KR101821495B1 - 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충전지를 구비하여 발전시스템이 정상적으로 구동되는 동안 충전되고, 인버터의 기동 중 일부 음영이 발생하여 다수의 태양전지모듈 스트링 중 출력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링이 발생하 였을 때 해당 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 승압하기 위한 전원을 공급할 수 있게 하는 것에 의해, 태양광 발전의 효율을 극대화할 수 있는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터에 관한 것으로,
복수의 태양전지모듈이 직렬로 연결된 다수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)이 병렬로 연결된 접속점(20)과, 복수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력전압을 검출하는 제어유닛(30)을 구비한 태양광 발전시스템의 상기 접속점에 입력단이 연결되어 MPPT 제어에 따라 태양전지모듈 스트링이 출력하는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력계통으로 출력하는 인버터(10)와, 상기 태양전지 모듈의 저면에 설치되며 바람을 이용하여 전기를 생산하며 인버터의 충전제어기에 전기적으로 연결되어 충전제어기를 통해 충전기에 전기를 저장하는 보조 발전기(2000)와, 상기 보조 발전기에서 전기가 생산되지 않으면 에러신호를 출력하는 에러신호 자동 출력부(1000)를 포함하여 구성함이 특징이다.

Description

승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터{A device for solar generation of electric power}
본 발명은 전력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링의 전압을 승압시키기 위한 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터에 관한 것으로서, 충전지를 구비하여 발전시스템이 정상적으로 구동되는 동안 충전되고, 인버터의 기동 중 일부 음영이 발생하여 다수의 태양전지모듈 스트링 중 출력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링이 발생하 였을 때 해당 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 승압하기 위한 전원을 공급할 수 있게 하는 것에 의해, 태양광 발전의 효율을 극대화할 수 있는 것을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터에 관한 것이다.
전기는 다양한 기계나 장치를 구동시키는 동력원으로 사용되고 있으며, 이러한 전기를 발생하는 발전장치는 사용되는 에너지원에 따라 석유나 석탄과 같은 화석연료를 이용하는 화력발전과, 태양광, 원자력, 수력, 조력, 풍력을 이용하는 발전 등으로 구분될 수 있다.
화력발전의 경우, 석탄, 석유와 같은 화석연료를 사용하는데, 이러한 발전용 연료는 전기의 발생시 환경을 오염시키는 물질을 배출할 뿐만 아니라 연료의 비용이 크다. 더욱이, 최근에는 자원매장량이 감소 등으로 인해 유가가 상승하고 있으며, 이에 따라 발전비용이 증가하는바 이를 대체할 수 있으며, 환경을 오염시키는 물질을 발생하지 않는 청정에너지의 개발이 요구되고 있다.
이산화탄소의 배출이 없고, 청정에너지를 이용한 발전 장치로는 태양광을 이용한 발전시스템이 대표적이며, 최근 들어 기술의 개발 및 설치비용이 저렴해지면서 보급이 확대되고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템은 복수개의 태양광 전지셀이 모여 하나의 태양광 전지모듈(PV module)을 이루고, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬로 연결되어 하나의 태양전지모듈 스트링을 이룬다. 복수개의 태양전지모듈 스트링은 접속반에 연결되며, 각각의 태양전지모듈 스트링에 연결된 접속반들은 다시 인버터 연결되어 각 태양전지 모듈 스트링에서 생산된 DC 전력은 인버터에서 AC 전력으로 변환되어 출력계통으로 출력하게 된다.
이와 같은 태양광 발전 시스템은 상기한 바와 같이 인버터의 구동에 의해 DC전력을 AC 전력으로 변환하고 있으며, 이러한 태양광 발전 시스템의 인버터와 관련된 기술로는 특허문헌 1을 비롯하여 다양한 것이 있다.
특허문헌 1은 직류 전류 지령 값을 산출하는 전압 제어기; 직류 전압 지령 값을 교류로 변환하기 위한 위상 각을 산출하는 위상 고정 루프 제어기; 미리 설정된 일정 기준 주파수와 검출되는 인버터의 출력 주파수의 차이를 미리 설정된 이득으로 증폭하여 주파수차이 증폭 값을 얻고, 얻은 상기 주파수 차이 증폭 값을 위상 고정 루프제어기가 산출한 위상 각에 가산하여, 가산 결과 값의 사인(SINE) 값을 구하고, 구한 사인 값을 전압 제어기가 출력한 직류 전류 지령 값에 곱하여 교류의 인버터 출력 전류 지령 값을 출력하고, 상기 주파수 차이 증폭 값을 미리 설정된 고립 운전으로 결정하는 기준 차이 값과 비교하여, 상기 주파수 차이 증폭 값이 상기 기준 차이 값을 초과하면 고립 운전으로 결정하는 교류 변환 및 고립 운전 결정 제어부; 및 교류 변환 및 고립 운전 결정 제어부가 출력하는 교류의 인버터의 출력 전류 지령 값과 전력 계통에 흐르는 검출 전류값의 차이 값에 따라 인버터의 펄스 폭 변조신호를 출력하는 전류 제어기를 포함하여 구성된 것이다.
이러한 종래의 태양광 발전 장치의 인버터는 크게 구분하여 최대전력점추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 제어, DC-DC(직류-직류) 변환기 입력전류제어, 위상 고정 루프(Phase Locked Loop)제어, 직류링크(DC-LINK)전압 제어, 인버터 출력전류제어, 고립운전 방지 제어(Anti-Islanding Control) 방식 중 어느 하나의 방식으로 전력을 제어하고 있다.
이러한 제어 방식 중 최대전력점추종(MPPT, 이하, "MPPT"라 약칭함) 제어는 태양광 에너지의 전력이 일조량과 온도에 따라 비선형 특성을 가지므로 최대 전력 점을 찾아 효율을 극대화하는 제어방식으로 많이 사용되는 제어방식이다.
그러나 이러한 종래의 MPPT 제어 방식은 태양광 발전 효율을 높일 수 있다는 장점이 있으나, 일부 음영에 의해 특정 태양전지모듈 스트링에서의 출력 전압이 저하된 경우 전체 태양전지모듈 스트링의 출력 전력을 사용하지 못해, 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 일출, 주중, 일몰의 구분없이 동일 기준에 따라 인버터의 구동 및 정지여부를 판단하는 것에 의해, 태양광 발전의 발전 역량을 충분히 활용하지 못한다는 문제점이 있었다.
