KR200485327Y1 - Stand-alone and grid-connected type photovoltaic power generator using low-voltage battery - Google Patents

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KR200485327Y1 KR2020170002887U KR20170002887U KR200485327Y1 KR 200485327 Y1 KR200485327 Y1 KR 200485327Y1 KR 2020170002887 U KR2020170002887 U KR 2020170002887U KR 20170002887 U KR20170002887 U KR 20170002887U KR 200485327 Y1 KR200485327 Y1 KR 200485327Y1
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Abstract

본 고안은 태양광을 전기로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기로서, 저전압 배터리를 사용하고, 배터리의 충전 전력을 감지하여 계통 전력의 사용 여부를 결정하며, 스위칭 손실을 감소시킬 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 배터리 제어에 사용함으로써, 배터리의 사용 효율 및 수명을 연장시킬 수 있고, 전력 낭비를 감소시킬 수 있다.The present invention relates to an independent and grid-connected photovoltaic generator that converts sunlight into electricity and supplies the same to a user load and a system. It uses a low-voltage battery, determines charging power of the battery to determine whether to use the grid power, By using a bidirectional DC-DC converter capable of reducing the loss in battery control, the efficiency and life of the battery can be prolonged, and power consumption can be reduced.

Description

저전압 배터리를 사용하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기{STAND-ALONE AND GRID-CONNECTED TYPE PHOTOVOLTAIC POWER GENERATOR USING LOW-VOLTAGE BATTERY}STAND-ALONE AND GRID-CONNECTED TYPE PHOTOVOLTAIC POWER GENERATOR USING LOW-VOLTAGE BATTERY USING LOW VOLTAGE BATTERY [0001]

본 고안은 태양광 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저전압 배터리를 사용하며 계통과 연동하여 전력을 공급할 수도 있고 또한 독립적으로도 동작할 수 있는 독립 및 계통 연계형 발전기에 관한 것이다.
The present invention relates to a photovoltaic power generator, and more particularly, to a stand-alone and grid-connected power generator that uses a low-voltage battery and can supply power in conjunction with the system and can operate independently.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 운용 방식에 따라 독립형과 계통 연계형으로 구분될 수 있다. 독립형은 태양광 발전 자체의 전력만을 사용하는 시스템으로서 계통선(상용전원)과 무관하게 계통과 독립되어 있는 형태이고, 계통 연계형 시스템은 태양광 발전 시스템의 출력이 계통선과 연결되어 있는 형태이다.Generally, PV systems can be divided into independent type and grid type depending on the operation mode. The independent type is a system that uses only the power of the photovoltaic power generation itself, independent of the system regardless of the grid line (commercial power), and the grid-connected system is a form in which the output of the solar power generation system is connected to the grid line.

독립형은 고립지역 등과 같이 상용전원을 사용할 수 없는 지역에 설치되며, 계통 연계형은 주택 등에 적용되며 태양전지에서 발생된 전력을 자체 부하기기에 사용하고 잉여전력은 계통으로 역송전하고, 일사량이 부족하거나 야간에는 계통선으로부터 전력을 공급 받는다.Stand-alone type is installed in an area where commercial power can not be used, such as an isolated area. Grid-connected type is applied to houses, etc., and power generated from the solar cell is used for self-load equipment. Surplus power is transmitted back to the grid, Or at night, power is supplied from the grid.

현재 설치되는 태양광 발전기들은 계통 연계형이 주류를 이루고 있으나, 정전 등으로 인해 계통 연계 방식을 사용할 수 없을 때를 대비하여, 계통 연계형에 독립형을 부가한 복합형 발전기도 사용되고 있다. 이러한 일례로서, 한국 등록특허 제10-1020789호에 의하면, 무정전 기능을 가진 계통 연계형 하이브리드 태양광 발전 시스템에 대해 개시하고 있으며 도 9에 그 구성도를 나타내었다.Currently installed photovoltaic generators are mainly grid-connected type, but in case of grid-connected system can not be used due to power outage, hybrid type generators with independent type in grid-connected type are also used. As an example of this, Korean Patent Registration No. 10-1020789 discloses a grid-connected hybrid solar power generation system having an uninterruptible function, and Fig. 9 shows a configuration diagram thereof.

도 9에 나타낸 태양광 발전 시스템은, 계통 연계 시에는 태양광 발전 전력을 계통 및 부하에 공급하고, 부하 연계시에는 계통전력과 배터리 발전전력을 이용하여, 일정한 정전력(Constant Power)을 부하로 출력하는 기능을 기본으로 하며, 계통 정전시 역조류 방지를 위해 계통을 차단하고, 부하로는 전력을 공급하고 있다. The solar photovoltaic power generation system shown in Fig. 9 supplies solar photovoltaic power to the system and the load at the time of grid connection, and uses constant power and constant power at the time of load connection, And the system is shut off to prevent reverse current when the system is out of power and the power is supplied to the load.

