KR102450435B1 - 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 누전감시 회로를 구비한 장치를 탑재하여 자체발전 저전압 회생전원을 이용한 발전효율 개선한 태양광 발전시스템과 자체발전 저전압 회생전원을 이용한 발전효율의 개선방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 자체 발전전력을 회생전원으로 사용하여 상대적으로 저압의 추가전압, 전력만을 인가하여 전체 효율을 높힐 수 있는 효과가 있다. 또한 주 제어기에서 각 회로의 CMV를 측정하여 접지에 대한 전위가 일정치 이하인 경우 이를 누전으로 판단하여 회로별 누전감시를 할 수 있다.
Description
본 발명은 자기발전전력을 이용한 발전 보상 기능 및 누전감시 회로를 구비한 태양광 발전시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기발전 전력의 피드백을 이용하여 발전회로를 보상하는 발전 효율 개선방법 및 누전감시 회로를 구비한 태양광 발전시스템과 그 방법에 관한 것이다.
지구 온난화 그리고 에너지 정책은 최근에 국제적인 의제로 되고 있고, 선진국은 온실 가스 배출을 감소시키려 하고 있다. 이러한 상황에서 태양광발전은 반영구적이고 태양전지를 사용해서 유지보수가 간편하며 무공해 무진장한 태양에너지원을 사용하므로 미래의 대체에너지원으로 각광받고 있다. 태양광 발전을 설치한 후에는 온실가스의 배출 없이 일사량에 따른 전기를 생산하게 된다. 그러나 태양광 발전을 위한 시설은 초기투자비가 많이 들어간다. 태양광 발전의 효율을 증가시킴으로써 태양광 발전의 수익성을 높이며, 유지 보수중 효율 감소를 방지한다.
태양광 발전의 효율은 크게 세 개의 요인에 영향을 받는다. PV(Photovoltaic) 패널의 효율, 인버터의 효율, 및 최대전력점 추종(MPPT) 알고리즘의 효율이다. 이 중 새로운 제어 알고리즘으로 최대전력점(MPP)을 추종하는 것은 다른 효율을 증가시키는 것에 비해 보다 쉽고 비용이 적게 요구된다고 할 수 있다.
PV 어레이는 발생된 전력이 최대가 되는 유일한 점을 가진 비선형 전압-전류 특성이 있기 때문에 MPPT 알고리즘이 필요하다. 상기 최대전력점(MPP)은 패널의 온도와 일사량 조건에 달려 있다. 두 조건 다 낮에는 변화하고 계절에 따라서 다르다. 게다가 일사량은 구름과 같은 대기의 상태에 따라 변화하기 때문에 급속하게 바뀔 수도 있다. 최대 전력점을 항상 얻기 위해서는 모든 가능한 조건 하에서 MPP를 정확하게 추적하는 것이 매우 중요하다.
본 발명에서 회생전원이라함은 사용하지 못하고 버려지는 전력을 유효화하는 전력을 말한다.
도 1은 일반적인 태양광 모듈의 연결로써 직병렬로 연결되는 연결도이며, 도 2는 연결된 각 회로의 전류 전압 특성이다. 출력부하를 가장 큰 출력이 나오도록 조절할 때 전압이 회로-1의 Vmp 점에 있다고 가정하면 특성이 저하된 회로-2, 회로-3는 특성곡선에 의해 아래와 같이 저하된다.
도 2의 회로-2에서는 특성이 10% 저하되는 것으로 가정하면,
Voc2 = Voc1의 90%
I2 = Imp의 80%
로 되어 발전전력은 Vmp * I2로 되어 정상적인 발전의 80%로 출력된다.
회로-3에서는 특성이 20% 저하되는 것으로 가정하면,
Voc3 = Voc1의 80%
I3 = 0 으로 Voc3는 Vmp에도 도달하지 못하여 발전을 하지 못한다.
