KR101203673B1 - 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중앙집중식 인버터 대신에 각 건물의 창틀에 내장할 수 있는 소형 인버터를 구비하여 보다 효율적인 분산 발전 시스템을 구축할 수 있도록 해주는데 그 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 창틀 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템은, 태양광 발전기(12) 또는 풍력 발전기(14) 중 하나 이상을 포함하는 신재생에너지원(10); 건물의 창틀(20)에 내장되고 상기 신재생에너지원(10)으로부터 생산된 전력을 상용 전력으로 변환시켜 주는 창틀 내장형 인버터(30); 및 상기 창틀 내장형 인버터(30)에 의해 변환된 상용 전력을 입력받아 상용 전력망(80)과 연계시켜주는 상용 콘센트(60);로 이루어지고, 상기 창틀 내장형 인버터(30)는 상기 창틀(20)의 프레임 내부에 삽입 설치되고, 그 케이스 외면에는 콘덴서 카트리지(32)를 교환하는데 사용하는 인출구(31)가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템{DISTRIBUTED ELECTRICITY GENERATING SYSTEM WITH INVERTER IN WINDOW FRAME}
본 발명은 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신재생에너지원으로부터 생산된 전력을 분산 배치된 인버터를 이용해 상용 전력으로 곧바로 변환시켜 사용할 수 있도록 해주는 분산 발전 시스템에 관한 것이다.
현재 건물에 설치된 신재생에너지를 이용한 발전 시스템은 옥상이나 지붕, 배란다 등에 태양광 및 풍력 발전기를 분산하여 설치하고, 여기에서 발전되는 전기를 전기실과 같은 장소에서 모아 한 대의 중앙집중식 인버터를 통하여 상용 전력으로 변환하는 방법이 주를 이루고 있다.
도 1에는 이러한 건물 설치형 신재생에너지 발전 시스템의 구성이 간략하게 도시되어 있다. 신재생에너지원(100)은 태양광 발전기(120) 또는 풍력 발전기(140) 등의 신재생에너지 발전장치로 구성된다. 이 중에서 태양광 발전기(120)는 직류 형태로 전력을 생산하고, 풍력 발전기(140)는 직류 또는 교류 형태로 전력을 생산한다. 신재생에너지원(100)에 의해 직류 형태로 생산된 전력은 곧바로 중앙집중식 인버터(300)로 공급되고 교류 형태로 생산된 전력은 AC/DC 컨버터(200)를 통해 직류 전력으로 변환된 후 중앙집중식 인버터(300)로 공급된다.
중앙집중식 인버터(300)는 신재생에너지원(100)으로부터 생산되는 직류 전력을 상용 교류 전력으로 변환시켜주는 역할을 하며, 이때 변환에 최적의 입력전력을 생산하기 위해 신재생에너지원의 전압 레벨에 맞게 직렬 및 병렬을 구성하여 중앙집중식 인버터(300)에 공급한다. 이렇게 모아진 전력을 공급받은 중앙집중식 인버터(300)는 상용 교류 전압 AC 200V에 맞는 전력을 생성하여 AC 상용 전력망(500)에 전력 연계함으로써 일반인이 상용적으로 사용가능한 전력으로 만들어준다. 필요에 따라 중앙집중식 전력변환기(300)의 고장이나 동작 상태를 원격으로 확인하기 위해 모니터링부(400)가 설치될 수 있다.
이와 같이 중앙집중식 인버터(300)를 사용하여 분산된 모든 신재생에너지원으로부터의 전력을 변환하는 형태는 각 발전모듈을 직렬 및 병렬 배치로 구성하여 인버터가 요구하는 전압 조건을 구성한다. 이러한 직렬 및 병렬 조합을 통하여 하나의 전력선을 구성하여 전기실과 같은 별도의 장소에 분전함과 인버터를 집중 설치하여 관리하고 있다. 그러나 상기한 분산 발전 시스템은 직렬 및 병렬 조합의 발전모듈 중에서 직렬로 결속된 발전모듈 중 어느 하나가 고장이나 이상이 있을 시 전체 직렬 결속된 발전장치의 발전이 중단되거나 발전 성능이 저하된다. 또한 전체 발전 전력의 전력 변환을 맡고 있는 중앙집중식 인버터(300)의 고장이나 정비에 의한 가동중지시에는 모든 발전이 중단된다는 단점이 있다.
