KR102072972B1 - 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법 - Google Patents

태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102072972B1
KR102072972B1 KR1020190085949A KR20190085949A KR102072972B1 KR 102072972 B1 KR102072972 B1 KR 102072972B1 KR 1020190085949 A KR1020190085949 A KR 1020190085949A KR 20190085949 A KR20190085949 A KR 20190085949A KR 102072972 B1 KR102072972 B1 KR 102072972B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar
equation
battery
power generation
calculating
Prior art date
Application number
KR1020190085949A
Other languages
English (en)
Inventor
정모
신기열
전대성
Original Assignee
주식회사에이원엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사에이원엔지니어링 filed Critical 주식회사에이원엔지니어링
Priority to KR1020190085949A priority Critical patent/KR102072972B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102072972B1 publication Critical patent/KR102072972B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J3/383—
    • 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
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • 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
    • 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
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • 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
    • Y02E10/566—
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • 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
    • 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
    • Y04S10/14—Energy storage units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명은, 태양광 발전기와 배터리로 이뤄진 융합발전시스템에 대한 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법에 있어서,
태양광 발전량을 산출하기 위해 요구되는 자료를 입력하는 자료입력단계;
상기 자료입력단계에서 입력된 자료를 기초로 하여 태양광의 발전량을 산출하는 발전량 산출단계;
최적화 계산을 위한 최적화 조건을 입력하는 최적화조건 입력단계;
최적화 계산단계에 적용할 목적함수를 선택하는 목적함수 선택단계;
상기 선택된 목적함수를 만족하는 최적의 배터리 용량을 산출하는 최적화 계산단계;
상기 최적화 계산단계에서 산출된 결과를 출력하는 결과출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법을 제공한다.

Description

태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법{Optimum capacity design method of Battery Energy Storage System with Solar Power Generator}
본 발명은 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전기에 배터리를 조합한 융합발전시스템을 제공하여 태양광 발전의 불안정성을 해소하는 한편, 배터리 전력저장장치 설치에 요구되는 투자비용의 회수기간을 최소화하고, 최대 수익을 달성할 수 있도록 하는 배터리의 최적용량을 설계하는 방법을 제공하는 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법에 관한 것이다.
산업발전과 더불어 에너지 수요가 증가하면서 이산화탄소 배출이 증가하고 있고, 이로 인한 지구 온난화 등 환경문제를 최소화하기 위한 노력과 규제가 선진국을 중심으로 활발히 연구되고 있다. 기존의 화석연료를 이용한 에너지 생산을 대체하고 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 신재생에너지설비의 사용이 점차 증가하는 추세이다.
신재생에너지 중 청정에너지로 각광받고 있는 발전 수단 중 하나가 태양광 발전(Solar Power Generator)이다. 태양광 발전기술은 햇빛에너지를 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지(Photovoltaic; PV)와, 태양전지로부터의 직류전력(DC)을 교류전력(AC)으로 변환하여 계통에 연계하는 전력변환(Invertor) 및 제어기술(Power Conditioning System; PCS)이라고 정의할 수 있다.
태양광 발전의 특징을 몇 가지 살펴보면, 태양광 발전은 햇빛이 있는 주간에만 발전이 가능하며, 발전량은 계절, 시간 및 기상에 의해 좌우된다. 태양광은 단위면적당 에너지밀도가 낮기 때문에 대전력을 얻기 위해서는 넓은 면적을 필요로 한다. 또한 태양광 발전은 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터가 필요하며, 설치장소에 있어서 남향으로부터 벗어날 경우 출력이 감소하므로 그림자에 의해 태양광 패널이 가려지지 않도록 하여 출력저하에 주의하여야 하는 측면이 있다.
청정에너지로 주목받는 태양광 발전은 기후와 날씨에 따라 그 발전량이 달라지므로, 발전량을 정확하게 예측하기 어려워 전력 수급 측면에서 볼 때 다소 불안정한 면이 있다. 이러한 이유로 태양광만으로는 정확한 에너지 수급 계획을 수립할 수가 없어, 태양광에 의해 생산된 전기를 배터리에 저장한 후 전력을 공급하여 안정적인 전력운영시스템의 구축이 필요하다.
