KR101262022B1 - 태양광 발전 설비 실험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈을 구비한 태양광 발전 설비를 태양광이 없는 실내에 구현하고 태양광이나 태양광을 대체하는 조명 없이도 다양한 방식으로 태양광 발전 설비에 대한 실험을 할 수 있는 태양광 발전 설비 실험 장치에 관한 것으로,
태양광 발전 설비를 실험하는 장치로서,
태양광 모듈(230)로부터 출력되는 직류전원을 접속반(330), DC차단기(490) 및 충전 컨트롤러(340)를 순차적으로 통해 제공받아 축전하는 축전지(310);
상기 축전지(310)로부터 직류전원을 제공받아 교류전원으로 변환하여 램프 부하(550)에 램프 구동용 전원으로 공급하는 독립형 인버터(320);
유입되는 과전류를 차단하며, 실험 장치 내 각 부분의 직류 전압, 직류 전류 및 실험 장치 내 각 부분의 교류 전압, 교류 전류를 각각 표시하는 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470);
터치 화면을 구비하며, 해당 장비의 응용프로그램으로부터 제공되는 제어명령을 터치 형식으로 받아 표시하는 터치 컴퓨터(480);
실험 장치 내 각 교류 회로에 흐르는 전류를 각각 재어 외부로 추출되도록 하기 위한 변류기(510);
실험 장치 내 각 직류 회로에 흐르는 전류를 각각 분류시켜 외부로 추출되도록 하기 위한 분류기(520);
상기 부하(550)와 독립형 인버터(320) 사이를 접속시키기 위한 릴레이(530);
AC차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 실험 장치 내 각 부에 구동용 전원으로 제공하는 직류출력부(540);
실험 장치 내 주전원 정전 시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원으로 자동전환하도록 하기 위한 자동전환 스위치(360);
상기 AC차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 계통연계형 인버터(350)으로 제공하는 AC/DC 컨버터(370);
상기 부하(550)의 점멸을 컨트롤하는 부하 컨트롤부(390);
상기 부하(550)에서 소모하는 전력량을 측정해서 표시하는 단상의 유도형 전력량계(400);
상기 부하(550)의 점멸, 실험 장치 내 직류 라인 및 교류 라인의 접속 및 차단을 수행하기 위한 프로그램을 설계하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(420);
실험 장치 내 전류 개폐나 해당 장비의 시동, 정지 제어를 위한 마그네틱 스위치와, 설정치 이상의 전류가 흐르면 접점을 동작시키는 계전기로 구성되는 마그네틱 스위치/열동계전기(500);
유무선 인터넷과 접속시켜 실험 장치가 외부에서 제어되도록 하기 위한 유무선 공유기(430); 및
원격지에서 시리얼 제어 및 관리하도록 무선랜에 연결시켜 주는 유무선 시리얼 통신 장치(440);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 설비 실험 장치{Test apparatus for the light of the sun electricity generation equipment}
본 발명은 태양광 발전 설비 실험에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈을 구비한 태양광 발전 설비를 태양광이 없는 실내에 구현하고 태양광이나 태양광을 대체하는 조명 없이도 다양한 방식으로 태양광 발전 설비에 대한 실험을 할 수 있는 태양광 발전 설비 실험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실험장치는 기계부와 제어부로 구성되어 있고, 기계부 시스템은 제어패널에 의해서 회로도를 구성하여 작동할 수 있게 되어 있다.
피교육생에게 실험장치의 원리와 기능을 이해시키고 전기 및 센서 자동제어의 원리와 제어동작 및 회로설계 능력을 배양시킬 수 있으며, 쉽게 이해하고 실험 및 실습할 수 있는 측정 실험장치가 요구되어 다양한 실험장치가 개발되고 있다.
이러한, 측정 실험장치로는 신재생 에너지 발전 실험장치, 복합 전력변환 실험장치, 냉동기 실험장치, 공조기 실험장치 등이 있다.
그 중 신재생에너지(New Renewable Energy)는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 태양열, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지, 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다.
이러한, 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다.
한국에서는 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양열발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지), 총11개 분야를 신재생에너지로 지정하고 있다.
그 중에서 태양열 이용 기술은, 태양열의 흡수, 저장 및 열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술로써, 태양열 이용기술의 핵심은 태양열 집열기술, 축열기술, 시스템 제어기술, 시스템 설계기술 등이 있다.
이러한 태양열 시스템은 집열부, 이용부, 제어부 등으로 나눌 수 있는데, 여기서, 집열부는 열 시점과 집열량이 이용시점과 부하량에 일치하지 않기 때문 필요한 일종의 버퍼(buffer) 역할을 하는 일종의 열저장 탱크이고, 이용부는 집열부에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하며, 제어부는 태양열을 효과적으로 집열 및 축열하고 공급하며, 태양열 시스템의 성능 및 신뢰성 등에 중요한 역할을 해주는 장치라 할 수 있다.
참고로 태양열 에너지는 에너지밀도가 낮고 계절별, 시간별 변화가 심한 에너지이므로 집열과 축열기술이 가장 기본이 된다 할 수 있다.
한편, 태양열 집열은 진공관형의 태양열 집열기나 집열판형 태양열 집열기를 이용하여 집열하고, 집열기에 구축된 헤더에서 가열하여 출수하고 있는데, 현재까지는 집열기의 성능을 최대화하는데만 초점이 맞춰져 있을 뿐 집열기에 입수되는 물의 각종 온도조건이나 유량 조건에 따른 성능 실험을 위한 교육용 장비는 개발되어 있지 않으므로, 태양열 집열기에 대한 교육이나 실험 및 실습이 이루어지지 않은 경우 실제 현장에서 적용하기 어려운 문제가 있었다.