더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이 신재생에너지원을 이용한 발전 시스템은 생산된 전력을 중앙집중식 인버터(300)로 모두 연결해야 하는 복잡하면서도 고가의 전기공사를 실시하여야 하며, 인버터의 고용량화로 안전기준을 만족하는 별도의 안전장치를 구비하여야 하는 단점이 있다. 이러한 이유로 건물 등의 신재생에너지 발전시스템의 전력선 배선 및 전기안전 장치의 설치 운영비용이 전체 발전 시스템의 설치 운영비용에서 매우 큰 비중을 차지하고 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 중앙집중식 인버터 대신에 건물의 창틀에 내장할 수 있는 소형 인버터를 구비하여 보다 효율적인 분산 발전 시스템을 구축할 수 있도록 해주는데 그 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템은, 태양광 발전기 또는 풍력 발전기 중 하나 이상을 포함하는 신재생에너지원; 건물의 창틀에 내장되고 상기 신재생에너지원으로부터 생산된 전력을 상용 전력으로 변환시켜 주는 창틀 내장형 인버터; 및 상기 창틀 내장형 인버터에 의해 변환된 상용 전력을 입력받아 상용 전력망과 연계시켜주는 상용 콘센트;로 이루어지고, 상기 창틀 내장형 인버터는 상기 창틀의 프레임 내부에 삽입 설치되고, 그 케이스 외면에는 콘덴서 카트리지를 교환하는데 사용하는 인출구가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신재생에너지원이 태양광 발전기인 경우에는 이로부터 생산된 직류 전력을 상기 창틀 내장형 인버터로 입력하여 교류 상용 전력으로 변환시켜주도록 구성된다.
또한, 상기 신재생에너지원이 풍력 발전기인 경우에는 이로부터 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜주는 AC/DC 컨버터가 설치되다.
삭제
또한, 상기 창틀의 프레임에는 상기 창틀 내장형 인버터의 인출구에 대응하는 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 창틀 내장형 인버터에는 동작 상태를 원격에서 확인할 수 있는 모니터링부가 연결 설치된다.
상기와 같이 구성된 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템에 의하면, 신재생에너지원을 이용하는 각 발전모듈 근처에서 인버터가 직접 결속됨으로써 중앙집중식 인버터를 사용함에 따른 운영비용 및 설치비용을 절감할 수 있다.
또한, 중앙집중식 인버터에 모든 신재생에너지원이 직렬 및 병렬 접속되는 때에 하나의 발전모듈이 고장난 경우 이와 직렬 접속된 모든 신재생에너지원의 가동이 중단되거나 그 성능이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 인버터의 전체 수명 주기 내에 교환이 필요한 콘덴서는 별도의 카트리지에 담아서 설치하므로 쉽게 교환을 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 중앙집중식 인버터를 이용한 분산 발전 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 창틀 내장형 인버터를 도시한 도면.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템을 나타낸다. 본 발명의 발전 시스템은 크게 신재생에너지원(10), 창틀 내장형 인버터(30) 및 상용 콘센트(60)로 구성된다.
상기 신재생에너지원(10)은 태양광 발전기(12) 또는 풍력 발전기(14) 중에서 하나 이상을 포함한다. 본 발명은 주택, 아파트, 건물 등에서 소규모로 발전하는 시스템을 전제로 하므로 상기 태양광 발전기(12)의 태양 전지판이나 풍력 발전기(14)의 풍차 등은 건물의 외벽, 옥상, 베란다 등에 설치된다. 신재생에너지원(10)은 태양광이나 풍력이 주로 사용되나, 이외에 수소, 지열, 바이오매스 등 다른 에너지원도 사용 가능하다.
상기 창틀 내장형 인버터(30)는 건물 외벽 또는 인접한 곳에 설치된 신재생에너지원(10)과 쉽게 결속될 수 있도록 창틀(20)의 프레임에 내장되는 형태로 설치된다. 이 창틀 내장형 인버터(30)는 결속된 신재생에너지원(10)의 발전모듈에서 생산된 전력을 공급받아 상용 전력으로 변환시켜 사용할 수 있도록 해준다.
여기서, 상용 전력으로 변환시킨다는 것은 발전소에서 각 주택이나 가정으로 공급하는 전력과 그 주파수 및 전압의 크기를 일치시켜 일반인이 신재생에너지원(10)으로부터 생산된 전력을 상용적으로 사용할 수 있도록 해준다는 것이다.
창틀 내장형 인버터(30)는 신재생에너지원(10)으로 사용되는 복수 개의 발전모듈과 일 대 일로 결속되도록 구성되며, 이것이 도 1을 참조로 설명된 종래의 중앙집중식 인버터와 가장 큰 차이점이라 할 것이다.
