KR102269490B1 - 스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템 - Google Patents

스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 전력평준화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력보상장치를 이용한 충방전에 의해 스트링 사이의 출력을 평준화하도록 하여 간단한 장치 구성으로 태양광 발전을 통한 출력의 극대화가 가능하도록 하면서, 복수의 스트링에서 출력 저하가 발생하는 경우 전체 스트링 출력이 최대가되는 보상 전력을 산출하여 전력 보상이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치가 단일 방전부에 의해 전력으로 보상하면서도 병렬로 연결된 전체 스트링의 발전량을 극대화할 수 있도록 하는 스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템에 관한 것이다.

Description

스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템{A Power Equalization System for Photovolraic Device by Compensating Mulitiple Strings for Power}
본 발명은 태양광 전력평준화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력보상장치를 이용한 충방전에 의해 스트링 사이의 출력을 평준화하도록 하여 간단한 장치 구성으로 태양광 발전을 통한 출력의 극대화가 가능하도록 하면서, 복수의 스트링에서 출력 저하가 발생하는 경우 전체 스트링 출력이 최대가되는 보상 전력을 산출하여 전력 보상이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치가 단일 방전부에 의해 전력으로 보상하면서도 병렬로 연결된 전체 스트링의 발전량을 극대화할 수 있도록 하는 스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템에 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 하나의 태양광 패널 각각에서 생산되는 전력은 크지 않으므로, 복수의 태양광 패널이 직렬로 연결되어 하나의 스트링을 이루도록 하고, 복수의 스트링을 병렬로 연결하여 전력을 생산·공급하도록 하고 있다.
다만, 이러한 경우 스트링간의 전력 편차가 발생하게 되면 발전 전력이 저하된 스트링에 의해 전체 발전 전력이 급격하게 감소하게 되는 문제가 있었다.
따라서, 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.
또한, 복수의 스트링에서 출력의 저하가 발생하는 경우에 전력보상장치에서는 동일한 전력으로 복수의 스트링에 대해 보상을 실시할 수 밖에 없어 스트링간의 출력이 상이한 경우 보상을 받는 스트링간에 균형을 맞추기 어렵게 되고, 이에 따라 전체 출력이 오히려 저하되는 문제를 발생시키게 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 전력보상장치를 이용한 충방전에 의해 스트링 사이의 출력을 평준화하도록 하여 간단한 장치 구성으로 태양광 발전을 통한 출력의 극대화가 가능하도록 하면서, 복수의 스트링에서 출력 저하가 발생하는 경우 전체 스트링 출력이 최대가되는 보상 전력을 산출하여 전력 보상이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치가 단일 방전부에 의해 전력으로 보상하면서도 병렬로 연결된 전체 스트링의 발전량을 극대화할 수 있도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전체 스트링의 출력이 동일한 경우 전체 전력보상량이 적은 방향으로 보상할 스트링과 전력량을 결정하도록 함으로써 전력보상장치에 저장된 전력의 효율적인 사용이 가능하도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전력보상장치를 급속충전장치로 형성하여 전력보상장치의 전력량이 부족한 경우에는 출력이 저하된 스트링의 연결을 전력보상장치로 전환하여 급속 충전이 이루어지도록 함으로써 스트링의 출력 저하가 전체 출력에 미치는 영향을 최소화하고 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 스트링 출력 저하에 따른 전력보상장치로부터의 충방전시 스트링의 출력이 정상으로 회복되는 경우 즉각적으로 전력보상장치와의 연결을 해제하도록 하여 전력보상장치의 사용을 최소화하도록 함으로써 전력보상장치의 수명을 연장하고 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전력보상장치가 충방전되는 임계값을 지정하도록 하여 이에 따른 자동 충방전의 전환이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치의 범위 내에서 충방전을 통한 전력 평준화가 원활하게 유지될 수 있도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 스트링의 출력 저하에 따라 충방전되는 전력량을 누적 저장하여, 이에 따른 고장 지수를 산출하도록 함으로써 스트링의 고장 진단이 가능하도록 하는 태양광 전력평준화시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템은 태양광 패널이 복수개 직렬로 연결되는 스트링과; 병렬로 연결되는 복수의 스트링으로부터 전력을 모아 전달하며, 전력계통의 보호 기능을 수행하는 접속반과; 태양광 패널을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터와; 상기 복수의 스트링 각각에 연결되어 스트링간의 전력 편차를 최소화하는 계측연계장치와; 상기 계측연계장치와 연결되어 출력이 저하된 스트링에 대한 충방전을 실시하는 전력보상장치;를 포함하고, 상기 계측연계장치는 출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시키도록 하며, 전력보상장치의 저장 전력량에 따라 출력이 저하된 스트링에 대한 전력의 충방전을 조절하도록 하고, 상기 전력보상장치는 급속 충전이 가능한 장치로 형성되어 출력이 저하된 스트링으로부터 급속으로 발전 전력을 충전시키도록 하고, 출력이 저하된 복수 스트링에 대한 보상시에는 복수의 스트링 각각에 대한 균등한 보상 전력에 따른 스트링 전체의 출력을 비교하여 출력이 최대가 되도록 보상 전력을 결정하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 계측연계장치는 각 스트링의 출력 전류 또는 전압을 측정하는 계측부와, 각 스트링과 전력보상장치 사이의 연결을 조절하는 스위칭부와, 상기 전력보상장치로부터의 충방전을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 제어부는 출력이 저하된 스트링을 검출하는 발전량저하판단모듈과, 상기 전력보상장치에 저장된 전력의 양을 검출하는 충전량검출모듈과, 전력보상장치의 저장 전력량에 따라 충방전을 결정하는 충방전결정모듈과, 전력보상장치의 저장 전력이 설정된 값을 초과하는 경우 출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시켜 전력보상장치의 방전을 통해 전력을 보상받도록 하는 방전제어모듈을 포함하고, 상기 방전제어모듈은 출력이 저하된 복수의 스트링 각각의 출력 저하량을 산출하는 저하량산출모듈과, 복수의 스트링 각각에 대해 균등한 전력 보상에 따른 스트링 전체 출력을 비교하는 출력비교모듈과, 스트링 전체 출력이 최대가 되는 전력 보상량과 보상 스트링을 결정하는 보상결정모듈과, 상기 스위칭부를 통해 보상이 결정된 스트링을 연결하는 보상연결모듈과, 