KR20080065818A - 계통연계형 태양광 발전시스템 및 그 운용방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계통연계형 태양광 발전시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
본 발명이 개시하는 발전시스템은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터 출력되는 직류전원을 승압하는 DC/DC 컨버터와, 승압된 직류전원을 충전하는 전력조절 모듈과, DC/DC 컨버터 또는 전력조절 모듈로부터 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 공급하는 DC/AC 컨버터, 및 피크 전력소비 시간대 외의 시간에 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 전력조절 모듈에 충전시키고, 피크 전력소비 시간대에는 전력조절 모듈에 충전된 직류전원을 DC/AC 컨버터로 방전시키는 제어모듈을 구성한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 태양전지 모듈의 정격용량을 낮추더라도 피크 컷 기여도를 종래에 비해 현격히 높일 수 있다.
태양광, 태양전지, 전력저장, 계통연계
Description
도 1은 종래 계통연계형 태양광 발전시스템의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명의 계통연계형 태양광 발전시스템의 개략적 구성도,
도 3은 본 발명의 제어모듈에 대한 세부 구성도,
도 4는 태양전지 모듈의 일일 출력 추이를 보인 그래프,
도 5는 전력저장 모듈의 일일 충전 추이를 보인 그래프,
도 6은 피크 전력소비 시간대에 방전 양상을 보인 그래프.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 본 발명의 계통연계형 태양광 발전시스템
110: 태양전지 모듈 120: DC/DC 컨버터
130: 전력조절 모듈 140: DC/AC 컨버터
150: 제어모듈
본 발명은 계통연계형 태양광 발전시스템에 관한 것으로서, 특히 태양전지 모듈로부터 얻어지는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 최대 전력소비 시간대에 계통으로 공급함으로써, 전력계통의 피크 컷(peak cut) 기여도를 증대시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 전력수요의 급증은 곧 전력생산을 위한 에너지 자원의 소비 급증으로 이어진다. 이는 비용적 그리고 환경적인 문제를 초래한다. 따라서 최근, 청정 에너지원인 태양광을 이용한 계통연계형 발전시스템에 관심이 모아지고 있다.
도 1에 개략적으로 예시된 종래 계통연계형 태양광 발전시스템(10)은, 다수의 태양전지 어레이로 이루어진 태양전지 모듈(12)과, 태양전지 모듈에서 출력되는 직류전원을 전력계통에 인가하기 위해 교류전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터(14)를 구성한다.
이러한 종래 태양광 발전시스템은 크게 'kWh 가치'와 'kW 가치' 평가될 수 있다. 'kWh 가치'가 높다는 의미는 다음의 [수학식 1]과 같이 표현되는 이용률(시스템 이용률)이 높다는 의미로 이해될 수 있다. 즉, 동일 용량의 시스템에 있어서 그 출력되는 전력량이 많을수록 'kWh 가치'는 높아지므로 동일 용량의 시스템이라 하더라도 일일 일사량이 많은 지역일수록 'kWh 가치'가 높아지는 것이다.
예를 들어, 일본 동경의 경우 그 이용률이 11.4%로 일일 24시간 중 약 2.7시 간 정도 태양광 발전시스템이 정격 운전된다.
이와 달리, 'kW 가치'는 전력 예비율 확보에 대한 기여도 측면에 입각한 개념으로서, 피크 전력소비 시간대에 얼마만큼의 전력을 발전하여 계통에 공급할 수 있느냐에 따라 'kW 가치'가 달라질 수 있다. 종래 도 1과 같은 태양광 발전시스템의 피크 컷(peak cut) 기여도는 약 17%~35% 정도이다. 예컨대, 태양전지 모듈의 정격용량이 1[kWp]인 시스템은 0.17[kW]~0.35[kW] 범위로 피크 컷에 기여한다는 의미이다.
현재 국내에서는 3[kWp]급의 태양광 발전시스템이 표준처럼 인식되고 있다. 위에서 언급한 피크 컷 기여도(17%~35%)에 적용해 보면 0.51~1.05[kW]로 단지 양적인 증대만 이루어질 뿐이다. 더욱이 정격용량이 늘어난다는 의미는 태양전지 모듈이 그만큼 커진다는 것으로 이해될 수 있는데, 이는 시스템 구축비용의 부담을 가중시키는 결과로 이어진다.
따라서 본 발명은 종래에 비해 태양전지 모듈의 정격용량을 낮추면서도, 피크 컷 기여도 또는 그 효율을 높일 수 있는 계통연계형 태양광 발전시스템 및 그 운용방법 제공에 목적을 둔다.
이러한 특징적인 목적을 구현하기 위한, 계통연계형 태양광 발전시스템은 다수의 태양전지 배열을 구성한 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터 출력되는 직류전원을 승압하는 DC/DC 컨버터와, DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 충전 하는 전력조절 모듈과, 전력조절 모듈로부터 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 공급하는 DC/AC 컨버터, 그리고 각 구성을 제어하며 기설정된 피크 전력소비 시간대에 대한 데이터를 저장하는 제어모듈을 포함한다.
본 발명의 제어모듈은, 피크 전력소비 시간대 외의 시간에 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 전력조절 모듈에 충전시키고, 반면에 피크 전력소비 시간대에는 전력조절 모듈에 충전된 직류전원을 방전시켜 DC/AC 컨버터를 통해 계통으로 공급한다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 계통연계형 태양광 발전시스템(이하, '발전시스템')에 대한 개략적인 구성도이다. 도 2의 발전시스템(100)은 태양전지 모듈(110), DC/DC 컨버터(120), 전력조절 모듈(130), DC/AC 컨버터(140) 및 제어모듈(150)을 구성한다.
구체적으로, 태양전지 모듈(110)은 다수의 태양전지(photovoltaic cell array) 배열을 구성하여 태양광을 직류전원으로 변환·출력하고, DC/DC 컨버터(120)는 태양전지 모듈(110)로부터 출력되는 직류전원을 승압하여 출력한다.
전력조절 모듈(130)은 DC/DC 컨버터(120)로부터 출력되는 승압된 직류전원을 충전 또는 방전한다. 도면에 도시하지는 않았으나 이러한 충·방전을 위해 전력조절 모듈(130)은 충전지 등의 전력 저장부를 포함하고 있다.
DC/AC 컨버터(140)는 DC/DC 컨버터(120) 또는 전력조절 모듈(130)로부터 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통(전력계통)(P)과 부하(L)에 공급한다.
제어모듈(150)은 기본적으로 상기한 각 구성요소(110~140)를 제어하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터 제어부(152), DC/AC 컨버터 제어부(154), 전력조절 모듈 제어부(156) 및 제어데이터 저장부(158)를 포함한다.
DC/DC 컨버터 제어부(152)는 제1 PWM 제어신호를 통해 상기 DC/DC 컨버터(120)를 제어하며, 전력조절 모듈 제어부(154)는 전력조절 모듈(130)의 충·방전 기능을 제어하고, DC/AC 컨버터 제어부(156)는 제2 PWM 제어신호를 통해 DC/AC 컨버터(140)를 제어한다. 제어데이터 저장부(158)는 다수의 제어관련 데이터를 저장하는데, 특히 피크 전력소비 시간대에 대한 시간 데이터를 저장한다.
이하에서는 이러한 구성을 갖는 제어모듈(150)의 특징적인 제어 양상들을 보다 구체적으로 살펴본다. 우선, 제어모듈(150)은 일일 중 상기 시간 데이터에 설정된 피크 전력소비 시간대 외에는 태양전지 모듈(110)로부터 출력되는 직류전원을 전력조절 모듈(130)에 충전시킨다. 태양전지 모듈(110)로부터 일일 동안 출력되는 직류전원의 추이는 첨부도면 도 4의 그래프와 대동소이하다. 구체적으로 도면의 시간축 상에 표시된 일출(sunrise)부터 일몰(sunset)까지의 구간이 태양전지 모듈(110)의 실제 가동 시간이다. 이와 같이 태양전지 모듈(110)로부터 출력되는 직 류전원은 DC/DC 컨버터(120)를 거쳐 도 5와 같은 형태로 전력저장 모듈(130)에 저장(충전)된다.
한편, 계통의 전력소비가 최대로 임박하는 시간대, 다시 말해 피크 전력소비 시간대는 일일 중 수 시간 정도의 범위를 갖는다. 예를 들어 하절기의 경우 그 시간대가 14시~17시 범위(약 3시간)로 형성된다. 따라서 피크 전력소비 시간대에 제어모듈(150)은 전력저장 모듈(130)에 충전된 직류전원을 방전시켜 DC/AC 컨버터(140)를 통해 계통으로 공급한다. 여기서, 상기 피크 전력소비 시간대는 곧 방전 시간대가 되는 것이다.
이와 같은 전력저장 모듈(130)의 충·방전 양상은 첨부도면 도 6으로 이해할 수 있다. 도 6을 참조하면, 기설정된 방전 시간대(피크 전력소비 시간대)에 전력저장 모듈(130)에 충전되어 있던 직류전원의 방전이 수행되며, 상기 방전된 직류전원은 DC/AC 컨버터(140)에 인가되어 최종적으로 계통으로 공급된다.
여기서, 3[kWp]급 태양전지 모듈을 이용한 종래 발전시스템의 피크 컷 기여도가 약 17%~35%라 가정하면, 동일 정격용량의 본 발명에 따른 발전시스템은 피크 전력소비 시간대에 정격용량에 해당하는 전력이 발전되므로 종래 발전시스템의 피크 컷 기여도에 비해 약 2.85~5.88배 정도의 효과를 기대할 수 있다. 따라서 본 발명의 발전시스템을 1[kWp]급으로 낮추더라도 기존의 3[kWp]급 시스템의 피크 컷 효과를 기준으로 0.95~1.96배를 기대할 수 있으므로 'kW 가치'는 대폭 높아지게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 태양전지 모듈의 정격용량을 낮추더라도 'kW 가치'를 종래에 비해 현격히 높일 수 있다. 그러므로 낮은 가격에 고 'kW 가치'를 갖는 태양광 발전시스템을 구축할 수 있다. 이에 따라 민수시장 형성에 크게 기여할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (3)
- 계통연계형 태양광 발전시스템에 있어서,다수의 태양전지 배열을 구성한 태양전지 모듈(110)과, 상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 직류전원을 승압하는 DC/DC 컨버터(120)와, 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 충전하는 전력조절 모듈(130)과, 상기 DC/DC 컨버터 또는 전력조절 모듈로부터 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 공급하는 DC/AC 컨버터(140), 및 각 구성을 제어하며 기설정된 피크 전력소비 시간대에 대한 데이터를 저장하는 제어모듈(150); 을 포함하며,상기 제어모듈은 피크 전력소비 시간대 외의 시간에 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 전력조절 모듈에 충전시키고, 피크 전력소비 시간대에는 상기 전력조절 모듈에 충전된 직류전원을 방전시켜 상기 DC/AC 컨버터를 통해 계통으로 공급하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전시스템.
- 청구항 1에 있어서,상기 제어모듈(150)은,상기 DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 제1 PWM 제어신호를 생성하는 DC/DC 컨버터 모듈 제어부(152)와, 상기 전력조절 모듈의 충·방전 기능을 제어하는 전력조절 모듈 제어부(154)와, 상기 DC/AC 컨버터를 제어하기 위한 제2 PWM 제어신호를 생성하는 DC/AC 컨버터 모듈 제어부(156), 및 상기 피크 전력소비 시간대에 대한 데이터를 포함한 제어관련 데이터를 저장하는 제어데이터 저장부(158)를 구성하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전시스템.
- 다수의 태양전지 배열을 구성한 태양전지 모듈(110)과, 상기 태양전지 모듈로부터 출력되는 직류전원을 승압하는 DC/DC 컨버터(120)와, 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전원을 충전하는 전력조절 모듈(130)과, 상기 DC/DC 컨버터 또는 전력조절 모듈로부터 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 공급하는 DC/AC 컨버터(140), 및 각 구성을 제어하며 기설정된 피크 전력소비 시간대에 대한 데이터를 저장하는 제어모듈(150)을 포함하는 계통연계형 태양광 발전시스템(100)의 운용방법에 있어서,피크 전력소비 시간대 외의 시간에 태양전지 모듈의 직류전원을 전력조절 모듈에 충전시키는 과정; 및상기 피크 전력소비 시간대에 상기 전력조절 모듈에 충전된 직류전원을 방전시켜 상기 DC/AC 컨버터를 통해 계통으로 공급하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광 발전시스템의 운용방법.
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