예로써 대한민국 등록특허 10-0913247호(2009년 8월 24공고)(실험모듈을 대체할 수 있는 교육용 태양광 발전 실험 장치)는 태양전지(솔라셀)에 별도의 조명수단을 이용해 가상의 태양광을 실내에서 생성하여 실험하고 있으나 이는 단순히 태양광 대신 조명수단을 이용하고, 별도의 실험모듈을 탈부착하는 정도의 단순한 실험에 한정되어 있을 뿐이었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 태양광 모듈을 구비한 태양광 발전 설비를 태양광이 없는 실내에 구현하고, 태양광이나 태양광을 대체하는 조명 없이도 다양한 방식으로 태양광 발전 설비에 대한 실험 및 교육을 할 수 있는 태양광 발전 설비 실험 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 태양광 발전 설비 실험 장치는,
태양광 발전 설비를 실험하는 장치로서,
태양광 모듈(230)로부터 출력되는 직류전원을 접속반(330), DC(직류)차단기(490) 및 충전 컨트롤러(340)를 순차적으로 통해 제공받아 축전하는 축전지(310);
상기 축전지(310)로부터 직류전원을 제공받아 교류전원으로 변환하여 램프 부하(550)에 램프 구동용 전원으로 공급하는 독립형 인버터(320);
유입되는 과전류를 차단하며, 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부분의 직류 전압, 직류 전류 및 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부분의 교류 전압, 교류 전류를 각각 표시하는 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470);
터치 화면을 구비하며, 해당 장비의 응용프로그램으로부터 제공되는 제어명령을 터치 형식으로 받아 표시하는 터치 컴퓨터(480);
태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 교류 회로에 흐르는 전류를 각각 재어 외부로 추출되도록 하기 위한 변류기(510);
태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 직류 회로에 흐르는 전류를 각각 분류시켜 외부로 추출되도록 하기 위한 분류기(520);
상기 부하(550)와 독립형 인버터(320) 사이를 접속시키기 위한 릴레이(530);
AC(교류)차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부에 구동용 전원으로 제공하는 직류출력부(540);
태양광 발전 설비 실험 장치 내 주전원 정전 시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원으로 자동전환하도록 하기 위한 자동전환 스위치(Automatic Transfer Switch : ATS)(360);
상기 AC차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 계통연계형 인버터(350)으로 제공하는 AC/DC 컨버터(370);
상기 부하(550)의 점멸을 컨트롤하는 부하 컨트롤부(390);
상기 부하(550)에서 소모하는 전력량을 측정해서 표시하는 단상의 유도형 전력량계(400);
상기 부하(550)의 점멸, 태양광 발전 설비 실험 장치 내 직류 라인 및 교류 라인의 접속 및 차단을 수행하기 위한 프로그램을 설계하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC : Programmable Logic Controller)(420);
태양광 발전 설비 실험 장치 내 전류 개폐나 해당 장비의 시동, 정지 제어를 위한 마그네틱 스위치와, 설정치 이상의 전류가 흐르면 접점을 동작시키는 계전기로 구성되는 마그네틱 스위치/열동계전기(500);
유무선 인터넷과 접속시켜 태양광 발전 설비 실험 장치가 외부에서 제어되도록 하기 위한 유무선 공유기(430); 및
원격지에서 시리얼 제어 및 관리하도록 무선랜에 연결시켜 주는 유무선 시리얼 통신 장치(440);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 비유지 A접점 푸시버튼으로 동작시키는 복수 개의 푸쉬 버튼으로 구성된 푸쉬버튼부(381), 직류출력부(SMPS : Switching Mode Power Supply)(540)에서 공급되는 직류전원을 자동, 오프, 매뉴얼 중 하나로 선택하여 공급하는 선택 스위치(382), 및 접점(A 접점, B접점) 닫힘을 선택하는 토글 스위치(383)로 구성되는 스위치 컨트롤부(380); 및
상기 유무선 시리얼 통신 시 RS-232신호를 RS-485신호로 변환하는 RS-485/RS-232 변환 장치(450);
를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 장비를 안치하기 위한 상판(110), 상기 상판(110) 하부에 구성되며 바닥에서 소정간격 이격되어 형성된 하판(120), 상기 상판(110)과 하판(120)을 고정하고 지지하는 복수 개의 테이블 다리(130), 상기 복수 개의 테이블 다리(130) 하부 각각에 부착된 바퀴(140)로 구성된 실험 테이블(100)이 더 구성되되,
상기 실험 테이블 상판(110)에는 상기 태양광 모듈(230), 축전지(310), 독립형 인버터(320), 접속반(330), 충전 컨트롤러(340), 스위치 컨트롤부(380), AC차단기(410), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470), 터치 컴퓨터(480), DC차단기(490), 변류기(510), 분류기(520), 릴레이(530), 직류출력부(540) 및 부하(550)가 구성되며,
상기 실험 테이블 하판(120)에는 상기 계통연계형 인버터(350), 자동전환 스위치(360), AC/DC 변환기(370), 부하 컨트롤부(390), 유도형 전력량계(400), 프로그래머블 로직 컨트롤러(420) 및 마그네틱 스위치/열동계전기(500)가 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템을 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)의 + 극은 상기 접속반(330)에 병렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 -극은 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) 출력부에서 상기 충전 컨트롤러(340)에 연결되고,
상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310)의 +, - 단자가 연결되며,
상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력단자가 연결되고,
상기 독립형 인버터(320) AC출력부와 상기 AC차단기(410)의 입력부가 연결되며,
상기 AC차단기(410) 출력부와 상기 부하(550)가 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)가 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정되며,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시켜 상기 부하(550)가 점등되도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)의 + 극은 상기 접속반(330)에 병렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 - 극은 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) 출력부에서 상기 충전 컨트롤러(340)에 연결되고,
상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310)의 +, - 단자가 연결되며,
상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력단자가 연결되고,
상기 독립형 인버터(320)의 AC출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자가 연결되며,
상기 AC차단기(410)의 출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결되고,
상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 상기 부하(550)로 연결되며,
상기 충전 컨트롤러(340)를 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정하고,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시킨 후 상기 독립형 인버터(320) 스위치를 온시켜 부하(550)가 점등하도록 하며,
상기 AC차단기(410)를 오프시켜 상기 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 상기 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 독립형 인버터 시스템에서 전압, 전류 측정 회로를 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)이 상기 접속반(330)에 직렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 - 극이 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) + 출력부가 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +에 연결되고 상기 DC차단기(490) - 출력부가 상기 분류기(520)에 연결되며, 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 - 극에 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) + 단자에서 상기 축전지(310)로 +측에 연결하고 상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) - 단자에서 상기 분류기(520)에 연결한 다음 상기 축전지(310) - 극에 연결되며,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극을 연결되고,
상기 독립형 인버터(320) AC출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자로 연결되며,
상기 AC차단기(410) 출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결되고,
상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 상기 부하(550)로 연결할 때 상기 변류기(510)를 거쳐 연결되며,
상기 분류기(520)의 출력신호 단자에서 각각의 상기 DC전류계(473)로 연결되고,
상기 변류기(510) 출력신호 단자에서 상기 AC전류계(475)로 연결되며,
상기 DC전압계(472)와 상기 AC전류계(475)에 각각 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)는 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정되며,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시킨 후 상기 독립형 인버터(320) 스위치를 온시키면 상기 부하(550)가 점등하게 되고,
상기 AC차단기(410)를 오프시키면 상기 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 상기 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 독립형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)이 상기 접속반(330)에 직렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 - 극이 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) + 출력부가 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +에 연결되고, 상기 DC차단기(490) - 출력부가 상기 분류기(520)에 연결되며, 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 - 극에 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) + 단자에서 상기 축전지(310)로 + 측에 연결하고 상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) - 단자에서 상기 분류기(520)에 연결한 다음 상기 축전지(310) - 극에 연결되며,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극을 연결되고,
상기 독립형 인버터(320) AC출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자로 연결되며,
상기 AC차단기(410) 출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결되고,
상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 상기 부하(550)로 연결할 때 상기 변류기(510)를 거쳐 연결되며,
상기 분류기1,2(520)의 출력신호 단자에서 각각의 상기 DC전류계(473)로 연결되고,
상기 변류기(510) 출력신호 단자에서 상기 AC전류계(475)로 연결되며,
상기 DC전압계(472)와 상기 AC전류계(475)에 각각 회로도를 보고 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)를 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정되며,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시킨 후 상기 독립형 인버터(320) 스위치를 온시킨 다음 푸쉬버튼부(381)의 푸쉬 버튼을 설계대로 누르면 상기 부하(550)가 점등하게 되고,
상기 AC차단기(410)를 오프시키면 상기 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 상기 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 되는 것을 특징으로 하는 한다.
