KR101777230B1 - 태양광 발전을 위한 인버터 시스템 - Google Patents
태양광 발전을 위한 인버터 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101777230B1 KR101777230B1 KR1020130060992A KR20130060992A KR101777230B1 KR 101777230 B1 KR101777230 B1 KR 101777230B1 KR 1020130060992 A KR1020130060992 A KR 1020130060992A KR 20130060992 A KR20130060992 A KR 20130060992A KR 101777230 B1 KR101777230 B1 KR 101777230B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inverter
- solar panel
- output
- switch
- solar
- Prior art date
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000013084 building-integrated photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
- H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
- Y04S10/123—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources
Abstract
별도의 통신 기능 없이 태양광 패널의 전압 및 전류값에 따라 인버터들의 통합 운전과 독립 운전 동작의 전환을 자동화함으로써 보다 경제적이고 효율적인 태양광 발전을 가능케 하는 인버터 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템은, 제 1 태양광 패널과 제 2 태양광 패널에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 시스템이고, 제 1 인버터 및 제 2 인버터를 포함하고, 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력값에 따라 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력을 모두 상기 제 1 인버터로 인가하거나, 또는 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 위한 인버터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소용량 태양광 발전용 인버터를 멀티 센트럴(multi-central) 방식으로 운용하는 인버터 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템에서 인버터는 태양광 패널에서 생산된 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하는 기능을 한다. 인버터는 직류 입력 전력이 정상적인 동작에 필요한 일정 수준(Win-start) 이상이 되어야 작동을 시작하며(기동), 최대 입력 전력(Win-max) 이상에서는 기기의 보호를 위해 정지한다. 최소 전력 이하의 입력(Win-min)에서는 운전을 정지한다. 여기서 (Win-min) 과 (Win-start) 의 값은 인버터에 따라 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
인버터의 효율은 입력 전력 대비 출력 전력의 비로 표시되는데, 전 운전 범위에 걸쳐 항상 일정한 값이 아니며, 도 1 에서와 같이 출력에 따라 변화한다. 인버터의 효율은 구조와 제어 방식에 따라 다르지만, 일반적으로 30% ~ 80% 범위에서 가장 높다고 알려져 있다.
태양광 발전 시스템의 인버터는 태양광 패널 및 어레이와의 조합 형태에 따라 MIC(Module-Integrated Converter), 스트링(string), 멀티스트링(multi-string), 센트럴(central), 멀티 센트럴(multi-central) 인버터로 구분할 수 있다.
MIC는 각 패널 별 인버터를 부착하는 형태로 별도의 DC 라인 배선이 필요치 않아 설치가 용이하며, 그림자나 설치 조건의 차이 등으로 인해 패널간 일조 조건이 상이할 때에도 최대 에너지 수확(Harvest)이 가능하다는 장점이 있으나, 대용량 구현 시 비용 부담이 크고 효율이 다소 낮다는 단점이 있다. 가정용을 포함한 BIPV(Building integrated Photovoltaics) 등 소형 시스템에서 패널 배치의 유연성 및 확장성 등의 장점을 기반으로 보급되기 시작하였다.
스트링 방식은 패널 직렬군당 DC/AC 인버터를 사용하는 방식으로 스트링 별 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 제어가 가능하며, 부분적인 그늘에 대해 비교적 효과적으로 에너지 수확을 할 수 있으나, 대용량 발전소에 적용할 때는 인버터의 개수가 너무 많아 유지보수 비용이 증가하며, 인버터의 중앙 제어가 되지 않아 단독운전 방지와 같은 계통 보호 측면에서는 다소 부적합하므로, 중간 정도 용량의 태양광 발전 시스템에 적합하다.
멀티스트링 방식은 패널 직렬군당 인버터 또는 DC/DC 컨버터를 사용하는 방식으로 스트링 방식과 센트럴 방식의 장점을 모아놓은 형태이나 2중의 전력변환기를 사용하므로 시스템의 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
센트럴 방식은 모든 패널의 직, 병렬 조합으로 에너지 수확이 다소 낮다는 단점이 있으나 변환기의 효율이 우수하고, 출력 용량 대비 단가가 저렴하다는 장점이 있어 대용량 산업용 인버터 방식으로 주로 사용되고 있다. 이와 같은 센트럴 방식은 단일 인버터를 사용하므로 계통보호에 유리하며, 유지보수 비용이 적다는 장점은 있으나, 인버터 고장 시 전체 시스템이 작동하지 못하는 단점을 가지고 있다. 최근 이와 같은 단점을 보완하기 위한 방법으로 대용량 센트럴 인버터를 병렬 연결해 하나의 대용량 인버터 시스템을 구현하는 방식인 멀티 센트럴 방식이 많이 개발되고 있다.
멀티 센트럴 방식 인버터는 센트럴 방식의 인버터를 병렬 연결한 구조로, 발전 시스템 구성 시 1개의 인버터가 아닌 여러 대의 인버터로 구성된다. 일출, 일몰 및 흐린 날씨 등 태양광 에너지가 낮은 조건에서는 태양광 패널들에서 생산된 전력을 모아 특정 인버터만 구동시키고, 태양광 에너지가 많을 때에는 여러 개의 인버터를 모두 가동시킴으로써 인버터가 최적 조건에서 동작하도록 하여 태양광 발전 설비의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 인버터들의 가동 시간이 동일하게 유지되도록 순차로 운전하여 인버터의 사용 수명을 연장하고, 하나의 인버터 고장이나 유지, 보수 시 다른 인버터를 높은 에너지 레벨로 운전 할 수 있어 에너지 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있어 대규모 태양광 발전 시스템에 보급되기 시작하고 있다.