연결된 복수의 스트링 각각에 대해 보상결정모듈에 의해 결정된 균등한 전력으로 보상이 이루어지도록 하는 전력방전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 보상결정모듈은 스트링 전체 출력이 동일한 경우 전체 전력보상량이 적도록 보상스트링과 전력량을 결정하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 제어부는 전력보상장치의 저장 전력이 설정된 값 이하인 경우 출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시켜 전력보상장치의 충전이 이루어지도록 하는 충전제어모듈을 포함하고, 상기 충전제어모듈은 상기 스위칭부를 통해 출력이 저하된 스트링의 접속반과의 연결을 해제하고 전력보상장치와 연결시키는 연결전환모듈과, 출력이 저하된 스트링에서 생산되는 전력을 전력보상장치에 급속충전시키는 급속충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 충전제어모듈 또는 방전제어모듈에 의한 충전 또는 방전중 출력이 저하된 스트링의 출력 회복 여부에 따라 스트링의 연결을 복귀시키는 상태회복모듈을 포함하고, 상기 상태회복모듈은 출력이 저하된 스트링의 발전량을 감시하는 발전량감시모듈과, 스트링의 발전량이 저하된 상태에서 회복되는 것을 인지하는 상태회복인지모듈과, 발전량이 회복되는 경우 스위칭부를 통해 전력보상장치와의 연결을 해제하고 접속반과의 연결로 복귀시키는 연결복귀모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 제어부는 상기 충전제어모듈 또는 방전제어모듈에 의한 충방전시 임계값을 지정하여 충방전의 전환이 이루어지도록 하는 충방전전환모듈을 포함하고, 상기 충방전전환모듈은 충방전시 전력보상장치에 저장된 전력의 양을 감시하는 저장전력감시모듈과, 저장전력이 상한 또는 하한의 임계값에 도달하는지 여부를 확인하는 임계값확인모듈과, 임계값에 도달하는 경우 충전을 방전으로, 방전을 충전으로 전환하는 연결전환모듈과, 전환된 연결에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 충방전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템에 있어서, 상기 계측연계장치는 스트링의 출력 저하에 따른 전력보상장치를 통한 충방전량에 따라 스트링의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고, 상기 고장진단부는 각 스트링과 전력보상장치의 연결을 감지하는 연결감지모듈과, 전력보상장치를 통한 충방전량을 측정하는 충방전계측모듈과, 측정된 충방전량을 누적저장하는 누적저장모듈과, 각 스트링의 누적되는 충방전량에 따라 고장지수를 산출하는 고장지수산출모듈과, 고장지수가 설정값을 초과하는 경우 해당 스트링의 고장으로 진단하는 고장스트링검출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 전력보상장치를 이용한 충방전에 의해 스트링 사이의 출력을 평준화하도록 하여 간단한 장치 구성으로 태양광 발전을 통한 출력의 극대화가 가능하도록 하면서, 복수의 스트링에서 출력 저하가 발생하는 경우 전체 스트링 출력이 최대가되는 보상 전력을 산출하여 전력 보상이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치가 단일 방전부에 의해 전력으로 보상하면서도 병렬로 연결된 전체 스트링의 발전량을 극대화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 전체 스트링의 출력이 동일한 경우 전체 전력보상량이 적은 방향으로 보상할 스트링과 전력량을 결정하도록 함으로써 전력보상장치에 저장된 전력의 효율적인 사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 전력보상장치를 급속충전장치로 형성하여 전력보상장치의 전력량이 부족한 경우에는 출력이 저하된 스트링의 연결을 전력보상장치로 전환하여 급속 충전이 이루어지도록 함으로써 스트링의 출력 저하가 전체 출력에 미치는 영향을 최소화하고 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 스트링 출력 저하에 따른 전력보상장치로부터의 충방전시 스트링의 출력이 정상으로 회복되는 경우 즉각적으로 전력보상장치와의 연결을 해제하도록 하여 전력보상장치의 사용을 최소화하도록 함으로써 전력보상장치의 수명을 연장하고 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 전력보상장치가 충방전되는 임계값을 지정하도록 하여 이에 따른 자동 충방전의 전환이 이루어지도록 함으로써, 전력보상장치의 범위 내에서 충방전을 통한 전력 평준화가 원활하게 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 스트링의 출력 저하에 따라 충방전되는 전력량을 누적 저장하여, 이에 따른 고장 지수를 산출하도록 함으로써 스트링의 고장 진단이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전력평준화시스템의 구성도
도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 3 내지 도 5는 전력보상장치에 의한 전력보상예를 나타내는 참고도
도 6은 도 2의 방전제어모듈의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 2의 상태회복모듈의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 2의 충방전전환모듈의 구성을 나타내는 블럭도
도 9는 고장진단부의 구성을 나타내는 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 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 의미하고, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트링별 전력보상을 통한 태양광 전력평준화시스템을 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 상기 태양광 전력평준화시스템은 태양광패널(1)이 복수개 직렬로 연결되는 스트링(2)과; 병렬로 연결되는 복수의 스트링(2)으로부터 전력을 모아 전달하며, 전력계통의 보호 기능을 수행하는 접속반(3)과; 태양광패널(1)을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터(4)와; 상기 복수의 스트링(2) 각각에 연결되어 스트링(2)간의 전력 편차를 최소화하는 계측연계장치(5)와; 상기 계측연계장치(5)와 연결되어 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 충방전을 실시하는 전력보상장치(6);를 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템은 각 스트링(2)으로부터 출력되는 전력을 균등하게 유지하여 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 것으로, 종래 에너지저장장치에서 일방적으로 전력을 보상하도록 하여 별도의 전력공급장치가 필요하거나 대용량의 에너지저장장치를 사용해야 하는 문제 없이 간소화된 구성으로 전력평준화시스템을 구성할 수 있도록 하였다.
따라서, 상기 태양광 전력평준화시스템은 전력보상장치에 저장된 전력이 충분한 경우에는 출력이 저하된 스트링에 대해 전력을 보상하도록 하나, 전력보상장치에 저장된 전력이 충분치 않은 경우에는 출력이 저하된 스트링(2)과 접속반(3)의 연결을 해제하고 전력보상장치(6)와의 연결이 이루어지도록 하여 출력이 저하된 스트링(2)에서 생산되는 전력을 전력보상장치(6)로 보내 충전이 이루어지도록 한다.
