KR102301920B1 - 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템 - Google Patents

태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광모듈을 통해 생산되는 전력을 태양광온수기에 우선적으로 공급하되, 생산된 전력량이 설정된 수치 이상일 경우에만 태양광온수기에 공급하여 태양광온수기 열원의 전원으로 사용하도록 하며, 발전된 전력량이 설정된 기준값 이하일 경우에는 인버터(또는 전력변환장치)로 공급하도록 한 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

Description

태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템{SOLAR WATER HEATER PRIORITY SUPPLY TYPE PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM}
본 발명은 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 태양광모듈을 통해 생산되는 전력량이 설정된 수치 이상일 경우 생산된 전력을 우선적으로 태양광온수기에 공급하여 열원의 전원으로 사용하도록 하며, 발전된 전력량이 설정된 수치 이하일 경우에는 인버터나 전력변환장치로 공급하도록 한 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양 전지들이 어레이(PV-array)된 태양광모듈(Photovoltaic Panel)을 이용해서 전기를 대규모로 생산하는 발전시스템이다.
태양광 발전시에는 다수의 태양광모듈을 이용해서 태양광으로 직류 전원을 발생시키고, 각 태양광모듈에서 발생된 직류 전원을 단위 스트링별로 모아서 직류 전원이 필요한 계통의 기기로 공급하게 된다. 반면, 교류전원이 필요한 기기에는 별도의 전력 변환 장치(Power Conditioning System) 통해 직류 전원을 교류 전원으로 변환해서 공급하게 된다.
태양광 발전은 일사량이 많을 경우에는 발전을 통해 상당량의 전력을 생산시킬 수 있으나, 구름이 많거나 날씨가 좋지 않을 경우 등 일사량이 낮을 경우에는 발전량이 많지 않아 생산되는 전력량이 높지 않다.
한편, 태양광 발전시스템을 이용하는 태양광온수기는 태양광모듈에서 생산된 직류전원을 이용하여 물을 가열하여 온수를 만드는 장치로서, 태양광모듈과 변압기 등을 통해 입력되는 직류전원을 축열조의 히터로 공급함으로써 히터의 가열에 의해 축열조에 저장된 온수의 온도를 상승 또는 유지될 수 있도록 하고 있다.
이러한 태양광온수기는 전원공급제어기의 제어에 의해 축열조의 히터에 직류전원이 필요한 기간에만 태양광모듈의 직류 전원을 공급받게 되며, 태양광온수기의 전원이 오프되거나 축열조의 히터에 직류전원이 필요하지 않는 기간에는 전원공급제어기에서 직류전원의 공급을 차단시킴과 아울러 인버터나 별도의 전력변환장치로 공급되도록 제어하게 된다.
여기서, 일사량이 낮아 발전량이 적어 생산되는 전력량이 적은 경우, 축열조의 히터에 직류전원을 공급하게 되면 히터의 가열동작과 함께 생산된 모든 전력이 일시에 빠져나가게 됨으로써 전원공급제어기가 전력부족으로 인해 셧다운되는 경우가 수시로 발생하게 되며, 그로 인해 전체 발전시스템의 작동이 중지되는 등 전력 네트워크상에 문제가 발생되었다.