우리나라에서는 이러한 태양광 발전의 출력 변동성을 해소하고, 태양광 발전 사업 투자를 유도하기 위해 태양광발전소에 배터리 전력저장장치(Battery Energy Storage System; BESS)를 설치해 생산한 전기에 대해 신재생에너지공급인증서(Renewable Energy Certificate; REC) 가중치(예시 5.0)를 부여하고 있으며 2016년 이후 태양광 발전의 보급여건을 고려하여 탄력적으로 가중치를 조정하고 있다.
따라서 기후와 날씨에 따라 발전량이 달라지는 태양광과 같은 신재생발전에 ESS를 연계시켜 생산된 전기를 저장했다가 필요할 때 사용함으로써 신재생발전의 효율과 경제성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
그러나 배터리 전력저장 시스템의 구축에는 상당한 투자비용이 요구된다. 만일 배터리 전력저장 시스템의 구축에 대한 신뢰할만한 경제성 평가가 이뤄지지 않는다면 투자자들이 경제적으로 큰 손실을 입을 우려가 있을 뿐만 아니라, 적극적인 투자유치 또한 기대할 수 없을 것이다.
따라서 배터리 전력저장 시스템의 구축에 대한 체계적인 경제성 분석을 통해 배터리의 최적용량을 산출할 수 있는 새로운 설계방법의 개발이 절실히 요청된다.
한국공개특허공보 10-2018-0044561호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 투자비용 회수기간을 최대한 단축할 수 있도록 하는 배터리의 최적용량을 산출하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 투자수익을 최대한 확보할 수 있도록 하는 배터리의 최적용량을 산출하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 태양광 발전기와 배터리로 이뤄진 융합발전시스템에 대한 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법에 있어서,
태양광 발전량을 산출하기 위해 요구되는 자료를 입력하는 자료입력단계;
상기 자료입력단계에서 입력된 자료를 기초로 하여 태양광의 발전량을 산출하는 발전량 산출단계;
최적화 계산을 위한 최적화 조건을 입력하는 최적화조건 입력단계;
최적화 계산단계에 적용할 목적함수를 선택하는 목적함수 선택단계;
상기 선택된 목적함수를 만족하는 최적의 배터리 용량을 산출하는 최적화 계산단계;
상기 최적화 계산단계에서 산출된 결과를 출력하는 결과출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법을 제공한다.
또한 본 발명의 상기 자료입력단계는, 태양광 발전 설비가 설치된 지역 정보, 태양광 일사량, 및 대기 온도를 입력하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 자료입력단계는, 해당 지역에 설치된 태양광 발전설비의 제품 종류 및 용량, 경사각 및 방향각을 입력하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 구멍의 크기 확장은 권취롤러가 코팅층에 작용하는 장력에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 발전량 산출단계는 아래 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112019072904938-pat00001
여기서,
Figure 112019072904938-pat00002
: 태양광 모듈의 출력
Figure 112019072904938-pat00003
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00004
)에서의 공칭출력
Figure 112019072904938-pat00005
: 태양광 노후지수
Figure 112019072904938-pat00006
: 표면에서의 태양광 일사량
Figure 112019072904938-pat00007
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00008
)에서의 표면 일사량
Figure 112019072904938-pat00009
: 태양광 출력의 온도지수
Figure 112019072904938-pat00010
: 태양광 모듈 표면온도
Figure 112019072904938-pat00011
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00012
)에서의 표면 온도
Figure 112019072904938-pat00013
: 인버터 효율
또한 본 발명의 상기 수학식 1에서 경사진 태양광 표면의 총 일사량(
Figure 112019072904938-pat00014
)은 아래 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112019072904938-pat00015
여기서,
Figure 112019072904938-pat00016
: 경사진 태양광 표면의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00017
: 수평면의 직달 일사량
Figure 112019072904938-pat00018
: 수평면의 산란 일사량
Figure 112019072904938-pat00019
: 이방성 지수(경사면에서의 직달일사량/최대일사량)
Figure 112019072904938-pat00020
: 경사면에서의 빔 복사율과 수평면에서의 빔 비율
Figure 112019072904938-pat00021
: Reindl 기울어 진 곡면 모델의 모듈레이션 지수
Figure 112019072904938-pat00022
: 경사면의 각도(+)