한편, 시스템에 연결되는 태양전지는 직렬로 연결되어 1개 회로를 형성하는데 이중 1개 혹은 수개의 특성저하에 따라 전체회로의 출력이 현저히 줄어들거나 발전을 할 수 없게 된다. 이를 보상하기 위해서는 전압을 보상하여 직렬회로 전체의 전압을 상승시켜 전력을 보충하여야 하는데 자체회로의 전력으로 증폭하거나 외부전력을 사용하여야 한다. 종래의 보상 방법은 각 회로의 전압을 증폭하여 보상하거나 타 전력을 빌어서 전력보상을 하여 손실이 많이 발생하는 형태이다. 자체회로의 전압 증폭은 상대적으로 고압증폭이며 정밀 제어가 어려워서 실효성이 낮으며 외부전력을 사용하는 것은 법규상, 혹은 추가공사 등으로 경제성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 고안한 것으로, 자기발전전력을 회생전원으로 사용하여 상대적으로 저압의 추가전압, 전력만을 인가하여 전체 효율을 높힐 수 있는 저전압 회생전력을 이용한 발전을 보상한 태양광 발전시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 태양광에 의한 직류 전원을 생성하는 복수의 태양광 패널; 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 계통전력과 연결된 인버터; 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로가 상기 인버터와 연결하는 접속반; 상기 태양광 쏠라모듈 라인별 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 발전보상기; 상기 접속반 내에서 화재발생시 상기 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원이 상기 접속반으로의 공급경로를 차단하는 DC 전원 차단부; 및 접속반 내에서 화재 발생시 화재를 감지하여 진압하는 자동 소화장치;를 포함하며, 상기 발전보상기는 상기 태양광 쏠라모듈 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 스트링 회로별 보상기, 상기 스트링 회로별 보상기와 연결되어 상기 접속반의 발전전력(T) 측에서 회생을 위한 전원을 발생시키는 회생전원 및 총전압을 감지하여 상기 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 인가할 음전압의 전력을 계산하여 상기 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 인가전압을 제어하는 주제어기;를 포함한다.
태양광 쏠라모듈의 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함한다. 주제어기는 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함한다.
발전보상기는 회로에 부착된 전체회로 보상기에 일정량의 추가전압을 인가하여 출력전압을 상승시켜 인버터의 시작전압을 높인다. 발전보상기는 블록킹 다이오드의 (-)부분에 마이너스 저전압 전력을 인가하고, 상기 블록킹 다이오드의 (+)를 공통으로 전력을 인가하여 회로별 전력보상을 위한 전력을 자체 발전된 전력을 회생하여 보상한다.
한편, 자기발전전력을 이용한 발전 보상 태양광 발전시스템의 보상방법은 (a) 상기 시스템의 주제어기가 주회로의 총전압을 감지하는 단계; (b) 상기 주제어기가 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 발전 전력 (T)측을 공통으로 인가할 음전압의 전력을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 주제어기가 상기 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 음의 인가전압을 제어하는 단계;를 포함한다. (c)단계 이후, 상기 주제어기가 회로별 전류, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 및 회로별 누전경보의 정보를 외부로 전달하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 자체 발전전력을 회생전원으로 사용하여 상대적으로 저압의 추가전압, 전력만을 인가하여 전체 효율을 높힐 수 있는 효과가 있다. 또한 주 제어기에서 각 회로의 CMV(Common Mode Voltage)를 측정하여 접지에 대한 전위가 일정치 이하인 경우 이를 누전으로 판단하여 회로별 누전감시를 할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양광 모듈의 연결로써 직병렬로 연결되는 연결도이며,
도 2는 연결된 각 회로의 전류 전압 특성이다.
도 3은 각 회로의 전력 저하분을 보상하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 의한 구체적인 회로 블록다이아그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 발전 회생전력을 이용한 발전효율 보상 및 누전감시 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 출력전압을 상승하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 접지에 대한 각 회로의 전위를 측정하는 대표회로이다.
도 8은 본 보상시스템의 주제어기 제어 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 주제어기 기능을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 자동소화장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 이용한 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 연결된 각 회로의 전류 전압 특성이다.
도 3은 각 회로의 전력 저하분을 보상하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 의한 구체적인 회로 블록다이아그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자체 발전 회생전력을 이용한 발전효율 보상 및 누전감시 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 출력전압을 상승하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 접지에 대한 각 회로의 전위를 측정하는 대표회로이다.
도 8은 본 보상시스템의 주제어기 제어 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 주제어기 기능을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 자동소화장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 이용한 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 자기 발전한 전력을 회생전원으로 사용하여 최대 효율을 얻는 형태로서, 저하된 특성을 복구하는 것이 아니며 저하된 특성에 의한 감소 발전량을 보상하는 것이다. 저전압의 전력을 투입하여 저전압에 의해 발전이 현저히 줄어드는 회로를 회생시키는 방법을 사용한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 자체발전 저전압 회생전원을 이용한 발전효율의 개선방법 및 누전감시 회로를 구비한 장치를 탑재한 태양광 발전시스템에 특징이 있다.