한편, 상기 독립형 인버터 시스템에서 전원 및 부하 제어 회로를 구성하는 경우는,
태양광 모듈(230)이 상기 접속반(330)에 직렬연결 되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 -극이 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) + 출력부에서 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +측에 연결되고, 상기 DC차단기(490) -출력부에 상기 분류기(520)가 연결되며, 상기 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 -극에 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) + 단자에서 상기 마그네틱 스위치/열동계전기(500) a접점을 거처 상기 축전지(310)로 +측에 연결하고, 상기 충전컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) - 단자에서 상기 마그네틱 스위치/열동계전기(500) a접점을 거처 상기 분류기(520)에 연결한 다음 상기 축전지(310) -극에 연결되며,
상기 충전 컨트롤러(340)의 상기 축전지(310) +, - 단자에서 마그네틱 스위치/열동계전기(500) 접점을 거처 상기 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극이 연결되고,
상기 독립형 인버터(320) AC출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브를 설계된 회로대로 배선하며,
상기 AC차단기(410) 출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결되고,
상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 상기 부하(550)로 연결할 때 상기 변류기(510)를 거쳐 연결되며,
상기 분류기(520)1,2의 출력신호 단자에서 각각의 상기 DC전류계(473)로 연결되고,
상기 변류기(510) 출력신호 단자에서 상기 AC전류계(475)로 연결되며,
상기 DC전압계(472)와 상기 AC전류계(475)에 각각 설계회로도를 보고 연결되고,
상기 충전 컨트롤러(340)가 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정되고,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시킨 후 상기 독립형 인버터(320) 스위치를 온시키며,
상기 푸쉬버튼부(381)를 설계대로 누르면, 상기 마그네틱 스위치/열동계전기(500) MC1, MC2 접점이 닫혀 상기 충전 컨트롤러(340)와 상기 축전지(310)가 연결되고, 상기 축전지(310)와 상기 독립형 인버터(320)가 연결되며, 상기 푸쉬버튼부(381)를 설계대로 눌러 상기 독립형 인버터(320) 출력이 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브로 전원이 투입되고 상기 푸쉬버튼부(381)를 설계대로 누르면, 상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)에 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템을 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)이 상기 접속반(330)에 직렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 - 극이 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) 출력부에서 상기 계통연계형 인버터(350) DC 입력부에 연결되고,
상기 계통연계형 인버터(350)의 AC 출력부에서 상기 AC차단기(410)로 연결되며,
상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시키되,
상기 실내 실험 시 상기 계통연계형 인버터(350)에서 상기 DC동작 전압을 얻을 수 없으므로, 상기 AC/DC 컨버터(370)로 상기 태양광 모듈(230) 대신 상기 접속반(330)에 연결하여 계통연계 실험을 확인하고, 회로 배선전에 상기 DC차단기(490)와 상기 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하며, 상기 태양광 모듈(230)과 상기 계통연계형 인버터(350)의 +, - 극을 주의해서 연결시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 계통연계형 인버터 시스템의 부하 제어 회로를 구성하는 경우,
상기 태양광 모듈(230)이 상기 접속반(330)에 병렬연결되고,
상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 -극이 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
상기 DC차단기(490) + 출력부에서 상기 계통연계형인버터(350) 입력부 +측에 연결하고, 상기 DC차단기(490) - 출력부에서 상기 분류기(520)에 연결되며, 다음 계통연계형인버터(350) 입력부 -극에 연결되고,
상기 계통연계형 인버터(350) AC 출력에서 상기 부하(550)로 연결할 때 상기 변류기(510)를 거치고 제어 회로가 배선되며,
상기 계통연계형 인버터(350) AC 출력에 상기 직류출력부(SMPS)(540) 전원이 연결되고,
상기 계통연계형 인버터(350) AC 출력에 상기 AC차단기(410)이 연결되며,
상기 AC차단기(410)에서 상기 유도형 전력량계(400) 출력 측에 연결되고,
상기 분류기1(520)의 출력신호 단자에서 상기 DC전류계(473)로 연결되며,
상기 변류기(510) 출력신호 단자에서 상기 AC전류계(475)로 연결되고,
상기 DC전압계(472)와 상기 AC전압계(474) 입력 신호부에 각각 설계회로도를 보고 연결하되,
상기 실내 실험 시 상기 계통연계형 인버터(350)에서 상기 DC동작 전압을 얻을 수 없으므로, 상기 AC/DC 컨버터(370)로 상기 태양광 모듈(230) 대신 상기 접속반(330)에 연결하여 계통연계 실험을 확인하고, 회로 배선전에 상기 DC차단기(490)와 상기 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하며, 상기 태양광 모듈(230)과 상기 계통연계형 인버터(350)의 +, - 극을 주의해서 연결시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 독립형 인버터 시스템을 이해하고 운전회로를 배선할 수 있으며, 각 장치들의 원리를 이해하고 배선할 수 있고, 태양광 모듈의 병렬 특성을 이해하고 배선할 수 있다.
둘째, 각 부품들의 기능을 이해함으로써 직렬연결과 병렬 연결을 이해하고 설명할 수 있다.
셋째, 자동전환 스위치를 이용한 운전회로를 배선하고, 자동전환 스위치의 원리를 이해하고 배선할 수 있다.
넷째, 독립형 인버터 시스템의 설비를 직접 전압, 전류를 측정할 수 있고, DC라인 및 AC라인을 구분할 수 있으며, DC 전압/전류계, AC 전압/전류계를 설치할 수 있다.
다섯째, 독립형 인버터 시스템의 설비의 부하 제어, 릴레이 기능 이해 및 설치가 가능하다.