그러나 상기한 종래의 발전기는 무정전 기능을 가짐으로써 부하와 계통에 안정적인 전력을 공급할 수는 있으나, 배터리의 효율성 및 이동성이 떨어지고, 배터리의 전력량에 상관없이 계통 전력을 공급받도록 되어 있어서 전력이 낭비되는 문제점이 있다.However, since the conventional generator has an uninterruptible function, it can supply stable power to the load and the system. However, efficiency and mobility of the battery deteriorate and power is wasted because the system power is supplied regardless of the amount of power of the battery. .

따라서 독립형과 계통 연계형으로 모두 동작 가능하며, 배터리의 사용 효율을 개선한 새로운 태양광 발전기를 개발할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to develop a new solar power generator which can operate both as a stand-alone type and a grid-connected type, and that improves the efficiency of use of the battery.

한국 등록특허 공보 제10-1020789호Korean Patent Registration No. 10-1020789

본 고안은 상기한 종래의 계통 연계형 태양광 발전 시스템에서의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 독립형과 계통 연계형 양쪽으로 동작할 수 있고, 배터리의 사용 효율을 높이고 전력 낭비를 감소시킬 수 있는 저전압 배터리를 사용하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기를 제공하는 것이다.
The object of the present invention is to solve the above-described problems in the conventional grid-connected solar power generation system, and it is an object of the present invention to provide a grid- Voltage solar battery that can be used in a low-voltage battery.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 고안에 따른 발전기는 태양광을 전기로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기로서, 태양광을 직류 전압으로 변환하고 승압하여 출력하는 PV 패널부; 상기 PV 패널부로부터 전압을 받아 충전하고, 충전된 전압을 승압하여 출력하는 배터리부; 상기 PV 패널부 또는 상기 배터리부로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하고, 상기 계통으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 배터리부에 공급하는 발전부; 상기 발전부와 상기 계통을 연결 또는 차단시켜, 계통 전력의 공급을 제어하는 계통 연계부; 상기 발전부와 상기 사용자 부하를 연결 또는 차단시켜, 사용자 부하로의 전력 공급을 제어하는 사용자 부하부; 및 상기 PV 패널부, 배터리부, 발전부, 계통 연계부 및 사용자 부하부를 제어하는 제어부로 이루어진다.In order to solve the above technical problem, a generator according to the present invention is an independent and grid-connected solar power generator that converts sunlight into electricity and supplies it to a user load and a system. The solar power generator converts sunlight to a DC voltage, A PV panel part; A battery unit for receiving a voltage from the PV panel unit to charge the battery, boosting the charged voltage, and outputting the boosted voltage; A power generator for converting a DC voltage from the PV panel unit or the battery unit to an AC voltage and supplying the AC voltage to a user load and a system, converting the AC voltage from the system to a DC voltage, A grid connection unit for connecting or disconnecting the power generation unit and the grid to control supply of grid power; A user load section for connecting or disconnecting the power generation section and the user load to control power supply to the user load; And a control unit for controlling the PV panel unit, the battery unit, the power generation unit, the grid connection unit, and the user load unit.

상기 배터리부는 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리에 충전 상태를 측정하는 배터리 전압전류회로; 및 충전시에는 입력 전압을 감압하여 상기 배터리에 공급하고, 방전시에는 출력 전압을 승압하여 상기 발전부에 공급하는 충방전 컨버터를 포함하여 이루어지며, 상기 배터리부에 충방전되는 전압은 110 VDC 미만의 저전압인 것이 바람직하다.The battery unit includes a battery for storing electric power; A battery voltage / current circuit for measuring a state of charge of the battery; And a charging / discharging converter for reducing an input voltage and supplying the reduced voltage to the battery when charging the battery, and for boosting an output voltage to discharge the charged voltage to the power generation unit when the battery is charged, Is low.

상기 충방전 컨버터는 저전압측이 전류원 구조인 양방향 DC-DC 컨버터인 것이 바람직하다.Preferably, the charge / discharge converter is a bidirectional DC-DC converter with a low voltage side being a current source structure.

상기 배터리는 납축전지로 구성된 배터리와 리튬전지로 구성된 배터리를 상기 제어부에 의해 선택적으로 사용할 수 있다.The battery can be selectively used by a battery composed of a lead-acid battery and a lithium battery.

상기한 본 고안에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기는 상기 PV 패널부에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 상기 배터리가 만충 상태일 경우, 상기 배터리부에서 승압된 출력 전압을 상기 발전부에서 교류 전압으로 변환하여, 상기 사용자 부하부에 전력을 공급할 수 있다.In the independent and grid-connected photovoltaic generator according to the present invention, when the power generated by the PV panel unit is lower than a user load and the battery is in a full charge state, Converted to an alternating-current voltage, and power can be supplied to the user load section.

