KR101618711B1 - 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반 - Google Patents

태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 접속반 제어장치에 관한 것으로, 일반적으로 종래에는 접속반 내의 기기를 제어하거나 모니터링하는 모니터링장치는 ac 상용전력을 컨버터로 변환한 dc전력을 이용하는데,

본 발명은 태양광 패널로부터 dc전력을 직접 배터리에 충전하여 충전된 배터리의 전원을 이용하되 배터리에 충전되는 전력은 태양광 패널로부터 생산된 불규칙한 전력중 감지센서를 통해 미리 설정한 전력값이 존재할 경우 우회회로에 설치된 우회스위치를 온'시켜 배터리에 전력을 출력하고
우회회로를 통해 배터리 충전중 태양광 패널로부터 생산된 전력이 미리 설정한 전력값 범위를 벗어날 때 온' 상태에 있는 우회 스위치를 오프 상태가 되도록 하는 기술에 관한 것이다.
구성은 다음과 같다
상기 회로(200)에 배터리(604)로 출력되는 우회회로(600)와 상기 우회회로(600)에 우회 스위치(601)와
상기 회로(200)에 흐르는 전력값 상태를 감시하는 측정부(602)와, 상기 측정부(602)에 의해 상기 회로(200)의 상태를 판정하여 상기 우회스위치(601)를 개폐시키되
상기 우회스위치(601)를 오픈'시킨 상태에서 상기 측정부(602)를 통해 측정하여
측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
전력이 우회회로(600)를 경유하여 전력을 배터리(604)로 출력하고
측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하는
구성이다.