여섯째, 독립형 인버터 시스템의 설비의 전원 및 부하 라인을 제어할 수 있고, 릴레이, MC 등의 기능을 이해하고 설치할 수 있다.
일곱째, 독립형 인버터 시스템의 프로그래머블 로직 컨트롤러 제어 실습이 가능하고, 래더 프로그램을 이해하고, 프로그램할 수 있다.
여덟째, 독립형 인버터 시스템의 무선 제어 및 무선제어와 연계한 프로그래머블 로직 컨트롤러 제어 실습이 가능하다.
아홉째, 계통연계형 인버터 설비를 구성할 수 있고, 동작원리를 이해하고 설치할 수 있다.
열째, 계통연계형 인버터 설비를 구성할 수 있고, 동작원리를 이해하고 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템을 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 전압, 전류 측정 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 전원 및 부하 제어 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 1에 나타낸 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템을 구성한 예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 7에 나타낸 계통연계형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로를 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양광 발전 설비 실험 장치들을 안치하기 위한 상판(110)과, 상판(110) 하부에 구성되며 바닥에서 소정간격 이격되어 형성된 하판(120)과, 상판(110)과 하판(120)을 고정하고 지지하는 다수의 테이블 다리(130)와, 다수의 테이블 다리(130) 하부 각각에 부착된 바퀴(140)로 구성된 실험 테이블(100)에 구성된다.
여기서, 실험 테이블 상판(110)에는 태양광 모듈(230), 축전지(310), 독립형 인버터(320), 접속반(330), 충전 컨트롤러(340), 스위치 컨트롤부(380), AC차단기(410), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470), 터치 컴퓨터(480), DC차단기(490), 변류기(510), 분류기(520), 릴레이(530), 직류출력부(540) 및 부하(550)가 구성된다. 이때 부하(550)는 점등 가능한 램프이다.
그리고, 실험 테이블 하판(120)에는 계통연계형 인버터(350), 자동전환 스위치(360), AC/DC 변환기(370), 부하 컨트롤부(390), 유도형 전력량계(400), 프로그래머블 로직 컨트롤러(420) 및 마그네틱 스위치/열동계전기(500)가 구성된다.
또한, 본 발명 태양광 발전 설비 실험 장치는 유무선 공유기(430), 유무선 시리얼 통신 장치(440) 및 RS-485/RS-232 변환 장치(450)가 더 구성된다.
한편, 실험 테이블 상판(110)에 구성되는 태양광 모듈(230)은 실험 테이블 상판(110) 일측 상부에 형성된 태양광 모듈 고정바(210)와 태양광 모듈 고정바(210)에 수직한 방향으로 형성되어 태양광 모듈(230)이 태양광을 추적할 수 있도록 수평 및 수직 방향으로 이동시키는 양축 트랙커(도시되지 않음)가 구성된 지지봉(220)과 지지봉(220) 상단에 형성되며, 지지봉(220)의 양축 트랙커를 회전시키기 위한 모터(240)가 더 구성된다.
축전지(310)는 태양광 발전 설비 실험 장치의 부하(550)에 전원을 공급한다.
독립형 인버터(320)는 축전지(310)에 저장된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(550)에 공급하도록 한다.
접속반(330)은 태양광 모듈(230)과 독립형 인버터(320) 사이의 정격 보호모듈로 태양광 모듈(230)로부터 생산된 직류전압을 독립형 인버터(320)에 공급한다. 물론, 실험에서는 축전지(310)의 전원을 독립형 인버터(320)에 공급한다.
충전 컨트롤러(340)는 전류의 역방향 흐름 방지, 과충전 방지, 과방전 방지 및 과부하를 차단하고, 축전지(310)의 충전상태와 전류의 흐름을 표시하며, 축전지(310)의 정상적인 충전을 통해 축전지(310)의 용량을 최대한 사용하면서 수명을 연장시킨다.
스위치 컨트롤부(380)는 태양광 발전 설비 실험 장치에서 비유지 A접점 푸시버튼으로 동작시키는 다수의 푸쉬 버튼으로 구성된 푸쉬버튼부(381)와, 직류출력부(SMPS : Switching Mode Power Supply)(540)에서 공급되는 직류전원을 자동, 오프, 매뉴얼 중 하나로 선택하여 공급하는 선택 스위치(382)와, 접점(A 접점, B접점) 닫힘을 선택하는 토글 스위치(383)가 구성된다.
AC차단기(410)는 AC 220V 전원을 입력받는다.
과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)은 실험 테이블 상판(110) 다른 일측에 구성되며 수직한 양측 지지봉(460)에 의해 지지되도록 구성되고, 과전류를 차단하는 차단스위치와, 전원공급을 표시하는 램프 및 과전류로부터 패널(470)을 보호하는 퓨즈로 구성된 과전류차단부(471)와, 2개의 DC 전압을 표시하는 DC전압계(472), 2개의 DC전류를 표시하는 DC전류계(473), 3개의 AC 전압을 표시하는 AC전류계(475), 3개의 AC전류를 표시하는 AC전류계(475)로 구성되어 있다.
터치 컴퓨터(480)는 실험 테이블 상판(110)의 지지봉(460) 일측에서 회전가능하도록 힌지축(481)에 연결되어 구성되며, 교육생 또는 실험자가 태양광 발전 설비 실험 장치를 통한 제어명령을 터치 스크린에서 터치 형식으로 제어받거나 실험결과 데이터를 표시한다.
DC차단기(490)는 태양광 발전 설비 실험 장치를 통한 실험 중 DC차단이 필요한 경우 DC를 차단시킨다.
변류기(510)는 전류계에서 사용하는 변압기 1차와 2차의 권선을 가지고 1차 권선을 통해 교류를 통하고, 2차 권선은 두 단자 사이의 전류계를 접속하여 전류계의 지시로 1차 권선의 전류의 세기를 알 수 있도록 한다.
분류기(520)는 직류전류를 측정하기 위해 사용되는 제품으로써 전류의 측정범위를 확대시키기 위해 사용하는 일종의 저항기이다.
릴레이(530)는 전기회로에서 회로를 두 개로 나누어 한쪽에서 신호를 만들고 그 신호에 따라 다른 쪽 회로의 작동을 제어, 즉 회로를 열거나 닫을 필요가 있다. 이때 사용하는 전자부품이 계전기이며 일종의 전기 스위치이다.
직류출력부(540)는 AC 220V 전원을 태양광 발전 설비 실험 장치에서 필요로 하는 전원인 DC 24V로 변환한다.
부하(550)는 태양광 발전 설비 실험 장치에서 전원이 공급되어 동작되는지를 알아보는 실험 도구로 예로써 램프로 구성할 수 있다.