그러나, 멀티 센트럴 방식은 여러 개의 인버터와 태양광 패널들을 제어해야 하므로 시스템 구축 비용이 높아지고, 인버터 간 또는 인버터와 중앙 제어장치 간의 통신을 포함한 복잡한 제어 기능이 요구되므로 소형 태양광 발전 시스템에는 부적합하다는 단점이 있다.
인버터의 효율은 입력 전력 대비 출력 전력의 비로 표시되는데, 전 운전 범위에 걸쳐 항상 일정한 값이 아니며, 도 1 에서와 같이 출력에 따라 변화한다. 인버터의 효율은 구조와 제어 방식에 따라 다르지만, 일반적으로 30% ~ 80% 범위에서 가장 높다고 알려져 있다.
태양광 발전 시스템의 인버터는 태양광 패널 및 어레이와의 조합 형태에 따라 MIC(Module-Integrated Converter), 스트링(string), 멀티스트링(multi-string), 센트럴(central), 멀티 센트럴(multi-central) 인버터로 구분할 수 있다.
MIC는 각 패널 별 인버터를 부착하는 형태로 별도의 DC 라인 배선이 필요치 않아 설치가 용이하며, 그림자나 설치 조건의 차이 등으로 인해 패널간 일조 조건이 상이할 때에도 최대 에너지 수확(Harvest)이 가능하다는 장점이 있으나, 대용량 구현 시 비용 부담이 크고 효율이 다소 낮다는 단점이 있다. 가정용을 포함한 BIPV(Building integrated Photovoltaics) 등 소형 시스템에서 패널 배치의 유연성 및 확장성 등의 장점을 기반으로 보급되기 시작하였다.
스트링 방식은 패널 직렬군당 DC/AC 인버터를 사용하는 방식으로 스트링 별 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 제어가 가능하며, 부분적인 그늘에 대해 비교적 효과적으로 에너지 수확을 할 수 있으나, 대용량 발전소에 적용할 때는 인버터의 개수가 너무 많아 유지보수 비용이 증가하며, 인버터의 중앙 제어가 되지 않아 단독운전 방지와 같은 계통 보호 측면에서는 다소 부적합하므로, 중간 정도 용량의 태양광 발전 시스템에 적합하다.
멀티스트링 방식은 패널 직렬군당 인버터 또는 DC/DC 컨버터를 사용하는 방식으로 스트링 방식과 센트럴 방식의 장점을 모아놓은 형태이나 2중의 전력변환기를 사용하므로 시스템의 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
센트럴 방식은 모든 패널의 직, 병렬 조합으로 에너지 수확이 다소 낮다는 단점이 있으나 변환기의 효율이 우수하고, 출력 용량 대비 단가가 저렴하다는 장점이 있어 대용량 산업용 인버터 방식으로 주로 사용되고 있다. 이와 같은 센트럴 방식은 단일 인버터를 사용하므로 계통보호에 유리하며, 유지보수 비용이 적다는 장점은 있으나, 인버터 고장 시 전체 시스템이 작동하지 못하는 단점을 가지고 있다. 최근 이와 같은 단점을 보완하기 위한 방법으로 대용량 센트럴 인버터를 병렬 연결해 하나의 대용량 인버터 시스템을 구현하는 방식인 멀티 센트럴 방식이 많이 개발되고 있다.
멀티 센트럴 방식 인버터는 센트럴 방식의 인버터를 병렬 연결한 구조로, 발전 시스템 구성 시 1개의 인버터가 아닌 여러 대의 인버터로 구성된다. 일출, 일몰 및 흐린 날씨 등 태양광 에너지가 낮은 조건에서는 태양광 패널들에서 생산된 전력을 모아 특정 인버터만 구동시키고, 태양광 에너지가 많을 때에는 여러 개의 인버터를 모두 가동시킴으로써 인버터가 최적 조건에서 동작하도록 하여 태양광 발전 설비의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 인버터들의 가동 시간이 동일하게 유지되도록 순차로 운전하여 인버터의 사용 수명을 연장하고, 하나의 인버터 고장이나 유지, 보수 시 다른 인버터를 높은 에너지 레벨로 운전 할 수 있어 에너지 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있어 대규모 태양광 발전 시스템에 보급되기 시작하고 있다.
그러나, 멀티 센트럴 방식은 여러 개의 인버터와 태양광 패널들을 제어해야 하므로 시스템 구축 비용이 높아지고, 인버터 간 또는 인버터와 중앙 제어장치 간의 통신을 포함한 복잡한 제어 기능이 요구되므로 소형 태양광 발전 시스템에는 부적합하다는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, MIC를 멀티 센트럴 방식으로 사용함에 있어, 별도의 통신 기능 없이 태양광 패널의 전압 및 전류값에 따라 인버터들의 통합 운전과 독립 운전 동작의 전환을 자동화함으로써 보다 경제적이고 효율적인 태양광 발전을 가능케 하는 인버터 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템은, 제 1 태양광 패널과 제 2 태양광 패널에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 시스템이고, 제 1 인버터 및 제 2 인버터를 포함하고, 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력값에 따라 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력을 모두 상기 제 1 인버터로 인가하거나, 또는 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시예에 따른 인버터 시스템은, 상기 제 1 또는 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력을 모두 상기 제 1 인버터로 인가하고, 상기 제 1 또는 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가할 수 있다.
상기 제 1 인버터와 상기 제 2 인버터는 전력을 전송하기 위한 전선만으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 인버터는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 추가로 인가받기 위해 상기 제 2 태양광 패널에 연결되는 온/오프(On/Off) 방식의 제 1 스위치를 포함하고, 상기 제 2 인버터는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 인가받거나 또는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 상기 제 1 인버터로 전환하여 인가하기 위해 상기 제 2 태양광 패널과 상기 제 1 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제 1 인버터는 상기 제 1 스위치를 제어하기 위한 제 1 컨트롤러를 포함하고, 상기 제 2 인버터는 상기 제 2 스위치를 제어하기 위한 제 2 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 컨트롤러는 상기 제 1, 2 태양광 패널로부터 입력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 상기 제 1, 2 인버터가 최대 출력점(maximum power point)에서 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면, 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 온(On)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 1 인버터 측으로 전환시키고, 상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 오프(Off)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 2 인버터 측으로 전환시킬 수 있다.
