KR101326146B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

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박기주
권영복
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(주)케이디티
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Abstract

본 발명은 외함 본체; 상기 외함 본체 내부에 구비되어 각각의 태양전지 스트링 별 전력을 추종하는 복수개의 스트링 옵티마 및 상기 외함 본체 내부에서 상기 스트링 옵티마들이 수직방향으로 배치될 수 있도록 복수개의 칸으로 형성되는 선반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면, 첫째, 외함 본체 내부에서 스트링 옵티마의 체결 및 분리가 용이하고, 둘째, 각각의 스트링 옵티마 별 방열 성능을 향상시킬 수 있으며, 셋째, 태양전지 스트링별 최대전력 추종을 수행하여 최대 전력 생산이 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 태양광 전지 어레이로부터 생산되는 전력량에 따라 인버터의 용량을 가변하여, 인버터의 사용 효율을 향상시키도록 한 태양광 발전장치에 관한 것이다.
현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.
태양광 발전에 있어서 현재 사용되고 있는 태양전지(Solar cell) 하나의 출력은 매우 작기 때문에 필요한 출력을 효율적으로 얻기 위해서 여러 개의 태양전지를 연결하여 태양전지 모듈(PV모듈 : Photovaltaic Module)을 구성하여 사용한다. 태양전지 모듈 하나에서 발생되는 전력은 1개의 태양전지에 비해 큰 용량을 가지지만, 소형 장치의 전원으로 이용이 가능할 뿐, 일반 상용전력 계통에 발전전력을 공급하기에는 전력량이 작아 무리가 따른다.
이 때문에 전력 계통에 연결하여 발전 전력을 송전하고자 하는 경우 몇 개의 태양전지 모듈을 한 그룹으로 연결하거나, 또는 이러한 그룹을 여러 개 병렬로 연결하여 태양전지 어레이(PV array)를 구성하고, 이를 통해 발전 및 송전에 필요한 전압 및 전력을 확보하도록 하고 있다. 이러한 전압 및 전력의 확보를 위해 태양전지 모듈을 직렬로 연결하여 스트링을 구성하고, 복수의 스트링을 하나의 그룹으로 하여 태양전지 어레이를 구성하는 것이 보편적이다.
종래의 태양광 발전장치는 태양전지 어레이의 최대 발전량을 고려하여 인버터 용량을 결정하는데, 태양전지 어레이의 발전량이 최대일 때 생산되는 전력량과 같거나 또는 좀 더 큰 용량을 가지도록 인버터의 용량이 결정된다.
그러나 이와 같이 태양전지 어레이의 최대 생산 전력량과 같은 용량의 인버터를 이용하는 경우 태양전지 어레이가 생산하는 전력량이 인버터 용량에 비해 적은 경우가 빈번하여 인버터의 효율저하가 발생하는 문제점이 있다.
또한 이러한 종래의 태양광 발전장치는 복수개의 인버터를 설치 또는 교체 작업에 따른 효율성이 떨어지고, 인버터에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출하는데 그 한계가 드러난다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 스트링별 최대전력 추종을 수행하여, 최대 전력 생산이 이루어지도록 함과 아울러, 최대전력 추종에 있어서 환경요인을 적용하여 빠르고 효율적인 최대전력 추종이 이루어지도록하고, 스트링 옵티마의 관리가 용이하도록 개선된 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 외함 본체; 상기 외함 본체 내부에 구비되어 각각의 태양전지 스트링 별 전력을 추종하는 복수개의 스트링 옵티마 및 상기 외함 본체 내부에서 상기 스트링 옵티마들이 수직방향으로 배치될 수 있도록 복수개의 칸으로 형성되는 선반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.
상기 선반부는 상기 스트링 옵티마의 전면 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 제1수직프레임과, 상기 스트링 옵티마의 후면 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 제2수직프레임과, 상기 제1수직프레임과 제2수직프레임을 연결하며 상기 스트링 옵티마의 높이에 대응하는 높이 별로 수평하게 각각 연결하는 복수개의 수평프레임을 포함할 수 있다.