또한, 실험 테이블 하판(110)에 구성되는 계통연계형 인버터(350)는 태양광 발전 설비 실험 장치에 축전지(310)를 사용하지 않고 전력을 바로 계통에 공급하는 장치이다.
자동전환 스위치(360)는 주전원정전 시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원으로 자동전환하도록 함으로서 예로써 태양광을 공급받는 수용가가 항상 일정한 전원공급을 받을 수 있도록 하는 실험에 이용된다.
AC/DC 컨버터(370)는 태양광 발전 설비 실험 장치에서 필요로 하는 가상의 DC전원을 공급한다.
부하컨트롤부(390)는 부하(550)를 컨트롤한다.
유도형 전력량계(400)는 부하(550)에서 소모하는 전력량을 측정하는 단상의 유도형 전력량계이다.
프로그래머블 로직 컨트롤러(420)는 태양광 발전 설비 실험 장치에 대하여 프로그램 제어가 가능하도록 설계한다. 참고로, 본 발명에서는 AUTOBASE를 이용할 수 있다. 여기서 AUTOBASE는 윈도우즈 기반의 OS에서 개발된 소프트웨어로 모든 자동화 현장의 감시/제어에 적용할 수 있는 자동화 개발도구이다. 현장의 자동화 기기(프로그래머블 로직 컨트롤러)와 연결된 컴퓨터나 워크스테이션에 설치하여 각 기기의 상태나 계측값/설정값을 감시/제어하는 소프트웨어 로써, 감시/제어의 기본 기능은 물론이고 자동화에서 필요한 모든 기능이 포함되어 있어 어떠한 자동화 현장도 AUTOBASE 제품 하나로 해결할 수 있다.
이러한, 오토베이스 프로그램 특징은 다음과 같다.
1) 윈도우즈 2000/XP/2003/Vista/2008/7 에서 사용하는 자동화 개발 도구.
2) 애니메이션 그래픽 오브젝트로 실감나는 현장감시.(애니메이션 라이브러리 제공)
3) 하나의 패키지로 컴퓨터 : 프로그래머블 로직 컨트롤러 1:1~256 접속 가능하다.
4) 로컬 네트워크나 인터넷에 연결된 모든 오토베이스 프로그램 상호간 완벽하게 통신하며 서로의 자료를 공유.
5) 하나의 컴퓨터에서 10만 Point 이상의 태그를 원할하게 감시/제어.
6) 웹서버를 이용하여 인터넷 상에서 간편하게 현장을 감시/제어.
7) 다양한 통신방법(RS-232, RS-422, RS-485, GP-IB, 내장 카드, TCP/IP, UDP/IP, DDE, OPC, ODBC,OLEDB, USB등) 지원.
8) 각종 개발도구 포함. (그래픽, 리포트 편집기, 애니메이션, 태그 편집기, 통신 편집기, 그림 라이브러리)
9) C/C++ 방식의 스크립트 언어 지원. (각 오브젝트마다 개별 스크립트 지원)
10) ODBC/OLEDB를 사용하여 외부 데이터베이스와 데이터를 공유할 수 있다.
한편, 마그네틱 스위치/열동계전기(500)는 전자석에 의한 흡인력을 이용하여 접촉부를 동작시키며, 태양광 발전 설비 실험 장치의 주회로 전류와 같이 대전류의 개폐나 전동기의 빈번한 시동, 정지 등의 제어에 사용되는 마그네틱 스위치와, 설정치 이상의 전류가 흐르면 접점을 동작시키는 계전기로 구성된다.
그리고, 유무선 공유기(430)는 태양광 발전 설비 실험 장치를 유무선 인터넷과 연결시킨다.
유무선 시리얼 통신 장치(440)는 원격지에서 컴퓨터를 통해 태양광 발전 설비 실험 장치를 시리얼 제어 및 관리할 수 있도록 무선랜에 연결시켜 주는 외장형 시리얼↔무선랜 컨버터로써, 본 발명에서는 터치 컴퓨터(480)가 원격지 컴퓨터의 기능을 수행한다.
RS-485/RS-232 변환 장치(450)는 RS-232신호를 RS-485신호로 변환한다. 이때, 터치 컴퓨터(480)와 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)간 데이터를 RS-485/RS-232 변환하도록 한다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템을 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템을 구성한 예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 충전 컨트롤러(340), 축전지(310), 독립형 인버터(320), AC차단기(410) 및 부하(550)로 구성된다.
이러한, 독립형 인버터 시스템의 교육 목표는, 독립형 인버터 시스템을 이해하고 운전회로를 배선하고, 독립형 인버터 시스템의 각 장치들의 원리를 이해하고 배선하며, 태양광 모듈의 병렬 특성을 이해하고 배선하는데 있다.
태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템 회로도 구성 방법 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)의 + 극을 접속반(330)에 병렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) 출력부에서 충전 컨트롤러(340)에 연결한다.
(4) 충전컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 축전지(310)로 +, - 극을 연결한다.
(5) 충전컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 독립형 인버터(320) DC입력단자를 주의해서 연결한다.
(6) 독립형 인버터(320) AC출력부와 AC차단기(410)의 입력부를 연결한다.
(7) AC차단기(410) 출력부와 부하(550)와 연결한다.
(8) 충전 컨트롤러(340)를 축전지(310) 전압에 맞도록 설정한다.
(9) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시키면 부하(550)가 점등하게 된다.
이때, 주의할 사항으로는 - 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인한다. 또한, 태양광 모듈(230)과 축전지(310)를 쇼트시키지 않도록 한다.
한편, 태양광 모듈(230)의 병렬연결 특성은 다음과 같은 실험을 교육할 수 있다.
(1) 병렬연결은 회로에서 여러 가지 경로를 갖기 때문에 각각 따로 통제할 때 좋다.
(2) 병렬연결 시 전압은 변하지 않는다.
(3) 병렬연결 시 회로에서 태양광 모듈(230) 셀 하나의 전선이 끊어지더라도 부분 발전을 할 수 있다.
(4) 태양광 모듈(230) 셀을 병렬로 연결시키면 연결 수만큼 전류는 상승하지만 전압은 일정하다.
(5) 전선 굵기가 굵어지고 또한 전선이 많이 들어 설비 공사비가 직렬연결 보다 크다.
또한, 태양광 모듈(230)의 직렬연결 특성은 다음과 같은 실험을 교육할 수 있다.
(1) 직렬연결은 회로에서 오직 하나의 경로만 같기 때문에 통제하기 쉽다.
(2) 직렬연결 시 높은 전압을 얻을 수 있다.
(3) 직렬연결 회로에서 태양광 모듈(230) 셀 하나의 전선이 끊어지면 회로전체가 작동하지 않는다.