상기 실시예에 따른 인버터 시스템은, 상기 제 1 또는 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면 상기 제 1, 2 태양광 패널의 출력을 모두 상기 제 1 인버터로 인가하고, 상기 제 1 또는 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가할 수 있다.
상기 제 1 인버터와 상기 제 2 인버터는 전력을 전송하기 위한 전선만으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 인버터는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 추가로 인가받기 위해 상기 제 2 태양광 패널에 연결되는 온/오프(On/Off) 방식의 제 1 스위치를 포함하고, 상기 제 2 인버터는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 인가받거나 또는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 상기 제 1 인버터로 전환하여 인가하기 위해 상기 제 2 태양광 패널과 상기 제 1 인버터 사이에 연결되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.
상기 제 1 인버터는 상기 제 1 스위치를 제어하기 위한 제 1 컨트롤러를 포함하고, 상기 제 2 인버터는 상기 제 2 스위치를 제어하기 위한 제 2 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 컨트롤러는 상기 제 1, 2 태양광 패널로부터 입력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 상기 제 1, 2 인버터가 최대 출력점(maximum power point)에서 동작하도록 제어할 수 있다.
상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면, 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 온(On)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 1 인버터 측으로 전환시키고, 상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 오프(Off)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 2 인버터 측으로 전환시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 여러 개의 소형 인버터가 병렬로 연결되어 설치되는 태양광 발전 설비에서 주 인버터와 종 인버터를 전력선만으로 상호 연결하여, 태양광의 세기가 약할 때에는 주 인버터에서 태양광 패널 2개의 출력을 합하여 운전하고, 태양광의 세기가 강할 때에는 각각 독립적으로 운전함으로써 발전 시간을 연장할 수 있도록 함과 동시에, 각각의 인버터가 가장 효율이 좋은 범위에서 운전할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 기존의 멀티 센트럴 인버터의 운전에서는 인버터의 제어를 위해 인버터 간 또는 인버터들과 중앙 제어장치 간의 통신 기능이 필요하였으나, 본 발명에서는 태양광 패널의 출력 특성을 이용하여 통합 운전과 독립 운전이 가능하도록 함으로써 별도의 통신 장치와 통신 선로를 필요로 하지 않기 때문에, 설비의 단순화로 경제성이 향상된다.
또한, 기존의 멀티 센트럴 인버터의 운전에서는 인버터의 제어를 위해 인버터 간 또는 인버터들과 중앙 제어장치 간의 통신 기능이 필요하였으나, 본 발명에서는 태양광 패널의 출력 특성을 이용하여 통합 운전과 독립 운전이 가능하도록 함으로써 별도의 통신 장치와 통신 선로를 필요로 하지 않기 때문에, 설비의 단순화로 경제성이 향상된다.
도 1은 일반적인 태양광 인버터의 효율 변화를 설명한 그래프이다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 출력 전압, 출력 전류 특성 및 최대 출력점의 변화를 설명한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 태양광 조건에서 동작하는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템의 구성도이다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 출력 전압, 출력 전류 특성 및 최대 출력점의 변화를 설명한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 태양광 조건에서 동작하는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템의 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 전압-전류 출력 특성을 도시한 것이다. 태양광 에너지의 밀도는 시간과 기상 조건에 따라 변화하며, 이에 따라 태양광 패널의 출력도 변화한다. 태양광 발전용 인버터는 최대한의 전력을 얻기 위해 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 기능을 보유하고 있으며, 태양광 에너지 밀도의 변동에 따라 태양광 패널의 전압-전류 출력 조건을 최대 출력을 낼 수 있는 값으로 조정한다.
이 때, 도 1 에서와 같이, 인버터가 가급적 WFS-min 부터 WFS-max 사이의 효율이 높은 구간에서 운전되도록 하면 전체 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 태양광 조건에서 동작하는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템의 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템은, 제 1 태양광 패널(1)과 제 2 태양광 패널(2)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 시스템이고, 제 1 인버터(10) 및 제 2 인버터(20)를 포함한다. 본 실시예에 따른 인버터 시스템은, 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력값에 따라 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력을 모두 제 1 인버터(10)로 인가하거나, 또는 제 1 태양광 패널(1)의 출력은 제 1 인버터(10)로, 제 2 태양광 패널(2)의 출력은 제 2 인버터(20)로 각각 인가할 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(20)는 한 쌍으로 구성되어 각각 주(Master) 인버터와 종(Slave) 인버터로 기능한다.
제 1, 2 인버터(10, 20)는 각각 제 1, 2 컨트롤러(Controller1, Controller2)를 포함하며, 제 1, 2 컨트롤러(Controller1, Controller2)는 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)로부터 입력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 각 인버터(10, 20)가 최대 출력점에서 동작하도록 제어할 수 있다.
제 1, 2 인버터(10, 20)는, 제 1 태양광 패널(1)의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력이 모두 제 1 인버터(10)로 인가되도록 하고(통합 운전), 제 1 태양광 패널(1)의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 제 1 태양광 패널(1)의 출력은 제 1 인버터(10)로, 제 2 태양광 패널(2)의 출력은 제 2 인버터(20)로 각각 인가되도록 할 수 있다(독립 운전).
이를 위해, 제 1 인버터(10)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 추가로 인가받기 위해 제 2 태양광 패널(2)에 연결되는 온/오프(On/Off) 방식의 제 1 스위치(11)를 포함할 수 있다.