등록특허공보 제10-2044787호(2019.11.08. 태양광 온수기의 전원 공급 제어장치) 공개특허공보 제10-2016-0136528호(2016.11.30. 태양열 및 태양광 복합 태양 에너지 온수기)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 태양광모듈을 통해 생산되는 전력량이 설정된 수치 이상일 경우에만 생산된 전력을 태양광온수기로 공급하도록 함으로써, 설정수치 이하의 전력생산시 태양광온수기의 작동 중 전력부족으로 인해 발생되는 전원공급제어기의 셧다운을 미연에 방지하도록 한 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 태양광모듈(10); 태양광온수기(20)의 턴-온(turn-on) 기간에 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받아 태양광온수기(20)로 우선 공급하고, 태양광온수기(20)의 턴-오프(turn-off) 기간에는 인버터(25)로 공급하도록 제어하는 전원공급제어기(30)를 포함하는 태양광 발전시스템에 있어서, 상기 전원공급제어기(30)는, 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 전력량이 기준값 이상일 경우에만 태양광온수기(20)로 공급하고 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 태양광온수기(20)가 턴-온(turn-on) 기간일 경우라도 인버터(25)로 공급하도록 제어하는 것으로, 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받는 전원입력부(31); 상기 전원입력부(31)로 입력되는 직류전원의 전력량을 사전에 설정된 기준값과 비교하여 전력량이 기준값 이상인지를 판단하는 전력량 판단부(32); 상기 전력량 판단부(32)의 판단결과에 따라 생산된 전력량이 기준값 이상일 경우에는 태양광온수기(20)의 상용전원으로 공급하고, 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 태양광온수기(20)가 턴-온(turn-on) 기간일 경우라도 발전된 직류전원을 인버터(25)로 공급하도록 출력방향을 제어하는 출력방향 제어부(33); 상기 태양광온수기(20)가 턴-오프(trun-off) 기간인 경우와 발전된 직류전원이 기준값 미만일 경우에 태양광온수기(20)로 공급되는 직류전원을 인버터(25)로 공급해주도록 스위칭동작되는 스위칭부(34);를 포함한다.
삭제
이때, 상기 기준값은 태양광모듈(10)에서 발전가능한 최대 전력량 대비 30%의 전력량인 것이 바람직하다.
한편, 상기 전원공급제어기(30)에는 생산된 전력량과의 비교를 위한 기준값의 설정은 물론 수치조절이 가능하도록 기준값 설정부(35)가 회로연결되게 구비된다.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템에 따르면, 전력량이 설정수치 이상으로 생산될 경우에만 태양광온수기의 히터로 공급하도록 하고 설정수치 이하일 경우에는 인버터나 전력변환장치로 공급하도록 제어함으로써 발전량 부족으로 인해 발생될 수 있는 전원공급제어기의 셧다운을 방지할 수 있게 되며, 셧다운으로 인해 발생되는 발전시스템의 작동중지를 방지함은 물론 전체 전력 네트워크의 안정화를 기대할 수 있게 되는 효과가 있다.
그리고 태양광온수기의 히터 구동이 중단되는 기간에는 인버터나 전력변환장치로 공급됨으로써 생산된 전력을 저장하거나 필요한 곳에 사용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전원공급제어기의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 생산된 전력량에 따른 태양광온수기 및 인버터로의 전원공급상태를 설명하기 위한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 전원공급 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템은 태양광모듈(10)과, 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받아 태양광온수기(20)로 공급하거나 태양광온수기(20)의 턴-오프(turn-off) 기간에 인버터(25)로 공급하는 전원공급제어기(30)를 포함하여 이루어져 있다.
여기서, 본 발명의 전원공급제어기(30)는 태양광온수기(20)의 턴-온(turn-on) 기간에 발전된 직류전원을 우선적으로 공급하도록 제어하게 되는데, 생산된 전력량이 설정된 기준값 이상일 경우에만 태양광온수기(20)의 상용전원으로 우선 공급하고, 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 인버터(25)로 공급하도록 제어하게 된다.
따라서, 태양광모듈(10)에서 생산된 전력량이 기준값보다 클 경우에는 생산된 전력을 아무런 문제발생없이 태양광온수기(20)의 상용전원으로 사용하게 되는 것이고, 생산된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 태양광온수기(20)로 공급하지 않고 인버터(25)로 공급해주도록 제어함으로써 전력부족으로 인해 발생될 수 있는 전원공급제어기(30)의 셧다운을 방지함은 물론 발전시스템의 작동중지로 인해 발생되는 여러가지 문제를 해소할 수 있게 되는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 전원공급제어기(30)는 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받는 전원입력부(31)와, 상기 전원입력부(31)로 입력되는 직류전원의 전력량을 판단하는 전략량 판단부(32)와, 전력량에 따라 직류전원의 출력방향을 제어하는 출력방향 제어부(33) 및 스위칭부(34)를 포함한다.
상기 전원입력부(31)는 태양광모듈에서 생산된 직류전원(예로서 DC 48V)을 입력받게 되는데, 이때 직류전원을 필터링하고 안정화시켜 주게 된다.
전원입력부(31)는 어댑터의 플러그가 삽입되는 플러그 소켓(plug socket) 등으로 구성될 수 있으며, 태양광 모듈에서 생성된 직류전원을 직류 전원계통을 통해 공급받는다. 여기서, 태양광 모듈에서 생성된 직류전원은 직류 전류전원 및 직류 전압전원을 포함한다.
상기 전력량 판단부(32)는 상기 전원입력부(31)로 입력되는 직류전원의 전력량을 판단하는 부분으로, 사전에 설정된 기준값과 비교하여 전력량이 기준값 이상인지를 판단하게 된다.
출력방향 제어부(33)는 전력량 판단부(32)의 판단결과에 따라 전력량이 기준값 이상일 경우에는 태양광온수기(20)의 상용전원으로 공급하도록 제어하고, 전력량이 기준값 미만일 경우에는 인버터(25)로 공급하도록 출력방향을 제어하게 된다.
이때 태양광온수기(20)나 인버터(25)로 공급되는 직류전원은 별도로 안정화 회로나 전압분배회로 등을 거친 후 공급될 수 있다.
상기 스위칭부(34)는 상기 태양광온수기(20)가 턴-오프(trun-off) 기간일 경우에 태양광온수기(20)로 공급되는 직류전원을 인버터(25)로 공급해주기 위한 구성으로, 스위칭동작을 통해 직류전원을 태양광온수기로 공급하거나 인버터로 공급해주게 된다.
구체적으로, 출력방향 제어부(33)에서는 전력량 판단부(32)의 판단결과 생산된 전력량이 기준값 이상인 것으로 판단될 경우에 태양광온수기(20)로 직류전원을 공급해주게 되는데, 이때 태양광온수기(20)가 오프상태일 경우에 상기 스위칭부(34)가 스위칭동작되면서 태양광온수기(20)로 공급되는 직류전원을 인버터(25)로 공급해주게 되는 것이다.
즉, 생산된 전력량이 기준값 이상일 경우 우선적으로 태양광온수기로 공급되는 것이고, 태양광온수기가 오프상태일 경우에는 스위칭부가 동작되면서 공급된 직류전원을 인버터로 출력되게 제어하는 것이다.
인버터 대신에 별도로 전력변환장치가 구비된 경우에는 전력변환장치로 직류전원을 공급하여 교류전원으로 변환시켜 주도록 할 수 있다.
본 발명에서 직류전원의 우선 공급을 위한 기준값은 태양광모듈(10)에서 발전가능한 최대 전력량 대비 30%의 전력량인 것이 바람직하다. 이는 발전량이 최대 전력량 대비 30% 미만일 경우에는 발전량이 너무 적어 전원공급제어기의 셧다운 가능성이 있기 때문이다.
도 3은 여름철 맑은날씨에서의 태양광모듈을 통해 생산되는 전력량을 보인 그래프의 개략적인 예시로서, 대략 오전 9시 이전과 오후 6시 이후에는 발전되는 전력량이 30% 미만임에 따라 이 시간에는 태양광온수기가 턴-온(turn-on) 상태이더라도 발전된 모든 전력을 태양광온수기로 공급하지 않고 인버터로 공급될 수 있도록 제어하게 되는 것이다.
그리고 오전 9시 이후부터 오후 6시 이전에는 발전량이 30% 이상임에 따라 태양광온수기로 생산된 전력을 우선적으로 공급하게 되는 것이며, 태양광온수기가 오프상태이거나 태양광온수기의 축열조 히터의 동작이 중지될 경우에 인버터로 공급해주게 되는 것이다.
물론, 흐린날씨에서는 전류량이 낮아 생산되는 전력량이 급격하게 줄어들 것이다.
본 발명에서 태양광온수기의 턴-오프(turn-off) 기간은 태양광온수기의 전원이 오프(off)된 상태와, 태양광온수기의 전원이 온(on)되어 있고 축열조의 히터가 온수를 설정온도까지 가열하여 히터의 동작이 일시적으로 중지상태로 변환되는 기간을 포함한다.
한편, 본 발명에서 발전된 전력을 태양광온수기로 공급하기 위한 기준으로서, 상기 기준값은 지역이나 날씨 등에 따라 관리자나 사용자가 조절해주도록 할 수 있다.
이를 위해, 상기 전원공급제어기(30)에는 생산된 전력량과의 비교를 위한 기준값의 설정은 물론 수치조절이 가능하도록 기준값 설정부(35)가 회로연결되게 구비될 수 있다.
따라서, 태양광모듈의 설치지역이나 날씨는 물론 태양광온수기의 에너지효율 등급에 따른 사용 전력량 등에 따라 기준값을 설정할 수 있어 전원공급제어기의 셧다운 및 발전시스템의 작동이 중지되는 문제 발생없이 효과적으로 생산된 전력을 사용할 수 있게 된다.
인버터로 공급된 직류전원은 교류전원으로 변환되고 별도로 연결되는 가전기기 등에 제공되거나 축전지에 저장될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 생산되는 전력의 흐름을 보인 순서도로서, 태양광모듈을 통해 발전된 전력량이 설정된 기준값 이상일 경우에는 직류전원을 태양광온수기의 상용전원으로 우선 공급하고, 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 인버터로 공급하게 된다.
이때, 발전된 전력량이 기준값 이상임에 따라 태양광온수기의 상용전원으로 우선 공급한 경우, 태양광온수기가 턴-온(turn-on) 상태가 아니라 턴-오프(turn-off) 상태일 경우에는 스위칭부에 의해 태양광온수기로 공급되는 직류전원이 인버터로 공급되어 진다.
따라서, 전력량이 기준값 보다 적을 경우에 전력부족으로 인해 발생될 수 있는 셧다운으로 인한 발전시스템의 작동중지 문제를 사전에 방지할 수 있는 것이며, 발전시스템의 작동중지 없이 발전된 전력을 끊김없이 태양광온수기의 축열조 히터나 인버터로 공급되도록 함으로써 전력의 발전 및 공급효율을 높여줄 수 있는 효과가 있다.
10: 태양광모듈 20: 태양광온수기
25: 인버터 30: 전원공급제어기
31: 전원입력부 32: 전력량 판단부
33: 출력방향 제어부 34: 스위칭부
35: 기준값 설정부

Claims (4)

  1. 태양광모듈(10);
    태양광온수기(20)의 턴-온(turn-on) 기간에 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받아 태양광온수기(20)로 우선 공급하고, 태양광온수기(20)의 턴-오프(turn-off) 기간에는 인버터(25)로 공급하도록 제어하는 전원공급제어기(30)를 포함하는 태양광 발전시스템에 있어서,
    상기 전원공급제어기(30)는, 상기 태양광모듈(10)에서 발전된 전력량이 기준값 이상일 경우에만 태양광온수기(20)로 공급하고 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 태양광온수기(20)가 턴-온(turn-on) 기간일 경우라도 인버터(25)로 공급하도록 제어하는 것으로,
    상기 태양광모듈(10)에서 발전된 직류전원을 입력받는 전원입력부(31);
    상기 전원입력부(31)로 입력되는 직류전원의 전력량을 사전에 설정된 기준값과 비교하여 전력량이 기준값 이상인지를 판단하는 전력량 판단부(32);
    상기 전력량 판단부(32)의 판단결과에 따라 생산된 전력량이 기준값 이상일 경우에는 태양광온수기(20)의 상용전원으로 공급하고, 발전된 전력량이 기준값 미만일 경우에는 태양광온수기(20)가 턴-온(turn-on) 기간일 경우라도 발전된 직류전원을 인버터(25)로 공급하도록 출력방향을 제어하는 출력방향 제어부(33);
    상기 태양광온수기(20)가 턴-오프(trun-off) 기간인 경우와 발전된 직류전원이 기준값 미만일 경우에 태양광온수기(20)로 공급되는 직류전원을 인버터(25)로 공급해주도록 스위칭동작되는 스위칭부(34);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은 태양광모듈(10)에서 발전가능한 최대 전력량 대비 30%의 전력량인 것을 특징으로 하는 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전원공급제어기(30)에는 생산된 전력량과의 비교를 위한 기준값의 설정 은 물론 수치조절이 가능하도록 기준값 설정부(35)가 회로연결되게 구비된 것을 특징으로 하는 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템.
KR1020210057780A 2021-05-04 2021-05-04 태양광온수기 열원 우선 공급형 태양광 발전시스템 KR102301920B1 (ko)

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