(4) 태양광 모듈(230) 셀을 직렬로 연결시키면 연결 수만큼 전압은 상승하지만 전류는 일정하다.
도 3은 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성한 예는 도 3에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 충전 컨트롤러(340), 축전지(310), 독립형 인버터(320), AC차단기(410), 부하(550) 및 자동전환 스위치(360)로 구성된다.
이러한, 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성하는 교육 목표는, 자동전환 스위치(360)를 이용한 운전회로를 배선할 수 있고, 자동전환 스위치(360)의 원리를 이해하고 배선할 수 있으며, 태양광 모듈(230)의 병렬 특성을 이해하고 배선할 수 있다.
태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성한 회로도 구성방법은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 직렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490)의 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) + 출력부에서 충전 컨트롤러(340)에 연결하고 DC차단기(490) -출력부를 분류기(520)에 연결하고 다음 충전 컨트롤러(340) - 극에 연결한다.
(4) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) + 단자에서 축전지(310)로 +측에 연결하고 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) - 단자에서 분류기(520)에 연결한 다음 축전지(310) - 극에 연결한다.
(5) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 독립형 인버터(320) DC입력 단자의 +, - 극을 주의해서 연결한다.
(6) 독립형 인버터(320)의 AC출력부에서 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자로 연결한다.
(7) AC차단기(410)의 출력부에서 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결한다.
(8) 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)로 연결한다.
(9) 충전 컨트롤러(340)를 축전지(310) 전압에 맞도록 설정한다.
(10) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시킨 후 독립형 인버터(320) 스위치를 온시키면 부하(550)가 점등하게 된다.
(11) AC차단기(410)를 오프시키면 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 된다.
여기서, 주의할 사항으로는 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하고, 태양광 모듈(230)과 축전지(310) 등의 +, - 극을 쇼트 시키지 않도록 하는 것이다.
도 4는 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템의 전압, 전류 측정 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템의 전압, 전류 측정 회로를 구성한 예는 도 4에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 충전 컨트롤러(340), 축전지(310), 독립형 인버터(320), AC차단기(410), 부하(550), 자동전환 스위치(360), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)의 DC전압계(472), DC전류계(473), AC전압계(474), AC전류계(475), 분류기(520) 및 변류기(510)로 구성된다.
이러한, 독립형 인버터 시스템의 전압, 전류 측정 회로의 목표는 독립형 인버터 시스템 설비를 직접 전압, 전류 측정하고, 독립형 인버터 시스템의 DC라인과, AC라인을 구별하며, DC전압계(472), DC전류계(473), AC전압계(474), AC전류계(475)를 설치하는 것이다.
한편, 회로도 구성 방법은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 직렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) + 출력부에서 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +측에 연결하고, DC차단기(490) -출력부에 분류기(520)에 연결하고 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 - 극에 연결한다.
(4) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) + 단자에서 축전지(310)로 +측에 연결하고 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) - 단자에서 분류기(520)에 연결한 다음 축전지(310) - 극에 연결한다.
(5) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극을 연결한다.
(6) 독립형 인버터(320) AC출력부에서 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자로 연결한다.
(7) AC차단기(410) 출력부에서 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결한다.
(8) 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)로 연결할 때 변류기(510)를 거쳐 연결한다.
(9) 분류기1,2(520)의 출력신호 단자에서 각각의 DC전류계(473)로 연결한다.
(10) 변류기(510) 출력신호 단자에서 AC전류계(475)로 연결한다.
(11) DC전압계(472)와 AC전류계(475)에 각각 회로도를 보고 연결한다.
(12) 충전 컨트롤러(340)를 축전지(310) 전압에 맞도록 설정한다.
(13) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시킨 후 독립형 인버터(320) 스위치를 온시키면 램프가 점등하게 된다.
(14) AC차단기(410)를 오프시키면 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 램프가 순간 깜빡이게 된다.
그리고, 주의할 사항으로는, 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하고, 태양광 모듈(230)과 축전지(310) 등의 +, - 극을 쇼트 시키지 않도록 한다.
도 5는 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로 구성 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로를 구성한 예는 도 5에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 충전 컨트롤러(340), 축전지(310), 독립형 인버터(320), AC차단기(410), 부하(550), 자동전환 스위치(360), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)의 DC전압계(472), DC전류계(473), AC전압계(474), AC전류계(475), 분류기(520), 변류기(510), 릴레이(530) 및 직류출력부(540)로 구성된다.
독립형 인버터 시스템에서 부하 제어 회로 목표는 독립형 인버터 시스템 설비의 부하(550)를 제어하고, 릴레이(530) 기능을 이해하고 설치하며, 주어진 회로도를 보고 직접 실 배선하는 것이다.
회로 구성은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 직렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) + 출력부에서 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +측에 연결하고 DC차단기(490) -출력부에 분류기(520)에 연결하고 다음 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 - 극에 연결한다.
(4) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) + 단자에서 축전지(310)로 +측에 연결하고 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) - 단자에서 분류기(520)에 연결한 다음 축전지(310) - 극에 연결한다.
(5) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극을 연결한다.
(6) 독립형 인버터(320) AC출력부에서 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자로 연결한다.
(7) AC차단기(410) 출력부에서 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결한다.
(8) 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)로 연결할 때 변류기(510)를 거쳐 연결한다.
(9) 분류기(520)1,2의 출력신호 단자에서 각각의 DC전류계(473)로 연결한다.
(10) 변류기(510) 출력신호 단자에서 AC전류계(475)로 연결한다.
(11) DC전압계(472)와 AC전류계(475)에 각각 회로도를 보고 연결한다.
(12) 충전 컨트롤러(340)를 축전지(310) 전압에 맞도록 설정한다.
(13) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시킨 후 독립형 인버터(320) 스위치를 온시킨 다음 푸쉬버튼부(381)의 푸쉬 버튼을 설계대로 누르면 부하(550)가 점등하게 된다.
(14) AC차단기(410)를 오프시키면 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 된다.
여기서, 주의사항으로는 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하고, 태양광 모듈(230)과 축전지(310) 등의 +, - 극을 쇼트 시키지 않도록 한다.
도 6은 도 2에 나타낸 독립형 인버터 시스템에서 전원 및 부하 제어 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템에서 전원 및 부하 제어 회로를 구성한 예는 도 6에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 충전 컨트롤러(340), 축전지(310), 독립형 인버터(320), AC차단기(410), 부하(550), 자동전환 스위치(360), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)의 DC전압계(472), DC전류계(473), AC전압계(474), AC전류계(475), 분류기(520), 변류기(510), 릴레이(530), 직류출력부(540) 및 마그네틱 스위치/열동계전기(500)로 구성된다.
