KR102536187B1 - 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전장치로부터 생성되는 전력을 저장하기 위해 구비되는 에너지 저장시스템(Energy Storage System ; ESS) 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 배터리들을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하면 해당 배터리만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 ESS의 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 태양광 발전장치로부터 생성되는 전력을 저장하기 위해 구비되는 에너지 저장시스템(Energy Storage System ; ESS) 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 다수의 배터리들 중에서 특정 배터리에 문제가 발생하더라도 ESS가 정상적으로 동작할 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 ESS들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 배터리들을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하면 해당 배터리만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 ESS의 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
최근, 전력수요가 증가하고 친환경에 대한 요구가 높아짐에 따라 친환경 에너지의 하나로서 태양광 발전에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 태양광 발전은 실외의 적당한 위치에 태양광 발전패널을 설치하여 태양광에 의해 전력을 생산하는 것으로, 기존의 화력발전이나 원자력발전 등과 같이 오염물질이나 폐기물이 발생하지 않고, 필요에 따라 대규모 발전시설부터 가정용의 소규모 발전장치까지 다양하게 적용 가능한 장점이 있으므로, 최근에는 일반 가정에서도 옥상이나 베란다 등에 태양광 발전장치를 설치하여 전기에너지를 직접 생산하는 경우가 많아지고 있다.
또한, 태양광 발전은 그 특성상 태양광이 강한 낮에 전력이 많이 생산되고 밤에는 발전량이 크게 낮아지므로, 일반적으로 태양광 발전장치에는 낮시간 동안 생산된 전력을 밤에도 사용 가능하도록 하기 위해 생성된 전기에너지를 저장하는 에너지 저장시스템(Energy Storage System ; ESS)이 구비되어 있다.
더 상세하게는 상기한 에너지 저장시스템(ESS)은, 일반적으로, 예를 들면, 리튬 이온(Li-ion) 배터리 등과 같이, 직렬, 병렬, 또는 직렬-병렬 연결된 다수의 재충전가능한 배터리를 포함하여 구성되며, 이때, 리튬 이온 배터리는 과충전이나 과열 또는 외부 충격 등의 문제가 발생시 화재의 위험이 있고, 리튬 이온 배터리의 특성상 화재가 발생하면 빠르게 확산되어 큰 재해로 이어질 수 있는 문제가 있다.
이에, 최근에는, 태양광 발전의 효율을 높이기 위해 ESS의 효율성을 개선하는 것에 더하여, 이러한 사고를 방지하기 위해 ESS의 안정성을 향상시키기 위한 요구가 높아지고 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 ESS의 안정성 및 효율성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2021-0025361호에 제시된 바와 같은 "안전기능이 강화된 PV-ESS 통합 솔루션 시스템"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허 제10-2021-0025361호는, 태양광을 이용하여 발전하는 태양광 발전장치; 태양광 발전장치에 의해 생산된 전력을 저장하는 ESS장치; 태양광 발전장치 및 ESS장치의 상태를 진단하고 관리하는 진단서버를 포함하고, 상기 진단서버는, ESS장치에서 측정되는 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 위험을 감지하여 알리는 ESS관리부를 포함하여, ESS장치의 온도, 아크, 지진감시 정보에 따라 안전성을 미리 진단하여 사용자에게 알림으로써 화재, 지진 등에 대한 대비가 신속하게 이루어질 수 있도록 구성되는 안전기능이 강화된 PV-ESS 통합 솔루션 시스템에 관한 것이다.