상기 수평프레임은 상기 스트링 옵티마의 저면이 노출되도록 상기 스트링 옵티마의 저면 양 측 단부에 배치될 수 있다.
상기 태양광 발전장치는 상기 수평프레임 상에서 상기 스트링 옵티마의 측면을 일부 가이드하도록 마련되는 가이드프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 스트링 옵티마는 냉각기능을 갖도록 배면에 구비되는 방열부재를 포함하고, 상기 방열부재는 상기 외함 본체 외부로 노출되도록 배치될 수 있다.
상기 태양광 발전장치는 상기 외함 본체의 배면으로부터 상기 방열부재가 외부로 노출됨과 동시에 상기 선반부를 차폐시키는 커버부를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광 발전장치는 상기 커버부와 상기 방열부재 사이에 개재되어 상기 외함 본체 내부를 밀폐시키는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면,
첫째, 외함 본체 내부에서 스트링 옵티마의 체결 및 분리가 용이하고,
둘째, 각각의 스트링 옵티마 별 방열 성능을 향상시킬 수 있으며,
셋째, 태양전지 스트링별 최대전력 추종을 수행하여 최대 전력 생산이 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치의 외함 본체 외부를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 내부를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 선반부에 스트링 옵티마가 장착된 상태를 도시하는 후방사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 태양광 발전장치의 후방을 도시하는 참고도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 스트링 옵티마의 장착된 상태를 도시하는 참고도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치의 외함 본체(110) 외부를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 내부를 도시하는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 외함 본체(110)와, 상기 외함 본체(110) 내부에 결합되는 복수개의 스트링 옵티마(200) 및 상기 스트링 옵티마(200)가 순차적으로 장착되는 선반부(120)를 포함한다.
상기 외함 본체(110)는 내부공간(115)을 가지는 육면체 형상으로, 실내 또는 실외에 설치되며, 상기 내부공간(115)을 개폐하는 제1도어부(111)와, 상기 제1도어부(111) 내측에 마련되어 상기 스트링 옵티마(200)의 탈부착을 위해 개폐하는 제2도어부(112)가 마련된다. 또한 도면에 도시되지는 않았지만 방진 및 방습기능을 위한 필터부 또는 공조부가 별도로 구비될 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 상기 외함 본체(110)에서 상기 스트링 옵티마(200)와 상기 선반부(120)가 외부로 노출되도록 상기 제1도어부(111)와 제2도어부(112)를 개방한 상태를 나타낸다.
이때 상기 선반부(120)는 상기 내부공간(115) 상에서 수직방향으로 복수개의 칸이 형성되도록 사다리 형상으로 구비되어 상기 스트링 옵티마(200)가 수직방향으로 각각 상기 칸에 결합된다.
여기서 상기 스트링 옵티마(200)에 대하여 간략하게 설명하면, 상기 스트링 옵티마(200)는 실외에 마련되는 각각의 태양전지 스트링(미도시)으로부터 최대 전력점 추종을 수행하여, 상기 태양전지 스트링들이 최대전력을 발전하도록 함과 아울러, 태양전지 스트링으로부터 공급되는 발전전력의 전압을 인버터 입력전압에 맞게 변환하여 인버터에 공급하는 기능을 갖는다.
구체적으로 상기 스트링 옵티마(200)는 발전전력이 크게 변하지 않는 상태 즉, 광량, 일사량, 조도, 태양전지 모듈의 온도, 태양전지 모듈 주변의 온도 등이 급격한 변화를 보이지 않는 경우와, 급격한 변화가 발생하는 경우에 따라 다른 최대 전력점 추종 방법을 적용하여 발전전력의 최대 전력점 추종을 수행한다.
또한 상기 스트링 옵티마(200)는 태양전지 모듈의 발전에 영향을 주는 환경요소를 감지하고, 측정값에 따른 최대 전력점 추종을 수행한다. 이를 위해 상기 스트링 옵티마(200)는 스트링 제어부(미도시), 스트링 변환부(미도시) 및 감지부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스트링 제어부는 상기 스트링 변환부를 각각 제어하여 태양전지 스트링 별 최대 전력점 추종을 수행하도록 하고, 이를 통해 태양전지 어레이(미도시)가 최대 전력을 생산할 수 있도록 한다.