1. 대한민국 특허공개 제2009-0100704호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 다수의 태양전지모듈 스트링 중 출력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링의 전압을 승압하여 출력할 수 있게 함으로써 발전 효율을 향상시킨 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 출력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 승압하기 위한 수단으로 정상적으로 발전이 이루어지는 중에 충전되고, 출력 전압이 낮은 태양전지모듈 스트링이 감지될 때 전원을 공급하여 승압을 할 수 있게 함으로써 별도의 전원공급장치를 더 설치하지 않아 구성이 단순화될 수 있는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,
본 발명은 복수의 태양전지모듈이 직렬로 연결된 다수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)이 병렬로 연결된 접속점(20)과, 복수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력전압을 검출하는 제어유닛(30)을 구비한 태양광 발전시스템의 상기 접속점에 입력단이 연결되어 MPPT 제어에 따라 태양전지모듈 스트링이 출력하는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력계통으로 출력하는 인버터(10)와, 상기 태양전지 모듈의 저면에 설치되며 바람을 이용하여 전기를 생산하며 인버터의 충전제어기에 전기적으로 연결되어 충전제어기를 통해 충전기에 전기를 저장하는 보조 발전기(2000)와, 상기 보조 발전기에서 전기가 생산되지 않으면 에러신호를 출력하는 에러신호 자동 출력부(1000)를 포함하며, 상기 다수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력단에는 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 경우 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 크게 승압시키는 충전지(BT)를 구비하고, 상기 인버터(10)는 인버터의 구동 및 정지를 제어하고, MPPT 제어를 수행하는 제어기(10c)와, 상기 충전지(BT)의 충전을 제어하는 충전제어기(10b)를 더 구비하고, 상기 충전제어기(10b)는 발전시스템이 정상적으로 가동되는 동안 상기 충전지(BT)에 전원을 공급하여 충전지를 충전시키고, 상기 제어기(10c)는 주중의 인버팅여부판단시간보다 일출시의 인버팅여부판단시간이 길고, 일출시 인버팅여부판단시간보다 일몰시 인버팅여부판단시간이 길게 설정하여 태양전지모듈 스트링의 출력과 인버터의 출력을 제어하되, 상기 설정된 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전압 중 적어도 하나의 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 기 설정된 기준 전압 이상 유지되면 인버터를 구동시키고, 상기 설정된 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지 모듈 스트링의 출력전압이 모두 기 설정된 기준 전압 이상 유지되지 않으면 인버터를 정지시키며, 상기 제어유닛(30)은 상기 인버터의 구동 중 상기 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력 전압 중 일부 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 경우, 상기 충전지(BT)의 출력을 제어하여 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 크게 승압시키고, 상기 제어기(10c)는 상기 인버터의 기동이 정지되는 경우 상기 제어유닛(30)에 제어 신호를 송출하여 상기 인버터 기동이 정지된 동안 상기 승압 제어가 중지되도록 하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제어유닛(30)은 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 접속점에서의 전압보다 기 설정치 보다 작은 경우, 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전류가 기 설정치 이하인 경우, 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전압 평균치보다 기 설정치 이상 작은 경우, 판단 대상 태양전지 모듈 스트링의 출력전류가 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전류 평균치보다 기 설정치 이상 작은 경우, MPPT제어에 따른 접속점(20)의 전압보다 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 작다고 판단하는 것이 특징이다.
또한, 상기 충전지(BT)는 각각의 태양전지모듈 스트링에 따로 설치되거나, 하나만 설치할 수 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 보조발전기(2000)는, 외측에 나사산이 형성되어 이루어지고, 원통형 형태로 이루어지는 외부 하우징(2021)과; 상기 외부 하우징의 내측 상하부에 설치되어 자체 구름에 의해서 회전 운동을 유지시키는 볼베어링 구조체(2022)와; 상기 외부 하우징의 내측 중앙부에 설치하되 상하쪽에 볼베어링 구조체가 삽입 결합되며, 볼베어링 구조체를 고정시키는 간격제(2023)와; 상기 볼베어링 구조체에 결합되며 내측으로 나선형 날개가 결합되어 이루어지며, 냉각수의 흐름이 나선형 날개(2024a)에 제공되어 그 흐름이 날개에 가해지면 볼베어링 구조체의 구름작용에 의해 자연스럽게 자체 회전 현상을 일으키는 내부 하우징(2024)과; 상기 날개에 접촉되는 위치에 설치되며 날개의 회전에 따라 충돌하여 전기를 발생시키는 발전소자(2025)와; 상기 발전소자를 외부 하우징에 결합시켜 발전소자를 고정시키며, 이에 따라 날개의 회전력에 의해서 발전소자가 충격을 받아 전기가 생성되도록 유도하는 중심축(2026)과; 상기 중심축의 상부에 설치되며 십자형 지지체(2027a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 상부 지지부재(2027)와; 상기 중심축의 하부에 설치되며 십자형 지지체(2028a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 하부 지지부재(2028)를 포함하여 구성함이 특징이다.
또한, 상기 볼베어링 구조체(2022)는, 상기 외부 하우징에 결합되는 외부 링형 구조체(2022a)와; 상기 외부 링형 구조체와 일정간격 이격되어 설치되는 내부 링형 구조체(2022c)와; 상기 외부 링형 구조체 및 내부 링형 구조체의 사이에 삽입되며 내부 링형 구조체가 자유롭게 자체 회전하도록 구름운동을 제공하는 볼베어링(2022b)으로 이루어짐이 특징이다.