Figure 112019072904938-pat00023
: 수평면에서의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00024
: 접지 반사율
또한 본 발명의 상기 수학식 1에서 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도(
Figure 112019072904938-pat00025
)는 아래 수학식 3에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
수학식 3
Figure 112019072904938-pat00026
여기서,
Figure 112019072904938-pat00027
: 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도
Figure 112019072904938-pat00028
: 대기온도
Figure 112019072904938-pat00029
: 경사면 태양광 표면의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00030
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00031
)에서의 태양광 표면온도
Figure 112019072904938-pat00032
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00033
)에서의 대기온도
Figure 112019072904938-pat00034
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00035
)에서의 경사면 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00036
: 최대출력에서의 태양광 효율
Figure 112019072904938-pat00037
: 모듈 투과율
Figure 112019072904938-pat00038
: 모듈 흡수율
또한 본 발명의 상기 최적화조건 입력단계는, 배터리 최적용량 계산을 위해 배터리 충전시간 및 방전시간, 충방전 효율, 배터리에 충전된 전력의 판매를 통한 수익을 계산하기 위한 수학식, 경제성 평가를 위한 투자회수기간을 계산하기 위한 수학식을 입력하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 배터리에 충전된 전력의 판매를 통한 수익을 계산하기 위한 수학식은 아래 수학식 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 4]
태양광 발전사업의 수익금 = 전력판매량 × (SMP + REC × REC가중치)
SMP : 전력시장에 판매하는 가격
REC : 신재생에너지 공급인증서 단가
또한 본 발명의 상기 목적함수는, 최소 투자회수기간 또는 최대 판매수익인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 최적 용량 설계방법은 투자자로 하여금 태양광 발전 기반의 융합 발전시스템에 있어서, 배터리의 투자판단을 위한 중요한 정보를 제공하여 투자 불안을 제거하고, 신뢰성 있는 투자계획 수립을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 배터리 최적 용량 설계방법은 투자자에게 투자비용 회수기간을 제시하여, 합리적인 투자계획을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 배터리 최적 용량 설계방법은 투자자에게 최대 판매수익을 제시하여, 합리적인 수익계산이 가능하게 하는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 전국 28개 기상관측지점을 나타내는 도면이다.
도 3은 통상적인 하루 동안의 태양광 발전량을 나타내는 도면이다.
도 4는 통상적인 1년 동안의 태양광 발전량을 나타내는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 전국 28개 기상관측지점을 나타내는 도면이며, 도 3은 통상적인 하루 동안의 태양광 발전량을 나타내는 도면이고, 도 4는 통상적인 1년 동안의 태양광 발전량을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법은 자료입력단계, 발전량 산출단계, 최적화조건 입력단계, 목적함수 선택단계, 최적화 계산단계, 결과출력단계를 포함한다.
태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법에 대해 각 단계별로 설명한다.
자료입력단계는 태양광 발전량을 산출하기 위해 요구되는 자료를 입력하는 단계이다.
태양광 발전해석을 위해서는 설치된 지역의 일사량, 대기 온도 및 습도 등의 기후 정보가 필요하다. 이를 위해 태양광 발전 설비가 설치된 지역의 날씨자료를 입력한다. 도 2를 참조하면, 우리나라의 기상청 관측지 103개 중 태양광 발전정보를 계측하고 있는 대표지역을 확인할 수 있다.
다음으로는 설치된 발전 설비의 구체적인 사양이 입력된다. 구체적으로 해당 지역에 설치된 태양광 발전설비의 제품 종류 및 용량뿐만 아니라, 태양광 발전설비가 설치된 경사각, 방향각 등 제품 설치 조건을 입력한다. 이는 태양광 패널의 경우 설치 조건에 따라 일사량의 크기가 달라지고 발전량의 계산결과에도 크게 영향을 주기 때문이다.
발전량 산출단계는 상기 자료입력단계에서 입력된 자료를 기초로 하여 태양광의 발전량을 산출하는 단계이다.
이 단계에서는 1년 기후 정보를 바탕으로 하여 설치된 태양광 발전 설비가 생산 가능한 태양광 발전량을 산출한다.
본 발명의 발전량 산출단계에서는 먼저 설치된 제품표면에서의 일사량을 계산하고 그 다음 일사량을 이용하여 발전량을 계산하게 된다.