이를 위해 상기 스트링 제어부는 각 상기 스트링 변환부에 최대 전력점 추종을 위한 추종 제어신호를 제공한다. 또한 상기 스트링 제어부는 추종 제어신호의 생성 시 상기 감지부로부터의 측정값을 추종제어신호에 반영하여 제어신호를 생성하게 된다.
구체적으로 상기 스트링 제어부는 발전전력이 거의 일정한 수준으로 유지되는 제1상태와 발전전력의 급격한 변화로 인한 빠른 추종이 필요한 제2상태에 따라 상기 스트링 변환부를 제어하기 위한 제어 알고리즘을 달리하고, 이에 따라 다른 제어신호를 상기 스트링 변환부에 공급한다.
상기 스트링 변환부는 상기 태양전지 어레이를 구성하는 각각의 상기 태양전지 스트링과 연결되어, 상기 스트링 제어부의 제어에 따라 상기 태양전지 스트링 별 최대 전력점 추종을 수행하여 상기 태양전지 어레이가 최대 전력을 생산할 수 있게 한다.
또한 상기 스트링 변환부는 각각의 상기 태양전지 스트링으로부터 생산된 발전 전력의 전압을 상기 인버터의 입력 전압에 맞게 승압 또는 감압하고, 변압된 발전 전력을 상기 인버터에 전달한다.
특히 상기 스트링 변환부들의 출력은 각각 취합되어 상기 인버터에 입력되며, 이를 위해 각 상기 스트링 변환부는 출력전압의 크기가 동일해지도록 발전 전력의 전압을 변환하게 된다.
이를 위해 상기 스트링 변환부는 상기 스트링 제어부로부터의 추종제어신호에 따라 최대 전력점 추종을 수행하며, 상기 제1상태와 제2상태에 따라 다른 추종방법을 적용하여, 빠른 추종 및 최대 효율로 최대 전력점 추종이 이루어질 수 있게 한다.
상기 스트링 옵티마(200)는 각각의 태양전지 스트링에 대해 개별적인 최대 전력점 추종을 수행함과 동시에, 상기 스트링 옵티마(200)는 상기 태양전지 스트링으로부터의 출력전압을 승압 또는 감압하여 상기 인버터의 입력전압인 직류-직류로 변환한다.
도면에 도시하지 않았지만 상기 스트링 옵티마(200)는 직류변환기와 엠피피티 제어기(Maximum Power Point Tracking)를 포함하여 구성되며, 이 외에도 상기 태양전지 스트링과 직류변환기 사이에 연결되는 퓨즈, 직류변환기와 인버터 사이에 연결되는 회로차단기(CB : Circuit Breaker)를 더 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 상기 선반부(120)는 상기 외함 본체(110) 내부에서 상기 스트링 옵티마(200)들이 수직방향으로 배치될 수 있도록 복수개의 칸으로 형성된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 선반부(120)는 전면 양 측에 배치되어 수직방향으로 연장되는 한 쌍의 제1수직프레임(121)과, 후면 양 측에 배치되어 상기 제1수직프레임(121)과 평행하게 배치되는 제2수직프레임(122)과, 상기 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(122)을 수평방향으로 연결하되 상기 스트링 옵티마(200)의 높이에 대응하는 간격으로 배치되는 복수개의 수평프레임(124)을 포함한다.
따라서 상기 스트링 옵티마(200)의 전면 양 측 모서리 부분을 상기 제1수직프레임(121)이 지지하고, 후면 양 측 모서리 부분을 상기 제2수직프레임(122)이 지지하며, 상기 스트링 옵티마(200)의 저면에서 상기 수평프레임(124)이 지지하여, 하나의 상기 스트링 옵티마(200)가 상기 선반부(120)에 결합된다.
이와 마찬가지로 상기 스트링 옵티마(200)의 하방에 같은 구조로 또 다른 스트링 옵티마(200)가 결합되면서 복수개의 상기 스트링 옵티마(200)가 수직구조로 결합이 이루어진다.