또한, 상기 PV 패널부에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 상기 배터리가 미리 정해진 설정값 이하로 충전된 상태일 경우, 상기 계통 연계부의 출력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급함과 동시에, 상기 배터리에도 공급할 수 있다.
In addition, when the power generated by the PV panel unit is lower than the user load and the battery is charged to a predetermined set value or lower, the output power of the grid interconnecting unit is supplied to the user load unit, Can supply.

본 고안의 태양광 발전용 독립 및 계통 연계형 발전기에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.According to the independent and grid-connected generator for photovoltaic power generation of the present invention, the following effects can be expected.

첫째, 저전압 배터리를 사용함으로써 상용 배터리셀의 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라 배터리의 불량률, 설치면적, 스위칭 손실 등을 감소시켜 배터리 효율을 향상시킬 수 있다.First, by using a low voltage battery, it is possible to reduce the number of commercial battery cells, thereby improving the battery efficiency by reducing the defective rate of the battery, the installation area, the switching loss and the like.

둘째, 배터리의 충전 전력을 감지하고 이에 따라 계통 전력의 사용 여부를 결정함으로써, 계통 전력의 사용량을 절약할 수 있고 배터리 수명을 연장시킬 수 있다. 이는 심야전력을 운용하지 않은 해외 시스템에서 특히 유용하다.Second, by sensing the charging power of the battery and determining whether or not to use the system power, the usage of the system power can be saved and the battery life can be extended. This is particularly useful in offshore systems that do not operate late-night power.

셋째, 스위칭 손실을 감소시킬 수 있는 양방향 DC-DC 컨버터를 사용함으로써, 배터리의 충방전 효율을 향상시킬 수 있다.Third, by using a bidirectional DC-DC converter capable of reducing the switching loss, the charging and discharging efficiency of the battery can be improved.

넷째, 배터리를 납축전지와 리튬전지 중 하나를 선택해서 구성할 수 있고, 계통 연계형과 독립형 중 어느 형태로도 사용할 수 있으므로, 적용성 및 효용성이 높다.
Fourth, the battery can be configured by selecting either a lead-acid battery or a lithium battery, and can be used either as a grid-connected type or as a stand-alone type, so that applicability and utility are high.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 PV 패널부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 배터리부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 충방전 컨버터를 구성하는 양방향 DC-DC 컨버터의 회로도이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 발전부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 계통 연계부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 사용자 부하부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8a 내지 도 8e은 본 고안의 실시예에 따른 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기에서 각 모드별 전력 공급 흐름을 각각 나타내는 블록도이다.
도 9는 종래의 태양광 발전 시스템의 구성을 일례로서 나타내는 회로도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an independent and grid-connected solar cell generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a PV panel unit in an independent and grid-connected solar generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a configuration of a battery unit in an independent and grid-connected solar battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a bi-directional DC-DC converter constituting a charge-discharge converter in an independent and grid-connected solar generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing a configuration of a power generation unit in an independent and grid-connected solar cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a configuration of a grid interconnection unit in an independent and grid-connected solar battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a user load unit in an independent and grid-connected solar generator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8E are block diagrams showing power supply flows for each mode in the independent and grid-connected solar generator according to the embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional solar power generation system as an example.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에 본 고안의 실시예에 따른 태양광 발전기의 기능을 나타내는 블록도를 도시하였다.FIG. 1 is a block diagram showing the function of a solar generator according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 고안의 발전기는 PV 패널부(100)(Photovoltaic panel)(100), 배터리부(200), 발전부(300), 계통 연계부(400), 사용자 부하부(500) 및 제어부(600)로 구성되며, 각각의 세부 구성을 도 2 내지 7에 나타내었다.1, the generator of the present invention includes a PV panel unit 100, a battery unit 200, a power generation unit 300, a grid connection unit 400, a user load unit 500, And a control unit 600, and detailed configurations thereof are shown in Figs.

먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, PV 패널부(100)는 태양광을 전기 신호로 변환하여 출력하는 것으로서, PV 패널(110), PV 전압전류 감지회로(120) 및 PV 컨버터(130)로 구성된다. 2, the PV panel unit 100 converts sunlight into electric signals and outputs the electric signals. The PV panel unit 100 includes a PV panel 110, a PV voltage current sensing circuit 120, and a PV converter 130 do.

PV 패널은 태양광을 직류 전압으로 변환하는 것으로서 실리콘 태양전지나 화합물 태양전지로 만들어지고, PV 전압전류 감지회로(120)는 PV 패널(110)에서 출력되는 전력을 측정하여 제어부(600)에 보내는 기능을 한다.The PV panel converts solar light into DC voltage and is made of a silicon solar cell or a compound solar cell. The PV voltage current sensing circuit 120 measures the power output from the PV panel 110 and sends it to the control unit 600 .