특히, 본 발명은 전력보상장치(6)로 슈퍼캐패시터와 같이 대용량의 전력을 매우 빠른 속도로 충전할 수 있는 급속충전장치가 사용되도록 하여 출력이 저하된 스트링(2)으로부터의 충전시간은 줄이고 충전된 전력으로 출력이 저하된 스트링(2)에 대해 충분한 시간 동안 방전을 통해 전력의 보상이 이루어지도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 태양광 전력평준화시스템은 스트링(2)간의 출력이 평준화된 상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하고, 출력이 저하된 스트링(2)의 생산전력도 전력보상장치(6)에 저장하여 발전 전력의 손실을 없애도록 하며, 전력보상장치(6)에 대한 충전시간을 줄여 발전 효율도 더욱 높이도록 할 수 있고, 이러한 과정이 별도의 전력공급장치 없이 슈퍼캐패시터 등으로 형성되는 전력보상장치(6) 하나에 의해 수행될 수 있으므로 시스템의 구성을 간소화하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 스트링(2)에서 출력 저하가 발생하는 경우에도 효과적인 전력의 평준화가 이루어지도록 하기 위해, 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 전력의 보상시 병렬로 연결된 전체 스트링(2)의 출력이 최대화되는 방향으로 이루어지도록 한다. 특히, 복수의 스트링(2)에 대한 전력보상장치(6)로부터의 전력 보상은 모두 균등한 전력값으로 이루어져야 하고, 그렇지 않을 경우 전력보상장치(6)에 있어서 서로 상이한 전압, 전류값으로 전력을 공급할 수 있는 다수의 방전부(62)가 마련되어야 하는바 그 설치비용이 매우 높아지고 장치가 복잡해지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 단일 전력을 공급하는 전력보상장치(6)의 방전부(62) 하나만으로 출력이 저하된 복수의 스트링(2)들에 대해 출력을 최대화할 수 있는 방향으로 전력의 보상이 이루어지도록 하여 경제적인 장치의 구성과 효율적인 발전이 동시에 가능하도록 한다.
이에 따라, 본 발명은 복수의 스트링(2)에서 출력 저하가 발생하는 경우에도 전력 평준화를 통한 효율적인 발전이 이루어지도록 할 수 있고, 장치의 간소화와 경제적인 구성이 유지되도록 할 수 있다.
상기 태양광패널(1)은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 장치로, 복수개가 직렬로 형성되어 하나의 스트링을 이루도록 한다.
상기 스트링(2)은 태양광패널(1)이 직렬로 연결되어 이루는 구성으로, 복수의 태양광패널(1)이 직렬로 연결되어 직류회로를 형성하도록 하며, 복수의 스트링(2)이 병렬로 접속반(3)에 연결되도록 한다.
상기 접속반(3)은 상기 스트링(2)과 인버터(4) 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 인버터(4)는 태양광을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하게 되는 구성으로, 직렬 회로를 구성하는 각각의 상기 스트링(2) 단에서 발전되는 직류 전원(DC)을 수용가에서 사용이 가능한 교류 전원(AC)으로 변환하여 계통에 보내도록 한다.
상기 계측연계장치(5)는 병렬로 연결되는 복수의 스트링(2) 각각에 연결되어 전력보상장치(6)를 이용해 스트링(2)의 출력을 평준화하는 구성으로, 각 스트링(2)으로부터 출력되는 전력을 측정하고, 각 스트링(2)과 전력보상장치(6) 사이의 연결을 조절하며, 전력보상장치(6)와의 충방전을 제어하도록 한다. 또한, 상기 계측연계장치(5)는 스트링(2)의 출력 저하에 따른 전력보상장치(6)를 이용한 충방전량에 따라 스트링(2)의 고장 진단이 가능하도록 한다. 이를 위해, 상기 계측연계장치(5)는 계측부(51), 스위칭부(52), 제어부(53), 고장진단부(54)를 포함할 수 있다.
상기 계측부(51)는 스트링(2)에 대한 출력 전류 또는 전압을 측정하는 구성으로, 복수의 스트링(2) 각각에 전류 또는 전압을 측정할 수 있는 센서를 설치하여 측정된 전류, 전압값을 제어부(53)로 전송하도록 한다. 따라서, 상기 제어부(53)는 계측부(51)에 의해 측정되는 전류, 전압에 따라 각 스트링(2)에서 출력되는 전력을 측정할 수 있으며, 각 스트링(2)에서 정상 상태의 전력이 생산되어 출력되는지 아니면 특정 스트링(2)에서 고장 내지 음영 등에 의한 영향으로 발전량이 저하되어 저하된 전력이 출력되는지 확인할 수 있게 된다.
상기 스위칭부(52)는 스트링(2)과 전력보상장치(6) 사이의 연결을 조절하는 구성으로, 릴레이 등의 스위칭 방식을 통해 스트링(2)과 전력보상장치(6)를 연결하거나 연결을 해제하도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 스위칭부(52)는 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6)를 연결하여 각 스트링(2)에 대해 전력을 보상하거나 각 스트링(2)에서 출력되는 전력이 전력보상장치(6)로 공급되어 충전이 이루어지도록 할 수 있으며, 특히 전력보상장치(6)를 충전하는 경우에는 출력이 저하된 스트링(2)과 접속반(3) 사이의 연결을 해제하면서 전력보상장치(6)와 연결이 이루어지도록 하여 스트링(2)에서 출력되는 전력이 전력보상장치(6)로 공급될 수 있도록 한다.
상기 제어부(53)는 출력이 저하된 스트링(2)에 대해 전력보상장치(6)를 이용한 충방전을 제어하는 구성으로, 각 스트링(2)의 출력에 따라 출력이 저하되는 스트링(2)을 검출하도록 하고, 출력이 저하된 스트링(2)이 검출되는 경우 전력보상장치(6)에 저장된 충전량에 따라 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 충방전을 결정하도록 한다. 그리고 상기 제어부(53)는 전력보상장치(6)와 출력이 저하된 스트링(2)을 연결하여 충전 또는 방전이 이루어지도록 하며, 충방전 중에도 스트링(2)의 출력이 정상으로 회복되는 경우에는 전력보상장치(6)와의 연결을 해제하고 정상상태로 복귀하도록 한다. 또한, 상기 제어부(53)는 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 충방전시 전력보상장치(6)의 충전량에 따라 충방전이 이루어지는 임계값을 설정하도록 하여 전력보상장치(6)의 효율적인 사용과 발전 전력의 극대화, 스트링(2)간의 전력 평준화가 지속적으로 유지될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 제어부(53)는 발전량저하판단모듈(531), 충전량검출모듈(532), 충방전결정모듈(533), 충전제어모듈(534), 방전제어모듈(535), 상태회복모듈(536), 충방전전환모듈(537)을 포함할 수 있다.
