KR102105901B1 - Bipv 및 pv 하이브리드 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명을 사용하면, 하나의 에너지관리시스템에서 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈을 통합적으로 제어하고 관리할 수 있다.
본 발명을 사용하면, 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈 사이의 역전류를 방지할 수 있다.
본 발명은 아크차단유닛에서, 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈에 문제가 생겨서 발생하는 아크를 감지하고 차단할 수 있다.
본 발명은 아크차단유닛에서 아크를 감지하고 차단한 다음, 에너지관리시스템은 아크추적유닛으로부터 신호를 받아, 어느 태양광 발전모듈 또는 어느 건물 일체형 태양광 발전모듈에서 아크 발생 원인을 제공했는지 찾아낸다.

Description

BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템{Building Integrated Photovoltaic system together with Photovoltaic system}
본 발명은 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
평지, 산악, 호수면, 해수면, 지붕, 옥상에 설치되는 태양광 발전모듈과 달리, 건물 일체형 태양광 발전모듈은 건물의 외벽, 창호 등에 건물과 일체되어 설치된다.
이러한 건물 일체형 태양광 발전모듈은 태양전지가 하나의 건축자재로 활용되며, 태양전지에서 생산된 전기에너지를 바로 건물 내부로 공급하여 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
그러나, 현재까지 건물 일체형 태양광 발전모듈들과 태양광 발전모듈들을 통합하여 관리하는 태양광 발전시스템에 대한 연구개발은 미흡한 실정이다.
한국등록특허(10-2043919)
본 발명의 목적은, BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템은,
태양광 발전모듈들;
건물 일체형 태양광 발전모듈들;
상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 전력변환시스템;
상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 상기 전력변환시스템으로 공급하는 태양광접속반;
상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 전력변환시스템으로 전달하는 메인선로에 설치되어, 아크를 감지하고 차단하는 아크차단유닛;
상기 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 메인선로로 보내는 제1서브선로에 설치된 제1역전류방지장치;
상기 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 제1서브선로로 보내기 위해, 상기 태양광 발전모듈들 각각과 상기 제1서브선로를 연결하는 제1분기선로들;
상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 DC 전력을 모아서 상기 메인선로로 보내는 제2서브선로에 설치된 제2역전류방지장치;
상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 제2서브선로로 보내기 위해, 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들 각각과 상기 제2서브선로를 연결하는 제2분기선로들;
아크 발생 원인을 추적하는 아크추적유닛;
상기 아크추적유닛으로부터 신호를 받아, 어느 태양광 발전모듈 또는 어느 건물 일체형 태양광 발전모듈에서 아크 발생 원인을 제공하였는지 찾아내는 에너지관리시스템 및
과잉 생산된 전력을 배터리에 저장해 두었다가 전력 부족시 방전하는 에너지저장시스템을 포함하며,
상기 아크추적유닛은,
상기 제1분기선로들과 상기 제2분기선로들 각각 마다 설치되어, 상기 제1분기선로들과 상기 제2분기선로들 각각이 통과하는 센서몸체들과 상기 센서몸체들 각각에 감기는 센서라인으로 구성된 주파수감지센서;
상기 센서라인을 타고 들어온 주파수성분신호를 증폭하는 제1증폭부;
상기 센서몸체 주위 자기장의 변화를 감지하는 자기장감지센서; 및
상기 자기장감지센서에서 나오는 자기장신호를 증폭하는 제2증폭부로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명을 사용하면, 하나의 에너지관리시스템에서 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈을 통합적으로 제어하고 관리할 수 있다.
본 발명을 사용하면, 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈 사이의 역전류를 방지할 수 있다.
본 발명은 아크차단유닛에서, 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈에 문제가 생겨서 발생하는 아크를 감지하고 차단할 수 있다.
본 발명은 아크차단유닛에서 아크를 감지하고 차단한 다음, 에너지관리시스템은 아크추적유닛으로부터 신호를 받아, 어느 태양광 발전모듈 또는 어느 건물 일체형 태양광 발전모듈에서 아크 발생 원인을 제공했는지 찾아낸다. 에너지관리시스템은, 아크추적유닛이 보내준, 주파수성분신호값과 자기장신호값이 모두 설정된 범위 내에 있으면 태양광 발전모듈들 또는 건물 일체형 태양광 발전모듈이 정상인 것으로 판단하고, 주파수성분신호값과 자기장신호값 중 어느 하나라도 설정된 범위를 벗어나면, 태양광 발전모듈들 또는 건물 일체형 태양광 발전모듈에 이상이 있는 것으로 판단한다. 이러한 방식으로 아크발생시, 아크 발생 원인을 제공한 태양광 발전모듈들 또는 건물 일체형 태양광 발전모듈을 정확하게 찾아내, 문제가 있는 태양광 발전모듈 또는 건물 일체형 태양광 발전모듈만을 신속하게 교체할 수 있다.