Description

태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반 {The connector band for photovoltaic power system}
본 발명은 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 접속반 제어장치에 관한 것으로, 일반적으로 종래에는 접속반 내의 기기를 제어하거나 모니터링하는 모니터링장치는 ac 상용전력을 컨버터로 변환한 dc전력을 이용하는데,
본 발명은 태양광 패널로부터 dc전력을 직접 배터리에 충전하여 충전된 배터리의 전원을 이용하되
배터리에 충전되는 전력은, 태양광 패널로부터 생산된 불규칙한 전력중 감지센서를 통해 미리 설정한 전력값이 존재할 경우 우회회로에 설치된 우회 스위치를 온'시켜 배터리에 전력을 출력하고
우회회로를 통해 배터리 충전중 태양광 패널로부터 생산된 전력이 미리 설정한 전력값 범위를 벗어날 때 온' 상태에 있는 우회 스위치를 오프' 상태가 되도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 접속반은, 태양광 발전 시스템에 포함된 복수의 태양 전지 모듈로부터 생성된 직류 전류를 취합하여 상기 태양광 발전시스템에 포함된 인버터에 출력하는 장치이다.
이러한 태양광 접속반은, 입력 단자, 퓨즈, 다이오드 및, 출력 단자를 포함하며, 이중 상기 다이오드는 역방향으로 흐르는 전류를 차단하는 기능을 수행한다.
상기 다이오드는, 역방향으로 흐르는 전류의 차단 기능을 수행함에 따라 다량의 열을 발생시키게 되며, 이렇게 발생되는 열을 방출하기 위해서 상기 다이오드의 일측면에 방열판과 상기 방열판을 지지하기 위한 지지부재를 포함하는 등으로 하여 다이오드에서 발생한 열을 방열한다.
발열이 용이하도록 방열판(압출기로 성형한 알루니늄판)을 대용량으로 제작하다보니 접속반이 커져 미관상 미려하지 못할 뿐 아니라
그 제작비용이 만만치 않다.
또한 공랭식 방열에 의한 방열에 한계가 있어서, 송풍팬을 부착하여 방열을 하는데, 송풍팬에 의한 에너지 손실이 있을뿐 아니라, 송풍팬이 고장날 경우 화재로 이어지는 경우가 있다.
그리고, 대한민국 특허청 등록번호 10-1306963 등록일자 2013년09월03일 발명의 명칭 인버터를 포함하는 태양광 접속을 살펴보면,(첨부한 도 1은 아래 종래구성에 따른 도면 일부임)
열기기에 의해 가열된 태양광 접속반의 내부공간을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 인버터를 포함하는 태양광 접속반을 제공하는 것에 있다.
또 다른 측면은 발열기기에 의해 가열된 태양광 접속반의 내부공간을 자연 통풍과 강제 통풍을 동시에 진행하여 태양광 접속반의 내부공간을 신속히 냉각할 수 있도록 하는 인버터를 포함하는 태양광 접속반을 제공 하는 것에 있다.
구성을 살펴보면, 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인버터를 포함하는 태양광 접속반(10)은, 외함 케이스(100) 양 측면부(110,120)의 일 영역에 형성된 제1공기 유입부(111,121)를 통하여 외부의 찬 공기를 유입시켜 발열기기(200~800)에 의해 가열된 외함 케이스(100)의 내부공간을 식힌 다음 외함 케이스(100) 후면부 (130)의 제1공기 배출부(131)에 인접하게 설치된 인버터용 송풍팬(810)을 통하여 제1공기 배출부(131)로 강제 배출시키는 제1강제통풍유로(PASS1)와, 외함 케이스(100) 측면부(110,120)의 다른 영역에 형성된 공기 입출부(112,122)를 통하여 외부의 찬 공기가 유입되어 발열기기(200~800)에 의해 가열된 외함 케이스(100)의 내부공간을 식힌 다음 외함 케이스(100) 측면부(110,120)의 다른 영역에 형성된 공기 입출부(112,122)를 통하여 자연 배출되는 자연통풍유로(PASS2)와, 외함 케이스(100) 양 측면부(110,120)의 또 다른 영역에 형성된 제2공기 유입부(113,123)를 통하여 외부의 찬 공기를 유입시켜 발열기기(200~800)에 의해 가열된 외함 케이스(100)의 내부공간을 식힌 다음 외함 케이스(100) 상면부(140) 전단의 제2공기 배출부(141)에 인접하게 설치된 송풍팬(142)을 통하여 제2공기 배출부(141)로 강제 배출시키는 제2강제통풍유로(PASS3)를 포함하여 구성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 인버터를 포함하는 태양광 접속반은 그 내부에 설치된 발열기기(200~800)에 의해 가열된 외함 케이스(100)의 내부공간을 식히기 위해 송풍팬(142)을 통하여 제2공기 배출부(141)로 강제 배출시키는 제2강제통풍유로(PASS3)를 구성한다
이와 같이 기기를 제어하는 전력은 dc전력을 이용하여 제어하게 되므로 dc전력이 차단되면 접속반이 과열되어 화제로 이어질 수 있다.
또 일반적으로 접속반 내부를 모니터링 하여 관리자에게 접속반에서 발생한 데이터(전력생산, 기기문제점 등)를 송신하는데 dc 전력이 공급되지 않으면
모니터링을 할 수 없어 유/무선을 통해 접속반의 상황을 관리자가에게 송신하지 못하는 문제점이 있다.
이러기 위에서는 모니터링 및 컨트롤장치에 사용되는 dc 전력이 필요한데
그 dc 전력을 태양광 패널에서 입력되는 전력을 이용할 수 있으나 전력 생산이 불규칙하여 dc를 ac로 변환하는 아답터(Adaptor)등이 필요하나 그에 따른 비용이 필요이상으로 발생한다.
그런 이유로 대부분의 태양광 발전소 종사자들은 ac 전력인 상용전력에서 전력선을 신설한 다음 dc전력으로 변환하여 사용하고 있다.