경사면에서의 일사량 계산수식은 선택한 제품의 표준시험조건(1000W/m2, 25℃)에서의 공칭출력 P STC 과 설치장소 및 설치조건에 따라 계산되는 제품 표면에서의 태양광 일사량
Figure 112019072904938-pat00039
과 외기온도에 따른 표면온도 T C 의 영향을 고려하여 다음 수학식 1과 같이 계산된다.
[수학식 1]
Figure 112019072904938-pat00040
여기서,
Figure 112019072904938-pat00041
: 태양광 모듈의 출력
Figure 112019072904938-pat00042
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00043
)에서의 공칭출력
Figure 112019072904938-pat00044
: 태양광 노후지수
Figure 112019072904938-pat00045
: 표면에서의 태양광 일사량
Figure 112019072904938-pat00046
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00047
)에서의 표면 일사량
Figure 112019072904938-pat00048
: 태양광 출력의 온도지수
Figure 112019072904938-pat00049
: 태양광 모듈 표면온도
Figure 112019072904938-pat00050
: 표준시험조건(1000W/m2, 25
Figure 112019072904938-pat00051
)에서의 표면 온도
Figure 112019072904938-pat00052
: 인버터 효율
그리고 상기 수학식 1에서 경사진 태양광 표면의 총 일사량(
Figure 112019072904938-pat00053
)은 아래 수학식 2에 의해 산출된다.
[수학식 2]
Figure 112019072904938-pat00054
여기서,
Figure 112019072904938-pat00055
: 경사진 태양광 표면의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00056
: 수평면의 직달 일사량
Figure 112019072904938-pat00057
: 수평면의 산란 일사량
Figure 112019072904938-pat00058
: 이방성 지수(경사면에서의 직달일사량/최대일사량)
Figure 112019072904938-pat00059
: 경사면에서의 빔 복사율과 수평면에서의 빔 비율
Figure 112019072904938-pat00060
: Reindl 기울어 진 곡면 모델의 모듈레이션 지수
Figure 112019072904938-pat00061
: 경사면의 각도(+)
Figure 112019072904938-pat00062
: 수평면에서의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00063
: 접지 반사율
상기 수학식 1에서 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도(
Figure 112019072904938-pat00064
)는 아래 수학식 3에 의해 산출된다.
[수학식 3]
Figure 112019072904938-pat00065
여기서,
Figure 112019072904938-pat00066
: 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도
Figure 112019072904938-pat00067
: 대기온도
Figure 112019072904938-pat00068
: 경사면 태양광 표면의 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00069
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00070
)에서의 태양광 표면온도
Figure 112019072904938-pat00071
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00072
)에서의 대기온도
Figure 112019072904938-pat00073
: 공칭시험조건(800W/m2, 20
Figure 112019072904938-pat00074
)에서의 경사면 총 일사량
Figure 112019072904938-pat00075
: 최대출력에서의 태양광 효율
Figure 112019072904938-pat00076
: 모듈 투과율
Figure 112019072904938-pat00077
: 모듈 흡수율
최적화조건 입력단계는 최적화 계산에 앞서 최적화 계산에 필요한 선행 조건을 입력하는 단계이다.
이를 위해 우선 배터리 충전시간 및 방전시간이 입력된다. 우리나라 신재생에너지 공급의무화제도에 따르면 태양광발전의 설치유형과 용량에 따라 다양한 공급인증서(REC) 가중치를 부여하고 있으며 특히 RPS 대상 태양광설비와 연계된 ESS설비의 경우 충전은 10시부터 16시까지 시간대로 제한되어 있고 그 외 시간대에 방전하는 전력량에 한하여 가장 큰 REC 가중치(예시 5.0)를 적용하게 된다. 이를 통해 태양광 발전이 주를 이루는 낮시간에는 충전을 하고, 그 이외의 시간에는 항시 방전이 가능하도록 하고 있다.
또한 배터리는 충방전시 소정의 효율이 있으므로, 최적화 계산에 이를 반영하기 위해 충방전 효율을 입력한다.
다음으로는 배터리에 충전된 전력의 판매를 통한 수익에 대한 수학식을 입력한다. 태양광 발전사업의 수익은 전력시장에 판매하는 가격(SMP)과 신재생에너지 공급인증서(REC) 단가 및 가중치를 통해 계산할 수 있다. 다음 수학식 4는 배터리에 충전된 전력의 판매 수익을 계산하는 수학식이다.