태양광 발전시스템에서 다수의 태양광 모듈을 접속함에 있어서 각 회로별로 총합하여 발전 인버터에 직접 접속하거나 혹은 블록킹 다이오드를 각 회로에 추가하여 회로의 전류를 합하여 발전 인버터에 연결한다. 이때 직렬로 연결된 각 회로는 태양광모듈 각각의 일사량, 혹은 노후화에 따라 최대전력을 발생하지 못한다. 이 차이를 보상하기 위해서는 각 회로에 추가적인 전압을 가하여 회로의 전류를 최대전력점에서 흐르도록 보상을 하여야 하며 보상량은 각 회로마다 차이가 있다. 본 발명은 다회로의 태양광 발전에서 발전하는 전체출력을 피드백하여 최대전력을 발생하지 못하는 회로의 전력을 추가 보상하여 전체회로가 최대전력을 발생하도록 하는 것이다.
또한 각 스트링 회로에 누전감시를 위해 CMV(Common Mode Voltage) 감지회로를 추가하여 주회로에서는 감지할 수 없는 태양광 모듈라인의 상태를 감지하는 기능을 갖는다.
본 발명에서는 자체 발전한 전력을 회생전원으로 사용하여 최대 효율을 얻는 형태이며 저전압의 전력을 투입하여 저전압에 의해 발전이 현저히 줄어드는 회로를 회생시키는 방법을 사용한다. 시스템에 연결되는 태양전지는 직렬로 연결되어 1개 회로를 형성하는데 이중 1개 혹은 수개의 특성저하에 따라 전체회로의 출력이 현저히 줄어들거나 발전을 할 수 없게 된다. 이를 보상하기 위해서는 전압을 보상하여 직렬회로 전체의 전압을 상승시켜 전력을 보충하여야 하는데 자체회로의 전력으로 증폭하거나 외부전력을 사용하여야 한다. 전체회로의 전압 증폭은 상대적으로 고압증폭이며 정밀 제어가 어려워서 실효성이 낮으며 외부전력을 사용하는 것은 법규상, 혹은 추가공사 등으로 경제성이 낮다. 따라서 본 발명은 자체 발전전력을 회생전원으로 사용하여 상대적으로 저압의 추가전압, 전력만을 인가하여 전체 효율을 높힌다.
또한 주 제어기에서 각 회로의 CMV를 측정하여 접지에 대한 전위가 일정치 이하인 경우 이를 누전으로 판단하여 회로별 누전감시를 할 수 있다.
도 3은 각 회로의 전력 저하분을 보상하기 위한 도해로써 회로-2 는 정상이고 회로-1의 저하전력을 보상하기 위한 것이다. 각 점의 전위는 '1'점 기준으로 '2'는 솔라모듈의 전압 Vs1이고 다이오드의 순방향 전압을 편의상 0V로 보면 Vs1은 총전압 Vt와 동일하다. 회로의 전압 Vs1이 Vt보다 낮게 되면 회로의 전류는 흐를 수 없으므로 그 회로는 발전 불가 상태로 된다. 따라서 다이오드의 사이 전압 Vx1을 Vt를 공통으로 하여 (-)전압을 인가하면 회로의 총전압은 증가하여 총전압이 Vt보다 높게 되면 그회로는 회생할 수 있다. 이에 따라 총전압 Vt = Vs1 + Vx1: (Vs1 = Solar Voltgae, Vx1 = 보상전압)으로 된다.
도 4는 도 3에 의한 구체적인 회로 블록다이아그램으로 회생전력은 총전압이 보상전력보다 훨씬 높아서 Buck Converter로 구성되어 각 회로의 보상기에 전력이 공급된다. 보상기 또한 Buck Converter로 주제어기에 의해 계산된 보상전력을 회로별 전류에 의한 최대전력을 추종하여 회로별로 제어한다. 보상출력은 총전압에 비해 음(-)의 전위로 공급된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 인버터(100), 접속반(200), 발전보상기(300), 태양광 모듈(400), DC 전원 차단부(500)를 포함한다.
이러한 도 5는 전체 회로에 대한 추가회로 도해로써 각회로의 Vmp점을 최대전력이 발생하도록 보상하는 발전보상장치를 포함한다. 발전보상장치는 일반의 블록킹 다이오드가 탑재된 접속함등에 부가하여 사용할 수 있도록 구성된다.
인버터(100)는 계통전력과 연결되는 구성으로서, 인버터는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 계통전력과 연결된다.
접속반(200)은 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로가 인버터와 연결된다.
발전보상기(300)는 태양광 쏠라모듈 라인별 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 장치이다. 이러한 기능을 수행하기 위한 발전보상기는 스트링 회로별 보상기(310), 회생전원(320), 주제어기(330)를 포함한다.
스트링 회로별 보상기(310)는 태양광 쏠라모듈 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 구성이다.
회생전원(320)은 스트링 회로별 보상기와 연결되어 접속반의 발전전력(T) 측에서 회생을 위한 전원을 발생시킨다.
주제어기(330)는 주회로의 총전압을 감지하여 상기 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 인가할 음전압의 전력을 계산하여 상기 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 인가할 음전압을 제어한다.
태양광 모듈(400)은 복수의 태양광 패널로 태양광에 의한 직류 전원을 생성한다.
DC 전원 차단부(500)는 인버터 또는 접속반 내에서 화재발생시 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원이 접속반으로의 공급경로를 차단하기 위한 구성으로서, 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원을 차단한다.
도 5에서, 회생전원은 회생을 위한 전원으로 평상의 발전전력 T 측에서 전원을 발생시킨다. 동작시 각회로의 전압은 동일하며 주제어기는 각 회로의 전류와 외부의 MPPT를 수행하는 Vmp, 즉 총전압을 감지하여 A1,B1,C1에 인가할 음(-)전압의 전력을 계산하여 보상기에 T를 Common(공통)으로 하여 인가할 V1,V2,V3를 제어한다. 이때 각 회로의 전압은 동작중에는 일반적으로 크게 특성이 저하되지 않는 환경에서는 동일하므로 각 회로의 전압은 측정하지 않는다.
V1,V2,V3의 인가할 전압의 계산은 일반 MPPT 전력방법에 의해 각 회로별 보상기에 제어루프 기능으로 계산된다. 본 발명에서는 각 총전압의 상하 30% 대역의 MPPT범위를 정하고 전류를 포함한 전력을 최대치가 나오도록 트랙킹 하는 방법을 취하였다. 보상후에는 다이오드간의 전압 V1,V2,V3에 의해 각 회로의 전압 E-A1, E-B1, E-C1은 변화할 수 있다.
도 5의 회로에 의해 모듈특성이
Vmp = 500V ;최대전력시 전압
Imp = 10A ;최대전력시 전류
Pmp = 5kW ;최대전력
회로-2 특성저하 10%, 회로 -3 특성저하 20% 로 가정하여 이에 따른 실제 보상율을 계산하면 보상전에는 도-2의 특성곡선에 의해 Vmp가 3개 회로중 2개 회로에 의해 결정되어,
Vmp = (Vmp1 + Vmp2) / 2 = (500V + 450V) / 2 = 475V
( Vmp : 시스템 출력전압, Vmp(n) : 회로별 출력전압 )으로 되어 도-2의 특성에 의해 전력은 3개회로 각각 분석 합하면 총전력 = (5kW + 4.5kW + 0.5kW) = 10kW 로 보상 전에는 정상전력 15kW의 66%에 이른다.
보상 후에는 총 MPPT전압을 그대로 유지할 경우 각회로의 전압은 Vmp로 복귀하여
회로-1 = 5kW
회로-2 = 4.5kW (특성저하분 10%)
회로-3 = 4kW (특성저하분 20%)
총출력 = 13.5kW 로 보상되어야 한다. 그러나 회생전원분 손실분을 계산하면,
회로-2에 보상된 전압 = 50V, 전류는 9A(90%) = 0.45kW
회로-3에 보상된 전압 = 100V, 전류는 8A(80%) = 0.8kW 가 손실된다.
이에 따라 총 출력량은 보상 후 총출력 = 보상후 출력분 13.5kW - 회생전력 1.25kW = 12.25kW 이므로, 총 보상량은 보상전 출력 기준으로 총 보상량 = (12.25kW - 10kW) / 10kW = 22.5%를 보상할 수 있다.
본 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 태양광 쏠라모듈의 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함한다. 도 5의 CT는 직류계기용 변류기로서, 회로에 흐르는 전류를 측정한다.
또한 주제어기는 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함한다.
발전보상기는 회로에 부착된 전체회로 보상기에 일정량의 추가전압을 인가하여 출력전압을 상승시켜 인버터의 시작전압을 높이는 기능을 수행한다. 또한 발전보상기는 블록킹 다이오드의 (-)부분에 마이너스 저전압 전력을 인가하고, 상기 블록킹 다이오드의 (+)를 공통으로 전력을 인가하여 회로별 전력보상을 위한 전력을 자체 발전된 전력을 회생하여 보상한다.
도 6은 발전보상기를 적용할 경우 회로에 부착된 전체회로 보상기에 일정량의 추가전압을 인가하여 출력전압을 상승시켜 인버터 혹은 주 MPPT를 수행하는 전력변환기의 입력전압을 상승시켜 인버터등의 시작전압을 높혀 주변기기의 전압증폭기(부스터)등이 필요없이 DC-Link의 전압에 부응할 수 있다.
도 7은 접지에 대한 각 회로의 전위를 측정하는 대표회로로써 역전압 방지 다이오드가 있을 경우 감지할 수 없는 회로의 CMV(Common Mode Voltage)를 측정하기 위해 본 발전보상기에 부착되는 회로이다.
도 8은 본 보상시스템의 주제어기 제어 흐름도로서 회로별 전류, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 등의 정보를 보낼 수 있어 이를 모니터링, 혹은 유지관리에 활용할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 주제어기는 각 회로 CMV를 측정하여 설정치를 벗어난 Out of Spec인 경우에 스위치 트립 및 누전 경보를 알린다. 다음으로 본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 주제어기는 각 회로 전류 DATA를 수집하여 전압 전력을 계산한다. 다음으로 주제어기는 평균전력 및 표준편차를 계산하여 설정치를 벗어난 Out of Spec인 경우 회로 불량 및 퓨즈 불량을 구분하여 회로 불량 및 퓨즈 불량 또는 설정치를 벗어난 Out of Current인 경우 회로간 다락 경보를 알린다.
다음으로 주제어기는 설정치 이내인 In Spec인 경우 MPPT 계산 및 보상량 계싼하여 보상 전압을 판단하여 효율 저하량을 통보 또는 보상 증폭 출력 루프를 판단하는 단계로 이행한다. 다음으로 주제어기는 회로별 PWM을 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 회로별 전력보상을 위한 전력을 자체 발전한 전력을 회생하여 사용한다. 또한 회로의 보상방법에 있어 일반적으로 회로의 총전압 혹은 전력을 증폭시키는 방법과 달리 블록킹 다이오드 (-)부분에 마이너스 저전압 전력을 인가하고 블록킹 다이오드(+)부분에 공통으로 전력을 인가하는 방식이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 기능을 구현하기 위해서는 총전압과 각 회로의 전류만을 필요로 하며, 각 회로의 전압을 감지할 필요가 없다. 블록킹 다이오드를 삽입할 경우 주 회로에서는 감지할 수 없는 각 회로의 누전감시를 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 주제어기 기능을 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 주제어기는 회로별 전류, 회로별 CMV, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 및 회로별 누전경보의 정보를 출력하여 외부로 전달한다. 이로써, 본 실시예에 따른 주제어기는 회로별 전류, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 등의 정보를 보낼 수 있어 이를 모니터링, 혹은 유지관리에 활용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 나타낸 블록도이다.
본 실시예에 따른 인버터(100)는 태양광에 의해 직류 전원을 생성하는 복수의 태양광 패널의 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다.
본 실시예에 따른 접속반(200)은 태양광 패널에서 발생된 직류 전원을 상기 인버터(100)로 전달하되, 접속반 하우징(210)과, 상기 접속반 하우징 내의 화재를 감지하기 위한 접속반 화재감지부(220)와, 상기 접속반 하우징 내에 발생된 화재를 방재하기 위한 자동소화장치(230)와, 상기 접속반 화재감지부의 검출된 신호를 수신하여 제어 신호의 출력이 이루어지는 제2제어부(240)를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 DC전원차단부(500)는 접속반 내에서 화재발생시 상기 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원이 상기 접속반으로의 공급경로를 차단하는 구성이다. 이러한 차단부는 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원을 차단하는 구성으로서, 태양광 패널과 대응하여 각 회로별 동수로 설치되어 접속반 내에 전달되는 전류를 차단하되, 태양광 패널로부터 발생한 직류 전원을 차단한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 자동소화장치를 나타낸 블록도이다.
본 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 접속반(200)의 자동소화장치(230)는 화재 감지부(231)와 소화장치(232)를 포함한다.
한편, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템을 이용한 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 보상방법을 설명하면 다음과 같다.
자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 주제어기는 주회로의 총전압을 감지한다(a).
다음으로 주제어기는 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 인가할 음전압의 전력을 산출한다(b).
다음으로 주제어기는 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 인가전압을 제어한다(c).
(c)단계 이후, 주제어기가 회로별 전류, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 및 회로별 누전경보의 정보를 출력하여 외부로 전달한다.
본 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 주제어기는 자동 소화장치를 통해 접속반 내에서 화재 발생시 화재를 감지하여 진압하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템은 접속반 내에서 화재를 개별적으로 감지하고 이를 신속히 할 수 있는 다양한 소화장치가 마련되며, 또한 신속한 화재 진압과 함께 소손 부분을 최소화하여 화재 설비 복구 비용이 절감되고, 회복 기간이 단축되어 그에 따른 발전량 증가로 이어진다. 나아가 대형 사고로 이어질 수 있는 화재 확산을 방지하고, 감전ㅇ유독가스 중독 등 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (7)
- 태양광에 의한 직류 전원을 생성하는 복수의 태양광 패널;
직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 계통전력과 연결된 인버터;
다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로와 상기 인버터를 연결하는 접속반;
상기 태양광 쏠라모듈 라인별 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 발전보상기;
상기 접속반 내에서 화재발생시 상기 태양광 모듈로부터 발생한 직류 전원이 상기 접속반으로의 공급경로를 차단하는 DC 전원 차단부; 및
접속반 내에서 화재 발생시 화재를 감지하여 진압하는 자동 소화장치;를 포함하며,
상기 발전보상기는 상기 태양광 쏠라모듈 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대전력이 발생하도록 보상하는 스트링 회로별 보상기,
상기 스트링 회로별 보상기와 연결되어 상기 접속반의 발전전력(T) 측에서 회생을 위한 전원을 발생시키는 회생전원 및
총전압을 감지하여 상기 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 인가할 음전압의 전력을 계산하여 상기 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 인가전압을 제어하는 주제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 태양광 쏠라모듈의 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 주제어기는 각 스트링 회로에 누전감시를 수행하는 CMV 감지회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
발전보상기는 회로에 부착된 전체회로 보상기에 일정량의 추가전압을 인가하여 출력전압을 상승시켜 인버터의 시작전압을 높이는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템. - 제1항에 있어서,
상기 발전보상기는 블록킹 다이오드의 (-)부분에 마이너스 저전압 전력을 인가하고, 상기 블록킹 다이오드의 (+)를 공통으로 전력을 인가하여 회로별 전력보상을 위한 전력을 자체 발전된 전력을 회생하여 보상하는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템. - 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 보상방법에 있어서,
(a) 상기 시스템의 발전 보상기가 주회로의 총전압을 감지하는 단계;
(b) 상기 발전 보상기가 다수의 태양광 쏠라모듈의 스트링 회로별로 인가할 음전압의 전력을 산출하는 단계; 및
(c) 상기 발전 보상기가 스트링 회로별 보상기에 발전전력(T)를 공통으로 인가할 스트링 회로별 인가전압을 제어하는 단계;를 포함하되,
상기 (c) 단계 이후, 상기 시스템의 발전 보상기가 태양광 쏠라모듈 각 스트링 회로의 Vmp점에서 최대 전력이 발생하도록 스트링 회로별 보상기로 보상하고, 회생전원이 상기 스트링 회로별 보상기와 연결되어 접속반의 발전전력 측에서 회생을 위한 전원을 발생시키며,
상기 발전 보상기는 회로에 부착된 전체회로 보상기에 일정량의 추가전압을 인가하여 출력전압을 상승시켜 인버터의 시작전압을 높이는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 보상방법. - 제6항에 있어서,
상기 (c)단계 이후,
상기 주제어기가 회로별 전류, 보상량과 총 전압에 의해 설정보다 낮은 회로전력 경우 회로별 불량 정보, 보상 전력에 의한 회로별 효율, 퓨즈단선, 과전류에 따른 회로간 단락 및 회로별 누전경보의 정보를 외부로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기발전전력을 이용한 발전 보상 및 누전감시 기능을 구비한 태양광 발전시스템의 보상방법.
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