본 발명은, 태양광 발전모듈과 건물 일체형 태양광 발전모듈 사이의 역전류를 방지하는 장치로 다이오드 대신 전자퓨즈를 사용할 수 있다. 전자퓨즈를 사용함으로써 다이오드 사용시 보다 발열량이 현저하게 줄어들어, 방열판 설치를 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 아크추적유닛의 구체적 구성과 아크추적유닛과 연결된 에너지관리시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1분기선로, 제2분기선로, 센서몸체, 주파수감지센서, 자기장감지센서의 위치관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템을 자세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1)은, 태양광 발전모듈(2)들, 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들, 전력변환시스템(30), 태양광접속반(10), 아크차단유닛(15), 제1역전류방지장치(13a), 제1분기선로(DL1)들, 제2역전류방지장치(13b), 제2분기선로(DL2)들, 아크추적유닛(11), 에너지관리시스템(20), 에너지저장시스템(40)로 구성된다.
태양광 발전모듈(2)은 평지, 산악, 호수면, 해수면, 지붕, 옥상에 설치되어, 태양으로부터 받은 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꿔주는 장치다.
건물 일체형 태양광 발전모듈(3)은 건물의 외벽, 창호 등에 설치되어, 태양으로부터 받은 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꿔주는 장치다.
전력변환시스템(30)은 태양광 발전모듈(2)들과 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들에서 발생한 DC 전력을 AC 전력으로 변환시킨다.
태양광접속반(10)은 태양광 발전모듈(2)들과 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들에서 발생한 DC 전력을 전력변환시스템(30)으로 공급한다. 태양광접속반(10)에는, 태양광 관련 통합정보를 에너지관리시스템(20)으로 전송하는 RTU, 실시간으로 채널별 전압.전류.전력 등의 태양광 발전 설비에 필요한 정보를 측정하는 스트링모듈, 낙뢰 및 과전압으로부터 태양광 설비를 보호하는 서지보호기, DC누설감지기, 낙뢰감지부가 포함된다.
또한, 태양광접속반(10) 내에는, 아크차단유닛(15), 제1역전류방지장치(13a), 제2역전류방지장치(13b), 아크추적유닛(11)이 설치된다.
아크차단유닛(15)은 아크를 감지하고 차단한다. 아크차단유닛(15)은 메인선로(ML)에 설치된다. 메인선로(ML)는 태양광 발전모듈(2)들과 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들에서 발생한 DC 전력을 모아서 전력변환시스템(30)으로 전달하는 선로다.
제1역전류방지장치(13a)는 태양광 발전모듈(2)들에서 발생한 DC 전력을 모아서 메인선로(ML)로 보내는 제1서브선로(SL1)에 설치된다.
제1역전류방지장치(13a)는 다이오드로 구성되며, 방열판(HS) 위에 설치된다. 방열판(HS)은 제1역전류방지장치(13a)에서 발생된 열을 외부로 방출시킨다.
제1분기선로(DL1)들은 태양광 발전모듈(2)들에서 발생한 DC 전력을 모아 제1서브선로(SL1)로 보내기 위해, 태양광 발전모듈(2)들 각각과 제1서브선로(SL1)를 연결하는 선로다.
제2역전류방지장치(13b)는 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들에서 DC 전력을 모아서 메인선로(ML)로 보내는 제2서브선로(SL2)에 설치된다. 제2역전류방지장치(13b)는 다이오드로 구성되며, 방열판(HS) 위에 설치된다. 방열판(HS)은 제2역전류방지장치(13b)에서 발생된 열을 외부로 방출시킨다.
제2분기선로(DL2)들은 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들에서 발생한 DC 전력을 모아서 제2서브선로(SL2)로 보내기 위해, 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)들 각각과 제2서브선로(SL2)를 연결하는 선로다.
아크추적유닛(11)은 아크 발생 원인을 추적한다. 아크추적유닛(11)의 자세한 구성은 후술한다.