또한, 상기한 바와 같이 ESS의 안정성 및 효율성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2021-0024962호에 제시된 바와 같은 "ESS 배터리의 상태진단 및 수명예측을 위한 장치 및 방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허 제10-2021-0024962호는, ESS(Energy Storage System)에 포함된 배터리로부터 배터리 상태신호를 수집하는 과정; 신호분석 및 통계치 분석을 이용하여 배터리 상태신호로부터 배터리 상태 데이터를 생성하는 과정; 및 사전에 트레이닝된 딥러닝(deep learning) 기반의 진단예측 모델을 이용하여 배터리 상태 데이터로부터 배터리의 상태진단 및 수명예측에 대한 결과 데이터를 추론하는 과정을 포함하여, ESS에 포함된 배터리의 상태에 대한 데이터에 근거하여 딥러닝 기반의 진단예측 모델을 통해 배터리의 상태진단 및 수명예측을 수행함으로써 ESS의 안정적인 동작에 도움을 줄 수 있도록 구성되는 ESS 배터리의 상태진단 및 수명예측을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
아울러, 상기한 바와 같이 ESS의 안정성 및 효율성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2021-0023377호에 제시된 바와 같은 "에너지저장시스템(ESS)의 셀 안정화 방법 및 시스템"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허 제10-2021-0023377호는, 배터리 모듈을 구성하는 다수의 셀들의 충/방전을 진행하는 충/방전 진행단계; 충/방전 진행단계에 의해 다수의 셀들이 동시에 충/방전 중인 상태에서 일정 주기 간격으로 각 셀의 SOC 측정 데이터를 측정하는 데이터 측정단계; 측정된 각 셀의 SOC 측정 데이터를 이용하여 SOC를 산출하는 SOC 산출단계; 산출된 각 셀의 SOC를 이용하여, 동일한 시점에 대하여 각 배터리 모듈별로 가장 큰 SOC 값인 최대 SOC와 가장 작은 SOC 값인 최소 SOC를 추출하는 최대/최소값 추출단계; 추출한 최대 SOC와 최소 SOC를 바탕으로 각 배터리 모듈에 포함된 셀들의 충/방전 동작여부를 판단하는 충/방전 동작여부 판단단계; 및 판단결과에 따라 해당 배터리 모듈에 포함된 셀들의 충/방전 동작을 제어하는 충/방전 동작 제어단계를 포함하여, 다수의 셀들에 대하여 셀들 간의 SOC 편차 발생 없이 동일하게 충/방전 수행이 가능하므로 SOC 편차 발생으로 인한 셀의 퇴화를 방지할 수 있고, 배터리 성능저하를 최소화하여 배터리의 효율성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 ESS의 셀 안정화 방법 및 시스템에 관한 것이다.
상기한 바와 같이, 종래, ESS의 안정성 및 효율성을 높이기 위한 장치 및 방법에 대하여 여러 가지 기술내용이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 에는 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 종래의 ESS들은, 일반적으로 태양광 패널과 일정 거리 떨어진 위치에 다수의 배터리가 내장된 적재함의 형태로 형성되는 것이 대부분이나, 이와 같이 다수의 배터리가 동일한 공간에 설치되어 있는 경우 하나의 배터리에서 화재가 발생하면 나머지 배터리들도 모두 손상되는 문제가 있다.
더욱이, 종래의 ESS들은, 상기한 바와 같이 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있음으로 인해, 특정 배터리에서 고장 등의 문제가 발생시 경우에 따라서는 해당 ESS 전체를 사용할 수 없게 되는 문제점도 있는 것이었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 ESS 시스템들의 문제점을 해결하기 위하여는, ESS에 구비되는 다수의 배터리들을 각각 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하더라도 해당 배터리만을 차단하거나 우회하는 것에 의해 ESS의 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 함으로써 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 ESS 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 다수의 배터리들 중에서 특정 배터리에 문제가 발생하더라도 ESS가 정상적으로 동작할 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같은 종래기술의 ESS들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 배터리들을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하면 해당 배터리만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 ESS의 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(Energy Storage System ; ESS)에 있어서, 태양광 발전시설에 구비되는 각각의 태양광 패널의 일측에 각각 설치되어 각각의 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하는 복수의 ESS 모듈을 포함하여 이루어지는 전력저장부; 및 상기 전력저장부의 각각의 ESS 모듈의 동작을 제어하고 이상발생을 감지하여 이상이 발생한 부위를 차단 또는 우회하도록 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템이 제공된다.