상기 발전량저하판단모듈(531)은 출력이 저하된 스트링(2)을 검출하는 구성으로, 상기 계측부(51)에 의해 측정되는 각 스트링(2)의 전류, 전압에 따라 각 스트링(2)의 출력을 계산하고 이를 비교하여 출력이 저하된 스트링(2)을 검출하도록 할 수 있다. 또한, 상기 발전량저하판단모듈(531)은 출력이 저하된 스트링(2)으로 복수의 스트링(2)을 검출하도록 할 수 있으며, 이러한 경우 복수의 스트링(2)에 대해 동시에 충방전이 이루어지도록 할 수 있다. 특히, 복수의 스트링(2)에 대한 방전시에는 최대의 출력을 유지할 수 있는 방향으로 보상될 스트링(2)과 보상전력을 결정하도록 하여 발전 효율을 극대화할 수 있도록 한다.
상기 충전량검출모듈(532)은 출력이 저하된 스트링(2)이 검출되는 경우 전력보상장치(6)의 충전량을 검출하는 구성으로, 전력보상장치(6)에 남아있는 전력의 양을 측정하도록 한다.
상기 충방전결정모듈(533)은 충전량검출모듈(532)에 의해 검출되는 전력보상장치(6)의 잔여전력량에 따라 충방전을 결정하는 구성으로, 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6) 사이의 충방전을 결정하도록 한다. 더욱 구체적으로, 상기 충방전결정모듈(533)은 출력이 저하된 스트링(2)이 발생하는 경우 전력보상장치(6)의 잔여전력량에 따라 충방전을 결정하도록 하며, 잔여전력량이 설정값 이하인 경우에는 출력이 저하된 스트링(2)에서 생산된 전력을 전력보상장치(6)로 공급하여 충전이 이루어지도록 하고, 잔여전력량이 설정값을 초과하는 경우에는 전력보상장치(6)로부터 출력이 저하된 스트링(2)에 전력을 공급하여 전력의 보상이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 충전제어모듈(534)은 출력이 저하된 스트링(2)에서 생산되는 전력을 전력보상장치(6)로 공급하여 충전이 이루어지도록 하는 구성으로, 상기 충방전결정모듈(533)에서 전력보상장치(6)의 잔여전력량이 설정값 이하로 판단되는 경우 전력보상장치(6)의 충전이 이루어지도록 한다. 이때, 상기 충전제어모듈(534)은 출력이 저하된 스트링(2)을 전력보상장치(6)로 연결시키면서 접속반(3)과의 연결을 끊도록 하고, 생산되는 전력을 전력보상장치(6)로 공급하도록 하며, 출력이 떨어지는 복수의 스트링(2)을 전력보상장치(6)와 연결시키도록 할 수 있다. 따라서, 상기 충전제어모듈(534)은 출력이 저하된 스트링(2)을 빼고 나머지 스트링(2) 간의 출력이 균일하게 맞춰지도록 할 수 있으며, 출력이 저하된 스트링(2)의 전력은 전력보상장치(6)로 급속 충전되어 일정정도의 충전이 신속하게 이루어진 후 다시 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 보상이 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 상기 충전제어모듈(534)은 스트링(2)의 생산전력을 급속충전하여 다시 보상이 이루어지도록 하므로, 스트링(2)의 출력 저하에 따른 손실을 최소화할 수 있으며, 간단한 구성과 작은 용량의 전력보상장치(6)만으로도 발전 효율을 극대화하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 충전제어모듈(534)은 충전연결모듈(534a), 급속충전모듈(534b)을 포함할 수 있다.
상기 충전연결모듈(534a)은 출력이 저하된 스트링(2)을 전력보상장치(6)로 연결시키는 구성으로, 스트링(2)과 접속반(3) 사이의 연결을 해제하면서 전력보상장치(6)와의 연결이 이루어지도록 한다. 상기 충전연결모듈(534a)은 상기 스위칭부(52)의 작동을 조절하여 전력보상장치(6)와의 연결이 이루어지도록 하며, 상기 전력보상장치(6)의 충전부(61)와 연결되도록 할 수 있다.
상기 급속충전모듈(534b)은 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 전력보상장치(6)로 전력을 공급하는 구성으로, 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6)가 연결된 후 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 생산되는 전력을 전력보상장치(6)로 공급하여 충전이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 급속충전모듈(534b)은 설정된 임계값까지 전력보상장치(6)의 충전이 이루어지도록 할 수 있으며, 임계값까지의 충전이 완료된 후에도 출력이 저하된 상태가 계속되는 경우에는 반대로 전력보상장치(6)를 통해 출력이 저하된 스트링(2)으로 전력이 보상되도록 한다. 또한, 상기 급속충전모듈(534b)은 임계값까지의 전력 충전이 이루어지기 전이라도 출력이 저하된 스트링(2)의 출력이 정상상태로 회복된 경우에는 전력의 충전을 중단하고 다시 접속반(3)과 연결하여 정상적인 출력이 이루어지도록 한다.
상기 방전제어모듈(535)은 전력보상장치(6)로부터 출력이 저하된 스트링(2)에 전력을 공급하여 전력 평준화를 위한 전력 보상이 이루어지도록 하는 구성으로, 상기 충방전결정모듈(533)에 의해 전력보상장치(6)의 잔여전력량이 설정값을 초과하는 것으로 판단되어 전력보상장치(6)의 방전이 결정되는 경우 출력이 저하된 스트링(2)을 전력보상장치(6)와 연결하여 전력을 보상받도록 한다. 특히, 상기 방전제어모듈(535)은 출력이 저하된 스트링(2)이 복수개일 경우 발전 효율을 극대화하기 위해 발전 전력이 최대가 되는 방향으로 보상할 전력과 보상을 받을 스트링(2)을 결정하도록 한다. 다시 말해, 상기 전력보상장치(6)는 방전부(62)를 통해 출력이 저하된 스트링(2)에 전력을 보상하도록 하는데, 일반적으로 방전부(62)는 출력이 저하된 복수의 스트링(2) 각각에 동일한 값의 단일 전력으로 보상이 이루어지도록 해야 하며, 그렇지 않을 경우 서로 다른 전류, 전압값으로 전력을 공급할 수 있는 복수의 방전부(62)를 구성해야 하는바, 그 설치 및 운용 비용이 높아지고 장치의 구성이 복잡해지는 문제가 있다. 따라서, 상기 방전제어모듈(535)은 출력이 저하된 복수의 스트링(2) 각각에 대해 출력이 저하된 양을 산출하도록 하고, 각 스트링(2)에 대한 보상 전력의 양에 따라 병렬로 연결되는 전체 스트링(2)에 대한 출력을 비교하도록 하여 전체 스트링(2)에서 발전량이 극대화되는 방향으로 보상할 전력과 스트링(2)을 결정하도록 한다. 이를 위해, 상기 방전제어모듈(535)은 저하량산출모듈(535a), 출력비교모듈(535b), 보상결정모듈(535c), 보상연결모듈(535d), 전력방전모듈(535e)을 포함할 수 있다.