에너지관리시스템(20, Energy Management System, EMS)은 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1)의 에너지 흐름을 종합적으로 제어하고 관리한다. 에너지관리시스템(20)은 아크추적유닛(11)으로부터 신호를 받아, 어느 태양광 발전모듈(2) 또는 어느 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)에서 아크 발생 원인을 제공하였는지 찾아낸다.
에너지저장시스템(40, Energy Storage System, ESS)은 대용량 전력 저장 장치로서, 과잉 생산된 전력을 배터리에 저장해 두었다가 전력 부족시 방전한다. 에너지저장시스템(40)은 수많은 배터리들로 구성되어, 배터리들 각각에서 출력되는 전류가 모아져 전력변환시스템(30)으로 들어가게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 아크추적유닛(11)은 주파수감지센서(110), 제1증폭부(120), 자기장감지센서(210), 제2증폭부(220)로 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 주파수감지센서(110)는 센서몸체(111), 센서라인(112)으로 구성된다. 도 4에 도시된 Vcc는 전압공급선(211)에 공급되는 전압을 나타내고, Vg는 접지선(212)에 연결된 그라운드 전압 0V를 나타내고, Signal out는 신호선(213)으로 나오는 자기장신호를 나타낸다.
센서몸체(111)는 페라이트 재질로 만들어진다. 센서몸체(111)는 중심이 뚫려 있는 링 형상을 가진다. 센서몸체(111)의 중심으로 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2) 한 가닥이 통과한다. 이때, 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2) 마다 이에 대응하는 센서몸체(111) 사이의 거리(D)를 일정하게 만들어, 주파수감지센서(110)가 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류의 변화를, 모든 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 대해서 같은 기준(센서몸체와 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)의 거리가 동일함)으로, 일관성 있게 판단할 수 있게 만든다.
센서라인(112)은 센서몸체(111)에 감긴다. 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류의 변화에 따라, 센서라인(112)을 타고 들어오는 주파수 성분이 달라진다.
센서라인(112)은 센서몸체(111)에 90~110회 감기고, 2~4Ω 저항값을 가진다. 최적의 감긴 회수는 100회이며, 최적의 저항값은 3Ω이다.
센서라인(112)이 센서몸체(111)에 90회 보다 덜 감기거나 센서라인(112)의 저항값이 2Ω 보다 낮으면, 센서라인(112)의 감도가 낮아져 전류의 변화에 따른 주파수 성분이 센서라인(112)을 타고 들어오기 어렵다.
반면, 센서라인(112)이 센서몸체(111)에 110회 보다 더 감기거나 센서라인(112)의 저항값이 4Ω 보다 크면, 센서라인(112) 주변 노이즈 주파수 성분도 쉽게 센서라인(112)으로 타고 들어와 전류의 변화에 따른 주파수 성분을 파악하기 어렵다.
제1증폭부(120)는 센서라인(112)을 타고 들어온 주파수성분신호를 증폭한다.
센서몸체(111)의 하부 중앙은 N극과 S극을 형성하기 위해 절개된다. 자기장감지센서(210)는 절개된 부분의 정중앙에 위치된다. 절개된 부분의 정중앙에 자기장감지센서(210)가 위치되면, 센서값의 선형성이 좋아져 자기장감지센서(210) 측정값의 신뢰성이 높아진다.
자기장감지센서(210)에는 전압공급선(211), 접지선(212), 신호선(213)이 각각 연결된다. 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류가 변할 경우, 센서몸체(111) 주위의 자기장이 변하게 된다. 자기장감지센서(210)는 센서몸체(111) 주위 자기장의 변화를 감지한다.
제2증폭부(220)는 자기장감지센서(210)로부터 출력된 자기장신호를 받아 증폭한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 에너지관리시스템(20)은 제1증폭부(120)와 제2증폭부(220)와 각각 연결된다.
에너지관리시스템(20)은 제1증폭부(120)로부터 증폭된 주파수성분신호를 받고, 제2증폭부(220)로부터 증폭된 자기장신호를 받는다.
에너지관리시스템(20)은 주파수성분신호값이 설정된 범위에 있는지와, 자기장신호값이 설정된 범위에 있는지로 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류의 이상 유무를 판단한다.
주파수성분신호값과 자기장신호값이 모두 설정된 범위내에 있으면 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류가 정상인 것으로 판단하고, 주파수성분신호값과 자기장신호값 어느 하나라도 설정된 범위를 벗어나면, 제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류에 이상이 있는 것으로 판단한다.
