 수량은 2개에 한정되는 것이 아닌, 더 많은 복수의 팬을 사용하는 것이 가능하다.
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다음으로, 인버터 장치(7)의 동작을, 플로어챠트를 사용하여 설명한다. 도 2는, 인버터 장치의 동작을 설명하기 위한 플로어차트이다. 도2(A)는, 시동 시의 동작을 나타내고, 도2(B)는, 운전 중의 동작을 나타낸다. 초기상태에서는, 차단기(13, 35, 36)는 폐이고, 전자접촉기(31, 47, 48, 49)는 개이다.
태양전지(3)는, 야간에서 아침이 되어 태양광이 조사되면, 발전을 개시한다. 전원회로(41)는, 태양전지(3)에서 전력선(51)을 경유하여 전력이 공급되면, 컨트롤러(39)에 대하여 전력공급을 개시한다.
컨트롤러(39)는, 전원회로(41)에서 전력이 공급될 때까지는 정지하여 있다(s1:N). 컨트롤러(39)는, 전원회로(41)에서 전력이 공급되면(s1:Y), 시동하여 태양전지(3)가 발전하는 직류전압과 직류전류를 전압검출기(17)와 전류검출기(19)에서 검출하여, 직류전력을 산출한다(s2). 컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력과 야간 판정치를 비교하여(s3:N), 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 야간 판정치 미만인 동안에는 단계(step) (s2, s3)의 처리를 계속한다. 컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 야간 판정치 이상이 되면(s3:Y), 전자접촉기(48)를 개에서 폐로 바꾼다(s4). 전자접촉기(48)가 폐로 바뀌어 지면, 전원회로(41)에는, 제어전원(10)에서 전력이 공급된다.
컨트롤러(39)는, 계속해서, 태양전지(3)가 발전한 직류전압과 직류전류를 전압검출기(17)과 전류검출기(19)에서 검출하여, 직류전력을 산출한다(s5). 컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력과 발전 판정치(>야간 판정치)를 비교하여, 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 발전 판정치 미만의 사이에는(s6:N), 단계(s5, s6)의 처리를 반복한다. 컨트롤러(39)는, 직류전력이 발전 판정치 이상이 되면(s6:Y), 전압 검출기(33)에서 계통전원(9)의 교류전압을 검출한다(s7). 컨트롤러(39)는, 검출한 교류전압이, 계통이상의 발생을 판정하는 사고 판정치 미만이라면(s8:N), 계통이상(異常)이 발생하고 있을 가능성이 있기 때문에, 다시 단계(s5)의 처리를 행한다.
컨트롤러(39)는, 교류전압이 사고 판정치 이상 이라면(s8:Y), 전자접촉기(31)을 폐로 바꾸어 인버터 장치(7)를 계통전원(9)에 접속한다. 또한, 전자접촉기(31)과 전자접촉기(49)는 연동하고 있기 때문에, 전자접촉기(49)도 폐로 되어, 냉각 용 팬(45)가 시동한다(s9).
컨트롤러(39)는, 전압검출기(33)과 전류검출기(25)에서, 계통전원(9)의 교류전압과 교류전류를 검출하면서, 검출한 교류전압 및 교류전류에 기초하여 인버터 회로(20)가 내장하는 복수의 스위칭 소자(21)의 스위칭을 제어한다. 그리고, 컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)에서 변환하는 교류전력(전류 및 전압)을, 계통전원의 전압, 위상, 주파수로 조정하여, 계통전원(9)에 역조류한다(s10).
다음으로, 인버터 장치(7)는, 운전 중에 이하에서 설명하는 처리를 행한다.
컨트롤러(39)는, 스위칭 소자(21)의 온도를 온도측정기(22)로 정기적으로 검출한다.
컨트롤러(39)는, 전압검출기(33)에서 계통전원(9)의 교류전압을 검출한다(s11). 컨트롤러(39)는, 검출한 교류전압이 사고 판정치 미만이라면(s12:Y), 계통이상이 발생하고 있을 가능성이 있기 때문에, 단계(s19)의 처리를 행한다. 즉, 컨트롤러(9)는, 전자접촉기(31)를 개로 바꾸어 인버터 장치(7)를 계통전원(9)에서 분리한다. 또한, 전자접촉기(31)와 전자접촉기(49)는 연동하기 때문에, 전자접촉기(49)도 개로 된다. 또한, 전자접촉기(47)가 폐인 때에는 개로 바꾼다. 이에 의하여, 냉각 용 팬(43 및 45)는 정지한다. 또한, 이 때, 컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)의 동작을 정지한다(s19). 또한, 컨트롤러(39)는, 교류전압이 사고 판정치 미만의 상태가 계속되어, 이미 전자접촉기(31 및 49)를 개로 하고, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)를 정지시키는 경우에는, 그 상태를 유지한다. 계속해서, 컨트롤러(39)는 단계(s21)의 처리를 행한다.
한편, 컨트롤러(39)는, 교류전압이 사고 측정치 이상이라면(s12:N), 전압검출기(17) 및 전류검출기(19)에서 태양전지(3)가 발전한 직류전압과 직류전류의 값을 검출하여, 직류전력을 산출한다. 또한, 컨트롤러(39)는, 스위칭 소자(21)의 온도를 온도측정기(22)로 검출한다. 그리고, 컨트롤러(39)는, 이들의 값을 확인한다(s13).
컨트롤러(39)는, 직류전력이 냉각 판정온도 이상 이던지 스위칭 소자(21)가 냉각 판정치 이상이라면(s14:N, s15:Y), 전자접촉기(47)를 폐로 바꾼다. 또한, 컨트롤러(39)는, 전자접촉기(47)가 이미 폐인 때에는 그 상태를 유지한다. 전자접촉기(47)가 폐로 되면 팬(43)이 동작하고, 이미 동작 중인 팬(45)와 함께 인버터 회로(20)의 복수의 스위칭 소자(21)를 냉각한다(s17). 계속하여, 컨트롤러(39)는 단계(s18)의 처리를 행한다.
또한, 컨트롤러(39)는, 스위칭 소자(21)가 냉각 판정온도 미만이고(s14:N), 거기다 직류전력이 냉각 판정치 미만이라면(s15:N), 전자접촉기(47)을 개로 바꾸어, 팬(43)의 동작을 정지한다(s16). 또한, 컨트롤러(39)는, 전자접촉기(47)가 이미 개인 때에는 그 상태를 유지한다.
컨트롤러(39)는, 직류전력이 발전 판정치 이상이라면(s18:N), 복수의 스위칭 소자(21)가 이미 동작중인 때에 그 상태를 유지한다. 또한, 컨트롤러(39)는, 직전까지 발전 판정치 미만이었던 경우에는, 복수의 스위칭 소자(21)의 동작을 개시시킨다(s20). 그리고 나서, 단계(s11)의 처리를 행한다.
한편, 컨트롤러(39)는, 직류전력이 발전 판정치 미만이라면(s18:Y), 전술한 단계(s19)의 처리를 행한다.
또한, 컨트롤러(39)는, 직류전력이 야간 판정치 이상이라면(s21:N), 단계(s11)의 처리를 행한다.
한편, 컨트롤러(39)는, 직류전력이 야간 판정치 미만이라면(s21:Y), 전자접촉기(48)를 개로 바꾼다(s22). 이 때에는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력은, 야간 판정치 미만이기 때문에, 태양전지(3)에서 전원회로(41)에는 전력이 공급되지 않는다. 또한, 전자접촉기(48)를 개로 바꾸기 때문에, 제어전원(10)에서도 전력은 공급되지 않는다. 그 때문에, 컨트롤러(39)에는, 전력이 공급되지 않아, 컨트롤러(39)는 동작을 정지한다.
다음으로, 인버터 장치(7)에는, 전자접촉기(31)와 전자접촉기(49)를 연동시키지 않고, 태양전지(3)가 발전한 전력치나 스위칭 소자(21)의 온도에 따라서, 팬(43 및 45)을 동작시키도록 구성하는 것도 바람직하다. 이하, 이렇게 구성된 경우에 대하여 설명한다. 도 3은, 인버터 장치의 도 2(B)와는 상이한 동작을 설명하기 위한 플로어차트이다. 도 3에 나타난 플로어차트는, 도 2(B)에 나타난 플로어차트와는 일부가 상이하다. 그 때문에, 이하의 설명에 있어서, 주로 상이한 부분을 설명한다. 또한, 도 2(B)에서 설명한 처리와 동일한 처리를 행하는 단계는 같은 부호를 붙이고 있다.
컨트롤러(39)는, 도 2(B)의 경우와 같이, 단계 (s11) 내지 단계 (s18)에 있어서는, 도 2(B)와 같은 처리를 행한다.
컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 발전 판정치 이상의 경우에는(s18:N), 전자접촉기(31)을 폐인 체로 유지하고, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)의 동작을 계속시킨다(s20A). 그리고 나서, 단계(s11)의 처리를 행한다. 한편, 컨트롤러(39)는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력이 발전 판정치 미만의 경우에는, 전자접촉기(31)을 개로 바꾸어 계통전원(9)에서 인버터 회로(20)을 분리한다. 또한, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)의 동작을 정지시킨다(s19A). 그리고 나서, 이하의 처리를 행한다.
즉, 컨트롤러(39)는, 온도측정기(22)에서 측정한 복수의 스위칭 소자(21)의 온도가 냉각 판정온도 이상인지 아닌지 여부를 판정한다(s23). 컨트롤러(39)는, 냉각 판정온도 이상의 경우에는(s23:Y), 전자접촉기(49)를 폐인 상태로 유지한다. 또한, 전자접촉기(47)가 폐인 경우에는, 그 상태를 유지한다. 즉, 팬(45)(및 팬(43))을 동작시키고, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)를 냉각한다(s25).
한편, 컨트롤러(39)는, 냉각 판정온도 미만의 경우에는(s23:N), 전자접촉기(49)를 개로 바꾼다. 또한, 전자접촉기(49)가 개인 경우에는 그 상태를 유지한다. 즉, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)가 냉각되었기 때문에, 팬(45)를 정지시킨다(s24).
계속해서, 컨트롤러(39)는 단계(s21)(야간 판정치의 판정)의 처리를 행한다. 컨트롤러(39)는, 직류전력이 야간 판정치 이상이라면(s21:N), 단계(s11)의 처리를 행한다.
한편, 컨트롤러(39)는, 직류전력이 야간 판정치 미만이라면(s21:Y), 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)가 냉각 판정온도 이상인지 여부를 판정한다(s26). 컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)가 냉각 판정온도 이상인 경우에는, 전자접촉기(49(47))를 폐로 유지한다. 그리고, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)가 냉각 판정온도 미만이 될 때가지 팬(45, 43)을 구동한다(s27).
컨트롤러(39)는, 인버터 회로(20)의 각 스위칭 소자(21)가 냉각 판정온도 미만이 되면, 전자접촉기(49(47))를 개로 바꾸고, 팬(45(43))을 정지시킨다(s28).
또한, 컨트롤러(39)는, 전자접촉기(48)를 개로 바꾼다(s29). 이 때에는, 태양전지(3)가 발전한 직류전력은, 야간 판정치 미만이기 때문에, 태양전지(3)에서 전원회로(41)에는 전력이 공급되지 않는다. 또한, 전자접촉기(48)를 개로 바꾸기 때문에, 제어전원(10)에서도 전력은 공급되지 않는다. 그 때문에, 컨트롤러(39)에는, 전력이 공급되지 않고, 컨트롤러(39)는 동작을 정지한다.
이와 같이, 인버터 장치(7)에는, 전자접촉기(31)과 전자접촉기(49)를 연동시키지 않음으로써, 인버터 회로(20)가 정지한 경우에 있어서, 스위칭 소자(21)를 완전히 냉각할 수 있다. 그 때문에, 스위칭 소자(21)의 열에 의한 열화를 억제하는 것이 가능하다.
이와 같이, 인버터 장치(7)에는, 전원회로(41)나 팬(43, 45)에 대하여 제어전원(10)으로부터 안정한 전력이 공급된다. 따라서, 전력변환이나 냉각을 위해 전력의 손실(loss)이 발생하는 일 없이, 태양전지(3)에서 발전한 전력을 계통전원에 역조류 할 수 있다. 또한, 본 발명의 계통연계용 인버터 장치는, 태양전지가 발전한 전력을 전력회사에 매전하는 시스템에 적용한 경우에, 태양전지의 발전전력은, 컨트롤러나 팬에서 소비되는 일 없이 계통전원에 역조류된다. 그 때문에, 태양전지의 발전전력을 보다 많이 매전하는 것이 가능하다. 이로써, 태양광 발전장치를 조기에 상각(償却)하는 것이 가능하게 된다.
1:태양광 발전장치 3:태양전지
7:인버터 장치 9:계통전원
10:제어전원 11, 37, 38:단자
13, 35, 36:차단기 15, 29:노이즈 필터(noise filter)
17, 33:전압 검출기 19, 25:전류 검출기
20:인버터 회로 21:스위칭 소자
20A, 23:평활(平滑)회로 27:승압회로
31, 47, 48, 49:전자접촉기 39:컨트롤러
40:변압기 41:전원회로
43, 45:팬

Claims (7)

  1. 복수의 스위칭 소자를 구비하고, 해당 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 의해 태양전지가 발전한 전력을 직류에서 교류로 변환하는 인버터 회로와,
    상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 인버터 회로가 변환한 교류전력을 계통전원에 역조류하는 계통연계용 인버터 장치에 있어서,
    상기 태양전지에서 제1 전압으로 전력이 공급되는 제1 전로, 및 상기 계통전원과는 다른 제어전원에서 상기 제1 전압보다도 높은 제2 전압으로 전력이 공급되는 제2 전로가 접속되고, 상기 제1 전로와 상기 제2 전로 중, 보다 높은 전압으로 전력이 공급되는 전로를 선택하여, 이렇게 선택된 전로에서 상기 컨트롤러에 전력을 공급하는 전원회로;
    상기 제2 전로를 개폐하는 제1 개폐기; 및
    상기 태양전지가 발전한 전력을 검출하는 전력검출부를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전력검출부가 검출한 태양전지의 발전전력이 야간인지 여부를 판정하기 위한 야간 판정치 미만이 되면, 상기 제1 개폐기를 폐에서 개로 바꿔서, 상기 제어전원에서의 전력공급을 정지시키고,
    상기 전력검출부가 검출한 태양전지의 발전전력이 상기 야간 판정치 이상이 되면, 상기 제1 개폐기를 개에서 폐로 바꿔서, 상기 제어전원에서 상기 전원회로로 전력을 공급시키는 것을 특징으로 하는 계통연계용 인버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부에서 검출한 전력이 계통전원에 역조류 가능한지 여부를 판정하기 위한 발전 판정치 미만이 되면, 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭을 정지시키는 것을 특징으로 하는 계통연계용 인버터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 회로와 상기 계통전원을 접속하는 제2 개폐기 및 상기 계통전원의 전압을 검출하는 전압검출기를 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 전압검출기에서 검출한 상기 계통전원의 전압이 계통이상의 발생을 판정하는 사고 판정치 미만이 되면, 상기 제2 개폐기를 폐에서 개로 바꾸는 것을 특징으로 하는 계통연계용 인버터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제어전원에서 전력이 공급되고, 상기 복수의 스위칭 소자를 냉각하는 팬, 및 상기 복수의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부를 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 전력검출부가 검출한 전력이 추가 냉각의 필요성을 판정하기 위한 냉각 판정치 이상이 되거나, 또는 상기 온도측정부가 측정한 온도가 추가 냉각의 필요성을 판정하기 위한 냉각 판정온도 이상이 되면, 상기 팬의 풍량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 계통연계용 인버터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 온도측정부가 측정한 온도가 상기 냉각 판정온도 미만이 될 때까지, 상기 팬을 동작시키는 것을 특징으로 하는 계통연계용 인버터 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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