[수학식 4]
태양광 발전사업의 수익금 = 전력판매량 × (SMP + REC × REC가중치)
SMP : 전력시장에 판매하는 가격
REC : 신재생에너지 공급인증서 단가
최종적으로 경제성 평가를 위한 투자회수기간을 다음 수학식 5로 계산할 수 있다.
[수학식 5]
투자비 회수기간 = 초기 투자비 / 연간 수익
목적함수 선택단계는 최적화 계산단계에 적용할 목적함수를 선택하는 단계이다. 목적함수는, 최소 투자비 회수기간 또는 최대 판매수익이다. 투자자는 투자회수기간을 최소화하거나 판매수익을 최대로 하기 위한 조건을 목적함수로 선택함으로써, 투자여부를 판단할 수 있는 경제성 검토 관점을 최적화 계산에 반영할 수 있다.
최적화 계산단계는 상기 선택된 목적함수를 만족하는 최적의 배터리 용량을 산출하는 단계이다.
이를 통해 투자자는 번거로운 시행착오를 거쳐 조건을 변경할 필요 없이, 선택한 목적함수를 만족하는 최적조건을 얻을 수 있는 것이다.
결과출력단계는 상기 최적화 계산단계에서 산출된 결과를 출력하는 단계이다.
이 단계에서는 최적화 계산을 통해 산출된 배터리의 최적 용량을 화면에 디스플레이 하여, 투자자로 하여금 구체적인 배터리 설치 용량을 제시한다.
본 발명에 따른 배터리 최적 용량 설계방법은 투자자로 하여금 태양광 발전 기반의 융합 발전시스템에 있어서, 배터리의 투자판단을 위한 중요한 정보를 제공하여 투자 불안을 제거하고, 신뢰성 있는 투자계획 수립을 가능하게 한다.
또한 본 발명에 따른 배터리 최적 용량 설계방법은 투자자에게 투자비용 회수기간을 제시하여, 합리적인 투자계획을 가능하게 하며, 투자자에게 최대 판매수익을 제시하여, 합리적인 수익계산이 가능하게 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (9)

  1. 태양광 발전기와 배터리로 이뤄진 융합발전시스템에 대한 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법에 있어서,
    태양광 발전량을 산출하기 위해 요구되는 자료를 입력하는 자료입력단계;
    상기 자료입력단계에서 입력된 자료를 기초로 하여 태양광의 발전량을 산출하는 발전량 산출단계;
    최적화 계산을 위한 최적화 조건을 입력하는 최적화조건 입력단계;
    최적화 계산단계에 적용할 목적함수를 선택하는 목적함수 선택단계;
    상기 선택된 목적함수를 만족하는 최적의 배터리 용량을 산출하는 최적화 계산단계;
    상기 최적화 계산단계에서 산출된 결과를 출력하는 결과출력단계;를 포함하며,
    상기 자료입력단계는, 태양광 발전 설비가 설치된 지역 정보, 태양광 일사량, 및 대기 온도를 입력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 자료입력단계는, 해당 지역에 설치된 태양광 발전설비의 제품 종류 및 용량, 경사각 및 방향각을 입력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 발전량 산출단계는 아래 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하며,
    [수학식 1]
    Figure 112019119866410-pat00120
    여기서,
    Figure 112019119866410-pat00121
    : 태양광 모듈의 출력
    Figure 112019119866410-pat00122
    : 표준시험조건(1000W/m2, 25
    Figure 112019119866410-pat00123
    )에서의 공칭출력
    Figure 112019119866410-pat00124
    : 태양광 노후지수
    Figure 112019119866410-pat00125
    : 표면에서의 태양광 일사량
    Figure 112019119866410-pat00126
    : 표준시험조건(1000W/m2, 25
    Figure 112019119866410-pat00127
    )에서의 표면 일사량
    Figure 112019119866410-pat00128
    : 태양광 출력의 온도지수
    Figure 112019119866410-pat00129
    : 태양광 모듈 표면온도
    Figure 112019119866410-pat00130
    : 표준시험조건(1000W/m2, 25
    Figure 112019119866410-pat00131
    )에서의 표면 온도
    Figure 112019119866410-pat00132
    : 인버터 효율
    상기 수학식 1에서 경사진 태양광 표면의 총 일사량(
    Figure 112019119866410-pat00133
    )은 아래 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하며,
    [수학식 2]
    Figure 112019119866410-pat00134
    여기서,
    Figure 112019119866410-pat00135
    : 경사진 태양광 표면의 총 일사량
    Figure 112019119866410-pat00136
    : 수평면의 직달 일사량
    Figure 112019119866410-pat00137
    : 수평면의 산란 일사량
    Figure 112019119866410-pat00138
    : 이방성 지수(경사면에서의 직달일사량/최대일사량)
    Figure 112019119866410-pat00139
    : 경사면에서의 빔 복사율과 수평면에서의 빔 비율
    Figure 112019119866410-pat00140
    : Reindl 기울어 진 곡면 모델의 모듈레이션 지수
    Figure 112019119866410-pat00141
    : 경사면의 각도(+)
    Figure 112019119866410-pat00142
    : 수평면에서의 총 일사량
    Figure 112019119866410-pat00143
    : 접지 반사율
    상기 수학식 1에서 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도(
    Figure 112019119866410-pat00144
    )는 아래 수학식 3에 의해 산출되는 것을 특징으로 하며,
    수학식 3
    Figure 112019119866410-pat00145
    여기서,
    Figure 112019119866410-pat00146
    : 외기온도에 따른 표면온도 모듈 표면 온도
    Figure 112019119866410-pat00147