태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템에서 전원 및 부하 제어 회로의 목표는, 독립형 인버터 시스템 설비의 전원 및 부하 라인을 제어하고, 릴레이(530), 마그네틱 스위치/열동계전기(500) 등의 기능을 이해하고 설치하며, 주어진 회로도를 보고 직접 실 배선하는 것이다.
회로도 구성 방법은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 직렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) + 출력부에서 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 +측에 연결하고, DC차단기(490) -출력부에 분류기(520)를 연결하고 충전 컨트롤러(340) 솔러 입력부 - 극에 연결한다.
(4) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) + 단자에서 마그네틱 스위치/열동계전기(500) a접점을 거처 축전지(310)로 +측에 연결하고 충전컨트롤러의 축전지(310) - 단자에서 마그네틱 스위치/열동계전기(500) a접점을 거처 분류기(520)에 연결한 다음 축전지(310) - 극에 연결한다.
(5) 충전 컨트롤러(340)의 축전지(310) +, - 단자에서 마그네틱 스위치/열동계전기(500) 접점을 거처 독립형 인버터(320) DC입력 단자에 +, - 극을 주의 해서 연결한다.
(6) 독립형 인버터(320) AC출력부에서 자동전환 스위치(360) 슬레이브를 연결할 때 제어회로를 보고 회로를 배선한다.
(7) AC차단기(410) 출력부에서 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결한다.
(8) 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)로 연결할 때 변류기(510)를 거쳐 연결한다.
(9) 분류기(520)1,2의 출력신호 단자에서 각각의 DC전류계(473)로 연결한다.
(10) 변류기(510) 출력신호 단자에서 AC전류계(475)로 연결한다.
(11) DC전압계(472)와 AC전류계(475)에 각각 회로도를 보고 연결한다.
(12) 충전 컨트롤러(340)의 딥스위치 부를 축전지(310) 전압에 맞도록 설정한다.
(13) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시킨 후 독립형 인버터(320) 스위치를 온시킨다.
(14) PB1을 누르면 MC1, MC2 접점이 닫혀 충전 컨트롤러(340)와 축전지(310)가 연결되고, 축전지(310)와 독립형 인버터(320)가 연결된다. PB3를 누르면 독립형 인버터(320) 출력이 자동전환 스위치(360) 슬레이브로 전원이 투입되고 PB5를 누르면 자동전환 스위치(360) 출력에서 부하(550)에 전원이 공급된다.
여기서, 주의할 사항으로는 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하고, 태양광 모듈(230)과 축전지(310)등의 +, - 극을 쇼트 시키지 않도록 한다.
한편, 독립형 인버터 시스템에서 프로그래머블 로직 컨트롤러 제어 회로는 도 6의 구성에 프로그래머블 로직 컨트롤러(420)가 추가로 구성되어, 프로그래머블 로직 컨트롤러 래더 프로그램을 작성하고 프로그램할 수 있다.
또한, 독립형 인버터 시스템에서 무선 제어 실습은 유무선 공유기(430), 유무선 시리얼 통신 장치(440) 및 RS-485/RS-232 변환장치(450)를 추가하여 구성할 수 있다.
도 7은 도 1에 나타낸 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템을 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템을 구성한 예는 도 7에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 계통연계형 인버터(350), AC/DC 컨버터(370) 및 AC차단기(410)로 구성된다.
태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템의 실험 목표는, 계통연계형 인버터 설비를 구성하고, 계통연계형 인버터 동작 원리를 이해하고 설치하며, 주어진 회로도를 보고 직접 실 배선하는 것이다.
이러한, 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 계통연계형 인버터 시스템회로도 구성 방법은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 직렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 - 극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) 출력부에서 계통연계형 인버터(350) DC 입력부에 연결한다.
(4) 계통연계형 인버터(350)의 AC 출력부에서 AC차단기(410)로 연결한다.
(5) DC차단기(490)를 온시키고 AC차단기(410)를 온시키면 발전이 된다.
이때, 실내 실험 시 계통연계형 인버터(350)의 DC동작 전압을 얻을 수 없으므로, AC/DC 컨버터(370)로 태양광 모듈(230) 대신 접속반(330)에 연결하여 계통연계 실험을 확인하고, 회로 배선전에 DC차단기(490)와 AC차단기(410)가 오프되어 있는지 확인하며, 태양광 모듈(230)과 계통연계형 인버터(350)의 +, - 극을 주의해서 연결시킨다.
도 8은 도 7에 나타낸 계통연계형 인버터 시스템의 부하 제어 회로를 구성한 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용한 계통연계형 인버터 시스템의 부하 제어 회로는 도 7에 나타낸 바와 같이, 4개의 태양전지로 구성된 태양광 모듈(230)과, 4CH 접속반(330)과, DC차단기(490), 계통연계형 인버터(350), AC/DC 컨버터(370), AC차단기(410), 부하(550), 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470)의 DC전압계(472), DC전류계(473), AC전압계(474), AC전류계(475), 분류기(520), 변류기(510), 릴레이(530), 직류출력부(540) 및 유도형 전력량계(400)로 구성된다.
이러한, 태양광 발전 설비 실험 장치를 이용한 계통연계형 인버터 시스템의 부하 제어 회로 목표는, 계통연계형 인버터 설비를 구성하고, 계통연계형 인버터 동작 원리를 이해하고 설치하며, 주어진 회로도를 보고 직접 실 배선하는 것이다.
한편, 회로도 구성 방법은 다음과 같다.
(1) 태양광 모듈(230)을 접속반(330)에 병렬연결 한다.
(2) 접속반(330) 출력부와 태양광 모듈(230)의 -극을 DC차단기(490) 입력부에 연결한다.
(3) DC차단기(490) + 출력부에서 계통연계형인버터(350) 입력부 +측에 연결하고 DC차단기(490) -출력부에서 분류기(520)에 연결하고 다음 계통연계형인버터(350) 입력부 -극에 연결한다.
(4) 계통연계형 인버터(350) AC 출력에서 부하(550)로 연결할 때 변류기(510)를 거치고 제어 회로를 배선한다.
(5) 계통연계형 인버터(350) AC 출력에 직류출력부(SMPS)(540) 전원을 연결한다.
(6) 계통연계형 인버터(350) AC 출력에 AC차단기(410)에 연결한다.
(7) AC차단기(410)에서 유도형 전력량계(400) 출력 측에 연결한다.
(8) 분류기1(520)의 출력신호 단자에서 DC전류계(473)로 연결한다.
(9) 변류기(510) 출력신호 단자에서 AC전류계(475)로 연결한다.
(10) DC전압계(472)와 AC전압계(474) 입력 신호부에 각각 회로도를 보고 연결한다.