또한, 상기 발전소자(2025)는, 하부 패드(2025a)와 상부 패드(2025b)가 평행하게 마주하도록 위치하고, 하부 전극(2025c)와 상부 전극(2025d)이 그 상부면에 각각 위치하며, 하부 패드(2025a)위의 하부 전극 상에 다수의 미세 압전 진동자(2025e)가 형성되어 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 에러신호 자동 출력부(1000)는, 자체 전원에 의해서 전원신호를 인가시키는 전원부(1101)와; 제어부로부터 신호를 인가받아 전원 회로를 스위칭시키는 에러신호 출력부(1102)와; 상기 전원부가 온 되면 전기가 공급되어 승압된 교류 전류를 출력하는 발진 트랜스(1103)와; 상기 발진 트랜스(1103)의 출력단에 연결되어 전기적 공급에 의해서 온 되는 릴레이 작동용 스위칭부(1108)와; 상기 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 출력단에 설치되며 자기력을 발생시키는 릴레이 스위치(1107)와; 상기 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행하는 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와; 상기 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 에러신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 에러신호가 디스플레이 되도록 유도하는 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)와; 상기 제 1 회로 연결 스위치에 접점되어 전원 유지용 스위치부를 온 시키는 회로 작동용 철편(1131)과; 상기 회로 작동용 철편에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편이 온 되면 에러신호 출력 제어부에 전원을 연결하여 경보장치가 작동되도록 유도하는 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)과; 상기 제 1 회로 연결 스위치와 베이스단이 연결되고 에미터단 및 콜렉터단이 발진 트랜스(1103) 및 릴레이 작동용 스위칭부(1108)에 연결되며, 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 작동으로 철편이 당겨지면서 폐회로를 형성하면서 스위칭이 온 되어 이후 릴레이 스위치(1107)가 작동한 것을 중단키고, 이때 강제로 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 오프시키게 되면 폐회로가 깨지면서 스위칭이 오프되고 아울러 릴레이 작동용 스위칭부(1108)가 온 되어 릴레이 스위치가 온 됨으로서 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 온시켜 계속적으로 에러신호가 출력되도록 유도하는 전원 유지용 스위칭부(1118)를 포함하여 구성함이 특징이다.
상기 에러신호 자동 출력부(1000)는, 상기 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편 사이에 설치되어 미작동시 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편이 항상 오프상태를 유지하도록 유도하는 탄발 스프링(1133)과; 상기 제 1 회로 연결 스위치의 일단에 설치되며 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편이 끌어당겨져 제 1 회로 연결 스위치가 스위칭되면 회로 작동용 철편을 부착시켜 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 전원 유지용 스위칭부의 온 상태를 지속시키는 영구자석(1134)과; 상기 회로작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 경보신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프시켜 에러신호 디스플레이부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 경보신호가 출력되지 않토록 유도하는 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성함이 특징이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터는 충전지를 이용하여 인버터의 기동 중 일부 음영이 발생한 태양전지모듈 스트링의 출력을 승압을 통해 사용할 수 있도록 하는 것에 의해, 태양광 발전의 효율을 극대화할 수 있다.
그리고 주중, 일출 및 일몰로 구분하여 인버터의 구동과 정지를 제어하는 것에 의해 인버터의 불필요한 인버터의 구동과 정지를 방지할 수 있다. 이에 의해, 태양광 발전의 효율 및 인버터의 수명이 극대화될 수 있다.
또한, 인버터 기동 정지시에는 승압 동작을 정지시키는 것에 의해, 불필요한 승압 동작에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 개략적 구성도.
도 2는 본 발명의 승압컨버터에 대한 개략적 회도로.
도 3은 본 발명의 보조 발전기가 포함된 전체 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 고효율 장수명 태양광 발전용 인버터를 갖는 태양광발전 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 고효율 장수명 태양광 발전용 인버터를 구비한 태양광발전 시스템의 일예의 회로도.
도 6은 본 발명의 보조 발전기 구성도.
도 7은 본 발명의 보조 발전기 단면도.
도 8은 본 발명의 보조 발전기 분해사시도.
도 9는 본 발명의 보조 발전기 제 1 동작도.
도 10은 본 발명의 보조 발전기 제 2 동작도.
도 11은 본 발명의 발전소자 구성도.
도 12는 본 발명의 에러신호 자동 출력부 구성도.
도 13은 도 12의 상세도.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 이미 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 이미 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하 실시예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 하나의 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명의 승압컨버터에 대한 개략적 회도로.
도 3은 본 발명의 보조 발전기가 포함된 전체 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 고효율 장수명 태양광 발전용 인버터를 갖는 태양광발전 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 고효율 장수명 태양광 발전용 인버터를 구비한 태양광발전 시스템의 일예의 회로도.
도 6은 본 발명의 보조 발전기 구성도.
도 7은 본 발명의 보조 발전기 단면도.
도 8은 본 발명의 보조 발전기 분해사시도.
도 9는 본 발명의 보조 발전기 제 1 동작도.
도 10은 본 발명의 보조 발전기 제 2 동작도.
도 11은 본 발명의 발전소자 구성도.
도 12는 본 발명의 에러신호 자동 출력부 구성도.
도 13은 도 12의 상세도로서,
본 발명은 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 낮은 전압을 출력하는 태양전지모듈 스트링이 존재하는 경우 해당 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 승압하는 것에 의해, 일부 음영이 발생한 경우에서도 모든 태양전지모듈 스트링의 출력을 계통에서 활용할 수 있도록 한다. 이를 위해 다수의 태양전지모듈 스트링의 출력 단에는 승압용 충전지(BT)가 연결되어 있다.
상기 충전지(BT)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 하나만 설치하고 필요한 태양전지모듈 스트링을 선택하여 승압을 할 수 있게 하거나, 각 태양전지모듈 스트링에 따로 설치하여 독립적으로 태양전지모듈 스트링의 출력전압을 승압할 수도 있다. 상기 충전기(BT)는 태양광 발전 시스템이 정상적으로 구동되는 동안 자체 전력을 이용하여 충전되며, 이렇게 충전지의 충전을 제어하기 위해 인버터(10)에는 충전제어기(10b)를 구비하고 있다. 상기 충전제어기(10b)는 통상적으로 충전지의 충전에 사용되는 충전회로를 이용하여 구성할 수 있다.
상기 충전기(BT)는 태양광 발전 시스템의 출력이나 규모에 다라 선택하여 사용될 수 있고, 교체가 용이하여 유지관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
상기 충전지(BT)는 MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링의 출력전압을 접속점(20)에서의 전압보다 높은 전압으로 승압한다.
예를 들면, 8개의 태양전지모듈 스트링을 구비하고, 태양전지모듈 스트링당 출력전압(Vmp)이 478V인 태양광 발전 시스템에서, 2개의 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 기 설정된 출력전압보다낮은 300V일 경우 인버터에 흐르는 전류는 2개의 태양전지모듈 스트링을 제외한 나머지 태양전지모듈 스트링의 출력 전류의 합으로49.68A가 될 수 있다. 이는 MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지 모듈 스트링에 대응하여 설치된 역류방지다이오드에 역전압이 유기되어 해당 태양전지모듈 스트링의 출력 전류가 인버터로 흐를 수 없기 때문이다.
MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링이 존재하는 경우, 제어유닛(30)은 태양전지모듈 스트링(101~10n)에 연결된 충전지(BT)을 제어하여 MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링의 출력전압을 접속점(20)에서의 전압보다 높은 전압으로 승압한다.
상기한 바와 같이 승압용 충전지를 구비한 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템은 일출, 일몰 및 주중으로 구분하여 인버터의 인버팅여부판단시간을 조절하여 태양전지모듈 스트링의 발전 역량을 최대로 활용하도록 한다.
이에 의해, 불필요한 인버터의 구동 및 정지를 방지하여 인버터의 수명을 극대화한다. 일부 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 기준 전압 이상인 시간이 기 설정된 시간 이상이 되면 인버터를 구동시키고 모든 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 기준 전압 이하인 시간이 기 설정된 시간 이상인 때 인버터를 정지시키는 것에 의해, 효율을 극대화시킬 수 있다. 여기서, 구동 여부를 판단하는데 사용되는 기준 전압 및 시간과 정지 여부를 판단하는데 사용되는 기준 전압 및 시간은 상호 동일하거나 상이할 수 있다. 이는 설계자에 의해 임의로 변동될 수 있는 사항이다.
그리고, 일출시는 태양전지모듈 스트링의 발전 상태가 긍정적으로 변화하는 시점이므로 일부 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 기 설정된 기준 전압 이상인 시간이 짧은 시간(제 1 기준 시간) 동안 유지만 되어도 인버터를 기동시킨다. 주중에는 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 낮은 전압을 출력하는 태양전지모듈 스트링이 존재하는 경우 해당 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 승압하는 것에 의해, 일부 음영이 발생한 경우에서도 모든 태양전지모듈 스트링의 출력을 계통에서 활용할 수 있도록 한다. 그리고, 일몰시에는 모든 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 기 설정된 기준 전압 이상인 시간이 상기 제 1 기준 시간 보다 긴 제 2 기준 시간 동안 유지되지 않는 경우에 한해 인버터를 정지시킨다. 이는 인버터를 다음날 까지 정지시킬지 여부를 최대한 신중하게 판단하기 위함이다. 또한, 일몰 시점에서 인버터의 불필요한 재구동 및 재정지가 발생하는 것을 최소화하기 위함이다. 그리고, 주중에는 모든 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 기 설정된 기준 전압 이상인 시간이 상기 제 1 기준 시간 보다 짧은 제 3 기준 시간 동안 유지되는 경우에 한해 인버터를 구동시킨다.
이는 주중에 시시각각 변화하는 발전 상황에서 태양전지모듈 스트링의 발전상태가 긍정적으로 변화하는 것을 최대한 빨리 감지하고 그 긍정적인 발전 상태를 최대로 활용하기 위함이다.
예를 들면 일몰시간대의 인버팅여부판단시간이 5분이면, 일출시간대는 2분, 주중시간대는 1분으로 설정할 수 있다. 물론, 인버팅여부판단시간은 태양전지모듈 스트링이 설치된 장소나 방향 등에 따라 달리 설정될 수 있고, 각 시간대의 인버팅여부판단시간은 상대적으로 길고 짧을 수 있다. 이하, 상기 제 1 기준 시간, 제 2 기준시간, 제 3 기준 시간을 인버텅여부판단시간으로 통칭한다.
본 발명에 따른 태양광 발전용 인버터(10)는 통상의 태양 발전용 인버터와 동일하게 MPPT 제어가 이루어지고, 상황에 맞도록 구동시간을 설정하고 제어하기 위한 제어기(10c)를 더 구비하고 있다.
이러한 본 발명에 따른 인버터(10)를 구비한 태양광 발전 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 태양전지 모듈을 직렬로 연결한 태양전지모듈 스트링(101~10n)을 구비하고 있으며, 이들 태양전지모듈 스트링(101~10n)들은 접속점(20)에 병렬로 연결되고, 접속점(20)은 인버터(10)에 연결되어 있다.
상기 인버터(10)에 구비된 제어기(10c)는 상기한 바와 같이, 일조량의 변화 즉, 일출, 일몰 및 주중에 따른 상황에 맞추어 인버터의 인버팅여부판단시간을 달리하여 인버터의 구동을 제어한다. 제어기(10c)는 일출, 일몰, 주중에 대응하는 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링 중 일부의 출력 전압이 기 설정된 기준 전압 이상이 되면 인버터를 구동시키고, 일출, 일몰, 주중에 대응하는 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링 모두의 출력 전압이 기 설정된 기준전압 미만이 되면 인버터를 정지시킨다. 본 발명은 이러한 인버팅여부판단시간을 상황에 따라 다르게 설정하였다. 즉, 주중, 일출, 일몰로 구분하여 인버팅여부판단시간을 달리 설정함으로써 인버터가 보다 효율적으로 구동되게 한 것이다. 인버팅여부판단시간은 주중, 일출, 일몰 순서로 상대적으로 길게 설정될 수 있다.
상기한 바와 같은 방법에 의해 구동되는 본 발명에 다른 인버터를 구비한 발전 시스템은 상기 충전지(BT)가 작동하는 시간은 상기한 바와 같이 주중이나 일출시가 될 수 있다. 즉, 일몰시에는 인버터를 다음날 까지 정지시킬지 여부를 최대한 신중하게 판단하기 위한 과정으로, 일몰 시점에서 인버터의 불필요한 재구동 및 재정지가 발생하는 것을 최소화하기 위해 충전지(BT)를 구동시키지 않고, 인터버의 구동이 정상으로 이루어질 수 있을 것으로 예측되는 일출이나 주중에만 구동시키는 것이 바람직하다. 물론, 충전지의 출력은 상기한 바와 같이 다수의 태양전지모듈 스트링 중 MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링이 존재할 경우에 이루어진다.
제어유닛(30)은 인버터(10)가 구동되는 시간에만 충전지(BT)의 출력이 이루어질 수 있게 제어한다. 즉, 인버터(10) 구동의 정지되는 경우에 대응한 제 1 제어 신호를 제어기(10c)로부터 수신하면 승압 동작과 관련한 일체의 동작을 정지한다. 이와 달리, 인버터(10) 구동에 대응한 제 2 제어 신호를 제어기(10c)로부터 수신하면 승압 동작과 관련한 일체의 동작을 수행한다. 제어유닛(30)이 수행하는 승압 동작 자체는 제어기(10c)의 동작과 분리되어 수행되나 불필요한 승압 동작(예를 들어, 인버터 정지시에서의 승압 동작)을 피하기 위해, 제어유닛(30)의 승압 동작 수행 여부는 제어기(10c)의 제어 신호에 종속된다.
상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 태양광 발전용 인버터를 구비한 태양광 발전 시스템은 상기한 바와 같이 복수의 태양전지모듈 스트링을 포함하고, 각 태양전지모듈 스트링의 출력단과 접속점(20) 사이에 퓨즈, 역류방지다이오드가 직렬로 설치될 수 있으며, 퓨즈와 역류방지다이오드 사이에 상기한 충전지(BT)이 직렬로 설치될 수 있다.
주지된 바와 같이 인버터는 MPPT 제어를 하며, MPPT 제어에 따라 태양전지모듈 스트링의 출력전압 및 출력 전류를 제어한다. 즉, MPPT 제어에 따라 접속점(20)에서의 전압 및 전류 또는 인버터의 입력 전압 및 전류는 가변될수 있다.
상기 제어유닛(30)은 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력 전류값, 태양전지모듈 스트링의 출력전압값, 일사량, 태양전지모듈의 표면 온도값, 외기 온도값 등을 검출할 수 있고, 이 검출값을 모니터링시스템에 전송하며, 모니터링시스템은 그 검출값을 사용해 태양광 발전 시스템의 상태 정보를 옥외 현황판을 통해 디스플레이할 수 있다.
즉, 제어유닛은 태양전지모듈 스트링의 출력단에 설치된 CT를 이용하여 인버터 기동 중 태양전지모듈 스트링의 출력 전류값을 검출할 수 있고, 태양전지모듈 스트링의 중간지점에 연결된 다수의 태양전지 모듈에서 소정 위치의 태양전지 모듈 사이에 연결된 전압검출유닛을 이용하여 태양전지모듈 스트링의 중간지점에서의 전압을 검출할 수 있다. 또한, 제어유닛은 태양전지모듈 스트링의 출력단에 연결된 또 다른 전압검출유닛을 이용하여 태양전지모듈 스트링의 출력전압을 검출할 수 있다. 이와 같이 태양전지모듈 스트링을 분리하여 전압을 검출함으로써 고장 범위를 축소하여 검출할 수 있어 유지 및 보수를 보다 정확하고 용이하게 할 수 있는 것이다. 즉, 일부 음영, 오염, 고장과 같은 상황에서 이상이 발생한 위치를 정확하게 판단할 수 있는 것이다.
태양전지모듈 스트링의 출력전압은 충전지가 연결된 부분과 역류방지다이오드 사이에서 검출할 수도 있다.
또한 제어유닛(30)은 태양광 패널에 설치된 일사량검출센서를 이용하여 태양전지모듈에 조사되는 일사량을 검출할 수 있고, 태양광 패널에 설치된 표면온도센서를 이용하여 태양전지모듈의 표면 온도를 검출할 수 있고, 태양광패널의 일측에 설치된 외기온도센서를 이용하여 태양전지모듈이 설치된 장소의 외기온도를 검출할 수 있다.
상기의 설명에서 MPPT 제어에 따른 접속점(20)의 전압보다 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 작다고 판단하는 방법은 아래와 같이 다양할 수 있다.
먼저, 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 접속점(20)의 전압보다 작다고 판단하는 방법은 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 접속점에서의 전압보다 기 설정치(예를 들면 10V) 이상 작은 경우이다.
다른 판단 방법은, CT를 통해 검출된 태양전지모듈 스트링의 출력전류가 기 설정치(예를 들면 5A) 이하인 경우이다.
또 다른 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압보다 낮은 지 여부를 판단하는 방법은 해당 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 태양전지모듈 스트링의 출력전압 평균치보다 기 설정치(예들 들면 3%) 이상 작은 경우, 또는 해당 태양전지모듈 스트링의 출력전류가 태양전지모듈 스트링의 출력전류 평균치보다 기 설정치(예들 들면 3%) 이상 작은 경우이다.
상기한 바와 같이 제어유닛(30)에서 MPPT 제어에 따른 접속점(20)에서의 전압보다 출력전압이 낮은 태양전지모듈 스트링을 검출한 경우, 해당 태양전지모듈 스트링에 대응되는 충전지(BT)의 출력을 제어하여 해당 태양전지 모듈 스트링의 출력전압을 승압하여 출력되게 한다.
물론, 일출시나 주중에는 상기한 바와 같이 충전지(BT)의 전원을 출력시켜 태양전지모듈 스트링의 출력전압을 높여 인버터에 공급하여 발전을 시키는 것이 바람직하지만, 일몰 시간대의 경우에는 일몰이 가까워졌으므로 굳이 승압수단을 작동시키지 않고 시스템 전체를 정지시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 보조발전기(2000)는 태양광 패널의 저면에 설치되는바, 그 구성요소는 크게 외부 하우징(2021)과, 볼베어링 구조체(2022)와, 간격제(2023)와, 내부 하우징(2024)과, 발전소자(2025)와, 중심축(2026)과, 상부 지지부재(2027)와, 하부 지지부재(2028)로 이루어지다.
상기 외부 하우징(2021)은 외측에 나사산이 형성되어 이루어지고, 원통형 형태로 이루어진다.
상기 볼베어링 구조체(2022)는 외부 하우징의 내측 상하부에 설치되어 외부 링형 구조체(2022a)와 볼베어링(2022b)과 내부 링형 구조체(2022c)로 이루어지며 볼베어링의 자체 구름 운동에 의해서 내부 링형 구조체가 회전운동을 한다.
상기 간격제(2023)는 외부 하우징의 내측 중앙부에 설치하되 상하쪽에 볼베어링 구조체가 삽입 결합되며, 볼베어링 구조체의 외부 링형 구조체를 고정시키는 역할을 한다.
상기 내부 하우징(2024)은 볼베어링 구조체의 내부 링형 구조체에 결합되며 내측으로 나선형 날개가 결합되어 이루어지며, 냉각수의 흐름이 나선형 날개(2024a)에 제공되어 그 흐름이 날개에 가해지면 볼베어링의 구름작용에 의한 내부 링형 구조체의 작용에 의해서 자연스럽게 자체 회전 현상을 일으킨다.
상기 발전소자(2025)는 날개에 접촉되는 위치에 설치되며 날개의 회전에 따라 충돌하여 전기를 발생시킨다.
상기 중심축(2026)은 발전소자를 외부 하우징에 결합시켜 발전소자를 고정시키며, 이에 따라 날개의 회전력에 의해서 발전소자가 충격을 받아 전기가 생성되도록 유도한다.
상기 상부 지지부재(2027)는 중심축의 상부에 설치되며 십자형 지지체(2027a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 역할을 한다.
상기 하부 지지부재(2028)는 중심축의 하부에 설치되며 십자형 지지체(2028a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 역할을 한다.
본 발명에 적용되는 발전소자(2025)는 하부 패드(2025a)와 상부 패드(2025b)가 평행하게 마주하도록 위치하고, 하부 전극(2025c)와 상부 전극(2025d)이 그 상부면에 각각 위치하며, 하부 패드(2025a)위의 하부 전극 상에 다수의 미세 압전 진동자(2025e)가 형성되어 있는 구조를 갖는다.
상기 미세 압전 진동자(2025e)는 산화아연(ZnO) 또는 PZT 중 어느 하나를 압전 재료로 이용할 수 있다. 산화물 반도체인 산화아연(ZnO)은 압전성과 반도성의 특성을 동시에 가지면서 나노선 구조의 성장 제어가 비교적 용이하기 때문에 에너지 하베스팅 시스템을 위한 미세 압전 진동자의 재료로 적합하다.
미세 압전 진동자(2025e)가 휘어지게 되면, 미세 압전 진동자(2025e) 내부에서 양이온과 음이온의 상대적 변위가 발생하면서 상부 전극(2025d)과 미세 압전 진동자(2025e)의 위치에 따라 바이어스의 방향이 바뀌게 되어 전압이 발생된다. 상기와 같이 발생된 전압은 DC형태를 띠게 된다. 상기 미세 압전 진동자는 압력을 가함에 따라 전기를 충전하며 이는 충전수단(200)에 저장된다.
한편, 본 발명은 보조 발전기에서 전기를 생산하지 않으면 인버터의 충전 제어기에서 고장으로 판단하며, 상기 충전 제어기와 전기적으로 연결되는 에러신호 자동 출력부를 통해 에러신호를 출력한다.
상기 에러신호 자동 출력부(1000)는, 회로 전원부(1101)와, 에러신호 출력부(1102)와, 발진 트랜스(1103)와, 릴레이 작동용 스위칭부(1108)와, 릴레이 스위치(1107)와, 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와, 통신 단말기 전원 스위치(sw2)와, 전원 유지용 스위칭부(1118)을 포함하여 이루어진다.
즉, 자체 전원에 의해서 전원신호를 인가시키는 전원부(1101)와;
상기 제어부에서 경보신호를 출력하면 전원 회로를 스위칭시키는 경보신호 출력부(1102)와;
상기 발진 트랜스(1103)는 전원부가 온 되면 전기가 공급되어 승압된 교류 전류를 출력한다.
상기 릴레이 작동용 스위칭부(1108)는 발진 트랜스(1103)의 출력단에 연결되어 전기적 공급에 의해서 온 된다.
상기 릴레이 스위치(1107)는 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 출력단에 설치되며 자기력을 발생시킨다.
상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)는 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행한다.
상기 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)는 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 에러신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 에러신호가 디스플레이 되도록 유도하는 역할을 한다.
상기 전원 유지용 스위칭부(1118)는 제 1 회로 연결 스위치와 베이스단이 연결되고 에미터단 및 콜렉터단이 발진 트랜스(1103) 및 릴레이 작동용 스위칭부(1108)에 연결되며, 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 작동으로 철편이 당겨지면서 폐회로를 형성하면서 스위칭이 온 되어 이후 릴레이 스위치(1107)가 작동한 것을 중단시킨다. 그리고, 이때 강제로 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 오프시키게 되면 폐회로가 깨지면서 스위칭이 오프되고 아울러 릴레이 작동용 스위칭부(1108)가 온 되어 릴레이 스위치가 온 됨으로서 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 온시켜 계속적으로 에러신호가 출력되도록 유도한다.
또한, 본 발명은 회로 작동용 철편(1131)과, 경보신호 작동 제어부 전원 연결용 철편(1132)과, 탄발 스프링(1133)과, 영구자석(1134)과, 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성한다.
상기 회로 작동용 철편(1131)은 제 1 회로 연결 스위치에 접점되어 전원 유지용 스위치부를 온 시킨다.
상기 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)은 상기 회로 작동용 철편에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편이 온 되면 에러신호 출력 제어부에 전원을 연결하여 경보장치가 작동되도록 유도한다.
상기 탄발 스프링(1133)은 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편 사이에 설치되어 미작동시 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편이 항상 오프상태를 유지하도록 유도한다.
상기 영구자석(1134)은 제 1 회로 연결 스위치의 일단에 설치되며 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편이 끌어당겨져 제 1 회로 연결 스위치가 스위칭되면 회로 작동용 철편을 부착시켜 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 전원 유지용 스위칭부의 온 상태를 지속시킨다.
상기 수동 작동 스위치(1135)는 회로작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 경보신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프시켜 에러신호 디스플레이부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 경보신호가 출력되지 않토록 한다.
이하에서 에러신호 자동 출력부의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 에러신호 출력부(1102)가 온 되면 직류 전원이 연결되어 발진 트랜스에 전원이 인가되고, 발진 트랜스의 2차측에 높은 전압이 인가된다.
2차측에 유기된 전원은 정류다이오드를 통해 반파의 직류 전원이 되고, 이 반파 직류전원은 콘덴서의 충방전 작용으로 인하여 보다 안정된 직류 전원이 된다.
이 직류 전원은 릴레이 스위치(1107)의 코일을 거쳐 사이리스터의 애노드단에 인가되고, 한편 이 직류 전원은 저항을 통해 콘덴서에 충전작용을 하게 된다. 상승된 전압은 다이악을 통과하면서 릴레이 작동용 스위칭부(1108)를 트리거하여 에노드단과 케소드단이 스위칭되어 릴레이 스위치의 동작이 이루어지도록하고, 이에 따라 릴레이 스위치(1107)의 작동으로 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)가 온 되면서 에러신호 출력 제어부(1140)에 전원이 인가되어 에러신호가 디스플레이 된다.
상기 제 1 회로 연결 스위치(sw1)가 작동하면 전원 유지용 스위칭부(1118)의 베이스단을 활성화시키면서 전원 유지용 스위칭부(1118)의 에미터단 및 콜렉터단에 폐회로를 유도하여 트랜스로 향하는 전원을 오프시키게 된다.
즉, 저항(1109)과 콘덴서(1110) 사이의 전압이 다이오드(1120)를 통해 전원 유지용 스위칭부(1118)의 에미터 단자 및 콜렉터 단자 사이로 흘러 바이패스되며 이 바이패스에 의한 저항과 콘덴서 사이의 전압이 낮아지게 되고, 이렇게 저항과 콘덴서 사이의 전압이 낮아지게 되면 릴레이 작동용 스위칭부(1108)로 향하는 트리거 신호를 멈추게 되어 에노드단과 케스단이 오프되면서 릴레이 스위치(1107)에 전류가 흐르지 않아서 스위칭을 위해 계속 전원이 공급되는 것을 멈추게 된다.
한편, 만약 작업자가 에러신호가 출력되는 도중에 제 1 회로 연결 스위치 및 에러신호 출력용 전원 스위치를 오프시키게 되면 폐회로의 전류 흐름이 없게 되고 이에 따라 전원 유지용 스위칭부의 에미터단과 베이스단 사이에 흐르는 바이어스 전압이 사라져서 전원 유지용 스위칭부(1118)가 오프된다.
상기 전원 유지용 스위칭부(1118)가 오프되면서 다이오드(1120)를 통한 저항과 콘덴서 사이의 바이패스 전압이 없어지고 이 전압은 콘덴서(1110)에 충전된다.
이 충전된 전압이 다이악(1111)의 브레이크 오버 현상을 이르키게 되고 다이악에서 트리거 신호를 보조 스위치 작동용 스위칭부(1108)로 출력하여 철편을 이동시키면서 폐회로를 유지시키고 동시에 에러신호 제어부(1140)로 출력되는 전원을 복귀시켜 계속적으로 에러신호 디스플레이부(1150)를 작동시킬 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 에러요인을 치유하지 않으면 계속적으로 경고음을 출력시키도록하여 반드시 에러요인을 치유하도록 유도한다.
즉, 에러신호 출력부(1102)가 온 상태에서는 사용자가 수동 스위치(1135)를 작동시켜 경보신호를 오프시키게 되더라도, 다시 전원을 복귀시켜 경보신호가 자동으로 출력되며, 이에 따라 에러상황이 완전히 제거되는 것을 인지하지 못하여 경보신호를 차단하더라도 다시 재작동되므로 에러신호를 완전히 차단하는 것을 유도할 수 있다.
만약에 에러신호 출력부가 오프되면 이때에는 수동 스위치(1135)를 사용자가 조작하여 경보신호를 수동으로 차단시킬 수 있게 된다.
10: 인버터
20: 조작점
30: 제어유닛
1000: 에러신호 자동 출력부
2000: 보조 발전기

Claims (8)

  1. 복수의 태양전지모듈이 직렬로 연결된 다수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)이 병렬로 연결된 접속점(20)과, 복수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력전압을 검출하는 제어유닛(30)을 구비한 태양광 발전시스템의 상기 접속점에 입력단이 연결되어 MPPT 제어에 따라 태양전지모듈 스트링이 출력하는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력계통으로 출력하는 인버터(10)와, 상기 태양전지 모듈의 저면에 설치되며 바람을 이용하여 전기를 생산하며 인버터의 충전제어기에 전기적으로 연결되어 충전제어기를 통해 충전기에 전기를 저장하는 보조 발전기(2000)와, 상기 보조 발전기에서 전기가 생산되지 않으면 에러신호를 출력하는 에러신호 자동 출력부(1000)를 포함하며,
    상기 다수의 태양전지모듈 스트링(101~10n)의 출력단에는 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 경우 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 크게 승압시키는 충전지(BT)를 구비하고,
    상기 인버터(10)는 인버터의 구동 및 정지를 제어하고, MPPT 제어를 수행하는 제어기(10c)와, 상기 충전지(BT)의 충전을 제어하는 충전제어기(10b)를 더 구비하고,
    상기 충전제어기(10b)는 발전시스템이 정상적으로 가동되는 동안 상기 충전지(BT)에 전원을 공급하여 충전지를 충전시키고,
    상기 제어기(10c)는 주중의 인버팅여부판단시간보다 일출시의 인버팅여부판단시간이 길고, 일출시 인버팅여부판단시간보다 일몰시 인버팅여부판단시간이 길게 설정하여 태양전지모듈 스트링의 출력과 인버터의 출력을 제어하되, 상기 설정된 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전압 중 적어도 하나의 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 기 설정된 기준 전압 이상 유지되면 인버터를 구동시키고, 상기 설정된 인버팅여부판단시간 동안 복수의 태양전지 모듈 스트링의 출력전압이 모두 기 설정된 기준 전압 이상 유지되지 않으면 인버터를 정지시키며,
    상기 제어유닛(30)은 상기 인버터의 구동 중 상기 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력 전압 중 일부 태양전지모듈 스트링의 출력 전압이 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 경우, 상기 충전지(BT)의 출력을 제어하여 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 작은 태양전지모듈 스트링의 출력 전압을 상기 MPPT 제어에 따른 접속점에서의 전압 보다 크게 승압시키고,
    상기 제어기(10c)는 상기 인버터의 기동이 정지되는 경우 상기 제어유닛(30)에 제어 신호를 송출하여 상기 인버터의 기동이 정지된 동안 상기 승압이 중지되도록 하며;

    상기 에러신호 자동 출력부(1000)는,
    자체 전원에 의해서 전원신호를 인가시키는 전원부(1101)와;
    제어부로부터 신호를 인가받아 전원 회로를 스위칭시키는 에러신호 출력부(1102)와;
    상기 전원부가 온 되면 전기가 공급되어 승압된 교류 전류를 출력하는 발진 트랜스(1103)와;
    상기 발진 트랜스(1103)의 출력단에 연결되어 전기적 공급에 의해서 온 되는 릴레이 작동용 스위칭부(1108)와;