    : 대기온도
    Figure 112019119866410-pat00148
    : 경사면 태양광 표면의 총 일사량
    Figure 112019119866410-pat00149
    : 공칭시험조건(800W/m2, 20
    Figure 112019119866410-pat00150
    )에서의 태양광 표면온도
    Figure 112019119866410-pat00151
    : 공칭시험조건(800W/m2, 20
    Figure 112019119866410-pat00152
    )에서의 대기온도
    Figure 112019119866410-pat00153
    : 공칭시험조건(800W/m2, 20
    Figure 112019119866410-pat00154
    )에서의 경사면 총 일사량
    Figure 112019119866410-pat00155
    : 최대출력에서의 태양광 효율
    Figure 112019119866410-pat00156
    : 모듈 투과율
    Figure 112019119866410-pat00157
    : 모듈 흡수율
    상기 최적화조건 입력단계는, 배터리 최적용량 계산을 위해 배터리 충전시간 및 방전시간, 충방전 효율, 배터리에 충전된 전력의 판매를 통한 수익을 계산하기 위한 수학식, 경제성 평가를 위한 투자회수기간을 계산하기 위한 수학식을 입력하는 것을 특징으로 하며,
    상기 배터리에 충전된 전력의 판매를 통한 수익을 계산하기 위한 수학식은 아래 수학식 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 하며,
    [수학식 4]
    태양광 발전사업의 수익금 = 전력판매량 × (SMP + REC × REC가중치)
    SMP : 전력시장에 판매하는 가격
    REC : 신재생에너지 공급인증서 단가
    상기 목적함수는, 최소 투자회수기간 또는 최대 판매수익인 것을 특징으로 하는, 태양광 발전 기반의 융합 발전용 배터리의 최적용량 설계방법

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020190085949A 2019-07-16 2019-07-16 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법 KR102072972B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190085949A KR102072972B1 (ko) 2019-07-16 2019-07-16 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190085949A KR102072972B1 (ko) 2019-07-16 2019-07-16 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102072972B1 true KR102072972B1 (ko) 2020-02-04

Family

ID=69571091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190085949A KR102072972B1 (ko) 2019-07-16 2019-07-16 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102072972B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102188371B1 (ko) 2020-09-09 2020-12-08 (주)세명이앤씨 발전효율 증대 및 안전사고 예방 태양광 발전 시스템
KR102192000B1 (ko) 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
CN114139953A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 国网浙江省电力有限公司丽水供电公司 一种混合式抽水蓄能电站的库容分配方法及系统
US20220085605A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Capacity design method and apparatus for performing solar power generation of residential complex
KR20220049320A (ko) 2020-10-14 2022-04-21 주식회사 시너지 스마트 에너지 융합 솔루션 시스템
CN115146403A (zh) * 2022-06-17 2022-10-04 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 一种波形布置的光伏组件及其最优布置角度的计算方法
KR20230004337A (ko) 2021-06-30 2023-01-06 전북대학교산학협력단 태양광 발전의 최적 설계 방법 및 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180044561A (ko) 2016-10-24 2018-05-03 한국전기연구원 독립형 마이크로그리드에서 에너지저장장치의 최적용량을 산정하기 위한 장치 및 그 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180044561A (ko) 2016-10-24 2018-05-03 한국전기연구원 독립형 마이크로그리드에서 에너지저장장치의 최적용량을 산정하기 위한 장치 및 그 방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102192000B1 (ko) 2020-04-29 2020-12-16 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
WO2021221270A1 (ko) 2020-04-29 2021-11-04 주식회사 시너지 분산형 발전 설비의 발전 효율 향상 장치 및 방법
US11823833B2 (en) 2020-04-29 2023-11-21 Synergy Inc. Apparatus and method for improving efficiency of distributed generation facility
KR102188371B1 (ko) 2020-09-09 2020-12-08 (주)세명이앤씨 발전효율 증대 및 안전사고 예방 태양광 발전 시스템
US20220085605A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Capacity design method and apparatus for performing solar power generation of residential complex