그러다보니 전력선 신설에 따른 비용이 소요되고, 또 상용전력이 단절될 경우 접속반의 내부기기를 제어할 수 있게 된다.
참고로, 본원에서 밝혀지는 우회회로, 우회 스위치에 대한 기본 기술은 대한민국 특허청 등록번호 10-1398575호 등록일자 2014년05월16일에 상세하게 개재(이건 최초 특허출원 후 공개됨)되어 있으므로 그 우회회로에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서,
본 발명은 태양광 패널로부터 dc전력을 직접 배터리에 충전하여 충전된 배터리의 전원을 이용하되
배터리에 충전되는 전력은, 태양광 패널로부터 생산된 불규칙한 전력중 감지센서를 통해 미리 설정한 전력값이 존재할 경우 우회회로에 설치된 우회 스위치를 온'시켜 배터리에 전력을 출력하고
그 배터리 충전중 태양광 패널로부터 생산된 전력이 미리 설정한 전력값 범위를 벗어날 때 온' 상태에 있는 우회 스위치를 오프' 상태가 되도록 하는 기술을 제공하는 과제이다.
상기 이상의 목적은 구체적인 내용에서 좀 더 밝혀진다.
도 2,3에 의해 설명하면, 복수 그룹의 회로(200)에 따로 따로 각각 연결된 복수의 태양광 패널(S1), 복수의 입력단자(S2), 복수의 퓨즈(S3) 및 차단기(이하 차단기라 칭함), 복수의 다이오드(S4)와 상기 복수의 다이오드로 출력되는 전력을 하나로 취합하는 출력단자(S5)를 포함한 접속반에 있어서,
상기 회로(200)에 배터리(604)로 출력되는 우회회로(600)와 상기 우회회로(600)에 우회스위치(601)와
상기 회로(200)에 흐르는 전력값 상태를 감시하는 측정부(602)와, 상기 측정부(602)에 의해 상기 회로(200)의 상태를 판정하여 상기 우회스위치(601)를 개폐시키되
상기 우회스위치(601)를 오픈'시킨 상태에서 상기 측정부(602)를 통해 측정하여
측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
전력이 우회회로(600)를 경유하여 전력을 배터리(604)로 출력하고
측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하는
구성이다.
상술한 바와 같이, 종래에는 접속반 내의 기기를 제어하거나 모니터링하는 전력은 dc전력을 이용하는데,
이 dc전력을 이용하기 위해서는 배경 기술에서 언급한 바와 같이,
상용전력에서 전력을 끌어오는 신설공사를 하고 있다.
그러나, 본 발명은 접속반에서 사용되는 dc전력을 태양광 패널로부터 직접 배터리에 충전한 후 그 충전된 전원을 이용하되
배터리에 충전하는 방법은, 회로(200)의 전력값을 측정하는 측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
전력이 우회회로(600)를 경유하여 배터리(604)로 출력하고
측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하는 기술을 제공함으로서 종래의 문제점을 해결한 것이다.
그러다보니 전력선 신설에 따른 비용이 절감하고, 또 상용전력이나 태양광 패널로부터 전력이 단절될 경우도 접속반을 모니터링 할 수 있어 이용자로 하여금 접속반 상황을 전송할 수 있어 A/S가 신속히 이루어지는 효과가 있는 것이다.
상기 이상의 효과는 구체적인 내용에서 좀 더 밝혀진다.
제 1도는 종래의 인버터를 포함하는 태양광 접속반을 나타낸 측면도와 정면도이다.
제 2도는 본 발명의 또 다른 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반의 흐름도,
제 3도는 본 발명의 또 다른 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반의 흐름도.
먼저 도 2,3에 의해 구성을 제차 살펴보고 실시예를 설명한다.
복수 그룹의 회로(200)에 따로 따로 각각 연결된 복수의 태양광 패널(S1), 복수의 입력단자(S2), 복수의 퓨즈(S3) 및 차단기(이하 차단기라 칭함), 복수의 다이오드(S4)와 상기 복수의 다이오드로 출력되는 전력을 하나로 취합하는 출력단자(S5)를 포함한 접속반에 있어서,
상기 회로(200)에 배터리(604)로 출력되는 우회회로(600)와 상기 우회회로(600)에 우회 스위치(601)와
상기 회로(200)에 흐르는 전력값 상태를 감시하는 측정부(602)와, 상기 측정부(602)에 의해 상기 회로(200)의 상태를 판정하여 상기 우회 스위치(601)를 개폐시키되
상기 우회스위치(601)를 오픈'시킨 상태에서 상기 측정부(602)를 통해 측정하여
측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
전력이 우회회로(600)를 경유하여 전력을 배터리(604)로 출력하고
측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하는
구성이다.
상기 복수의 그룹에 해당하는 복수의 회로(200)중 어느 하나의 회로(200)가 측정부(602)을 통해 미리설정한 전력값이 감지되면 그 감지된 회로
(200)에 해당하는 우회스위치(601)를 온'시켜 우회회로(600)를 통해 배터리(604)에 전력이 충전되도록 하는 구성이다.
여기서 상기 복수의 그룹에 해당하는 복수의 회로(200)중 어느 하나의 회로(200)가 미리설정한 전력값이 감지되면 그 감지된 우회회로(600)을 우회하여 배터리(604)에 전력을 충전하는데
그 충전중 미리설정한 전력값을 벗어나면 충전을 중단하거나 그 충전중에는 다른 회로(200)가 미리설정한 설정값(배터리에 충전할 수 있는 값)이라 하더라도 그 회로(200)에 있는 우회스위치(602)가 온'되지않도록 제어한다.