이와 같이, 창틀 내장형 인버터(30)는 발전모듈 하나하나와 직접 결속되기 때문에 해당 발전모듈로부터 생산되는 전력만을 상용 전력으로 변환하면 되므로 소용량의 인버터를 사용할 수 있다. 또한, 각각의 발전모듈로부터 생산된 전력을 상용 전력으로 변환한 후에 곧바로 상용 전력망(80)과 연계하도록 설치되므로 중앙집중식 인버터에 모든 발전모듈을 직렬 및 병렬로 연결하기 위하여 복잡한 설치공사를 할 필요가 없다.
이러한 본 발명의 발전 시스템에 따르면, 대용량 인버터를 사용함에 따른 추가 안전장치를 하기 위해 비용 및 시간을 소요할 필요가 없고, 중앙 집중식 시스템을 구축시 복잡한 직병렬 조합 결선을 위한 시설 및 운영비용을 부담하지 않아도 되므로 매우 경제적인 분산 발전 시스템의 구축이 가능하게 해준다.
또한, 중앙집중식 인버터를 사용하는 경우에는 신재생에너지원(10) 중 하나의 발전모듈이 고장 등으로 사용이 불가능할 때에 고장난 발전모듈과 직렬 연결된 모든 발전모듈이 중지되는 반면, 본 발명에 따른 창틀 내장형 소형 인버터를 사용하는 경우에는 고장난 해당 발전모듈에 국한되어 발전이 중지될 뿐이므로 전체적으로 발전 성능은 저하되지 않는 장점이 있다.
한편, 상기 창틀 내장형 인버터(30)는 신재생에너지원(10)이 태양광 발전기(12)인 경우에는 이로부터 생산된 직류 전력을 상기 창틀 내장형 인버터(30)로 입력하여 교류 상용 전력으로 변환시켜준다.
즉, 현재 생산되고 있는 모든 태양광 발전기(12)는 직류 형태로 전력을 생산하므로 이 직류 전력을 인버터로 입력하여 곧바로 교류 상용 전력으로 변환시켜줄 수 있다. 최근에 각광받고 있는 창문 투과형 박막 태양전지를 사용하면 창틀 내장형 인버터(30)와 가장 인접한 형태로 분산 발전 시스템을 구축할 수 있기 때문에 유리하다.
상기 신재생에너지원(10)이 풍력 발전기(14)인 경우에는 이로부터 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜주는 AC/DC 컨버터(40)가 설치된다. 풍력 발전기(14)는 그 구조에 따라 직류 또는 교류 형태의 전력을 모두 생산할 수 있다. 따라서, 직류 전력을 생산하는 풍력 발전기(14)의 경우에는 상기 태양광 발전기(12)와 마찬가지로 DC/AC 변환 기능을 수행하는 창틀 내장형 인버터(30)와 곧바로 연결할 수 있다. 그러나, 교류 전력을 생산하는 풍력 발전기(14)의 경우에는 이를 우선 직류 형태로 변환한 후에 창틀 내장형 인버터(30)로 공급하여야 하며, 이를 위해 풍력 발전기(14)와 창틀 내장형 인버터(30) 사이에 AC/DC 컨버터(40)가 추가로 설치되는 것이다.
본 발명의 가장 중요한 구성요소 중 하나인 상기 창틀 내장형 인버터(30)의 구체적인 형태에 대해서는 도 3을 참조로 상세히 후술하기로 한다.
상기 상용 콘센트(60)는 기존의 주택 또는 건물의 전기공사 시에 설치된 콘센트를 그대로 이용할 수 있다. 창틀 내장형 인버터(30)에 연결된 접속 플러그(50)를 이용하여 상용 콘센트(60)와 접속하면, 창틀 내장형 인버터(30)에 의해 변환된 교류 전력이 발전소로부터 상용 전력을 공급하는 상용 전력망(80)과 손쉽게 연계되고, 이에 의해 사용자는 신재생에너지원(10)으로부터 생산된 전력을 사용할 수 있게 된다.
상기 창틀 내장형 인버터(30)에 별도의 전력량계(미도시)를 설치하면 신재생에너지원(10)에 의해 생산되어 상용 전력망(80)으로 공급된 전력량을 쉽게 체크할 수 있고, 공급된 전력량만큼 전기사용료를 절감할 수 있다.
또한, 상기 창틀 내장형 인버터(30)에는 동작 상태를 원격에서 확인할 수 있는 모니터링부(70)가 연결 설치될 수 있다. 이 모니터링부(70)를 통해 인버터의 작동상태, 고장 유무, 해당 발전모듈의 현재 발전량, 콘덴서의 교환 여부 등을 쉽게 체크할 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 창틀 내장형 인버터(30)의 구성 및 창틀(20)과의 결합관계가 구체적으로 도시되어 있다.