상기 저하량산출모듈(535a)은 스트링(2)이 정상 상태로부터 저하되는 출력의 양을 산출하는 구성으로, 출력이 저하되는 복수의 스트링(2) 각각에 대한 출력 저하량을 산출하도록 한다.
상기 출력비교모듈(535b)은 저하량산출모듈(535a)에 의해 산출되는 출력 저하량에 따라 각 스트링(2)으로 보상할 전력을 입력하여 병렬로 연결된 전체 스트링(2)의 발전량을 비교하는 구성으로, 각 스트링(2)에 보상될 수 있는, 예를 들어 각 스트링(2)을 정상 상태의 출력으로 맞출 수 있는 보상 전력을 각각 입력하여 발전량의 비교가 이루어지도록 한다.
상기 보상결정모듈(535c)은 출력비교모듈(535b)에 의한 비교 결과에 따라 전력을 보상할 스트링(2)과 보상 전력을 결정하는 구성으로, 병렬로 연결되는 전체 스트링(2)의 발전량이 최대가 되는 방향으로 결정되도록 한다. 따라서, 상기 보상결정모듈(535c)은 단일 방전부(62)를 사용하면서도 발전 효율을 극대화하도록 할 수 있다. 또한, 상기 보상결정모듈(535c)은 보상 전력에 따른 전체 출력이 동일한 경우 전체 전력 보상량이 적은 방향으로 보상이 이루어지도록 하여 전력보상장치(6)에 저장된 전력의 효율적인 사용이 가능하도록 할 수 있다.
상기 보상결정모듈(535c)에 의한 전력 보상의 일 예에 관하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 도 3의 경우 병렬로 연결된 스트링(2)이 모두 10개이고, 3개의 스트링(27,28,29)이 정상출력(100)에서 각각 10, 20, 30 만큼씩 저하되었다고 가정한다. 이때, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 출력이 저하된 스트링(27,28,29)이 모두 정상상태의 출력(100)을 갖도록 하기 위해 각 스트링(27,28,29)에 각각 30의 전력을 보상하게 되면, 각 스트링(27,28,29)은 120, 110, 100의 출력을 갖게 된다. 이렇게 되면 나머지 7개 정상상태 스트링(20,…,26)의 출력이 100인 상황에서 100을 초과하는 120, 110의 출력을 가진 스트링(2)은 전체 스트링(2)의 출력에 영향을 미치지 못하고 마치 발전을 하지 않는 것처럼 출력이 0이 되는 현상이 발생한다. 따라서, 도 3(a)와 같은 경우 전체 발전량이 800(100×8)에 그치게 된다. 이에 따라 보상전력을 도 3(b)와 같이 가장 저하량이 많은 스트링(29)에 맞추어 각각 10씩 전력을 보상할 경우 스트링(20,…,29) 전체의 출력은 가장 낮은 출력 80에 맞춰져 역시 800(80×10)을 기록하게 된다. 그러나 도 3(c)에 도시된 바와 같이 출력이 20 저하된 스트링(28)에 출력을 맞추어 각각 20의 전력을 보상하게 되면, 가장 낮은 출력을 가진 스트링(29)의 출력이 90이 되고, 100을 초과하는 스트링(27)의 출력은 0이 되며, 전체 출력이 810(90×9)으로 상승하는 결과를 갖게 된다. 따라서, 도 3의 경우는 출력이 저하된 스트링(27,28,29) 각각에 20의 전력을 보상하도록 하여 병렬로 연결된 스트링(20,…,29) 전체의 출력이 최대가 될 수 있도록 한다.
또한, 도 4의 경우는 출력이 저하된 스트링(27,28,29)의 출력이 각각 90,80,40인 경우로 도 3(c)와 같은 중간의 출력 저하가 이루어진 스트링(28)에 출력을 맞추어 각각 20씩 전력을 보상할 경우 도 4(a)에 도시된 바와 같이 가장 낮은 출력 60을 가진 스트링(29)에 맞추어 전체 출력이 결정되고, 정상출력 100을 초과하는 스트링(27)은 출력이 0이 되므로, 전체출력은 540(60×9)가 된다. 따라서, 도 4(b)와 같이 가장 낮은 출력을 가진 스트링(29)에 맞추어 각각 60의 전력을 보상하게 되면, 정상출력 100을 초과하는 스트링(27,28)의 출력은 0이 되고, 전체 출력은 800(100×8)로 상승한다. 그러나 여기에 더하여 도 4(c)와 같이 가장 높은 출력을 가진 스트링(27)에 대해서는 보상을 실시하지 않고, 가장 낮은 출력의 스트링(29)을 가장 높은 출력의 스트링(27)에 맞추어 상승시킬 경우 전체 출력은 810(90×9)으로 더욱 상승하게 된다.
또한, 도 5의 경우는 출력이 저하된 스트링(27,28,29)의 출력이 각각 90,40,30인 경우로 도 5(a),(b) 모두 810으로 동일한 최대 발전량을 갖도록 할 수 있으나, 도 5(b)의 경우는 가장 높은 출력의 스트링(27)을 제외하고 전력 보상을 실시하게 되는바, 전체 전력 보상량이 120(60×2)으로 도 5(a) 180(60×3)보다 작은 값을 갖게 되는바 더욱 효율적인 전력 사용이 이루어지도록 할 수 있다.
이렇게 상기 보상결정모듈(535c)은 병렬로 연결되는 전체 스트링(2)의 발전량이 최대가 되도록 하면서, 전력보상장치(6)에 저장된 전력의 사용 또한 효율적으로 이루어질 수 있도록 하여 발전 효율을 극대화하도록 할 수 있고, 이러한 발전이 단일의 방전부(62)를 통해 가능하도록 하는바 전체 설치 및 운영비의 절감까지 이루어지도록 할 수 있다.
상기 보상연결모듈(535d)은 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6)를 연결하는 구성으로, 상기 스위칭부(52)의 작동을 통해 연결이 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 보상결정모듈(535c)에 의해 보상이 결정된 스트링(2)과 상기 전력보상장치(6)의 방전부(62)를 연결시켜 전력보상장치(6)로부터 방전되는 전력을 공급받을 수 있도록 한다.
상기 전력방전모듈(535e)은 전력보상장치(6)로부터 출력이 저하된 스트링(2)에 대해 전력 보상을 실시하는 구성으로, 상기 보상연결모듈(535d)에 의해 연결된 스트링(2)에 대한 전력 보상이 이루어지도록 한다. 상기 전력방전모듈(535e)은 상기 보상결정모듈(535c)에 의해 결정된 보상 전력만큼 보상이 이루어지도록 하고, 임계값까지의 방전에도 스트링(2)의 출력이 회복되지 않는 경우 상기 충전제어모듈(534)로 전환하여 전력보상장치(6)에 대한 충전이 이루어지도록 하며, 이러한 과정 중에 스트링(2)의 출력이 회복되는 경우에는 전력보상장치(6)와의 연결을 해제하고 정상상태로 복귀할 수 있도록 한다.
상기 상태회복모듈(536)은 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6)의 연결을 해제하고 각 스트링(2)의 전력이 접속반(3)으로 모두 제공되도록 하는 구성으로, 출력이 저하된 스트링(2)의 출력이 정상상태로 회복되어 모든 스트링(2)의 출력이 균일하게 맞춰지는 경우 전력보상장치(6)와의 연결을 해제하도록 한다. 따라서, 상기 상태회복모듈(536)은 임계값까지 충방전이 이루어지도록 할 필요없이 출력이 회복되는 경우 곧바로 정상상태로 복귀하도록 하므로, 전력보상장치(6)의 사용을 최소화하여 수명을 연장하도록 할 수 있으며, 특히 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 전력보상장치(6)의 충전이 이루어지는 경우에는 즉각적인 정상상태로의 복귀를 통해 스트링(2)의 연결이 해제되는 시간을 최소화하도록 하여 발전량을 극대화하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 상태회복모듈(536)은 발전량감시모듈(536a), 상태회복인지모듈(536b), 연결복귀모듈(536c)을 포함할 수 있다.
상기 발전량감시모듈(536a)은 출력이 저하된 스트링(2)의 발전량을 감시하는 구성으로, 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)에 의해 출력이 저하된 스트링(2)에 대한 충방전이 이루어지는 도중에도 스트링(2)으로부터 생산되는 발전 전력의 양을 감시하도록 한다.
상기 상태회복인지모듈(536b)은 출력이 저하된 스트링(2)의 출력이 정상 상태로 회복되는지 여부를 감지하는 구성으로, 상기 발전량감시모듈(536a)에 의해 측정되는 발전량에 따라 정상 상태로의 회복 여부를 감지하도록 한다.
상기 연결복귀모듈(536c)은 출력이 저하된 스트링(2)의 출력이 정상상태로 회복되는 경우 전력보상장치(6)와의 연결을 해제하도록 하는 구성으로, 접속반(3)과의 연결을 해제하고 전력보상장치(6)에 대해 충전이 이루어지는 경우에는 전력보상장치(6)와의 연결을 해제함과 함께 접속반(3)과 다시 연결되도록 하며, 전력보상장치(6)로부터 전력을 공급받고 있는 경우에는 전력보상장치(6)에 대한 연결만 해제될 수 있도록 한다.
상기 충방전전환모듈(537)은 전력보상장치(6)의 잔여전력량에 따라 전력보상장치(6)에 대한 충방전을 조절하는 구성으로, 충방전시의 임계값을 각각 설정하여 임계값 범위 내에서 충방전이 이루어지도록 한다. 다시 말해, 상기 충방전전환모듈(537)은 충전제어모듈(534)을 통해 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 전력보상장치(6)에 전력을 충전하는 경우 일정 상한값까지만 충전이 이루어지도록 하며, 상한값에 도달하면 방전상태로 전환하여 방전제어모듈(535)에 의해 출력이 저하된 스트링(2)으로 전력을 보상하도록 한다. 그리고 방전제어모듈(535)이 작동중인 경우에는 전력보상장치(6)의 저장전력량이 하한 임계값에 도달하는 경우 방전을 중단하고 충전제어모듈(534)에 의해 전력보상장치(6)로의 충전이 이루어지도록 한다. 따라서, 상기 충방전전환모듈(537)은 전력보상장치(6)의 과도한 충방전을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 특히 충전제어모듈(534)에 의해 스트링(2)과 접속반(3)의 연결이 끊어지는 시간을 적절하게 유지하여 발전 효율의 손실을 최소화하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 충방전전환모듈(537)은 저장전력감시모듈(537a), 임계값확인모듈(537b), 연결전환모듈(537c), 충방전모듈(537d)을 포함할 수 있다.
상기 저장전력감시모듈(537a)은 전력보상장치(6)에 남아있는 저장전력을 감시하는 구성으로, 상기 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)의 작동이 이루어지는 동안 저장된 전력을 감시하도록 한다.
상기 임계값확인모듈(537b)은 전력보상장치(6)에 남아있는 전력이 임계값에 도달하는지 여부를 확인하는 구성으로, 충전제어모듈(534)이 작동중인 경우에는 상한 임계값에 도달하는지 여부, 방전제어모듈(535)이 작동중인 경우에는 하한 임계값에 도달하는지 여부를 확인하도록 한다.
상기 연결전환모듈(537c)은 출력이 저하된 스트링(2)과 충전부(61) 또는 방전부(62) 사이의 연결을 전환하는 구성으로, 충전제어모듈(534)의 작동중 전력보상장치(6)에 남아있는 전력이 상한 임계값에 도달하는 경우 방전제어모듈(535)의 작동으로 전환하여 출력이 저하된 스트링(2)과 전력보상장치(6)의 방전부(62)의 연결이 이루어지도록 하고 스트링(2)과 접속반(3) 사이도 연결하여 전력의 보상이 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 연결전환모듈(537c)은 방전제어모듈(535)의 작동중 하한 임계값에 도달하는 경우 충전제어모듈(534)의 작동으로 전환하면서 스트링(2)을 충전부(61)와 연결시키고 접속반(3)과의 연결을 해제시킬 수 있도록 한다.
상기 충방전모듈(537d)은 연결전환모듈(537c)에 의해 전환된 상태에 따라 충방전이 이루어지도록 하는 구성으로, 각각 방전제어모듈(535), 충전제어모듈(534)로 전환된 상태에 따라 전력보상장치(6)로부터 전력을 보상받거나 전력보상장치(6)에 대한 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 고장진단부(54)는 스트링(2)의 이상 상태를 진단하는 구성으로, 비정상적으로 잦고 큰 출력 저하가 발생하는 스트링(2)을 검출하여 알릴 수 있도록 한다. 더욱 구체적으로, 상기 고장진단부(54)는 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)의 작동에 따라 출력이 저하되는 스트링(2)으로부터 충전되거나 방전되는 전력의 양을 누적하여 저장하도록 하고, 일정시간 단위로 충전량 및 방전량이 누적되는 정도에 따라 이상 발생에 대한 고장지수를 산출하도록 하여 고장지수가 설정값을 초과하는 경우 이상 발생으로 진단할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 고장진단부(54)는 스트링(2)의 음영, 일시적인 이상에 대한 대처뿐만 아니라 고장을 진단하여 이를 알리도록 함으로써 태양광 발전장치에 대한 효율적인 관리가 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 고장진단부(54)는 연결감지모듈(541), 충방전계측모듈(542), 누적저장모듈(543), 고장지수산출모듈(544), 고장스트링검출모듈(545)을 포함할 수 있다.
상기 연결감지모듈(541)은 스트링(2)과 전력보상장치(6)의 연결을 감지하는 구성으로, 스트링(2)의 출력이 저하되어 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)의 작동에 의해 연결되는 것을 감지하도록 한다.
상기 충방전계측모듈(542)은 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)의 작동에 따라 출력이 저하된 스트링(2)에 의해 충전되거나 스트링(2)으로 방전되는 전력의 양을 측정하도록 하며, 상기 계측부(51)에 의해 측정이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 누적저장모듈(543)은 충방전계측모듈(542)에 의해 측정되는 충방전량을 누적하여 저장하는 구성으로, 각 스트링(2)별로 충방전량을 합산하여 저장하도록 한다.
상기 고장지수산출모듈(544)은 누적저장모듈(543)에 의해 누적저장되는 충방전량에 따라 고장지수를 산출하는 구성으로, 일정시간 단위로 고장지수의 산출이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 고장지수산출모듈(544)은 누적저장되는 충방전량의 값을 복수의 구간으로 나누어 각 구간별로 고장지수를 설정하여 산출이 이루어지도록 한다. 상기 충전제어모듈(534) 또는 방전제어모듈(535)에 의한 충방전량이 많을수록 스트링(2)의 출력 저하 정도가 크고 자주 발생하는 것을 의미하게 되므로, 상기 고장지수산출모듈(544)은 누적 충방전량이 클수록 높은 고장지수를 갖도록 설정할 수 있으며, 고장지수가 높을수록 이상 발생 가능성이 높음을 의미하게 된다.
상기 고장스트링검출모듈(545)은 이상이 발생한 스트링(2)을 검출하는 구성으로, 상기 고장지수산출모듈(544)에 의해 산출되는 고장지수가 설정된 값을 초과하는 경우 이상 상태의 발생으로 진단하여 이를 알리도록 하고 이에 대한 신속한 조치가 이루어질 수 있도록 한다.
상기 전력보상장치(6)는 출력이 저하된 스트링(2)에 대해 충방전을 실시하는 구성으로, 급속 충전이 가능한 에너지저장장치가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 슈퍼캐패시터가 사용될 수 있다. 슈퍼캐패시터는 매우 빠른 순간적인 충전속도를 가지고 있으므로, 상기 전력보상장치(6)가 순간적으로 출력이 저하된 스트링(2)의 전력을 흡수할 수 있도록 하여 충전제어모듈(534)의 작동시간을 최소화하도록 할 수 있고, 이를 통해 전력 평준화를 유지하면서 발전 효율을 극대화하도록 할 수 있다. 상기 전력보상장치(6)는 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 공급되는 전력의 저장이 이루어지도록 하는 충전부(61), 출력이 저하된 스트링(2)에 전력의 공급이 이루어지도록 하는 방전부(62), 전력을 저장하는 저장부(63)를 포함할 수 있다.
상기 충전부(61)는 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 전력을 공급받아 저장부(63)에 저장시키도록 하는 구성으로, 각 스트링(2)과 연결되어 전력을 공급받을 수 있도록 하며, 상기 스위칭부(52)에 의해 연결이 조절된다. 특히, 상기 충전부(61)는 급속 충전을 통해 출력이 저하된 스트링(2)으로부터 순간적으로 충전이 이루어질 수 있도록 하며, 이를 통해 충전시간을 최소화하고 빠르게 전력 보상으로 전환될 수 있도록 하여 발전 효율을 높이도록 한다. 또한, 상기 충전부(61)는 스트링(2)으로부터 전달되는 높은 전압의 전력을 낮은 전압으로 변화하여 저장부(63)에 저장될 수 있도록 하며, 복수의 스트링(2)으로부터 전력이 충전되는 경우 효율적인 충전을 위해 최대전력추정(MPPT) 기능을 포함하도록 할 수 있다.
상기 방전부(62)는 출력이 저하된 스트링(2)에 전력을 공급하는 구성으로, 각 스트링(2)과 연결되어 전력의 보상이 이루어질 수 있도록 하며, 상기 스위칭부(52)에 의해 연결이 조절된다. 상기 방전부(62)는 복수의 스트링(2)에서 출력 저하가 발생하는 경우에도 단일의 전압, 전류를 균등하게 복수의 스트링(2)에 공급하도록 하는 것이 바람직하며, 이를 통해 설치 및 운영비용의 절감과 구성의 간소화가 가능하도록 할 수 있다. 다만, 상기 방전부(62)는 상이한 전력을 공급할 수 있는 복수개로 형성되도록 할 수도 있으며, 이러한 경우에는 설치 및 운영비는 증가하나 설치 환경에 따라서는 발전 효율을 조금 더 높이도록 할 수도 있다. 물론 방전부(62)가 복수개로 형성되는 경우에도 상기 방전제어모듈(535)에 의한 제어에 따라 전체 발전량이 최대가 되는 방향으로 보상 전력 및 보상할 스트링(2)을 결정하여 보상이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 방전부(62)는 충전부(61)보다는 낮은 속도로 방전이 이루어지도록 할 수 있으며, 다른 스트링(2)과의 평준화를 이루는 적절한 속도로의 방전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 저장부(63)는 전력을 저장하는 구성으로, 충전부(61) 및 방전부(62)와 연결되어 출력이 저하된 스트링(2)으로부터의 충전, 스트링(2)에 대한 전력의 보상이 이루어지도록 한다.
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.
1: 태양광패널 2: 스트링 3: 접속반
4: 인버터 5: 계측연계장치 51: 계측부
52: 스위칭부 53: 제어부 531: 발전량저하판단모듈
532: 충전량검출모듈 533: 충방전결정모듈 534: 충전제어모듈
534a: 충전연결모듈 534b: 급속충전모듈 535: 방전제어모듈
535a: 저하량산출모듈 535b: 출력비교모듈 535c: 보상결정모듈
535d: 보상연결모듈 535e: 전력방전모듈 536: 상태회복모듈
536a: 발전량감시모듈 536b: 상태회복인지모듈 536c: 연결복귀모듈
537: 충방전전환모듈 537a: 저장전력감시모듈 537b: 임계값확인모듈
537c: 연결전환모듈 537d: 충방전모듈 54: 고장진단부
541: 연결감지모듈 542: 충방전계측모듈 543: 누적저장모듈
544: 고장지수산출모듈 545: 고장스트링검출모듈 6: 전력보상장치
61: 충전부 62: 방전부 63: 저장부

Claims (8)

  1. 태양광 패널이 복수개 직렬로 연결되는 스트링과; 병렬로 연결되는 복수의 스트링으로부터 전력을 모아 전달하며, 전력계통의 보호 기능을 수행하는 접속반과; 태양광 패널을 이용하여 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 수용가에 공급하는 인버터와; 상기 복수의 스트링 각각에 연결되어 스트링간의 전력 편차를 최소화하는 계측연계장치와; 상기 계측연계장치와 연결되어 출력이 저하된 스트링에 대한 충방전을 실시하는 전력보상장치;를 포함하고,
    상기 계측연계장치는,
    출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시키도록 하며, 전력보상장치의 저장 전력량에 따라 출력이 저하된 스트링에 대한 전력의 충방전을 조절하도록 하고,
    상기 전력보상장치는,
    급속 충전이 가능한 장치로 형성되어 출력이 저하된 스트링으로부터 급속으로 발전 전력을 충전시키도록 하고, 출력이 저하된 복수 스트링에 대한 보상시에는 복수의 스트링 각각에 대한 균등한 보상 전력에 따른 스트링 전체의 출력을 비교하여 출력이 최대가 되도록 보상 전력을 결정하도록 하며,
    상기 계측연계장치는,
    각 스트링의 출력 전류 또는 전압을 측정하는 계측부와, 각 스트링과 전력보상장치 사이의 연결을 조절하는 스위칭부와, 상기 전력보상장치로부터의 충방전을 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    출력이 저하된 스트링을 검출하는 발전량저하판단모듈과, 상기 전력보상장치에 저장된 전력의 양을 검출하는 충전량검출모듈과, 전력보상장치의 저장 전력량에 따라 충방전을 결정하는 충방전결정모듈과, 전력보상장치의 저장 전력이 설정된 값을 초과하는 경우 출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시켜 전력보상장치의 방전을 통해 전력을 보상받도록 하는 방전제어모듈을 포함하고,
    상기 방전제어모듈은,
    출력이 저하된 복수의 스트링 각각의 출력 저하량을 산출하는 저하량산출모듈과, 복수의 스트링 각각에 대해 균등한 전력 보상에 따른 스트링 전체 출력을 비교하는 출력비교모듈과, 스트링 전체 출력이 최대가 되는 전력 보상량과 보상 스트링을 결정하는 보상결정모듈과, 상기 스위칭부를 통해 보상이 결정된 스트링을 연결하는 보상연결모듈과, 연결된 복수의 스트링 각각에 대해 보상결정모듈에 의해 결정된 균등한 전력으로 보상이 이루어지도록 하는 전력방전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보상결정모듈은
    스트링 전체 출력이 동일한 경우 전체 전력보상량이 적도록 보상스트링과 전력량을 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    전력보상장치의 저장 전력이 설정된 값 이하인 경우 출력이 저하된 스트링을 전력보상장치와 연결시켜 전력보상장치의 충전이 이루어지도록 하는 충전제어모듈을 포함하고,
    상기 충전제어모듈은,
    상기 스위칭부를 통해 출력이 저하된 스트링의 접속반과의 연결을 해제하고 전력보상장치와 연결시키는 연결전환모듈과, 출력이 저하된 스트링에서 생산되는 전력을 전력보상장치에 급속충전시키는 급속충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 충전제어모듈 또는 방전제어모듈에 의한 충전 또는 방전중 출력이 저하된 스트링의 출력 회복 여부에 따라 스트링의 연결을 복귀시키는 상태회복모듈을 포함하고,
    상기 상태회복모듈은,
    출력이 저하된 스트링의 발전량을 감시하는 발전량감시모듈과, 스트링의 발전량이 저하된 상태에서 회복되는 것을 인지하는 상태회복인지모듈과, 발전량이 회복되는 경우 스위칭부를 통해 전력보상장치와의 연결을 해제하고 접속반과의 연결로 복귀시키는 연결복귀모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 충전제어모듈 또는 방전제어모듈에 의한 충방전시 임계값을 지정하여 충방전의 전환이 이루어지도록 하는 충방전전환모듈을 포함하고,
    상기 충방전전환모듈은,
    충방전시 전력보상장치에 저장된 전력의 양을 감시하는 저장전력감시모듈과, 저장전력이 상한 또는 하한의 임계값에 도달하는지 여부를 확인하는 임계값확인모듈과, 임계값에 도달하는 경우 충전을 방전으로, 방전을 충전으로 전환하는 연결전환모듈과, 전환된 연결에 따라 충전 또는 방전을 실시하는 충방전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 계측연계장치는
    스트링의 출력 저하에 따른 전력보상장치를 통한 충방전량에 따라 스트링의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고,
    상기 고장진단부는,
    각 스트링과 전력보상장치의 연결을 감지하는 연결감지모듈과, 전력보상장치를 통한 충방전량을 측정하는 충방전계측모듈과, 측정된 충방전량을 누적저장하는 누적저장모듈과, 각 스트링의 누적되는 충방전량에 따라 고장지수를 산출하는 고장지수산출모듈과, 고장지수가 설정값을 초과하는 경우 해당 스트링의 고장으로 진단하는 고장스트링검출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전력평준화시스템.
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