상기 회로(200)에 흐르는 전력이 낮은 경우에 배터리(604)로 출력되도록 구성하였다.
이유는 만약, 배터리(604)에 높은(배터리에 부하 전력을 공급할 경우 배터리폭발 등 문제발생) 전력이 출력되면 용량 범위 이상으로 인해 문제점이 발생한다.
그러므로 낮은(배터리가 수용할 수 있는 전력) 전력이 생산되는 경우에만 전력이 배터리로 출력하는 것이다.
상기 낮은 전력 생산은, 일몰과 출몰에 해당(그늘, 구름, 날씨흐림, 눈이 내릴 때 등등)하는 경우이다. 이 때 배터리(604)에 전력을 우회회로(600)와 우회스위치(601)를 통해 출력시킨다.
상기 배터리(604)는 별도의 보조 태양광패널로부터 전력을 공급받을 수 있다.
이 경유는 배터리가 미리설정한 전력 이하일 경우에만 보조 태양광패널의 전력을 공급받는다.
상술한 바와 같이, 본원은 제어장치에 사용되는 dc 전력을 자체 태양광패널에서 생산된 dc전력을 이용하였다.
이렇게 자체전원을 이용할 경우 상용전류를 이용할 경우와 비교할 경우 태양광 시스템 전체시공 비용이 대폭 절약되는 장점이 있다.
다음은 도 1,2의 흐름도에 의해 보충 설명하기로 한다.
복수 그룹의 회로(200)에 따로 따로 각각 연결된 복수의 태양광 패널(S1), 복수의 입력단자(S2), 복수의 퓨즈(S3) 및 차단기(이하 차단기라 칭함), 복수의 다이오드(S4)와 상기 복수의 다이오드로 출력되는 전력을 하나로 취합하는 출력단자(S5)를 포함한 접속반에 있어서,
이와 같은 기술적 구성은 일반적인 종래의 접속반이다.
그 기술적인 내용을 살펴보면, 태양광 패널은 태양광에 의해 전류를 생산하여 입력단자(S2)와, 차단기(S3)와, 다이오드(S4)와, 출력단자(S5)를 경유시켜 인버터로 출력한다.
상기 입력단자(S2)는 태양광 패널(S1)에서 생산된 전류가 유입되는 단순한 전선(동판 등)에 불가하고, 상기 차단기(S3)는 태양광 패널을 포함한 전류출력라인에 누전 등이 발생하면 전류를 차단하는 안전장치이며, 상기 다이오드(S4)는 역전류를 차단하는 체크밸브기능과 같은 역할을 수행한다.
그리고 출력단자(S5)는 인버터의 전선과 결선하는 동판으로된 전력선이다.
상기 다이오드(S4)는 일측면에 상기 다이오드에서 발생되는 열을 방출하는 방열판이 접촉되어 있어 다이오드의 열을 외부로 방출한다.
다음은 본원이 발명한 기술적 내용을 살펴보기로 한다.
상기 회로(200)에 배터리(604)로 출력되는 우회회로(600)와 상기 우회회로(600)에 우회스위치(601)와
상기 회로(200)에 흐르는 전력값 상태를 감시하는 측정부(602)와, 상기 측정부(602)에 의해 상기 회로(200)의 상태를 판정하여 상기 우회스위치(601)를 개폐시키되
상기 우회스위치(601)를 오픈'시킨 상태에서 상기 측정부(602)를 통해 측정하여
측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
전력이 우회회로(600)를 경유하여 전력을 배터리(604)로 출력하고
측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하는
구성이다.
이와 같은 구성의 실시예를 설명하면 아래와 같다.
앞에서 설명한 바와 같이, 태양광 패널(S1)은 전기를 생산하여 접속반(S6)으로 출력하는데
그 전류는 접속반에 설치된 입력단자(S2)와, 차단기(S3)와, 다이오드(S4)를 경유하여 출력단자(S5)를 통해 인버터로 출력된다.
여기서 참고로, 접속반(S6)은 예를들어 1그룹의 태양광 패널, 하나의 입력단자, 하나의 차단기, 하나의 다이오드를 포함한 구성이 하나의 그룹이다.
이와 같은 복수의 그룹은 각각 전력생산이 불평등하게 생산된다.
그러므로 예를들어, 도시와 같이, 3개의 그룹 중 하나의 그룹에서 생산한 전력이 낮을(미리설정한 전력값) 경우 그 회로(200)에 흐르는 전력을 배터리가 공급받는다.
이때는 다른 그룹에서 생산된 전력값이 낮더라도 배터리(604)는 더 이상의 전력이 필요하지 않으므로 나머지 그룹의 우회스위치(601)는 오픈'된 상태를 유지한다.
이와 같은 모든 제어는 측정부(602)를 통해 감지한 감지값을 제어장치(603)가 연산처리 한다.
상기 전력을 감지하는 측정부(602)는 전류가 흐르는 회로에 아주 적은 저항을 직렬로 연결하여 저항 사이의 전압차를 이용하여 측정한다.
예를들어 위 회로에서 저항 값이 0.01옴이고 전압차 V가 0.02V로 읽혀 진다면
옴의 법칙에 의해 I = V/R = 0.02 / 0.01 = 2A 흐르는 것을 알 수 있음.
그리고 본원에서 설명한 미리설정한 전력값에 대해 예를들어 설명하면, 설정전력을 0.2와트로 설정하였다면, 상기 제어장치(603)의 측정부(602)에 의해 감지된 전력이 0.2와트 이상일 경우 전력을 지속적으로 회로(200)를 경유하도록 하되,
그러나 0.2와트 이하 즉, 0.2와트가 감지되는 경우와,
우회회로(600)와 스위치(601)를 통해 전력이 배터리에 충전되도록 한다.
만약, 설정값 이상일 경우 스위치(릴레이에 해당함)를 동작하게 하면 스위치(602)가 높은 전류에 의해 아크가 발생하여 릴레이의 수명을 단축시키거나 화제의 위험이 따른다. 그러나 본원은 이러한 문제점을 감안하여 이왕이면 낮은 전류에서 릴레이가 작동하도록 한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본원의 기술적 구성을 활용할 경우 경제적으로 비용을 절약하는 효과가 있어 아주 유익한 발명이라 할 수 있다.
S1 ; 태양광 패널 S2 ; 입력단자
S3 ; 차단기 S4 ; 다이오드
S5 : 출력단자 200 ; 회로
600 ; 우회회로 601 ; 우회 스위치
602 ; 측정부 603 ; 제어장치
604 ; 배터리