KR20220049320A (ko) 2020-10-14 2022-04-21 주식회사 시너지 스마트 에너지 융합 솔루션 시스템
KR20230004337A (ko) 2021-06-30 2023-01-06 전북대학교산학협력단 태양광 발전의 최적 설계 방법 및 시스템
CN114139953A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 国网浙江省电力有限公司丽水供电公司 一种混合式抽水蓄能电站的库容分配方法及系统
CN115146403A (zh) * 2022-06-17 2022-10-04 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 一种波形布置的光伏组件及其最优布置角度的计算方法
CN115146403B (zh) * 2022-06-17 2024-03-22 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 一种波形布置的光伏组件及其最优布置角度的计算方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102072972B1 (ko) 태양광발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법
Kaabeche et al. Techno-economic valuation and optimization of integrated photovoltaic/wind energy conversion system
Anoune et al. Sizing a PV-Wind based hybrid system using deterministic approach
Rad et al. A comprehensive study of techno-economic and environmental features of different solar tracking systems for residential photovoltaic installations
Lamedica et al. A MILP methodology to optimize sizing of PV-Wind renewable energy systems
Agarwal et al. Optimization of grid independent hybrid PV–diesel–battery system for power generation in remote villages of Uttar Pradesh, India
Khatib et al. A review of photovoltaic systems size optimization techniques
Nandi et al. A wind–PV-battery hybrid power system at Sitakunda in Bangladesh
Ismail et al. Design of an optimized photovoltaic and microturbine hybrid power system for a remote small community: Case study of Palestine
Ahmad et al. Renewable energy integration/techno-economic feasibility analysis, cost/benefit impact on islanded and grid-connected operations: A case study
JP2013529051A (ja) 太陽光発電予測システム並びに方法
Khatib et al. A software tool for optimal sizing of PV systems in Malaysia
Dekkiche et al. Techno-economic comparative study of grid-connected PV/reformer/FC hybrid systems with distinct solar tracking systems
Syed Near-optimal standalone hybrid PV/WE system sizing method
Chiras Solar Electricity Basics: A Green Energy Guide
Kichou et al. Energy performance enhancement of a research centre based on solar potential analysis and energy management
Wright et al. Micro-tracked CPV can Be cost competitive with PV in behind-the-meter applications with demand charges
Hiendro et al. Optimum renewable fraction for grid-connected photovoltaic in office building energy systems in Indonesia
KR102072969B1 (ko) 풍력발전을 연계한 배터리 전력저장장치의 최적용량 설계방법
Khan et al. Experimental and simulation analysis of grid-connected rooftop photovoltaic system for a large-scale facility
Eslami et al. How policies affect the cost-effectiveness of residential renewable energy in Iran: A techno-economic analysis for optimization
Al-Sharafi et al. Overall performance index for hybrid power plants
Heidari et al. Techno-economic optimization and Strategic assessment of sustainable energy solutions for Powering remote communities
Emad et al. Sizing methodology for hybrid solar photovoltaic/hydrogen system using deterministic balance method (dbm)-case study in egypt
Rasool et al. Comprehensive techno-economic analysis of a standalone renewable energy system for simultaneous electrical load management and hydrogen generation for Fuel Cell Electric Vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant