KR102020568B1 - 에너지저장장치(ess)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치 - Google Patents

에너지저장장치(ess)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 BIPV를 포함한 태양광 발전장치에서 태양광 발전 패널을 이루는 직렬회로(스트링) 간 발생하는 발전 전력의 차이를 낮은 전력을 보상해주는 것에만 한정하지 않고, 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로 스트링 간 발전 전력을 평준화시키며 특히, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)의 방전 또는 충전 방식으로 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치에 관한 것이다.

Description

에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치{A PHOTOVOLTAIC GENERATING EFFICIENCY INCREASING APPARATUS USING ESS}
본 발명은 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 BIPV를 포함한 태양광 발전장치에서 태양광 발전 패널(어레이)를 이루는 직렬회로(스트링) 간 발생하는 발전 전력의 차이를 낮은 전력을 보상해주는 것에만 한정하지 않고, 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로 스트링 간 발전 전력을 평준화시키며 특히, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)의 방전 또는 충전 방식으로 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치에 관한 것이다.
신재생에너지의 한 분야인 태양광 발전은 많은 장점으로 인해 최근 그 수요가 급증하고 있으며, 발전 효율을 높이기 위한 기술도 많이 발전해오고 있다. 특히, 최근에는 태양광 발전장치들이 건물 옥상이나 수상은 물론 건물일체형 태양광 발전장치(BIPV) 등 다양한 형태로 설치되고 있다.
태양광 발전의 경우, 복수 개의 태양광모듈이 직·병렬로 구성되어 하나의 패널(어레이)를 이루게 되는데 이때, 태양광모듈 중 일부가 음영 또는 고장에 의해 발전량이 저하되는 경우에는 해당 태양광모듈이 위치한 (직렬 연결된)스트링에서는 발전 전력이 급격히 저하됨에 반해, 나머지 다른 스트링들에서는 발전 전력이 양호하게 유지됨에 따라 각 스트링들이 병렬 연결되어 있는 패널(어레이) 전체적으로 스트링 간 전력 편차가 커짐으로써, 인버터의 최대전력추종시스템(MPPT) 운전을 방해하여 전체적으로 발전량 저하의 요인이 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 기존에도 발전량이 저하된 스트링에 전력을 보상하는 전력보상장치 기술이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 종래 기술들은 발전전력이 저하된 스트링에 전력을 보상하기 위해 별도의 전력저장장치(ESS)에 전력을 미리 저장하고 있어야 하기 때문에 태양광 발전량이 큰 시설에서는 전력보상장치용 전력저장장치(ESS) 역시 대용량으로 구비되어야만 한다(일 예로, 10kW 발전량으로 1시간 보상하는 경우에는 10kWh 배터리 용량이 충전되어 있어야 하고, 만약 발전량 저하량과 저하시간이 상대적으로 길어지는 경우에 대비하기 위해서는 태양광 발전 용량 대비 큰 배터리 용량의 전력저장장치(ESS)가 전력보상용으로 구비되어야 함) 따라서, 비용 및 경제적으로 이러한 전력보상장치에 대한 구비 니즈가 감쇄될 수밖에 없다.
<특허문헌> 한국등록특허 제10-1648924호 "태양광모듈의 전압변동을 가변 보상하는 태양광발전 시스템의 전력보상장치"
상기 <특허문헌>에 개시된 종래 기술 역시도, 발전전압이 줄어든 스트링을 찾아 부족 전압량에 맞게 가변적으로 전력을 보상해주는 기능을 개시하고 있는바, 앞서와 같은 태양광 발전 용량 대비 큰 배터리 용량의 전력저장장치가 전력보상용으로 구비되어야 하며 또한, 이러한 전력저장장치를 충전하기 위한 별도의 충전시스템 계통설비를 구비하여야 함은 물론, 태양광 발전에 의한 자체 발전량에서 충전을 하는 경우라도 인버터 출력 교류전력을 사용하게 되면 전력 변환이 두 번(DC→AC→DC) 이루어지기 때문에 효율이 떨어지는 부가적인 문제점도 안게 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있도록, 별도의 전력보상장치에 대한 비용 부담을 최소화하면서 효율적으로 태양광모듈의 음영 내지 고장에 따른 전력편차에 의한 발전효율 저하를 해결할 수 있는 기술에 대안 니즈가 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 태양광 발전 패널(어레이)을 이루는 직렬회로(스트링) 간 발생하는 발전 전력의 차이를 낮은 전력을 보상해주는 것에만 한정하지 않고, 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로 스트링 간 발전 전력을 평준화시킴으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)의 방전 또는 충전 방식으로 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링에 전력을 보상하고, 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우에는 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링 간의 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치는, 태양광모듈이 직렬로 연결되어 있는 스트링; 상기 스트링이 복수 개 병렬로 연결되어 있는 어레이; 태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터; 상기 어레이와 인버터 사이에서 결선을 용이하게 하고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반; 및 상기 복수의 스트링에 각각 연결되어 특정 모듈에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링 간의 전력 편차를 최소화하는 전력평준화부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 전력평준화부는 복수의 스트링별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 계측부와, 복수의 스트링별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 에너지저장장치(ESS)부와, 상기 계측부의 데이터를 토대로 상기 에너지저장장치(ESS)부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 계측부는 복수의 스트링 각각에 별도로 설치된 센서들을 통해 각각의 스트링별 출력 전류 및/또는 전압을 측정하여 스트링별 출력 전력을 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 에너지저장장치(ESS)부는 전력 충방전이 가능한 에너지저장장치(ESS)를 복수의 스트링 각각과 연결시켜 특정 스트링별로 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태를 판단하는 ESS상태판정모듈과, 상기 ESS상태판정모듈에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)부의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 ESS제어모듈과, 상기 ESS제어모듈에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 스트링-ESS연계모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 ESS제어모듈은 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링에 전력을 보상할 수 있게 하는 ESS방전제어모듈과, 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링 간의 전력 편차를 최소화할 수 있게 하는 ESS충전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 발전 효율증가 장치에 있어서, 상기 스트링-ESS연계모듈은 상기 ESS방전제어모듈이 에너지저장장치(ESS)부를 방전시키는 경우에 복수의 스트링 중 출력 전력이 저하된 스트링을 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력보상연계모듈과, 상기 ESS충전제어모듈이 에너지저장장치(ESS)부를 충전시키는 경우에 복수의 스트링 중 출력 전력이 높은 스트링을 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력흡수연계모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 태양광 발전 패널을 이루는 직렬회로(스트링) 간 발생하는 발전 전력의 차이를 낮은 전력을 보상해주는 것에만 한정하지 않고, 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로 스트링 간 발전 전력을 평준화시킴으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 효과를 갖는다.
본 발명은, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)의 방전 또는 충전 방식으로 각 스트링 간 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 효과를 갖는다.
본 발명은, 스트링 간 전력 편차를 최소화하기 위해 구비되는 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링에 전력을 보상하고, 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우에는 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링 간의 전력 편차를 최소화 내지 없앰으로써 태양광 발전 효율을 증가시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 다른 태양광 발전 효율 증가 장치의 기본 구성도
도 2는 본 발명에 적용되는 전력평준화부의 세부 구성도
도 3은 전력평준화부에 포함된 제어부의 세부 구성 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치는, 태양광모듈(11)이 직렬로 연결되어 있는 스트링(12); 상기 스트링(12)이 복수 개 병렬로 연결되어 있는 어레이(13); 태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터(14); 상기 어레이(13)와 인버터(14) 사이에서 결선을 용이하게 하고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반(15); 및 상기 복수의 스트링(12)에 각각 연결되어 특정 모듈에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화하는 전력평준화부(16);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스트링(12)은 태양광모듈(11)이 직렬로 연결되어 이루는 구성으로, 태양광 발전이 이루어지는 최소단위인 태양광모듈(11)들이 직렬로 연결되어 직류회로를 구성하는 하나의 단위를 스트링(12)으로 정의한다.
상기 어레이(13)는 상기 스트링(12)이 복수 개 병렬로 연결되어 이루는 구성으로, 태양광 발전의 규모에 따라 작게는 수개의 스트링에서 많게는 수십~수백 개의 스트링이 병렬로 연결되어 하나의 어레이(13)를 이룰 수 있으며, 이러한 어레이(13)를 다른 표현으로 태양광 패널로 표현하기도 한다.
상기 인버터(14)는 태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하게 되는 구성으로, 직렬 회로를 구성하는 각각의 상기 스트링(12) 단에서 발전되는 직류 전원(DC)을 수용가에서 사용이 가능한 교류 전원(AC)으로 변환하여 계통에 보내게 되는데, 이러한 전력 변환을 수행하는 구성으로 상기 인버터(14)가 각각의 어레이(13)에 연결되어 기능을 수행하게 된다.
상기 접속반(15)은 상기 어레이(13)와 인버터(14) 사이에서 결선을 용이하게 하고 각종 보호 기능을 수행하는 구성으로, 본 발명의 시스템에서도 역전류 방지용 구성 등 일반적으로 태양광 발전 접속반에 포함되는 구성들을 포함할 수 있다.
상기 전력평준화부(16)는 상기 복수의 스트링(12)에 각각 연결되어 특정 모듈()에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화하는 구성으로, 이를 위해 상기 전력평준화부(16)는 복수의 스트링(12)별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 계측부(161)와, 복수의 스트링(12)별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 에너지저장장치(ESS)부(162)와, 상기 계측부(161)의 데이터를 토대로 상기 에너지저장장치(ESS)부(162)를 제어하는 제어부(163)를 포함할 수 있다.
상기 계측부(161)는 복수의 스트링(12)별 출력 전류 또는 전압을 측정하는 구성으로, 이를 위해 복수의 스트링(12) 각각에 별도로 설치된 센서(1611)들을 통해 각각의 스트링(12)별 출력 전류 및/또는 전압을 측정하여 스트링(12)별 출력 전력에 대한 정보를 상기 제어부(163)에 전송하게 된다. 도 2에 도시된 예에서와 같이, 상기 센서(1611)들은 복수의 스트링(12) 각각에 대해 각 스트링(12)에서 출력되는 전류 및/또는 전압을 측정할 수 있도록 각 스트링(12) 단에 설치되는 전류 및/또는 전압 센서로 형성될 수 있으며, 상기 계측부(161)는 상기 센서(1611)들에서 전송되는 정보를 토대로 각 스트링(12)별 출력 전력에 대한 정보를 상기 제어부(163)에 전송하게 된다. 상기 계측부(161)에서 측정되어 전송되는 정보를 통해, 각 스트링(12)에서 정상 상태의 전력이 생산되어 출력되는지 아니면 특정 스트링(12)에서 특정 태양광모듈(11)의 고장 내지 음영 등에 의한 영향으로 발전량이 저하되어 저하된 전력이 출력되는지 등 각 스트링(12)별 출력 전력량을 확인할 수 있게 된다.
상기 에너지저장장치(ESS)부(162)는 복수의 스트링(12)별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 구성으로, 이를 위해 전력 충방전이 가능한 에너지저장장치(ESS)를 복수의 스트링(12) 각각과 연결시켜 특정 스트링(12)별로 전력을 보상하거나 또는 전력을 흡수할 수 있게 함으로써 어레이(13)를 이루는 병렬 연결된 스트링(12) 간 전력 편차를 최소화하거나 또는 없앨 수 있도록 한다.
상기 제어부(163)는 상기 계측부(161)의 데이터를 토대로 상기 에너지저장장치(ESS)부(162)를 제어하는 구성으로, 앞서 종래기술의 문제점으로 언급한 바와 같이, 단순히 음영 내지 특정 모듈의 고장 등으로 발전량이 저하된 스트링만을 대상으로 해당 스트링에 전력보상장치를 통해 보상 전력을 공급하는 종래 기술의 경우에는, 발전전력이 저하된 스트링에 전력을 보상하기 위해 별도의 전력저장장치(ESS)에 전력을 미리 저장하고 있어야 하기 때문에 태양광 발전량이 큰 시설에서는 전력보상장치용 전력저장장치(ESS) 역시 대용량으로 구비(일 예로, 10kW 발전량으로 1시간 보상하는 경우에는 10kWh 배터리 용량이 충전되어 있어야 하고, 만약 발전량 저하량과 저하시간이 상대적으로 길어지는 경우에 대비하기 위해서는 태양광 발전 용량 대비 큰 배터리 용량의 전력저장장치(ESS)가 전력보상용으로 구비)되어야만 하여 비용 및 경제적으로 효율이 크게 저감됨은 물론, 별도의 전력저장장치(ESS) 충전을 위한 계통 연결 내지 구성(보상태양광 패널 등)을 구비해야 하는 문제가 있었던바, 본 발명에서는 단순히 출력 전력이 저감된 스트링(12)에 대한 전력 보상만으로 문제를 해결하는 것이 아니라, 어레이(13) 전체적으로 보았을 때 각 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화 내지 없애는 방식으로의 해결책을 제시하는 것이다. 이를 위해 상기 제어부(163)는 상기 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태를 판단하는 ESS상태판정모듈(1631)과, 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)부의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 ESS제어모듈(1632)과, 상기 ESS제어모듈(1632)에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링(12)을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 스트링-ESS연계모듈(1633)을 포함할 수 있다. 즉, 각 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화하기 위해 각 스트링(12) 단과 연결되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라, 충전량이 충분한 경우에는 출력 전력이 저하된 스트링(12)에 에너지저장장치(ESS)로부터 보상 전력을 공급(즉, 에너지저장장치(ESS)의 방전)하여 해당 스트링(12)의 전력을 높여 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 없애고, 반대로 충전량이 부족한 경우에는 출력 전력이 높은 스트링(12)들로부터 에너지저장장치(ESS)로 전력을 흡수(즉, 에너지저장장치(ESS)의 충전)하여 해당 스트링(12)의 전력을 낮춰 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 없애는 방식을 적용시킴으로써, 상기 에너지저장장치(ESS)가 계속 보상전력을 공급해야 하는 구조가 아니므로 에너지저장장치(ESS)가 대용량으로 구비되어야 할 필요가 없고 또한, 에너지저장장치(ESS)의 충방전이 해당 어레이(13) 내에서 이루어지게 되므로 에너지저장장치(ESS) 충전만을 위한 별도의 계통 내지 구성을 구비해야 할 필요도 없게 된다.
상기 ESS상태판정모듈(1631)은 상기 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태를 판단하는 구성으로, 상기 ESS상태판정모듈(1631)을 통해 에너지저장장치(ESS) 충전량이 보상전력으로 공급하기에 충분한 상태인지에 대한 정보를 제공하면 후술할 ESS제어모듈(1632)에서 에너지저장장치(ESS)부의 방전 또는 충전 여부를 결정하게 된다.
상기 ESS제어모듈(1632)은 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)부의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 구성으로, 이를 위해 상기 ESS제어모듈(1632)은 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(12)에 전력을 보상할 수 있게 하는 ESS방전제어모듈(16321)과, 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(12)의 전력을 흡수하여 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화할 수 있게 하는 ESS충전제어모듈(16322)을 포함할 수 있다.