여기서, 상기 ESS 모듈은, 태양광 발전시설에 구비되는 각각의 태양광 패널과 인버터(inverter) 및 각각의 태양광 패널과 인버터를 연결하는 회로 배선에 미리 설정된 위치 및 개수로 각각 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ESS 모듈은, 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하여 이루어지는 에너지 저장수단; 상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제어수단; 상기 배터리의 전반적인 상태와 동작을 모니터링하고 관리하기 위한 배터리 관리시스템(Battery Management System ; BMS); 및 상기 배터리의 전력 효율을 높이기 위한 최대전력추종(Maximum Power Point Tracking ; MPPT) 컨트롤러를 포함하여 구성되고, 상기 태양광 패널의 뒷면에 설치된 정션박스(junction box)와 전기적으로 연결되어 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 ESS 모듈은, 방수기능을 가지고 상기 태양광 패널의 뒷면에 탈부착 가능하도록 결합수단이 구비되는 하우징; 및 상기 정션박스 및 각각의 ESS 모듈을 서로 연결하기 위해 분리 가능하도록 이루어지는 커넥터를 더 포함하여 구성됨으로써, 고장이나 이상 발생시 교체나 유지보수 및 관리가 용이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 분산형 에너지 저장시스템은, 각각의 상기 ESS 모듈에 대하여 전압, 전류, 저항 및 온도를 포함하는 상기 ESS 모듈의 현재상태 및 동작을 체크하기 위한 각각의 측정센서 및 감지센서를 포함하여 이루어지는 감지수단; 상기 감지수단의 각각의 센서들과 유, 무선 통신을 통하여 각종 측정신호 및 제어신호를 송수신하기 위한 통신수단; 및 이상발생시 경고등이나 경고음 중 적어도 하나를 통해 알림을 전달하기 위한 알림표시수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 각각의 상기 ESS 모듈의 충방전 및 전체적인 동작을 제어하는 동시에, 각각의 상기 ESS 모듈에 연결된 상기 감지수단과 유선 또는 무선으로 통신을 수행하여 제어명령을 전달하고 현재상태에 대한 정보를 수신하며, 특정 ESS 모듈에 대한 각각의 측정값들 중 적어도 하나가 해당 측정값에 대하여 미리 정해진 기준값이나 기준범위를 벗어나는 경우 이상이 있는 것으로 판단하여 해당 ESS 모듈을 차단하고 이상발생 내용을 상기 알림표시수단을 통해 표시하는 동시에, 관리자나 관계기관을 포함하는 미리 지정된 연락처에 알림을 보내도록 하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전시설의 인버터의 뒷면 또는 일측에 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전시설의 인버터와 일체화하여, 각각의 태양광 패널의 동작 및 상기 전력저장부의 동작을 제어하는 동시에, 생성된 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 처리가 함께 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따르면 태양광 발전시스템에 있어서, 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널; 각각의 상기 태양광 패널로부터 생성되는 교류(AC) 전력을 직류(DC)로 변환하기 위한 인버터(inverter); 및 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 ESS부를 포함하여 구성되고, 상기 ESS부는, 상기에 기재된 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, ESS 모듈을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 모듈에 문제가 발생하면 해당 모듈만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 제공됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 특정 모듈에 문제가 발생하더라도 정상적으로 동작할 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 제공됨으로써, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템의 전체적인 구성의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결하기 위해, ESS에 구비되는 다수의 배터리들 중에서 특정 배터리에 문제가 발생하더라도 ESS가 정상적으로 동작할 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, ESS에 구비되는 배터리들을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하면 해당 배터리만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 ESS의 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)은, 크게 나누어, 태양광 발전시설의 각각의 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 배터리와 같은 에너지 저장수단을 포함하여 이루어지는 전력저장부(11)와, 전력저장부(11)의 각각의 배터리의 충방전 동작을 제어하고 이상발생을 감지하여 이상이 발생한 부위를 차단 또는 우회하도록 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 전력저장부(11)는, 태양광 발전시설에 구비되는 각각의 태양광 패널과 인버터 및 각각의 태양광 패널과 인버터를 연결하는 회로 배선의 임의의 위치에 각각 설치되는 복수의 ESS 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템(20)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)을 이용하여 구성되는 태양광 발전시스템(20)은, 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 패널(21)과, 각각의 태양광 패널(21)의 뒷면 등에 설치되는 정션박스(junction box)(22) 및 각각의 태양광 패널(21)로부터 생성되는 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하기 위한 인버터(23)를 포함하여 구성되는 점은 기존의 태양광 발전시스템들과 같다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)을 이용하여 구성되는 태양광 발전시스템(20)은, 단일의 장치 내에 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 기존의 ESS 대신에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 태양광 패널(21)로부터 생성되는 전력을 저장하기 위해 각각의 패널마다 설치되는 복수의 ESS 모듈(24)을 포함하여 구성되는 점이 다르다.
더 상세하게는, 상기한 ESS 모듈(24)은, 예를 들면, 리튬 이온(Li-ion) 배터리를 포함하는 재충전 가능한 배터리와 같이, 태양광 패널(21)로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 에너지 저장수단을 포함하여 구성되고, 태양광 패널(21)의 뒷면에 설치된 정션박스(22)와 전기적으로 연결되어 해당 태양광 패널(21)로부터 생성되는 전력을 저장하는 비교적 소용량의 ESS 장치로 각각 구성될 수 있다.
즉, 상기한 ESS 모듈(24)은, 내장된 배터리의 충전 및 방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제어수단과, 배터리의 전반적인 상태와 동작을 모니터링하고 관리하기 위한 배터리 관리시스템(Battery Management System ; BMS) 및 전력 효율을 높이기 위한 최대전력추종(Maximum Power Point Tracking ; MPPT) 컨트롤러 등을 포함하여 그 자체로도 하나의 ESS로서 기능할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 ESS 모듈(24)은, 주로 실외에 설치되는 태양광 발전시설의 특성을 고려하여, 도시되지는 않았으나, 방수기능을 가지고 태양광 패널(21)의 뒷면에 탈부착 가능하도록 결합수단이 구비되는 하우징에 내장되도록 구성되고, 이때, 각각의 모듈의 분리, 결합이 용이하도록 정션박스(22) 및 각각의 ESS 모듈(24)을 서로 연결하기 위한 분리가능한 커넥터를 더 포함하여 구성됨으로써, 고장이나 이상 발생시 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 하여 유지보수 및 관리가 용이하도록 구성될 수 있다.
아울러, 상기한 ESS 모듈(24)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 태양광 패널(21) 뿐만 아니라, 인버터(23)의 일측이나, 또는, 각각의 태양광 패널(21)과 인버터를 연결하는 배선회로 사이의 임의의 위치에 각각 필요한 개수 및 용량으로 설치될 수 있으며, 이러한 ESS 모듈(24)의 개수 및 위치는 필요에 따라 당업자에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
즉, 상기한 전력저장부(11)는, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 각각의 ESS 모듈(24)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기한 제어부(12)는, 각각의 ESS 모듈의 충방전 및 전체적인 동작을 제어하는 동시에, 특정 모듈에 고장이나 과열 및 화재 등의 이상이 발생한 것이 감지되면 해당 모듈을 차단하거나 우회하도록 제어하고 관리자 등에게 알림을 보내는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10)은, 도시되지는 않았으나, 각각의 ESS 모듈(24)대하여 전압, 전류, 저항 및 온도를 포함하는 각각의 ESS 모듈(24)의 현재상태 및 동작을 체크하기 위한 각각의 측정센서 및 감지센서를 포함하여 이루어지는 감지수단과, 감지수단의 각각의 센서들과 유, 무선 통신을 통하여 각종 측정신호 및 제어신호를 송수신하기 위한 통신수단 및 이상발생시 경고등이나 경고음 중 적어도 하나를 통해 알림을 전달하기 위한 알림표시수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 상기한 제어부(12)는, 각각의 ESS 모듈(24)의 충방전 및 전체적인 동작을 제어하는 동시에, 각각의 ESS 모듈(24)에 연결된 감지수단과 유선 또는 무선으로 통신을 수행하여 제어명령을 전달하고 현재상태에 대한 정보를 수신하며, 예를 들면, 특정 모듈의 온도가 미리 정해진 설정온도 이상일 경우 과열이나 화재 위험이 있는 것으로 판단하는 등과 같이, 특정 ESS 모듈(24)에 대한 전압, 전류, 저항 온도 등의 각각의 측정값들 중 적어도 하나가 해당 측정값에 대하여 미리 정해진 기준값이나 기준범위를 벗어나는 경우는 해당 ESS 모듈(24)에 이상이 있는 것으로 판단하여 해당 ESS 모듈(24)을 차단하고 이상발생 내용을 알림표시수단을 통해 표시하는 동시에, 관리자나 관계기관을 포함하는 미리 지정된 연락처에 알림을 보내도록 하는 처리가 수행되도록 구성됨으로써, 특정 ESS 모듈(24)에 고장이나 이상이 발생하더라도 전체적인 시스템의 동작이 정상적으로 이루어질 수 있으며, 이에 더하여, 이상발생 사실 및 해당 내용을 알림표시수단을 통해 표시하고 관리자 등에게 알리는 처리가 즉각적으로 이루어짐으로써 신속한 대처를 통해 간단한 고장이 화재 등의 대형 사고로 번지는 것을 미연에 방지할 수 있도록 구성될 수 있다.
이때, 유선통신으로는, 예를 들면, 전력을 전송하기 위한 전력선을 이용하는 전력선 통신이나, 또는, RS485 등과 같은 통신규격을 적용하여 구성될 수 있고, 무선통신으로는, 예를 들면, Wi-Fi 또는 지그비(ZigBee) 통신과 같은 근거리 무선 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다.
더욱이, 상기한 제어부(12)는, 태양광 발전시설의 인버터와 함께 설치되거나, 또는, 인버터와 일체화하여 각각의 태양광 패널의 동작 및 전력저장부(11)의 각각의 배터리의 충방전 동작을 제어하는 동시에, 생성된 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 처리가 함께 수행되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 처리나 ESS의 배터리 충방전 동작 제어 및 이상 여부를 체크하여 차단하거나 우회하는 구체적인 구성 및 방법에 대하여는 종래기술들의 내용을 참고하여 당업자가 적절히 구현할 수 있는 사항이므로, 이에, 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 바와 같이 종래기술의 문헌 등을 참고하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
또한, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 (10)을 포함하여 구성되는 태양광 발전시스템(30, 40, 50)의 전체적인 구성의 예를 각각 나타내는 도면으로, 도 3은 복수의 태양광 패널이 직렬로 연결된 경우(string)이고, 도 4 및 도 5는 직렬로 연결된 복수의 태양광 패널이 서로 병렬로 연결되어 있는 경우(array)를 각각 나타내고 있다.
즉, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 (10)을 이용하면, 각각의 태양광 패널마다, 예를 들면, 태양광 패널의 뒷면에, 비교적 소형의 ESS 모듈(24)을 각각 설치하고, 필요에 따라, 인버터의 뒷면이나 회로 배선의 임의의 위치에 적절하게 ESS 모듈(24)을 분산 배치하는 것에 의해 특정 모듈에서 고장 등의 이상 발생시에도 해당 모듈만을 차단하거나 우회하도록 제어함으로써 전체적인 시스템의 동작이 항상 정상적으로 유지될 수 있으며, 그것에 의해, 하나의 배터리에만 과열이나 폭발이 발생하더라도 시스템 전체가 소실될 수 있는 우려가 있었던 기존의 ESS 및 태양광 발전시스템들의 문제점을 해결할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 2를 참조하여 상기한 실시예의 내용 및 도 3 내지 도 5에 나타낸 구성은 본 발명의 실시 가능한 예를 각각 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명은 반드시 도 1 내지 도 5에 나타낸 구성으로만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지 및 본질을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 변경 및 수정하여 적용 가능한 것임에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(10) 및 이를 이용한 태양광 발전시스템(20, 30, 40, 50)을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, ESS 모듈을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 모듈에 문제가 발생하면 해당 모듈만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 전체적인 기능이나 동작이 항상 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 제공됨으로써, 보다 안정적이고 효율적인 ESS의 제어가 가능하여 ESS의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 특정 모듈에 문제가 발생하더라도 정상적으로 동작할 수 있도록 구성되는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 제공됨으로써, 동일한 공간에 다수의 배터리가 서로 연결되어 있는 적재함의 형태로 형성됨으로 인해 하나의 배터리에서 화재나 고장 등의 문제가 발생하면 나머지 배터리들도 손상되거나 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었던 종래기술의 태양광 발전장치의 에너지 저장시스템(ESS)들의 문제점을 해결할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템
11. 전력저장부 12. 제어부
20. 태양광 발전시스템 21. 태양광 패널
22. 정션박스 23. 인버터
24. ESS 모듈 30. 태양광 발전시스템
40. 태양광 발전시스템 50. 태양광 발전시스템
11. 전력저장부 12. 제어부
20. 태양광 발전시스템 21. 태양광 패널
22. 정션박스 23. 인버터
24. ESS 모듈 30. 태양광 발전시스템
40. 태양광 발전시스템 50. 태양광 발전시스템
Claims (9)
- 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템(Energy Storage System ; ESS)에 있어서,
태양광 발전시설에 구비되는 각각의 태양광 패널과 인버터(inverter) 및 각각의 태양광 패널과 인버터를 연결하는 회로 배선에 미리 설정된 위치 및 개수로 각각 설치되어 각각의 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하는 복수의 ESS 모듈을 포함하여 이루어지는 전력저장부;
상기 전력저장부의 각각의 상기 ESS 모듈에 대하여 전압, 전류, 저항 및 온도를 포함하는 상기 ESS 모듈의 현재상태 및 동작을 체크하기 위한 각각의 측정센서 및 감지센서를 포함하여 이루어지는 감지수단;
상기 감지수단의 각각의 센서들과 유, 무선 통신을 통하여 각종 측정신호 및 제어신호를 송수신하기 위한 통신수단;
이상발생시 경고등이나 경고음 중 적어도 하나를 통해 알림을 전달하기 위한 알림표시수단; 및
상기 전력저장부의 각각의 상기 ESS 모듈의 충방전 및 전체적인 동작을 제어하고, 각각의 상기 ESS 모듈에 연결된 상기 감지수단과 유선 또는 무선으로 통신을 수행하여 제어명령을 전달하고 현재상태에 대한 정보를 수신하며, 특정 ESS 모듈에 대한 각각의 측정값들 중 적어도 하나가 해당 측정값에 대하여 미리 정해진 기준값이나 기준범위를 벗어나는 경우는 이상이 있는 것으로 판단하여 이상이 발생한 ESS 모듈을 차단 또는 우회하도록 제어하고 이상발생 내용을 상기 알림표시수단을 통해 표시하는 동시에, 관리자나 관계기관을 포함하는 미리 지정된 연락처에 알림을 보내도록 하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 포함하여 구성됨으로써,
에너지 저장시스템(ESS)에 구비되는 배터리들을 각각의 태양광 패널의 일측에 분산 배치하여 특정 배터리에 문제가 발생하면 해당 배터리만을 차단하거나 우회하도록 제어하는 것에 의해 특정 ESS 모듈에 고장이나 이상이 발생하더라도 전체적인 시스템의 동작이 정상적으로 이루어질 수 있으므로 ESS 및 태양광 발전시설의 안정성 및 효율성을 모두 향상시킬 수 있는 동시에, 이상발생시 해당 내용을 상기 알림표시수단을 통해 표시하고 미리 지정된 연락처에 알림을 보내는 것에 의해 신속한 대처가 가능하여 사고발생을 방지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 ESS 모듈은,
상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하여 이루어지는 에너지 저장수단;
상기 배터리의 충전 및 방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제어수단;
상기 배터리의 전반적인 상태와 동작을 모니터링하고 관리하기 위한 배터리 관리시스템(Battery Management System ; BMS); 및
상기 배터리의 전력 효율을 높이기 위한 최대전력추종(Maximum Power Point Tracking ; MPPT) 컨트롤러를 포함하여 구성되고,
상기 태양광 패널의 뒷면에 설치된 정션박스(junction box)와 전기적으로 연결되어 상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 ESS 모듈은,
방수기능을 가지고 상기 태양광 패널의 뒷면에 탈부착 가능하도록 결합수단이 구비되는 하우징; 및
상기 정션박스 및 각각의 ESS 모듈을 서로 연결하기 위해 분리 가능하도록 이루어지는 커넥터를 더 포함하여 구성됨으로써,
고장이나 이상 발생시 교체나 유지보수 및 관리가 용이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전시설의 인버터의 뒷면 또는 일측에 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전시설의 인버터와 일체화하여, 각각의 태양광 패널의 동작 및 상기 전력저장부의 동작을 제어하는 동시에, 생성된 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하는 처리가 함께 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템.
- 태양광 발전시스템에 있어서,
태양광을 이용하여 전력을 생성하는 적어도 하나 이상의 태양광 패널;
각각의 상기 태양광 패널로부터 생성되는 교류(AC) 전력을 직류(DC)로 변환하기 위한 인버터(inverter); 및
상기 태양광 패널로부터 생성되는 전력을 저장하기 위한 ESS부를 포함하여 구성되고,
상기 ESS부는,
청구항 1항, 청구항 3항, 청구항 4항, 청구항 7항 및 청구항 8항 중 어느 한 항에 기재된 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템.
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