이때 상기 수평프레임(124)은 상기 스트링 옵티마(200)의 저면이 노출되도록 상기 스트링 옵티마(200)의 저면 양 측 단부에 배치된다. 따라서 상기 스트링 옵티마(200)의 저면은 양 측 단부만이 상기 수평프레임(124)에 의해 지지되면서 상기 스트링 옵티마(200)의 저면 대부분이 상기 내부공간(115) 상에 노출되고, 이러한 노출되는 부분을 통하여 상기 스트링 옵티마(200)의 방열성능을 대폭 개선할 수 있게 된다.
상기 스트링 옵티마(200)의 저면 양 측 단부를 지지하는 상기 수평프레임(124)은 가이드프레임(125)을 포함한다.
상기 가이드프레임(125)은 상기 수평프레임(124)의 길이방향을 따라서 상기 수평프레임(124)의 내측면 상부로 연장된다. 그러면 상기 스트링 옵티마(200)가 상기 선반부(120)에 결합 시, 상기 가이드프레임(125)의 내측면을 따라서 안내되어 결합되도록 하는 기능을 갖는다.
도 3은 도 2에 나타낸 선반부(120)에 스트링 옵티마(200)가 장착된 상태를 도시하는 후방사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 태양광 발전장치의 후방을 도시하는 참고도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 스트링 옵티마(200)의 장착된 상태를 도시하는 참고도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 앞서 설명한 상기 스트링 옵티마(200)는 배면에 결합되는 방열부재(210)를 포함한다.
또한 상기 외함 본체(110)의 배면에는 상기 내부공간(115) 및 상기 선반부(120)를 외부로부터 차폐시키는 커버부(130)를 포함한다.
상기 방열부재(210)는 상기 스트링 옵티마(200)의 배면으로부터 돌출되는 복수개의 판재 형상으로 단면적이 넓게 형성되어 자연 방열되는 구조를 가진다. 상기 방열부재(210)의 형상은 이에 국한되는 것이 아니라, 자연대류를 이용하여 열을 발산시키는 구조라면 어떤 것이든지 적용이 가능하다.
이때 상기 방열부재(210)는 상기 커버부(130)의 외측 즉, 상기 외함 본체(110) 외부로 노출되도록 배치되며, 상기 스트링 옵티마(200)는 상기 커버부(130)의 내측 즉, 상기 외함 본체(110) 내부에 배치된다.
따라서 상기 방열부재(210)는 외부로 열을 발산하는 성능이 향상되고, 상기 스트링 옵티마(200)는 상기 외함 본체(110)의 내부에 배치되어 상기 외함 본체(110) 내부에 온도가 상승되는 것을 방지함과 동시에 상기 스트링 옵티마(200)의 과열을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
상기 방열부재(210)가 상기 커버부(130)의 외측으로 노출되기 위해서 상기 커버부(130)에는 복수개의 통공(132)이 형성된다.
상기 통공(132)은 상기 스트링 옵티마(200)가 상기 선반부(120)에서 수직방향으로 적층된 상태의 위치에 대응하여 복수개 형성되며, 상기 선반부(120)에 진입하는 상기 스트링 옵티마(200)의 후방이 상기 통공(132)을 통과하여 상기 방열부재(210)만이 상기 통공(132) 외측으로 돌출되도록 형성된다.
이때 상기 통공(132)의 외측부분 즉 상기 커버부(130)의 외측면 상에서 상기 방열부재(210)와 접촉하는 실링부재(131)가 마련된다.
상기 실링부재(131)는 상기 방열부재(210)와 상기 커버부(130)의 외측 사이에 배치되어 외부로부터 습기 또는 이물질이 상기 외함 본체(110) 내부로 유입되는 것을 방지하는 기능을 갖는다.
상기 실링부재(131)는 상기 통공(132)과 상기 방열부재(210) 사이를 탄력적으로 밀폐시킬 수 있도록 합성고무 재질이나 실리콘 등과 같이 탄성을 가지는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 작용효과에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 선반부(120)는 상기 외함 본체(110) 내부에서 수직방향으로 마련된다.
따라서 상기 스트링 옵티마(200)는 상기 선반부(120)에 형성되는 칸마다 하나씩 장착되어 복수개가 수직방항으로 배열된다.