PV 컨버터(130)는 PV 패널에서 입력되는 전압을 승압하여 출력하는 회로로서, PV 패널의 출력이 항상 최대 전력점에서 발전할 수 있도록 최대 전력점 추종(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 기능을 가지며, 부스트 컨버터(Boost converter) 회로 등으로 구성할 수 있으며 제어부(600)에 의해 그 동작이 제어된다. The PV converter 130 boosts the voltage input from the PV panel and outputs the voltage. The PV converter 130 has a maximum power point tracking (MPPT) function so that the output of the PV panel can always be generated at the maximum power point, A boost converter circuit and the like, and the operation thereof is controlled by the control unit 600. [

다음으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배터리부(200)는 전압을 충방전하기 위한 것으로서, 배터리(210), 배터리 전압전류 감지회로(220) 및 충방전 컨버터(230)로 구성된다.3, the battery unit 200 includes a battery 210, a battery voltage / current sensing circuit 220, and a charge / discharge converter 230 for charging / discharging a voltage.

배터리(210)는 전력을 저장하기 위한 것으로서 다수의 배터리셀을 직렬 연결하여 구성할 수 있고, 충방전 컨버터(230)는 배터리(210)에 충전 및 방전되는 전압을 변환하는 기능을 한다. The battery 210 is for storing electric power, and can be configured by connecting a plurality of battery cells in series. The charge / discharge converter 230 functions to convert a voltage charged and discharged in the battery 210.

이때, 배터리(210)에 충방전되는 전압은 저전압(본 실시예의 경우 110 VDC 미만)으로 하는 것이 중요하다. 본 고안에서는 종래에 일반적으로 사용되는 고전압(240 VDC)을 사용하지 않고 저전압(100 VDC)으로 배터리(210)를 충방전 한다. 이것은 배터리(210)를 구성하는 상용 배터리셀의 개수를 줄일 수 있게 함으로써, 배터리(210)의 효율을 증가시킨다.At this time, it is important that the voltage charged / discharged to / from the battery 210 is set to a low voltage (less than 110 VDC in this embodiment). In this embodiment, the battery 210 is charged / discharged at a low voltage (100 VDC) without using a conventionally used high voltage (240 VDC). This makes it possible to reduce the number of commercial battery cells constituting the battery 210, thereby increasing the efficiency of the battery 210.

즉, 종래의 고전압을 사용할 때보다 1/3 감소된 배터리셀로 구성할 수 있으므로, 배터리(210)의 불량률, 설치면적, 스위칭 손실 등을 줄일 수 있고, 배터리(210)의 유지보수도 훨씬 용이하다. 본 실시예에서는 8개의 납축전지(출력전압: 12V)를 직렬 연결하여 배터리를 구성하였다.That is, since the battery cell can be constructed with the battery cell reduced by one-third compared to the conventional case using the high voltage, the defect rate, the installation area, the switching loss, and the like of the battery 210 can be reduced, Do. In this embodiment, a battery is constructed by connecting eight lead acid batteries (output voltage: 12V) in series.

또한, 저전압을 이용하기 때문에 리튬 전지(출력전압: 3.2VDC)를 이용하여 배터리(210)를 구성할 수 있으므로, 중량, 기전력, 기억 효과 등에서의 리튬 전지의 장점을 가질 수 있다. 본 고안에서는 납축전지로 구성된 배터리와 리튬전지로 구성된 배터리를 선택적으로 사용할 수 있도록 하였으며, 이를 위해 제어부(600)는 외부에서 배터리 선택 명령을 받아 배터리(210)의 종류에 따라 배터리부(200)를 제어하도록 되어 있다(도시하지 않음).In addition, since the battery 210 can be constructed using a lithium battery (output voltage: 3.2 VDC) because it uses a low voltage, it can have the advantages of a lithium battery in weight, electromotive force, and memory effect. The control unit 600 receives a battery selection command from the outside and selects the battery unit 200 according to the type of the battery 210. In this case, (Not shown).

충방전 컨버터(230)는 충전시에는 입력 전압을 감압하여 배터리에 공급하고, 방전시에는 출력 전압을 승압하여 발전부(300)로 공급한다. 이러한 충방전 컨버터(230)는 저전압 배터리의 낮은 출력 전압을 승압하기 위하여, 고주파 변압기를 이용하는 절연 방식을 채용하였다. 또한, 고주파 변압기의 권수비를 낮추기 위해 저전압측이 전류원 구조인 양방향 DC-DC 컨버터를 채용하였다. 이러한 본 고안의 충방전 컨버터(230)의 회로도를 도 4에 나타내었다. The charging / discharging converter 230 reduces the input voltage and supplies the reduced voltage to the battery. During the discharging, the charging / discharging converter 230 boosts the output voltage and supplies the voltage to the power generator 300. The charge / discharge converter 230 employs an insulation method using a high frequency transformer to boost the low output voltage of the low voltage battery. In addition, a bidirectional DC-DC converter having a low-voltage side current source structure is adopted to lower the turn ratio of the high-frequency transformer. A circuit diagram of the charge / discharge converter 230 according to the present invention is shown in FIG.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 고안의 충방전 컨버터(230)는 방전모드(boost mode)인 1차측은 부스트(boost) 컨버터이고, 충전모드(buck mode)인 2차측은 벅(buck) 컨버터이다. 충방전 컨버터는 2-pack IGBT 모듈(Module)로 구성되며. 방전모드(boost mode)일 때는 로우사이드(low side) IGBT가 동작하며, 충전모드(buck mode)일 때는 하이사이드(high side) IGBT가 동작한다. 이러한 DC-DC 컨버터는 전류 리플과 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. As shown in FIG. 4, the charging / discharging converter 230 of the present invention is a boost converter on the primary side in a boost mode and a secondary side in a buck mode is a buck converter . The charge / discharge converter consists of a 2-pack IGBT module. The low side IGBT operates when in boost mode and the high side IGBT operates in buck mode. These DC-DC converters can reduce current ripple and switching losses.

배터리 전압전류 감지회로(220)는 배터리의 충전 상태를 측정하여 제어부(600)에 보내주고, 제어부(600)는 이를 근거로 발전기의 전력 공급을 제어한다.The battery voltage / current sensing circuit 220 measures the state of charge of the battery and sends it to the controller 600. The controller 600 controls the power supply of the generator based on the measured charge state.

다음으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 발전부(300)는 PV 패널부(100) 또는 배터리부(200)로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하고, 계통으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리부(200)에 공급하는 것으로서, 인버터(310)와 정류회로(320)로 구성된다.5, the power generation section 300 converts the DC voltage from the PV panel section 100 or the battery section 200 into an AC voltage, supplies the AC voltage to the user load and the system, And the inverter 310 and the rectifier circuit 320. The inverter 310 converts the DC voltage into a DC voltage and supplies the DC voltage to the battery unit 200.

먼저, 인버터(310)는 PV 패널부(100)나 배터리부(200)에서 출력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 계통 연계부(400)와 사용자 부하부(500)에 공급한다. 이때 인버터(310)는 제어부(600)의 제어에 의해 한국전기공사의 계통 전압과 동일한 파형 및 주파수의 전압을 만들어 출력하게 된다. 구체적으로는, 영전위 검출과 동기 제어를 통해 계통 전압의 위상을 검출함으로써 인버터(310)를 제어한다.The inverter 310 converts the DC voltage output from the PV panel unit 100 or the battery unit 200 into an AC voltage and supplies the AC voltage to the grid interconnection unit 400 and the user load unit 500. At this time, the inverter 310 generates and outputs a voltage having the same waveform and frequency as the system voltage of the Korea Electric Works under the control of the controller 600. Specifically, the inverter 310 is controlled by detecting the phase of the grid voltage through the spontaneous voltage detection and the synchronous control.

한편, 정류회로(320)는 계통 연계부(400)로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압은 충방전 컨버터(230)를 통해 배터리부(200)에 공급된다. The rectifier circuit 320 converts an AC voltage from the grid interconnector 400 into a DC voltage and supplies the converted DC voltage to the battery unit 200 through the charge and discharge converter 230.

다음으로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 계통 연계부(400)는 계통연결 스위치(410)와 계통전력 감지회로(420)로 구성된다.Next, as shown in FIG. 6, the system interconnecting unit 400 is composed of a system connecting switch 410 and a system power sensing circuit 420.

계통연결 스위치(410)는 전력 공급 상황에 따라 발전부(300)와 계통을 연결 혹은 차단하는 기능을 하는 것으로서, 제어부(600)에 의해 제어된다. 계통전력 감지회로(420)는 한전전기와 같은 계통으로부터의 전력 공급 상태를 감지하여 제어부(600)에 통지하는 기능을 한다.The system connection switch 410 functions to connect or disconnect the power generation unit 300 and the system according to the power supply status, and is controlled by the control unit 600. The system power sensing circuit 420 senses the power supply state from the system such as the electricity system and notifies the control unit 600 of the power supply state.

다음으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 사용자 부하부(500)는 사용자 부하량 감지회로(520)와 사용자부하 연결 스위치(510)로 구성된다.Next, as shown in FIG. 7, the user load section 500 is composed of a user load sensing circuit 520 and a user load connection switch 510.

사용자 부하량 감지회로(520)는 사용자 부하에서 사용되는 전기량을 감지하여 제어부(600)에 통지하고, 사용자부하 연결 스위치(510)는 전력 공급 상황에 따라 사용자부하를 차단하여 보호하는 기능을 한다.  The user load sensing circuit 520 senses the amount of electricity used in the user load and notifies the control unit 600 of the amount of electricity used. The user load connection switch 510 functions to protect the user load by blocking the user load according to the power supply status.

다음으로, 제어부(600)는 하나의 마이크로컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)으로 이루어지며, PV 전압전류 감지회로(120), 배터리 전압전류 감지회로(220), 계통전력 감지회로(420) 및 사용자 부하량 감지회로(520)로부터 해당 측정값을 입력받아, PV 컨버터(130), 충방전 컨버터(230), 인버터(310), 계통연결 스위치(410) 및 사용자부하 연결 스위치(520)의 동작을 제어한다. The control unit 600 includes a microcontroller unit (MCU) and includes a PV voltage current sensing circuit 120, a battery voltage current sensing circuit 220, a grid power sensing circuit 420, The operation of the PV converter 130, the charge / discharge converter 230, the inverter 310, the grid connection switch 410 and the user load connection switch 520 is performed by receiving the measured values from the user load sensing circuit 520 .

이하에서, 이러한 제어부(600)의 제어에 따른 본 고안의 발전기의 전력 공급 흐름을 도 8a 내지 8e를 참조하여 설명한다. Hereinafter, the power supply flow of the generator according to the present invention under the control of the controller 600 will be described with reference to Figs. 8A to 8E.

먼저, 도 8a의 모드(Mod) 1은 PV 패널부(100)에서 생성되는 전력이 사용자 부하의 부하량보다 크고, 배터리(210)가 만충되지 않은 상태일 경우(본 실시예의 경우 만충 전압은 112V)로서, PV 패널부(100)의 출력 전압(예: 370 VDC)을 저전압(예: 112 VDC)으로 강하시켜 배터리(210)를 충전함과 동시에, 사용자 부하부(500)에도 전력을 공급한다. 사용자 부하부(500)로의 전력 공급은 발전부(300)를 통해 교류 전압(예: 220 VAC)으로 변환하여 공급된다.First, when the power generated in the PV panel unit 100 is greater than the load of the user load and the battery 210 is not fully charged (the full charge voltage is 112 V in this embodiment) (For example, 370 VDC) of the PV panel unit 100 to a low voltage (for example, 112 VDC) to charge the battery 210 and supply power to the user load unit 500. The power supply to the user load section 500 is converted into an AC voltage (for example, 220 VAC) through the power generation section 300 and supplied.

이때 PV 패널부(100)의 생성 전력과 사용자 부하의 부하량은 PV 전압전류 감지회로(120) 및 사용자 부하량 감지회로(510)에서 각각 측정하고, 배터리(210)의 충전 상태는 배터리 전압전류 감지회로(220)에서 측정하며, 이에 따라 제어부(600)가 PV 컨버터(130), 충방전 컨버터(230) 및 인버터(310)를 제어하고, 계통 연결 스위치(410)와 사용자부하 연결 스위치(520)를 온(ON) 시킨다. The generated power of the PV panel unit 100 and the load of the user load are measured by the PV voltage current sensing circuit 120 and the user load sensing circuit 510 respectively and the charging state of the battery 210 is measured by the battery voltage / The control unit 600 controls the PV converter 130, the charge / discharge converter 230 and the inverter 310 and controls the system connection switch 410 and the user load connection switch 520 ON.

PV 패널부(100)에서 생성되는 전력이 사용자 부하의 부하량보다 큰 경우는 통상 태양광이 존재하는 주간 시간대를 의미하며, 본 실시예에서는 구체적인 기준값으로서 PV 생성 전력이 500W 이상인 경우를 상정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 PV 패널(110)의 특성에 따라 300W ~ 700W 범위에서 적절히 선택할 수 있다.When the power generated by the PV panel unit 100 is larger than the load of the user load, it means a weekly time zone in which sunlight normally exists. In this embodiment, it is assumed that the PV generated power is 500 W or more as a specific reference value. But may be appropriately selected in the range of 300 W to 700 W depending on the characteristics of the PV panel 110. [

다음으로, 도 8b의 모드 2는 PV 패널부(100)에서 생성되는 전력이 사용자 부하의 부하량보다 크고, 배터리(210)가 만충된 상태로서, PV 패널부(100)에서 생성된 전력과 배터리(210)에 충전된 전압을 사용자 부하부(500)에 공급하고, 남는 전력은 계통 연결부(400)에 공급한다. 이때 제어부(600)는 계통 연결 스위치(410)와 사용자부하 연결 스위치(520)를 모두 온(ON) 시킨다.8B is a state in which the power generated by the PV panel unit 100 is greater than the load of the user load and the battery 210 is fully charged. 210 to the user load unit 500 and supplies the remaining power to the system connection unit 400. [ At this time, the control unit 600 turns on both the system connection switch 410 and the user load connection switch 520.

다음으로, 도 8c의 모드 3은 PV 패널부(100)에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 배터리가 만충 상태일 경우로서, 배터리부(200)에서 승압된 출력 전압을 발전부(300)에서 교류 전압으로 변환하여, 사용자 부하부(500)에 전력을 공급한다. 제어부(600)는 계통 연결 스위치(410)를 오프(OFF)하고 사용자부하 연결 스위치(520)만 온(ON) 시킨다. 이때 PV 패널부(100)에서 생성되는 전력은 적지만 사용자 부하부(500)에 공급된다. 이러한 모드 3은 태양광이 없는 심야시간대에 배터리(210)에 충전된 전력을 사용자 부하에 사용하는 경우이다.Next, in mode 3 of FIG. 8C, when the power generated in the PV panel unit 100 is lower than the user load and the battery is fully charged, the output voltage boosted in the battery unit 200 is supplied to the power generator 300 And supplies the power to the user load section 500. [ The control unit 600 turns off the system connection switch 410 and turns on only the user load connection switch 520. At this time, the power generated by the PV panel unit 100 is supplied to the user load unit 500, though it is small. This mode 3 is a case where power charged in the battery 210 is used for a user load in the night time zone in which there is no sunlight.

다음으로, 도 8d의 모드 4는 PV 패널부(100)에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 배터리가 일정 수준 이하로 충전된 상태일 경우(본 실시예의 경우 만충 상태의 30% 수준으로 출력 전압이 80VDC)로서, 계통 연계부(400)의 출력 전력(예: 220 VAC)을 사용자 부하부(500)에 공급하고, 동시에 저전압(예: 112 VDC)으로 강하시켜 배터리(210)를 충전한다. 이러한 모드 4는 심야시간대에 계통 전력을 사용자 부하와 배터리(210)에 공급하는 경우이다. Next, in the mode 4 of FIG. 8D, when the power generated in the PV panel unit 100 is lower than the user load and the battery is charged to a certain level or less (in this embodiment, the output voltage (For example, 220 VAC) of the grid interconnecting unit 400 is supplied to the user load unit 500 and simultaneously dropped to a low voltage (for example, 112 VDC) to charge the battery 210. [ This mode 4 is a case where the grid power is supplied to the user load and the battery 210 in the night time zone.

다음으로, 도 8e의 모드 5는 계통 전력이 없는 경우로서, PV 패널부(100)에서 생성되는 전력과 배터리부(200)에서 생성되는 전력을 발전부(300)에서 교류 전압으로 변환하여 사용자 부하부(500)에 공급한다. 즉, 본 고안의 발전기는 계통 전력이 없는 경우에는 자동으로 독립형 발전기로도 동작할 수 있다. 이때 PV 패널부(100)에서의 배터리부(200)로의 전력 공급은 PV 패널부(100)의 생성 전력이 사용자 부하량 이상일 경우에만 실행된다.The mode 5 of FIG. 8E is a case where there is no grid power. The power generated by the PV panel unit 100 and the power generated by the battery unit 200 are converted into an AC voltage by the power generator 300, (500). That is, the generator of the present invention can operate as a stand-alone generator automatically in the absence of the grid power. At this time, power supply to the battery unit 200 in the PV panel unit 100 is performed only when the generated power of the PV panel unit 100 is equal to or greater than the user load.

종래의 태양광 발전기에서는 심야전력이 저렴하다는 이유로, 심야시간대에는 배터리(210)의 남은 전력량에 상관없이 무조건 배터리(210)를 충전하도록 구성되어 있으나, 이는 배터리(210)에 충전된 전력의 낭비를 초래하게 된다. 반면, 본 고안의 발전기에서는, 상기한 모드 3에서와 같이, 배터리(210)가 만충된 상태에서는 계통 전력을 사용하지 않고 배터리(210)의 충전 전력을 사용하고 있다. 즉, 심야시간대와 무관하게 언제나 배터리 잔여 전력을 충분히 사용한 후 재충전되도록 하고 있으므로, 계통 전력의 사용량을 5%이상 절약 할 수 있다. In the conventional solar power generator, since the night-time power is inexpensive, the battery 210 is charged regardless of the amount of power remaining in the battery 210 during the nighttime. However, this waste of electric power charged in the battery 210 . On the other hand, in the generator of the present invention, as in the above-described mode 3, when the battery 210 is fully charged, the charging power of the battery 210 is used without using the grid power. In other words, since the remaining power of the battery is always used and recharged regardless of the night time zone, the use of the grid power can be saved by 5% or more.

본 고안의 이러한 배터리 전력 공급 특징은 배터리의 수명을 더 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별개의 심야전력을 운용하지 않은 해외의 전력 시스템에서 더욱 유리한 효과를 나타낸다.This battery power supply feature of the present invention not only prolongs the life of the battery but also has a more advantageous effect in a foreign power system that does not operate separate nighttime power.

상기한 본 고안의 실시예에서는 태양광을 이용한 발전 시스템에 대해 설명하고 있으나, 태양광 이외에도 풍력과 같은 여러 가지 신재생 에너지 발전 시스템에도 본 고안이 적절히 적용될 수 있을 것이다. Although the above-described embodiment of the present invention describes a power generation system using solar light, the present invention may be applied to various renewable energy generation systems such as wind power in addition to solar power.

본 고안은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 고안의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 고안의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described with reference to the preferred embodiments described above and the accompanying drawings, it is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and is not to be construed as limited to the specific embodiments described herein.

100 PV 패널부 110 PV 패널
120 PV 전압전류 감지회로 130 PV 컨버터
200 배터리부 210 배터리
220 배터리 전압전류 감지회로 230 충방전 컨버터
300 발전부 310 인버터
320 정류회로 400 계통 연계부
410 계통연결 스위치 420 계통전력 감지회로
500 사용자 부하부 510 사용자 부하량 감지회로
520 사용자 부하 연결 스위치 600 제어부100 PV panel part 110 PV panel
120 PV voltage current detection circuit 130 PV converter
200 Battery part 210 Battery
220 Battery voltage current detection circuit 230 Charge / discharge converter
300 power generation section 310 inverter
320 rectifier circuit 400 grid connection section
410 system connection switch 420 system power detection circuit
500 User load part 510 User load detection circuit
520 User load connection switch 600 Control unit

Claims (4)

태양광을 전기로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기로서,
태양광을 직류 전압으로 변환하고 승압하여 출력하는 PV 패널부; 상기 PV 패널부로부터 전압을 받아 충전하고, 충전된 전압을 승압하여 출력하는 배터리부; 상기 PV 패널부 또는 상기 배터리부로부터의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 사용자 부하 및 계통에 공급하고, 상기 계통으로부터의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 배터리부에 공급하는 발전부; 상기 발전부와 상기 계통을 연결 또는 차단시켜, 계통 전력의 공급을 제어하는 계통 연계부; 상기 발전부와 상기 사용자 부하를 연결 또는 차단시켜, 사용자 부하로의 전력 공급을 제어하는 사용자 부하부; 및 상기 PV 패널부, 배터리부, 발전부, 계통 연계부 및 사용자 부하부를 제어하는 제어부로 이루어지며,
상기 배터리부는 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리에 충전 상태를 측정하는 배터리 전압전류회로; 및 충전시에는 입력 전압을 감압하여 상기 배터리에 공급하고, 방전시에는 출력 전압을 승압하여 상기 발전부에 공급하며, 저전압측이 전류원 구조인 양방향 DC-DC 컨버터로 이루어진 충방전 컨버터를 포함하여, 110 VDC 미만의 저전압을 충방전하고,
상기 PV 패널부에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 상기 배터리가 만충 상태일 경우, 상기 배터리부에서 승압된 출력 전압을 상기 발전부에서 교류 전압으로 변환하여, 상기 사용자 부하부에 전력을 공급하고,
상기 PV 패널부에서 생성되는 전력이 사용자 부하량보다 낮고, 상기 배터리가 미리 정해진 설정값 이하로 충전된 상태일 경우, 상기 계통 연계부의 출력 전력을 상기 사용자 부하부에 공급함과 동시에, 상기 배터리에도 공급하는 것을 특징으로 하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기.
An independent and grid-connected photovoltaic generator for converting sunlight into electricity and supplying the same to a user load and system,
A PV panel unit for converting sunlight into direct current voltage and boosting it to output; A battery unit for receiving a voltage from the PV panel unit to charge the battery, boosting the charged voltage, and outputting the boosted voltage; A power generator for converting a DC voltage from the PV panel unit or the battery unit to an AC voltage and supplying the AC voltage to a user load and a system, and converting the AC voltage from the system to a DC voltage and supplying the DC voltage to the battery unit; A grid connection unit for connecting or disconnecting the power generation unit and the grid to control supply of grid power; A user load section for connecting or disconnecting the power generation section and the user load to control power supply to the user load; And a control unit for controlling the PV panel unit, the battery unit, the power generation unit, the grid connection unit, and the user load unit,
The battery unit includes a battery for storing electric power; A battery voltage / current circuit for measuring a state of charge of the battery; And a bi-directional DC-DC converter having a current source structure on the low voltage side, wherein the charge / discharge converter comprises a bi-directional DC-DC converter that supplies a reduced voltage to the battery when charged, It charges and discharges low voltage less than 110 VDC,
When the power generated by the PV panel unit is lower than a user load and the battery is in a full charge state, an output voltage boosted by the battery unit is converted into an AC voltage by the power generation unit to supply power to the user load unit ,
When the power generated by the PV panel unit is lower than a user load and the battery is charged to a predetermined set value or lower, the output power of the grid interconnecting unit is supplied to the user load unit and also supplied to the battery Wherein the photovoltaic generator is a solar-powered generator.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 배터리는
납축전지로 구성된 배터리와 리튬전지로 구성된 배터리를 상기 제어부에 의해 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 독립 및 계통 연계형 태양광 발전기.
The method according to claim 1,
The battery
And a battery composed of a lead-acid battery and a lithium battery is selectively used by the control unit.
삭제delete
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