제 2 인버터(20)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 인가받거나 또는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 제 1 인버터(10)로 전환하여 인가하기 위해 제 2 태양광 패널(2)과 제 1 인버터(10) 사이에 연결되는 제 2 스위치(21)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(11)는 제 1 인버터(10)의 제 1 컨트롤러(Controller1)로부터 별도의 제어가 없을 시에는 기본값으로 개방 상태(Off)를 유지하고, 제 2 스위치(21)는 제 2 인버터(20)의 제 2 컨트롤러(Controller2)로부터 별도의 제어가 없을 시에는 기본값으로 제 2 인버터(20) 측으로 연결된 상태를 유지할 수 있다.
이하, 기술의 설명을 단순화 하기 위해 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 성능이 동일하고 여기에 연결된 제 1, 2 인버터(10, 20)의 성능도 동일하며, 인버터의 최대 입력은 태양광 패널의 최대 출력에 맞추어져 있다고 가정한다. 온도 변화 및 패널의 오염, 경년변화(經年變化)에 따른 태양광 패널의 출력 변동은 고려하지 않았다. 인버터의 특성 및 동작을 설명하기 위한 기호의 설명은 다음과 같다.
WFS-min : 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최소 출력 전력
WFS-max : 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최대 출력 전력
Win-max : 인버터가 정상적으로 동작할 수 있는 최대 입력 전력
Win-min : 인버터가 정상적으로 동작을 계속할 수 있는 최소 입력 전력
Win-start : 인버터가 정지 상태에서 정상적으로 동작을 개시할 수 있는 최소 입력 전력
VM- max : 제 1 인버터(10) 최대 입력 전압
IM- max : 제 1 인버터(10) 최대 입력 전류
VM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전압
IM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전류
WM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전력, VM-in ⅹ IM-in
VS- max : 제 2 인버터(20) 최대 입력 전압
IS- max : 제 2 인버터(20) 최대 입력 전류
VS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전압
IS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전류
WS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전력, VS-in ⅹ IS-in
Vi OC : 태양광 패널의 개방전압(일조 조건이 i 일때)
Ii SC : 태양광 패널의 단락전류(일조 조건이 i 일때)
Vi pmax : 최대출력점에서의 태양광 패널의 출력전압(일조 조건이 i 일때)
Wi pmax : 최대출력점에서의 태양광 패널의 출력(일조 조건이 i 일때)
V1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전압
I1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전류
W1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전력, V1 ⅹ I1
V2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전압
I2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전류
W2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전력, V2 ⅹ I2
태양의 고도가 높지 않은 일출 직후~오전 시간대에는, 도 3 에서와 같이 제 2 스위치(21)를 제 1 인버터(10) 측으로 전환하고 제 1 스위치(11)를 단락(On)시킨다. 이렇게 하면 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)은 병렬로 연결되며, 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전력은 제 2 스위치(21) 상단의 DC 출력단자(23)로부터 제 1 스위치(11) 하단의 DC 입력단자(13)를 거쳐 제 1 태양광 패널(1)의 출력과 합하여 제 1 인버터(10)에 인가된다. 이 때, 제 1 인버터(10)에 공급되는 전력(WM-in)은 V1 ⅹ (I1 + I2)= 2(V1 ⅹ I1) 이 된다. 이렇게 하면 각각의 태양광 패널(12, 3) 출력이 인버터의 기동이 가능한 최소값 (Win-min)의 1/2 이상만 되면 제 1 인버터(10)가 기동할 수 있어 발전 개시 시각을 앞당길 수 있고, 각각 단독 운전을 할 때 보다 높은 운전효율 범위에서 동작시킬 수 있다.
태양의 고도가 높아짐에 따라 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력이 증가하여 제 1 인버터(10) 및 제 2 인버터(20)가 독립적으로 효율적인 운전을 할 수 있는 범위에 도달하면, 도 4 에서와 같이 제 1 스위치(11)를 개방하고, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환시킨다. 이렇게 함으로써, 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(21)가 분리되어 각각 독립된 운전을 할 수 있다.
독립 운전으로 전환하기 위한 시점은 제 1 인버터(10)에 입력되는 전력 값(WM-in)을 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최소 파워 값(WFS-min), 또는 최대 파워 값(WFS-max)과 비교하여 결정한다.
즉, WM-in > (2 ⅹ WFS-min) 이면서 WM-in > WFS-max 인 경우, 단독 운전으로 전환하게 되면 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(20)의 효율이 높은 구간에서 운전이 가능하다.
제 1 인버터(10)의 독립 운전을 위해 제 1 스위치(11)가 개방되면 제 2 태양광 패널(2)의 전압(V2)은 개방전압(Vi OC) 값으로 순간적으로 상승한다. 제 2 인버터(20)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전압(V2) 값과 이의 변동을 검출하여, 제 1 스위치(11)가 개방된 것으로 판단하면 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환하여 독립 운전을 시작한다.
이와는 별도로, 제 2 인버터(20) 독자적으로 단독 운전 개시를 결정할 수도 있다. 정상적으로 동작하는 시스템에서는 인버터의 MPPT 기능에 의해 태양광 패널의 출력 전압은 Vi pmax 를 유지한다. 따라서, 이 값으로부터 제 2 태양광 패널(2)의 출력값 (W2=Wi pmax )를 알 수 있다. 또는, 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전류(I2)를 동시에 측정하여 제 2 태양광 패널(2)의 출력값(W2=V2 ⅹ I2)을 획득할 수도 있다. 제 2 태양광 패널(2)의 출력(W2)이 W2 > WFS-min 이면서 W2 > WFS-max 인 경우, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환하여 독립 운전을 시작한다.