Claims (2)

  1. 복수 그룹의 회로(200)에 따로 따로 각각 연결된 복수의 태양광 패널(S1), 복수의 입력단자(S2), 복수의 퓨즈(S3) 및 차단기(이하 차단기라 칭함), 복수의 다이오드(S4)와 상기 복수의 다이오드로 출력되는 전력을 하나로 취합하는 출력단자(S5)를 포함한 접속반에 있어서,

    상기 회로(200)에 배터리(604)로 출력되는 우회회로(600)와 상기 우회회로(600)에 우회 스위치(601)와

    상기 회로(200)에 흐르는 전력값 상태를 감시하는 측정부(602)와, 상기 측정부(602)에 의해 상기 회로(200)의 상태를 판정하여 상기 우회스위치(601)를 개폐시키되
    상기 우회스위치(601)를 오픈'시킨 상태에서 상기 측정부(602)를 통해 측정하여
    측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내에 있을 때, 배터리(604)에 충전할 수 있는 전력이라 판단하고 우회스위치(601)를 온'시켜
    전력이 우회회로(600)를 경유하여 전력을 배터리(604)로 출력하고
    측정부(602)를 통해 측정된 측정값이 미리 설정된 전압 범위내를 벗어날 때
    우회스위치(601)를 오픈시켜 배터리(604)로 출력되는 전력을 차단하되,

    일몰과 출몰에 상기 복수의 그룹에 해당하는 복수의 회로(200)중 어느 하나의 회로(200)가 측정부(602)를 통해 미리설정한 전력값이 감지되면 그 감지된 회로
    (200)에 해당하는 우회스위치(601)를 온'시켜 우회회로(600)를 통해 배터리(604)에 전력이 충전되도록 하는 구성을 특징으로 하는 태양광 패널로부터 dc전력을 입력받아 구동하는 태양광 발전 장치용 접속반.
  2. 삭제
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