제1분기선로(DL1) 또는 제2분기선로(DL2)에 흐르는 전류에 이상이 있으면, 그 제1분기선로(DL1)에 연결된 태양광 발전모듈(2) 또는 제2분기선로(DL2)에 연결된 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)에 이상이 있어, 아크 발생 원인을 제공한 것으로 판단한다.
이러한 방식으로, 아크발생시, 아크 발생 원인을 제공한 태양광 발전모듈(2)들 또는 건물 일체형 태양광 발전모듈(3)을 정확하게 찾아낸다.
이하, 제2실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템을 설명한다. 제1실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1)과 동일한 구성에는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1')은 제1실시예에 따른 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1)과, 제1역전류방지장치(14a)와 제2역전류방지장치(14b)에서만 차이가 있다. 나머지 구성요소는 모두 동일하다.
제1역전류방지장치(14a) 및 제2역전류방지장치(14b)는 다이오드가 아니라 전자퓨즈로 구성된다. 전자 퓨즈는 전자 회로에서 과전류나 역전류를 감지하여 차단하는 장치다. 전자퓨즈를 사용함으로써 다이오드 사용시 보다 발열량이 현저하게 줄어들어, 제1역전류방지장치(14a) 및 제2역전류방지장치(14b) 뒤에 방열판 설치가 필요 없어진다. 이로 인해, BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템(1')의 구성이 보다 간단해진다.
1,1': BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템
2: 태양광 발전모듈 　　 3: 건물 일체형 태양광 발전모듈
10: 태양광접속반 　　　11: 아크추적유닛
13a,14a:　제1역전류방지장치　 13ｂ,14b:　제２역전류방지장치
15: 아크차단유닛 　　　20: 에너지관리시스템
30: 전력변환시스템 　　　40: 에너지저장시스템
ML: 메인선로 SL1: 제1서브선로
SL2:　제２서브선로 DL1: 제1분기선로
DL2:　제2분기선로 HS: 방열판

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 태양광 발전모듈들;
    건물 일체형 태양광 발전모듈들;
    상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 전력변환시스템;
    상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 상기 전력변환시스템으로 공급하는 태양광접속반;
    상기 태양광 발전모듈들과 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 전력변환시스템으로 전달하는 메인선로에 설치되어, 아크를 감지하고 차단하는 아크차단유닛;
    상기 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 메인선로로 보내는 제1서브선로에 설치된 제1역전류방지장치;
    상기 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 제1서브선로로 보내기 위해, 상기 태양광 발전모듈들 각각과 상기 제1서브선로를 연결하는 제1분기선로들;
    상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 DC 전력을 모아서 상기 메인선로로 보내는 제2서브선로에 설치된 제2역전류방지장치;
    상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들에서 발생한 DC 전력을 모아서 상기 제2서브선로로 보내기 위해, 상기 건물 일체형 태양광 발전모듈들 각각과 상기 제2서브선로를 연결하는 제2분기선로들;
    아크 발생 원인을 추적하는 아크추적유닛;
    상기 아크추적유닛으로부터 신호를 받아, 어느 태양광 발전모듈 또는 어느 건물 일체형 태양광 발전모듈에서 아크 발생 원인을 제공하였는지 찾아내는 에너지관리시스템 및 과잉 생산된 전력을 배터리에 저장해 두었다가 전력 부족시 방전하는 에너지저장시스템을 포함하며,
    상기 아크추적유닛은,
    상기 제1분기선로들과 상기 제2분기선로들 각각 마다 설치되어, 상기 제1분기선로들과 상기 제2분기선로들 각각이 통과하는 센서몸체들과 상기 센서몸체들 각각에 감기는 센서라인으로 구성된 주파수감지센서;
    상기 센서라인을 타고 들어온 주파수성분신호를 증폭하는 제1증폭부;
    상기 센서몸체 주위 자기장의 변화를 감지하는 자기장감지센서; 및
    상기 자기장감지센서에서 나오는 자기장신호를 증폭하는 제2증폭부로 구성되며,
    상기 센서몸체는 하부 중앙이 절단된 링 형상을 가지며, 상기 센서라인은 상기 센서몸체에 90~110회 감기며, 2~4Ω의 저항값을 가지며,
    상기 자기장감지센서는 상기 절단된 부분의 정중앙에 위치된 것을 특징으로 하는 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1역전류방지장치 또는 상기 제2역전류방지장치는,
    방열판 위에 설치된 다이오드 이거나,
    방열판 없이 설치된 전자퓨즈인 것을 특징으로 하는 BIPV 및 PV 하이브리드 태양광 발전 시스템.
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