오후가 되어 태양의 고도가 낮아지게 되면, 도 3과 같이 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력을 다시 제 1 인버터(10)로 통합하여 운전함으로써 효율을 높이고 발전 시간을 연장할 수 있다. 독립 운전 상태에 있는 제 1 인버터(10)의 입력 전력(WM-in)이 독립 운전을 효율적으로 할 수 있는 범위 이하로 (WM-in < WFS-min) 저하되면, 제 1 스위치(11)을 단락시켜 제 1 인버터(10)의 통합 운전을 준비한다. 독립 운전 상태에 있던 제 2 인버터(20)도 입력 전력(WS-in)이 독립 운전을 효율적으로 할 수 있는 범위 이하로(WS-in < WFS-min) 저하되면, 제 2 스위치(21)을 제 1 인버터(10) 측으로 전환한다.
이 때, 제 1 스위치(11)가 아직 단락되지 않았으면 제 2 태양광 패널(2)의 전압(V2) 은 개방전압(Vi OC) 값으로 순간적으로 상승하므로, 제 1 스위치(11)의 단락 여부를 확인할 수 있다.
제 1 스위치(11)가 단락 되었는지에 대한 또 다른 판별 방법으로는, 제 1 인버터(10)로 출력되는 출력단(23)의 전압을 확인하는 것이다. 단독운전을 하는 상태에서 제 2 스위치(21)은 제 2 인버터(20) 측으로 전환되어 있고, 제 1 스위치(11) 또한 개방된 상태이므로, 제 2 스위치(21)의 출력단(23)에는 전압이 인가되지 않는다. 제 1 인버터(10)가 통합 운전 준비가 되어있다면, 제 1 스위치(11)는 단락되어 있으므로 태양광 패널(1)의 출력전압 V1 이 제 2 스위치(21)의 출력단(23)에서 검출된다. 이 전압의 유무를 검출하면 제 1 스위치(11)의 개폐 여부를 확인할 수 있다.
제 1 스위치(11)가 개방된 상태일 경우, 제 2 인버터(20)는 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 연결한 상태로 독립 운전을 계속한다.
제 1 인버터(10)로 출력되는 출력단(23)의 전압을 확인하여 제 1 스위치(11)가 단락되었음을 확인한 후, 또는 사전 설정된 일정 대기시간이 지난 후 제 2 스위치(21)를 제 1 인버터(10) 측으로 다시 전환할 수 있다. 제 2 스위치(21)의 전환 동작이 설정된 횟수 이상 반복되거나, 입력 전력 WS-in 이 (WFS-min) 보다 일정 수준 이하로 저하되었음에도 제 1 스위치(11)가 단락되지 않은 경우에는 제 1 인버터(10)의 고장으로 판정하고, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 고정하여 독립 운전을 계속할 수 있다.
전환이 정상적으로 이루어지면 제 2 인버터(20)는 독립 운전을 정지한다.
이러한 운전 방식을 각 인버터(10, 20)의 컨트롤러(Controller1, Controller2)에서 자동적으로 수행할 수 있게 하면 흐린 날씨 등 태양의 일조량이 평상시보다 낮은 상태에서도 효율적으로 발전을 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 전압-전류 출력 특성을 도시한 것이다. 태양광 에너지의 밀도는 시간과 기상 조건에 따라 변화하며, 이에 따라 태양광 패널의 출력도 변화한다. 태양광 발전용 인버터는 최대한의 전력을 얻기 위해 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 기능을 보유하고 있으며, 태양광 에너지 밀도의 변동에 따라 태양광 패널의 전압-전류 출력 조건을 최대 출력을 낼 수 있는 값으로 조정한다.
이 때, 도 1 에서와 같이, 인버터가 가급적 WFS-min 부터 WFS-max 사이의 효율이 높은 구간에서 운전되도록 하면 전체 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 서로 다른 태양광 조건에서 동작하는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템의 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 인버터 시스템은, 제 1 태양광 패널(1)과 제 2 태양광 패널(2)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 시스템이고, 제 1 인버터(10) 및 제 2 인버터(20)를 포함한다. 본 실시예에 따른 인버터 시스템은, 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력값에 따라 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력을 모두 제 1 인버터(10)로 인가하거나, 또는 제 1 태양광 패널(1)의 출력은 제 1 인버터(10)로, 제 2 태양광 패널(2)의 출력은 제 2 인버터(20)로 각각 인가할 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(20)는 한 쌍으로 구성되어 각각 주(Master) 인버터와 종(Slave) 인버터로 기능한다.
제 1, 2 인버터(10, 20)는 각각 제 1, 2 컨트롤러(Controller1, Controller2)를 포함하며, 제 1, 2 컨트롤러(Controller1, Controller2)는 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)로부터 입력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 각 인버터(10, 20)가 최대 출력점에서 동작하도록 제어할 수 있다.
제 1, 2 인버터(10, 20)는, 제 1 태양광 패널(1)의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력이 모두 제 1 인버터(10)로 인가되도록 하고(통합 운전), 제 1 태양광 패널(1)의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 제 1 태양광 패널(1)의 출력은 제 1 인버터(10)로, 제 2 태양광 패널(2)의 출력은 제 2 인버터(20)로 각각 인가되도록 할 수 있다(독립 운전).
이를 위해, 제 1 인버터(10)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 추가로 인가받기 위해 제 2 태양광 패널(2)에 연결되는 온/오프(On/Off) 방식의 제 1 스위치(11)를 포함할 수 있다.
제 2 인버터(20)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 인가받거나 또는 제 2 태양광 패널(2)의 출력을 제 1 인버터(10)로 전환하여 인가하기 위해 제 2 태양광 패널(2)과 제 1 인버터(10) 사이에 연결되는 제 2 스위치(21)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(11)는 제 1 인버터(10)의 제 1 컨트롤러(Controller1)로부터 별도의 제어가 없을 시에는 기본값으로 개방 상태(Off)를 유지하고, 제 2 스위치(21)는 제 2 인버터(20)의 제 2 컨트롤러(Controller2)로부터 별도의 제어가 없을 시에는 기본값으로 제 2 인버터(20) 측으로 연결된 상태를 유지할 수 있다.