여기서, 주의할 사항으로는, 실내 작업시 계통연계형 인버터(350)의 DC동작 전압을 얻을 수 없으므로 AC/DC 컨버터(370)로 태양광 모듈(230) 대신 접속반(330)에 연결하여 계통연계 실험을 확인하고, 회로 배선전에 DC차단기와 AC차단기가 오프되어 있는지 확인하며, 태양광 모듈(230)과 계통연계형 인버터(350)의 +, - 극을 주의해서 연결시킨다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 실험 테이블 110 : 상판
120 : 하판 130 : 테이블 다리
140 : 바퀴 210 : 태양광 모듈 고정바
220 : 양축 트랙커 230 : 태양광 모듈
240 : 모터 310 : 축전지
320 : 독립형 인버터 330 : 접속반
340 : 충전 컨트롤러 350 : 계통연계형 인버터
360 : 자동전환 스위치 370 : AC/DC 변환기
380 : 스위치 컨트롤부 381 : 푸쉬버튼부
382 : 선택 스위치 383 : 토글 스위치
390 : 부하 컨트롤부 400 : 유도형 전력량계
410 : 전원입력부 420 : 프로그래머블 로직 컨트롤러
430 : 유무선 공유기 440 : 유무선 시리얼 통신 장치
450 : RS-485/RS-232 변환 장치 460 : 지지봉
470 : 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널
471 : 과전류차단부 472 : DC전압계
473 : DC전류계 474 : AC전압계
475 : AC전류계 480 : 터치 컴퓨터
481 : 힌지축 490 : DC차단기
500 : 마그네틱 스위치/열동계전기
510 : 변류기 520 : 분류기
530 : 릴레이 540 : 직류출력부
550 : 부하

Claims (10)

  1. 태양광 발전 설비를 실험하는 장치로서,
    태양광 모듈(230)로부터 출력되는 직류전원을 접속반(330), DC차단기(490) 및 충전 컨트롤러(340)를 순차적으로 통해 제공받아 축전하는 축전지(310);
    상기 축전지(310)로부터 직류전원을 제공받아 교류전원으로 변환하여 램프 부하(550)에 램프 구동용 전원으로 공급하는 독립형 인버터(320);
    유입되는 과전류를 차단하며, 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부분의 직류 전압, 직류 전류 및 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부분의 교류 전압, 교류 전류를 각각 표시하는 과전류 차단 및 전압 전류 표시 패널(470);
    터치 화면을 구비하며, 해당 장비의 응용프로그램으로부터 제공되는 제어명령을 터치 형식으로 받아 표시하는 터치 컴퓨터(480);
    태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 교류 회로에 흐르는 전류를 각각 재어 외부로 추출되도록 하기 위한 변류기(510);
    태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 직류 회로에 흐르는 전류를 각각 분류시켜 외부로 추출되도록 하기 위한 분류기(520);
    상기 부하(550)와 독립형 인버터(320) 사이를 접속시키기 위한 릴레이(530);
    AC차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 태양광 발전 설비 실험 장치 내 각 부에 구동용 전원으로 제공하는 직류출력부(540);
    태양광 발전 설비 실험 장치 내 주전원 정전 시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원으로 자동전환하도록 하기 위한 자동전환 스위치(360);
    상기 AC차단기(410)를 통해 입력된 AC 220V 전원을 직류전원으로 변환하여 계통연계형 인버터(350)으로 제공하는 AC/DC 컨버터(370);
    상기 부하(550)의 점멸을 컨트롤하는 부하 컨트롤부(390);
    상기 부하(550)에서 소모하는 전력량을 측정해서 표시하는 단상의 유도형 전력량계(400);
    상기 부하(550)의 점멸, 태양광 발전 설비 실험 장치 내 직류 라인 및 교류 라인의 접속 및 차단을 수행하기 위한 프로그램을 설계하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(420);
    태양광 발전 설비 실험 장치 내 전류 개폐나 해당 장비의 시동, 정지 제어를 위한 마그네틱 스위치와, 설정치 이상의 전류가 흐르면 접점을 동작시키는 계전기로 구성되는 마그네틱 스위치/열동계전기(500);
    유무선 인터넷과 접속시켜 태양광 발전 설비 실험 장치가 외부에서 제어되도록 하기 위한 유무선 공유기(430); 및
    원격지에서 시리얼 제어 및 관리하도록 무선랜에 연결시켜 주는 유무선 시리얼 통신 장치(440);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 실험 장치.
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  4. 청구항 1에 있어서,
    태양광 발전 설비 실험 장치를 이용하여 독립형 인버터 시스템을 구성하는 경우,
    상기 태양광 모듈(230)의 + 극은 상기 접속반(330)에 병렬연결되고,
    상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 -극은 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
    상기 DC차단기(490) 출력부에서 상기 충전 컨트롤러(340)에 연결되고,
    상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310)의 +, - 단자가 연결되며,
    상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력단자가 연결되고,
    상기 독립형 인버터(320) AC출력부와 상기 AC차단기(410)의 입력부가 연결되며,
    상기 AC차단기(410) 출력부와 상기 부하(550)가 연결되고,
    상기 충전 컨트롤러(340)가 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정되며,
    상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시켜 상기 부하(550)가 점등되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 실험 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 독립형 인버터 시스템에서 자동전환회로를 추가 구성하는 경우,
    상기 태양광 모듈(230)의 + 극은 상기 접속반(330)에 병렬연결되고,
    상기 접속반(330) 출력부와 상기 태양광 모듈(230)의 - 극은 상기 DC차단기(490) 입력부에 연결되며,
    상기 DC차단기(490) 출력부에서 상기 충전 컨트롤러(340)에 연결되고,
    상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310)의 +, - 단자가 연결되며,
    상기 충전컨트롤러(340)와 상기 축전지(310) +, - 단자에서 상기 독립형 인버터(320) DC입력단자가 연결되고,
    상기 독립형 인버터(320)의 AC출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 슬레이브 입력 단자가 연결되며,
    상기 AC차단기(410)의 출력부에서 상기 자동전환 스위치(360) 마스터 입력단자로 연결되고,
    상기 자동전환 스위치(360) 출력에서 상기 부하(550)로 연결되며,
    상기 충전 컨트롤러(340)를 상기 축전지(310) 전압에 맞도록 설정하고,
    상기 DC차단기(490)를 온시키고 상기 AC차단기(410)를 온시킨 후 상기 독립형 인버터(320) 스위치를 온시켜 부하(550)가 점등하도록 하며,
    상기 AC차단기(410)를 오프시켜 상기 자동전환 스위치(360)에서 정전으로 감지하여 자동으로 상기 독립형 인버터(320) 입력 전원 라인으로 전환되면서 부하(550)가 순간 깜빡이게 되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 실험 장치.
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