이때 상기 스트링 옵티마(200)의 후방에는 상기 방열부재(210)가 마련되는데, 상기 방열부재(210)는 상기 커버부(130)에 형성된 상기 통공(132)을 통과하여 상기 외함 본체(110)의 외부에 배치되고, 상기 스트링 옵티마(200)는 상기 외함 본체(110)의 내부에 배치된다.
그러면 상기 스트링 옵티마(200)로부터 발생되는 상당량의 열은 상기 방열부재(210)를 통하여 외부로 배출되기 때문에 상기 외함 본체(110) 내부에 온도가 올라가는 것을 방지할 수 있다.
여기서 상기 방열부재(210)는 복수개의 방열판이 수직방향으로 배치되는 것이 바람직하며, 열전도가 우수한 재질로 형성된다.
상기 방열부재(210)와 상기 커버부(130) 사이에는 상기 통공(132) 사이로 틈이 발생하게 되는데, 상기 실링부재(131)는 상기 통공(132) 사이에 발생하는 틈을 밀봉하여 상기 외함 본체(110) 내부를 밀폐시킨다.
또한 상기 실링부재(131)는 탄성소재로 구비되어 상기 스트링 옵티마(200)의 탈부착 시에도 밀봉이 용이하도록 구비되며, 도면에 도시하지는 않았지만 상기 스트링 옵티마(200)의 탈부착 시 수분이나 이물질이 상기 외함 본체(110) 내부로 유입되는 것을 방지하도록 상기 실링부재(131)에는 상기 방열부재(210)와 접촉하는 부분에 요철이 형성될 수 있다.
따라서 상기 외함 본체(110) 내부에서 상기 스트링 옵티마(200)의 체결 및 분리가 용이하고, 또한 각각의 상기 스트링 옵티마(200) 별 방열 성능을 향상시킬 수 있으며, 게다가 태양전지 스트링별 최대전력 추종을 수행하여 최대 전력 생산이 이루어지도록 할 수 있는 효과가 기대된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 태양광 발전장치 110 : 외함 본체
111 : 제1도어부 112 : 제2도어부
120 : 선반부 121 : 제1수직프레임
122 : 제2수직프레임 124 : 수평프레임
125 : 가이드프레임 130 : 커버부
131 : 실링부재 200 : 스트링 옵티마
210 : 방열부재

Claims (7)

  1. 외함 본체;
    상기 외함 본체 내부에 구비되어 각각의 태양전지 스트링 별 전력을 추종하도록 복수개 마련되며, 냉각기능을 갖도록 상기 외함 본체 외부로 노출되도록 배면에 방열부재를 구비하는 스트링 옵티마 및
    상기 외함 본체 내부에서 상기 스트링 옵티마들이 수직방향으로 배치될 수 있도록 복수개의 칸으로 형성되며, 상기 스트링 옵티마의 전면 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 제1수직프레임과, 상기 스트링 옵티마의 후면 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 제2수직프레임과, 상기 제1수직프레임과 제2수직프레임을 연결하며 상기 스트링 옵티마의 높이에 대응하는 높이 별로 수평하게 각각 연결하는 복수개의 수평프레임을 포함하는 선반부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평프레임은,
    상기 스트링 옵티마의 저면이 노출되도록 상기 스트링 옵티마의 저면 양 측 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수평프레임 상에서 상기 스트링 옵티마의 측면을 일부 가이드하도록 마련되는 가이드프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외함 본체의 배면으로부터 상기 방열부재가 외부로 노출됨과 동시에 상기 선반부를 차폐시키는 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 커버부와 상기 방열부재 사이에 개재되어 상기 외함 본체 내부를 밀폐시키는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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KR20110124190A (ko) * 2011-10-31 2011-11-16 강병관 광역 멀티 스트링 태양광 발전 시스템을 위한 트랜스포머 결합형 병렬 인버터
KR20110131649A (ko) * 2010-05-31 2011-12-07 주식회사 디이엔티 태양전지모듈용 라미네이팅 장치 및 그 장치를 이용한 라미네이팅 방법

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