이하, 기술의 설명을 단순화 하기 위해 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 성능이 동일하고 여기에 연결된 제 1, 2 인버터(10, 20)의 성능도 동일하며, 인버터의 최대 입력은 태양광 패널의 최대 출력에 맞추어져 있다고 가정한다. 온도 변화 및 패널의 오염, 경년변화(經年變化)에 따른 태양광 패널의 출력 변동은 고려하지 않았다. 인버터의 특성 및 동작을 설명하기 위한 기호의 설명은 다음과 같다.
WFS-min : 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최소 출력 전력
WFS-max : 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최대 출력 전력
Win-max : 인버터가 정상적으로 동작할 수 있는 최대 입력 전력
Win-min : 인버터가 정상적으로 동작을 계속할 수 있는 최소 입력 전력
Win-start : 인버터가 정지 상태에서 정상적으로 동작을 개시할 수 있는 최소 입력 전력
VM- max : 제 1 인버터(10) 최대 입력 전압
IM- max : 제 1 인버터(10) 최대 입력 전류
VM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전압
IM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전류
WM-in : 제 1 인버터(10) 입력 전력, VM-in ⅹ IM-in
VS- max : 제 2 인버터(20) 최대 입력 전압
IS- max : 제 2 인버터(20) 최대 입력 전류
VS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전압
IS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전류
WS-in : 제 2 인버터(20) 입력 전력, VS-in ⅹ IS-in
Vi OC : 태양광 패널의 개방전압(일조 조건이 i 일때)
Ii SC : 태양광 패널의 단락전류(일조 조건이 i 일때)
Vi pmax : 최대출력점에서의 태양광 패널의 출력전압(일조 조건이 i 일때)
Wi pmax : 최대출력점에서의 태양광 패널의 출력(일조 조건이 i 일때)
V1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전압
I1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전류
W1 : 제 1 태양광 패널(1)의 출력 전력, V1 ⅹ I1
V2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전압
I2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전류
W2 : 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전력, V2 ⅹ I2
태양의 고도가 높지 않은 일출 직후~오전 시간대에는, 도 3 에서와 같이 제 2 스위치(21)를 제 1 인버터(10) 측으로 전환하고 제 1 스위치(11)를 단락(On)시킨다. 이렇게 하면 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)은 병렬로 연결되며, 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전력은 제 2 스위치(21) 상단의 DC 출력단자(23)로부터 제 1 스위치(11) 하단의 DC 입력단자(13)를 거쳐 제 1 태양광 패널(1)의 출력과 합하여 제 1 인버터(10)에 인가된다. 이 때, 제 1 인버터(10)에 공급되는 전력(WM-in)은 V1 ⅹ (I1 + I2)= 2(V1 ⅹ I1) 이 된다. 이렇게 하면 각각의 태양광 패널(12, 3) 출력이 인버터의 기동이 가능한 최소값 (Win-min)의 1/2 이상만 되면 제 1 인버터(10)가 기동할 수 있어 발전 개시 시각을 앞당길 수 있고, 각각 단독 운전을 할 때 보다 높은 운전효율 범위에서 동작시킬 수 있다.
태양의 고도가 높아짐에 따라 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력이 증가하여 제 1 인버터(10) 및 제 2 인버터(20)가 독립적으로 효율적인 운전을 할 수 있는 범위에 도달하면, 도 4 에서와 같이 제 1 스위치(11)를 개방하고, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환시킨다. 이렇게 함으로써, 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(21)가 분리되어 각각 독립된 운전을 할 수 있다.
독립 운전으로 전환하기 위한 시점은 제 1 인버터(10)에 입력되는 전력 값(WM-in)을 인버터의 효율적인 동작을 위해 설정한 최소 파워 값(WFS-min), 또는 최대 파워 값(WFS-max)과 비교하여 결정한다.
즉, WM-in > (2 ⅹ WFS-min) 이면서 WM-in > WFS-max 인 경우, 단독 운전으로 전환하게 되면 제 1 인버터(10)와 제 2 인버터(20)의 효율이 높은 구간에서 운전이 가능하다.
제 1 인버터(10)의 독립 운전을 위해 제 1 스위치(11)가 개방되면 제 2 태양광 패널(2)의 전압(V2)은 개방전압(Vi OC) 값으로 순간적으로 상승한다. 제 2 인버터(20)는 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전압(V2) 값과 이의 변동을 검출하여, 제 1 스위치(11)가 개방된 것으로 판단하면 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환하여 독립 운전을 시작한다.
이와는 별도로, 제 2 인버터(20) 독자적으로 단독 운전 개시를 결정할 수도 있다. 정상적으로 동작하는 시스템에서는 인버터의 MPPT 기능에 의해 태양광 패널의 출력 전압은 Vi pmax 를 유지한다. 따라서, 이 값으로부터 제 2 태양광 패널(2)의 출력값 (W2=Wi pmax )를 알 수 있다. 또는, 제 2 태양광 패널(2)의 출력 전류(I2)를 동시에 측정하여 제 2 태양광 패널(2)의 출력값(W2=V2 ⅹ I2)을 획득할 수도 있다. 제 2 태양광 패널(2)의 출력(W2)이 W2 > WFS-min 이면서 W2 > WFS-max 인 경우, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 전환하여 독립 운전을 시작한다.