    상기 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 출력단에 설치되며 자기력을 발생시키는 릴레이 스위치(1107)와;
    상기 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 회로를 통전시키는 기능을 수행하는 제 1 회로 연결 스위치(sw1)와;
    상기 릴레이 스위치(1107)에 의해서 철편이 당겨지면서 에러신호 출력 제어부(1140)에 전원이 공급되어 에러신호가 디스플레이 되도록 유도하는 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)와;
    상기 제 1 회로 연결 스위치에 접점되어 전원 유지용 스위치부를 온 시키는 회로 작동용 철편(1131)과;
    상기 회로 작동용 철편에 연동하여 동작하도록 설계되며 회로 작동용 철편이 온 되면 에러신호 출력 제어부에 전원을 연결하여 경보장치가 작동되도록 유도하는 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편(1132)과;
    상기 제 1 회로 연결 스위치와 베이스단이 연결되고 에미터단 및 콜렉터단이 발진 트랜스(1103) 및 릴레이 작동용 스위칭부(1108)에 연결되며, 릴레이 작동용 스위칭부(1108)의 작동으로 철편이 당겨지면서 폐회로를 형성하면서 스위칭이 온 되어 이후 릴레이 스위치(1107)가 작동한 것을 중단키고, 이때 강제로 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 오프시키게 되면 폐회로가 깨지면서 스위칭이 오프되고 아울러 릴레이 작동용 스위칭부(1108)가 온 되어 릴레이 스위치가 온 됨으로서 제 1 회로 연결 스위치(sw1) 및 에러신호 출력용 전원 스위치(sw2)를 온시켜 계속적으로 에러신호가 출력되도록 유도하는 전원 유지용 스위칭부(1118)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어유닛(30)은 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 접속점에서의 전압보다 기 설정치 보다 작은 경우, 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전류가 기 설정치 이하인 경우, 판단 대상 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전압 평균치보다 기 설정치 이상 작은 경우, 판단 대상 태양전지 모듈 스트링의 출력전류가 복수의 태양전지모듈 스트링의 출력전류 평균치보다 기 설정치 이상 작은 경우, MPPT제어에 따른 접속점(20)의 전압보다 태양전지모듈 스트링의 출력전압이 작다고 판단하는 것을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전지(BT)는 각각의 태양전지모듈 스트링에 따로 설치되거나, 하나만 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조발전기(2000)는,
    외측에 나사산이 형성되어 이루어지고, 원통형 형태로 이루어지는 외부 하우징(2021)과;
    상기 외부 하우징의 내측 상하부에 설치되어 자체 구름에 의해서 회전 운동을 유지시키는 볼베어링 구조체(2022)와;
    상기 외부 하우징의 내측 중앙부에 설치하되 상하쪽에 볼베어링 구조체가 삽입 결합되며, 볼베어링 구조체를 고정시키는 간격제(2023)와;
    상기 볼베어링 구조체에 결합되며 내측으로 나선형 날개가 결합되어 이루어지며, 냉각수의 흐름이 나선형 날개(2024a)에 제공되어 그 흐름이 날개에 가해지면 볼베어링 구조체의 구름작용에 의해 자체 회전 현상을 일으키는 내부 하우징(2024)과;
    상기 날개에 접촉되는 위치에 설치되며 날개의 회전에 따라 충돌하여 전기를 발생시키는 발전소자(2025)와;
    상기 발전소자를 외부 하우징에 결합시켜 발전소자를 고정시키며, 이에 따라 날개의 회전력에 의해서 발전소자가 충격을 받아 전기가 생성되도록 유도하는 중심축(2026)과;
    상기 중심축의 상부에 설치되며 십자형 지지체(2027a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 상부 지지부재(2027)와;
    상기 중심축의 하부에 설치되며 십자형 지지체(2028a)와 더불어서 중심축을 고정시키는 하부 지지부재(2028)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼베어링 구조체(2022)는,
    상기 외부 하우징에 결합되는 외부 링형 구조체(2022a)와;
    상기 외부 링형 구조체와 일정간격 이격되어 설치되는 내부 링형 구조체(2022c)와;
    상기 외부 링형 구조체 및 내부 링형 구조체의 사이에 삽입되며 내부 링형 구조체가 자유롭게 자체 회전하도록 구름운동을 제공하는 볼베어링(2022b)으로 이루어짐을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전소자(2025)는,
    하부 패드(2025a)와 상부 패드(2025b)가 평행하게 마주하도록 위치하고, 하부 전극(2025c)와 상부 전극(2025d)이 그 상부면에 각각 위치하며, 하부 패드(2025a)위의 하부 전극 상에 다수의 미세 압전 진동자(2025e)가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러신호 자동 출력부(1000)는,
    상기 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편 사이에 설치되어 미작동시 제 1 회로 연결 스위치와 회로 작동용 철편이 항상 오프상태를 유지하도록 유도하는 탄발 스프링(1133)과;
    상기 제 1 회로 연결 스위치의 일단에 설치되며 릴레이 스위치 작동시 회로 작동용 철편이 끌어당겨져 제 1 회로 연결 스위치가 스위칭되면 회로 작동용 철편을 부착시켜 릴레이 스위치의 작동이 멈추어도 전원 유지용 스위칭부의 온 상태를 지속시키는 영구자석(1134)과;
    상기 회로작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편에 결합되며, 경보신호 작동을 중단시키기 위해 사용자가 조작하면 회로 작동용 철편과 에러신호 출력 제어부 전원 연결용 철편을 오프시켜 에러신호 디스플레이부의 동작을 중단시킴으로서 더이상 경보신호가 출력되지 않토록 유도하는 수동 작동 스위치(1135)를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터.
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