상기 ESS방전제어모듈(16321)은 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우에 이를 토대로 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(12)에 전력을 보상할 수 있게 제어하는 구성으로, 상기 ESS방전제어모듈(16321)에서 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(12)에 전력을 보상하여 전체적인 스트링(12) 간 전력편차를 최소화할 수 있도록 제어가 결정되면, 후술할 스트링-ESS연계모듈(1633)에서는 전력을 보상할 스트링(12)을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시킴으로써 상기 ESS방전제어모듈(16321)에 의한 제어가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 ESS충전제어모듈(16322)은 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우에 이를 토대로 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(12)의 전력을 흡수할 수 있게 제어하는 구성으로, 상기 ESS충전제어모듈(16322)에서 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(12)으로부터 전력을 흡수하여 전체적인 스트링(12) 간 전력편차를 최소화할 수 있도록 제어가 결정되면, 후술할 스트링-ESS연계모듈(1633)에서는 전력을 흡수할 스트링(12)을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시킴으로써 상기 ESS충전제어모듈(16322)에 의한 제어가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 스트링-ESS연계모듈(1633)은 상기 ESS제어모듈(1632)에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링(12)을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 구성으로, 이를 위해 상기 스트링-ESS연계모듈(1633)은 상기 ESS방전제어모듈(16321)이 에너지저장장치(ESS)부(162)를 방전시키는 경우에 복수의 스트링(12) 중 출력 전력이 저하된 스트링(12)을 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력보상연계모듈(16331)과, 상기 ESS충전제어모듈(16322)이 에너지저장장치(ESS)부(162)를 충전시키는 경우에 복수의 스트링(12) 중 출력 전력이 높은 스트링(12)을 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력흡수연계모듈(16332)을 포함할 수 있다.
상기 전력보상연계모듈(16331)은 상기 ESS방전제어모듈(16321)이 에너지저장장치(ESS)부(162)를 방전시키는 경우에 복수의 스트링(12) 중 출력 전력이 저하된 스트링(12)을 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 구성으로, 일 예로, 도 2를 참조하면, 스트링(12) 1에서 특정 태양광모듈(11)에 음영 내지 고장으로 인해 출력 전력이 저하되고, 나머지 스트링(12) 2~4에서는 정상 출력 전력이 나오는 상황에서, 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우에, 이를 토대로 상기 ESS방전제어모듈(16321)에서 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링(12) 1에 전력을 보상할 수 있게 제어가 결정되면, 상기 전력보상연계모듈(16331)은 출력 전력이 저하된 스트링(12) 1을 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시켜 에너지저장장치(ESS)로부터 보상 전력이 스트링(12) 1로 제공되어 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 최소화하게 된다.
상기 전력흡수연계모듈(16332)은 상기 ESS충전제어모듈(16322)이 에너지저장장치(ESS)부(162)를 충전시키는 경우에 복수의 스트링(12) 중 출력 전력이 높은 스트링(12)을 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 구성으로, 일 예로, 도 2를 참조하면, 스트링(12) 1에서 특정 태양광모듈(11)에 음영 내지 고장으로 인해 출력 전력이 저하되고, 나머지 스트링(12) 2~4에서는 정상 출력 전력이 나오는 상황에서, 상기 ESS상태판정모듈(1631)에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부(162)의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우에, 이를 토대로 상기 ESS충전제어모듈(16322)에서 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링(12) 2~4로부터 전력을 흡수할 수 있게 제어가 결정되면, 상기 전력흡수연계모듈(16332)은 출력 전력이 높은 스트링(12) 2~4를 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시켜 에너지저장장치(ESS)가 스트링(12) 2~4로부터 전력을 흡수하여 충전을 함으로써 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 최소화하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치는 종래와 달리, 각 스트링(12) 간의 전력 편차를 최소화하기 위해 각 스트링(12) 단과 연결되는 에너지저장장치(ESS)의 충전량 상태에 따라, 충전량이 충분한 경우에는 출력 전력이 저하된 스트링(12)에 에너지저장장치(ESS)로부터 보상 전력을 공급(즉, 에너지저장장치(ESS)의 방전)하여 해당 스트링(12)의 전력을 높여 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 없애고, 반대로 충전량이 부족한 경우에는 출력 전력이 높은 스트링(12)들로부터 에너지저장장치(ESS)로 전력을 흡수(즉, 에너지저장장치(ESS)의 충전)하여 해당 스트링(12)의 전력을 낮춰 전체적인 스트링(12) 간 전력 편차를 없애는 방식을 적용시킴으로써, 상기 에너지저장장치(ESS)가 계속 보상전력을 공급해야 하는 구조가 아니므로 에너지저장장치(ESS)가 대용량으로 구비되어야 할 필요가 없고 또한, 에너지저장장치(ESS)의 충·방전이 해당 어레이(13) 내에서 이루어지게 되므로 에너지저장장치(ESS) 충전만을 위한 별도의 계통 내지 구성을 구비해야 할 필요도 없고, 전력 변환을 거치지 않고 충·방전이 이루어짐으로써 효율을 높이게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
11: 태양광모듈 12: 스트링
13: 어레이 14: 인버터
15: 접속반 16: 전력평준화부
161: 계측부 1611: 센서
162: 에너지저장장치(ESS)부 163: 제어부
1631: ESS상태판정모듈 1632: ESS제어모듈
16321: ESS방전제어모듈 16322: ESS충전제어모듈
1633: 스트링-ESS연계모듈 16331: 전력보상연계모듈
16332: 전력흡수연계모듈

Claims (7)

  1. 태양광모듈이 직렬로 연결되어 있는 스트링;
    상기 스트링이 복수 개 병렬로 연결되어 있는 어레이;
    태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터;
    상기 어레이와 인버터 사이에서 결선을 용이하게 하고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반; 및
    상기 복수의 스트링에 각각 연결되어 특정 모듈에서의 음영 내지 고장으로 인한 스트링 간의 전력 편차를 최소화하는 전력평준화부;를 포함하고,
    상기 전력평준화부는, 복수의 스트링별 출력 전류 및 전압을 측정하는 계측부와, 복수의 스트링별 전력을 보상 또는 전력을 흡수하는 에너지저장장치(ESS)부와, 상기 계측부의 데이터를 토대로 상기 에너지저장장치(ESS)부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 계측부는 복수의 스트링 각각에 별도로 설치된 센서들을 통해 각각의 스트링별 출력 전류 및 전압을 측정하여 스트링별 출력 전력을 상기 제어부에 전송하고,
    상기 에너지저장장치(ESS)부는 전력 충방전이 가능한 에너지저장장치(ESS)를 복수의 스트링 각각과 연결시켜 특정 스트링별로 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 수 있도록 하며,
    상기 제어부는, 상기 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태를 판단하는 ESS상태판정모듈과, 상기 ESS상태판정모듈에서 판단한 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량 상태에 따라 에너지저장장치(ESS)부의 방전 또는 충전 여부를 결정하는 ESS제어모듈과, 상기 ESS제어모듈에서 결정하는 방전 또는 충전 여부에 따라 전력을 보상 또는 전력을 흡수할 스트링을 결정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 스트링-ESS연계모듈을 포함하고,
    상기 ESS제어모듈은, 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 충분한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 방전을 통해 출력 전력이 저하된 스트링에 전력을 보상할 수 있게 하는 ESS방전제어모듈과, 에너지저장장치(ESS)부의 에너지저장장치(ESS) 충전량이 부족한 경우 에너지저장장치(ESS)부의 충전을 통해 출력 전력이 높은 스트링의 전력을 흡수하여 스트링 간의 전력 편차를 최소화할 수 있게 하는 ESS충전제어모듈을 포함하며,
    상기 스트링-ESS연계모듈은, 상기 ESS방전제어모듈이 에너지저장장치(ESS)부를 방전시키는 경우에 복수의 스트링 중 출력 전력이 저하된 스트링을 특정하여 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력보상연계모듈과, 상기 ESS충전제어모듈이 에너지저장장치(ESS)부를 충전시키는 경우에 복수의 스트링 중 출력 전력이 높은 스트링을 에너지저장장치(ESS)와 연결시키는 전력흡수연계모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치(ESS)를 이용한 태양광 발전 효율증가 장치.
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