오후가 되어 태양의 고도가 낮아지게 되면, 도 3과 같이 제 1, 2 태양광 패널(1, 2)의 출력을 다시 제 1 인버터(10)로 통합하여 운전함으로써 효율을 높이고 발전 시간을 연장할 수 있다. 독립 운전 상태에 있는 제 1 인버터(10)의 입력 전력(WM-in)이 독립 운전을 효율적으로 할 수 있는 범위 이하로 (WM-in < WFS-min) 저하되면, 제 1 스위치(11)을 단락시켜 제 1 인버터(10)의 통합 운전을 준비한다. 독립 운전 상태에 있던 제 2 인버터(20)도 입력 전력(WS-in)이 독립 운전을 효율적으로 할 수 있는 범위 이하로(WS-in < WFS-min) 저하되면, 제 2 스위치(21)을 제 1 인버터(10) 측으로 전환한다.
이 때, 제 1 스위치(11)가 아직 단락되지 않았으면 제 2 태양광 패널(2)의 전압(V2) 은 개방전압(Vi OC) 값으로 순간적으로 상승하므로, 제 1 스위치(11)의 단락 여부를 확인할 수 있다.
제 1 스위치(11)가 단락 되었는지에 대한 또 다른 판별 방법으로는, 제 1 인버터(10)로 출력되는 출력단(23)의 전압을 확인하는 것이다. 단독운전을 하는 상태에서 제 2 스위치(21)은 제 2 인버터(20) 측으로 전환되어 있고, 제 1 스위치(11) 또한 개방된 상태이므로, 제 2 스위치(21)의 출력단(23)에는 전압이 인가되지 않는다. 제 1 인버터(10)가 통합 운전 준비가 되어있다면, 제 1 스위치(11)는 단락되어 있으므로 태양광 패널(1)의 출력전압 V1 이 제 2 스위치(21)의 출력단(23)에서 검출된다. 이 전압의 유무를 검출하면 제 1 스위치(11)의 개폐 여부를 확인할 수 있다.
제 1 스위치(11)가 개방된 상태일 경우, 제 2 인버터(20)는 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 연결한 상태로 독립 운전을 계속한다.
제 1 인버터(10)로 출력되는 출력단(23)의 전압을 확인하여 제 1 스위치(11)가 단락되었음을 확인한 후, 또는 사전 설정된 일정 대기시간이 지난 후 제 2 스위치(21)를 제 1 인버터(10) 측으로 다시 전환할 수 있다. 제 2 스위치(21)의 전환 동작이 설정된 횟수 이상 반복되거나, 입력 전력 WS-in 이 (WFS-min) 보다 일정 수준 이하로 저하되었음에도 제 1 스위치(11)가 단락되지 않은 경우에는 제 1 인버터(10)의 고장으로 판정하고, 제 2 스위치(21)를 제 2 인버터(20) 측으로 고정하여 독립 운전을 계속할 수 있다.
전환이 정상적으로 이루어지면 제 2 인버터(20)는 독립 운전을 정지한다.
이러한 운전 방식을 각 인버터(10, 20)의 컨트롤러(Controller1, Controller2)에서 자동적으로 수행할 수 있게 하면 흐린 날씨 등 태양의 일조량이 평상시보다 낮은 상태에서도 효율적으로 발전을 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
1: 제 1 태양광 패널 2: 제 2 태양광 패널
10: 제 1 인버터
11: 제 1 인버터에서 제어하는 on/off 스위치 (제 1 스위치)
12, 13 : DC 전력 입력 단자
14: 제 1 인버터의 AC 전력 출력 단자
20: 제 2 인버터
21: 제 2 인버터에서 제어하는 전환 스위치 (제 2 스위치)
22: DC 전력 입력 단자
23: DC 전력 출력 단자
24: 제 2 인버터의 AC 전력 출력 단자
10: 제 1 인버터
11: 제 1 인버터에서 제어하는 on/off 스위치 (제 1 스위치)
12, 13 : DC 전력 입력 단자
14: 제 1 인버터의 AC 전력 출력 단자
20: 제 2 인버터
21: 제 2 인버터에서 제어하는 전환 스위치 (제 2 스위치)
22: DC 전력 입력 단자
23: DC 전력 출력 단자
24: 제 2 인버터의 AC 전력 출력 단자
Claims (8)
- 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 시스템에 있어서,
제 1 태양광 패널;
상기 제 1 태양광 패널에 연결되는 제 1 인버터;
제 2 태양광 패널; 및
상기 제 1 태양광 패널 및 상기 제 2 태양광 패널 중 하나에 연결되는 제 2 인버터를 포함하고,
상기 제 1 인버터는,
상기 제 1 태양광 패널로부터 상기 제 1 인버터에 공급되는 전력값에 따라 상기 제 2 태양광 패널과 상기 제 1 인버터를 연결하는 제 1 스위치; 및
상기 제 1 태양광 패널 또는 상기 제 2 태양광 패널로부터 상기 제 1 인버터에 공급되는 전력값에 따라 상기 제 1 스위치를 제어하는 제 1 컨트롤러를 포함하고,
상기 제 2 인버터는,
상기 제2 태양광 패널의 출력을 수신하여, 상기 제 1 인버터 또는 상기 제 2 인버터에 제공하도록 상기 제 2 태양광 패널과 상기 제 1 스위치 사이에 연결되는 제 2 스위치; 및
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 사이의 출력단의 전압을 검출하여 상기 제 2 스위치를 제어하는 제 2 컨트롤러를 포함하고,
상기 제 1 인버터에 공급되는 전력값에 따라 상기 제 1 및 제 2 태양광 패널의 출력을 상기 제 1 인버터로 인가하거나, 또는 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 컨트롤러는,
상기 제 1 태양광 패널로부터 공급되는 전력값이 기설정된 최소 출력 전력값 미만이면 상기 제 1 및 제 2 태양광 패널들의 출력을 상기 제 1 인버터로 인가하도록 상기 제 1 스위치를 스위칭-온시키고,
상기 제 1 태양광 패널 및 상기 제 2 태양광 패널로부터 공급되는 전력값이 기설정된 최대 출력 전력값 이상이면 상기 제 1 태양광 패널의 출력은 상기 제 1 인버터로, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 각각 인가되도록 상기 제 1 스위치를 스위칭-오프시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2 컨트롤러는,
상기 제 1 스위치의 스위칭-온에 따라 상기 출력단의 상기 전압이 변화하면, 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 상기 제 1 인버터로 인가하도록 상기 제 2 스위치를 제어하고,
상기 제 1 스위치의 스위칭-오프에 따라 상기 출력단의 상기 전압이 변화하면, 상기 제 2 태양광 패널의 출력은 상기 제 2 인버터로 인가되도록 상기 제 2 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 인버터와 상기 제 2 인버터는 전력을 전송하기 위한 전선만으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 스위치는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 추가로 인가받기 위해 상기 제 2 태양광 패널을 온(On) 또는 오프(Off)시키고,
상기 제 2 스위치는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 인가받거나 또는 상기 제 2 태양광 패널의 출력을 상기 제 1 인버터로 전환하여 인가하기 위해 상기 제 2 태양광 패널과 상기 제 1 인버터 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 삭제
- 제 5항에 있어서,
상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 미만이면, 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 온(On)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 1 인버터 측으로 전환시키고,
상기 제 2 태양광 패널의 출력값이 기설정된 전력값 이상이면 상기 제 1 컨트롤러는 상기 제 1 스위치를 오프(Off)시키고 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 2 스위치를 상기 제 2 인버터 측으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 제 1, 2 컨트롤러는 상기 제 1, 2 태양광 패널로부터 입력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 상기 제 1, 2 인버터가 최대 출력점(maximum power point)에서 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 위한 인버터 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/937,322 US9608438B2 (en) | 2012-07-17 | 2013-07-09 | Inverter system for photovoltaic power generation |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120077732 | 2012-07-17 | ||