창틀 내장형 인버터(30)는 창틀(20)의 프레임 내에 삽입 설치되어야 하므로 기존의 창틀 프레임의 형태와 유사하게 직육면체의 케이스를 가진다. 창틀 프레임은 밀폐된 형태로 만들어지므로 건물에 이미 장착된 창틀(20) 내에 인버터를 설치하기 위해서는 창틀 프레임을 절단해야 하는 등 그 설치가 번거롭기 때문에 본 발명의 인버터는 공장에서 창틀(20)을 제조할 때 미리 삽입시키는 것이 바람직하다.
인버터의 필수 구성소자 중에서 콘덴서는 다른 전력 소자에 비해 사용수명이 짧은 특성을 가지고 있어서 인버터의 수명 주기로 예상되는 15 ~ 20년 사이에 2 ~ 4회의 교환이 필요하다. 그러나, 인버터를 창틀 내부에 삽입 설치한 후에는 이를 다시 인출하기 어렵기 때문에 콘덴서를 쉽게 교환할 수 있는 별도의 구성이 필요하다.
본 발명에 따르면, 이를 위해 별도의 콘덴서 카트리지(32)가 마련되고, 상기 창틀 내장형 인버터(30)의 케이스 외면에는 상기 콘덴서 카트리지(32)를 교환하는데 사용하는 인출구(31)가 형성되며, 상기 창틀(20)의 프레임에는 창틀 내장형 인버터(30)의 인출구(31)에 대응하는 관통홀(21)이 형성된다.
상기 콘덴서 카트리지(32)를 사용하면 콘덴서의 용량 및 교환 주기를 체크할 수 있을 뿐만 아니라, 카트리지 전체를 인버터 케이스에 마련된 인출구(31)에 끼워 넣거나 빼내는 것만으로 콘덴서를 쉽게 교환할 수 있다. 콘덴서 카트리지(32)의 방수를 위해 인출구(31)의 주변을 실리콘 등으로 방수처리한다.
또한, 창틀 내장형 인버터(30)에는 신재생에너지원(10)으로부터 전력을 입력받는 연결 코드(34)와, 변환된 상용 전력을 상용 콘센트(60)로 공급해주는 접속 플러그(33)가 케이스 외부로 연장되도록 설치된다. 이를 위해 창틀(20)의 프레임에는 상기 연결 코드(34) 및 접속 플러그(33)와 대응되는 관통홀(22,23)이 형성된다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 신재생에너지원 12: 태양광 발전기
14: 풍력 발전기 20: 창틀
30: 창틀 내장형 인버터 40: AC/DC 컨버터
50: 상용 콘센트 연결 플러그 60: 상용 콘센트
70: 모니터링부 80: 상용 전력망

Claims (6)

  1. 태양광 발전기(12) 또는 풍력 발전기(14) 중 어느 하나 이상을 포함하는 신재생에너지원(10);
    건물의 창틀(20)에 내장되고 상기 신재생에너지원(10)으로부터 생산된 전력을 상용 전력으로 변환시켜 주는 창틀 내장형 인버터(30); 및
    상기 창틀 내장형 인버터(30)에 의해 변환된 상용 전력을 입력받아 상용 전력망(80)과 연계시켜주는 상용 콘센트(60);로 이루어지고,
    상기 창틀 내장형 인버터(30)는 상기 창틀(20)의 프레임 내부에 삽입 설치되고, 그 케이스 외면에는 콘덴서 카트리지(32)를 교환하는데 사용하는 인출구(31)가 형성된 것을 특징으로 하는, 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신재생에너지원(10)이 태양광 발전기(12)인 경우에는 이로부터 생산된 직류 전력을 상기 창틀 내장형 인버터(30)로 입력하여 교류 상용 전력으로 변환시켜주는 것을 특징으로 하는 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신재생에너지원(10)이 풍력 발전기(14)인 경우에는 이로부터 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜주는 AC/DC 컨버터(40)가 설치되는 것을 특징으로 하는 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 창틀(20)의 프레임에는 상기 창틀 내장형 인버터(30)의 인출구(31)에 대응하는 관통홀(21)이 형성된 것을 특징으로 하는 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 창틀 내장형 인버터(30)에는 동작 상태를 원격에서 확인할 수 있는 모니터링부(70)가 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 창틀 내장형 인버터를 이용한 분산 발전 시스템.
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