| KR20120077732 | 2012-07-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140011254A KR20140011254A (ko) | 2014-01-28 |
| KR101777230B1 true KR101777230B1 (ko) | 2017-09-11 |
Family
ID=50143593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130060992A KR101777230B1 (ko) | 2012-07-17 | 2013-05-29 | 태양광 발전을 위한 인버터 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101777230B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10985571B2 (en) | 2018-04-05 | 2021-04-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Power conversion system and operation method thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102283826B1 (ko) * | 2019-07-03 | 2021-08-02 | 주식회사 네모엘텍 | 머신러닝 기반의 mppt 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템 |
| KR102621719B1 (ko) * | 2021-12-30 | 2024-01-04 | 가천대학교 산학협력단 | 태양광 패널의 전력 제어 시스템 |
| KR102452992B1 (ko) * | 2022-05-09 | 2022-10-11 | 주식회사 일강케이스판 | 센트럴 인버터 및 스트링 인버터 모두에 적용될 수 있는 접속반 모듈 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002073184A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 太陽光発電システム |
| JP3952298B2 (ja) | 2003-05-22 | 2007-08-01 | 三菱電機株式会社 | 分散型電源システム及び分散型電源システムの制御プログラム |
| JP2012090516A (ja) | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 切替回路、制御装置および発電システム |
-
2013
- 2013-05-29 KR KR1020130060992A patent/KR101777230B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002073184A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 太陽光発電システム |
| JP3952298B2 (ja) | 2003-05-22 | 2007-08-01 | 三菱電機株式会社 | 分散型電源システム及び分散型電源システムの制御プログラム |
| JP2012090516A (ja) | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 切替回路、制御装置および発電システム |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10985571B2 (en) | 2018-04-05 | 2021-04-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Power conversion system and operation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140011254A (ko) | 2014-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9608438B2 (en) | Inverter system for photovoltaic power generation | |
| EP3410551B1 (en) | System for interconnected elements of a power system | |
| US9276410B2 (en) | Dual use photovoltaic system | |
| US8102074B2 (en) | Systems and method for limiting maximum voltage in solar photovoltaic power generation systems | |
| EP2899606B1 (en) | Power conditioner, and method for controlling same | |
| KR102283826B1 (ko) | 머신러닝 기반의 mppt 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템 | |
| US20140077608A1 (en) | Power generation control device, photovoltaic power generation system and power generation control method | |
| EP2372487A2 (en) | Solar light power generation system, control device, and control method thereof | |
| JP2012504803A (ja) | 発電システムおよび発電システム操作方法 | |
| AU2017201476B2 (en) | Single phase inverters cooperatively controlled to provide one two, or three phase unipolar electricity | |
| KR101772541B1 (ko) | 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템 | |
| CA2785184C (en) | System for the electronic management of photovoltaic cells with adapted thresholds | |
| MX2014005359A (es) | Sistema y metodo para conversion de potencia para fuentes de energia renovables. | |
| KR101777230B1 (ko) | 태양광 발전을 위한 인버터 시스템 | |
| WO2020133056A1 (en) | Central and distributed photovoltaic power plant and control system therefor | |
| KR20170011614A (ko) | 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템 | |
| KR102406410B1 (ko) | 소프트 스타트 기능이 구비된 스트링 옵티마, 및 그를 이용한 소프트 스타트 제어 방법 | |
| WO2018177062A1 (zh) | 供电系统和供电系统的控制方法 | |
| KR20150111638A (ko) | 계통 연계형 시스템에서의 고효율 배터리 충방전 시스템 및 방법 | |
| CN103840765A (zh) | 一种光伏汇流装置 | |
| JPH06311651A (ja) | 太陽光発電システム | |
| KR20130115719A (ko) | 계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템 | |
| JP2014158401A (ja) | パワーコンディショナー、太陽光発電システム、パワーコンディショナーの制御方法および太陽光発電システムの制御方法 | |
| KR101278533B1 (ko) | 모듈 통합형 전력조절기 시스템 | |
| CN217216490U (zh) | 一种光伏太阳能组件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |