KR20140042092A - Solar energy storage device and operation method thereof - Google Patents

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KR20140042092A
KR20140042092A KR1020120108312A KR20120108312A KR20140042092A KR 20140042092 A KR20140042092 A KR 20140042092A KR 1020120108312 A KR1020120108312 A KR 1020120108312A KR 20120108312 A KR20120108312 A KR 20120108312A KR 20140042092 A KR20140042092 A KR 20140042092A
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김종철
전세봉
박영호
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현대중공업 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a solar energy storage device and an operation method thereof. A control unit detects a power generation situation of a solar cell and a system situation of a system load and outputs a mode control command according to the detected result. A switch unit switches a connection contact point between an energy storage unit and a power conversion device unit according to the mode control command outputted from the control unit. The solar energy storage device and the operation method thereof minimize the loss of power transmitted from the energy storage unit to the system load by switching the connection contact point between the energy storage unit and the power conversion device unit according to the mode control command outputted from the control unit and transmitting the power stored in the energy storage unit to the system load without passing an insulated DC/DC converter. [Reference numerals] (201) Lifting pressure DC/DC converter; (203) Insulated DC/DC converter; (205) DC/AC inverter; (401) Bi-directional DC/DC converter; (500) Control unit; (501) Abnormal situation detection unit; (511) First switch unit; (512) Second switch unit

Description

태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법{SOLAR ENERGY STORAGE DEVICE AND OPERATION METHOD THEREOF}SOLAR ENERGY STORAGE DEVICE AND OPERATION METHOD THEREOF}

본 발명은 태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제어부로부터 출력되는 충/방전모드제어명령에 따라 전력변환장치부와 에너지 저장부 간의 연결접점을 바꿀 수 있는 태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar energy storage device and a method of operating the same, and more particularly, the solar light which can change the connection contact between the power converter unit and the energy storage unit in accordance with the charge / discharge mode control command output from the control unit. An energy storage device and a method of operating the same.

일반적으로 태양광 발전은 태양빛을 바로 전기로 전환해 내는 태양전지 등을 이용해 태양의 빛 에너지로부터 전기를 얻는 시스템이다.In general, photovoltaic power generation is a system that obtains electricity from the light energy of the sun by using a solar cell that converts sunlight directly into electricity.

태양광발전은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다. 태양빛이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 쪼여지면 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다. 태양광발전의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 것이다. 반면에 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전단가가 높은 단점이 있다.Photovoltaic power generation consists of solar cells, storage batteries and power converters. When sunlight shines on a solar cell that combines a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, holes and electrons are generated in the solar cell by the energy of the sunlight. At this time, the holes are collected toward the p-type semiconductor and the electrons are collected toward the n-type semiconductor, so that a current flows when a potential difference occurs. The advantage of photovoltaic power generation is that there is no pollution, it can be developed only where it is needed, and it is easy to maintain. On the other hand, there is a disadvantage that the amount of electric power depends on the amount of sunshine, the installation site is limited, the initial investment cost and the power generation cost are high.

한국공개특허 제10-2011-0123130호는 태양광 PCS 일체형 양방향 배터리 충방전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 태양전지로부터의 PV 전압을 제1 DC/DC 제어에 따라 기설정된 직류 전압으로 변환하는 제1 DC/DC 컨버터; 계통과 연결되어, 제2 DC/DC 제어에 따라 계통전압/직류전압 변환, 또는 직류전압/계통전압 변환을 수행하는 DC/AC 인버터; 상기 제1 DC/DC 컨버터로부터의 출력단과 상기 DC/AC 인버터의 출력단에 공통으로 연결되어, 상기 제1 DC/DC 컨버터로부터의 직류전압과 상기 DC/AC 인버터로부터의 직류전압을 안정화시키는 DC링크부; 상기 DC링크부와 배터리 사이에 연결되어, 제2 DC/DC 제어에 따라 양방향으로 전압을 변환하는 제2 DC/DC 컨버터; 상기 태양전지의 PV 전압/전류, 상기 배터리의 배터리 전압/전류, 상기 계통의 계통전압/전류 및 상기 DC링크부의 DC링크전압을 검출하는 전압/전류 검출부; 및 상기 전압/전류 검출부에서 검출된 전압 및 전류에 기초해서 기설정된 복수의 제어모드중 하나의 제어모드를 결정하고, 이 결정된 제어모드에 따라 상기 제1 DC/DC 컨버터, 제2 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 제어하는 충전 제어부기판상에 형성된 1매의 태양전지셀과, 상기 태양전지셀에 개별적으로 접속되어, 태양전지셀로부터의 출력을 변환하는 복수개의 전력변환장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 배터리 충전기의 전원을 기본적으로 청정 에너지원인 태양광을 사용할 수 있고, PV PCS 기능으로 전력을 계통으로 전달할 수 있으며, 배터리 충전기의 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 또한 태양광 출력이 없을 경우는 배터리의 전력을 계통으로 전달할 수 있는 효과를 갖는다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0123130 relates to a solar cell PCS integrated bidirectional battery charging and discharging device and method, comprising: a first converting a PV voltage from a solar cell into a predetermined DC voltage according to a first DC / DC control; DC / DC converters; A DC / AC inverter connected to the grid to perform grid voltage / DC voltage conversion or DC voltage / grid voltage conversion according to the second DC / DC control; A DC link commonly connected to an output terminal from the first DC / DC converter and an output terminal of the DC / AC inverter to stabilize a DC voltage from the first DC / DC converter and a DC voltage from the DC / AC inverter part; A second DC / DC converter connected between the DC link unit and a battery to convert voltage in both directions according to a second DC / DC control; A voltage / current detector for detecting the PV voltage / current of the solar cell, the battery voltage / current of the battery, the system voltage / current of the system, and the DC link voltage of the DC link unit; And determine one control mode among a plurality of preset control modes based on the voltage and current detected by the voltage / current detector, and determine the first DC / DC converter and the second DC / DC converter according to the determined control mode. And a plurality of solar cells formed on a charge control substrate for controlling a DC / AC inverter, and a plurality of power converters connected to the solar cells individually to convert output from the solar cells. It is characterized by. According to the disclosed technology, it is possible to use solar power, which is basically a clean energy source, deliver power to the grid with PV PCS function, perform the function of battery charger simultaneously, and also If not, it has the effect of delivering battery power to the grid.

그런데, 박막모듈형 태양전지는 누설 전류 및 감전의 위험으로 인하여 입, 출력 간에 절연된 태양광 전력변환장치를 사용하는데 이때, 에너지 저장부와 전력변환장치부는 서로 연결접점이 고정되도록 연결되어 있기 때문에 배터리에 충전된 전력을 계통부하로 방전할 경우 전력변환장치부 내에 있는 절연형 DC/DC 컨버터단을 거쳐야 했고, 이로 인해 전력의 손실이 발생하는 문제가 있었다.
However, the thin film module type solar cell uses a solar power converter that is insulated between the input and the output due to the risk of leakage current and electric shock. In this case, since the energy storage unit and the power converter unit are connected to each other to fix the contact points. When discharging the power charged in the battery to the system load it had to go through the isolated DC / DC converter stage in the power converter unit, which caused a problem of power loss.

한국공개특허 제10-2011-0123130호Korean Patent Publication No. 10-2011-0123130

본 발명의 일 실시예는 제어부로부터 출력되는 충/방전모드제어명령에 따라 전력변환장치와 에너지 저장장치간의 연결접점을 바꿀 수 있도록 해 줌으로써, 전력변환장치 내에 있는 절연형 DC/DC 컨버터 통하지 않고 배터리에 저장된 전력을 방전 할 수 있게 하는 태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법을 제공하고자 한다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to change the contact point between the power converter and the energy storage device according to the charge / discharge mode control command outputted from the controller, so that the battery does not go through the isolated DC / DC converter in the power converter. An object of the present invention is to provide a solar energy storage device capable of discharging power stored therein and a method of operating the same.

실시예들 중에서, 태양광 에너지 저장장치는 태양전지의 발전상황 및 계통부하의 계통상황을 감지하여 해당 감지결과에 따라 모드제어명령을 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 모드제어명령에 따라, 에너지 저장부와 전력변환장치부 간의 연결접점을 바꿔주는 스위치부를 포함한다.Among the embodiments, the solar energy storage device includes a control unit for sensing the power generation status of the solar cell and the grid status of the grid load and outputs a mode control command according to the detection result; According to the mode control command output from the control unit, the switch unit for changing the contact between the energy storage unit and the power converter unit.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하는 이상상황감지부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the control unit may further include an abnormal situation detecting unit for detecting the power generation status of the solar cell and the system status of the system load.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 이상상황감지부를 통해 감지된 결과에 따라 충전모드제어명령 또는 방전모드제어명령을 생성하여 상기 스위치부로 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment, the controller may generate a charge mode control command or a discharge mode control command according to a result detected by the abnormal situation detection unit and output the generated charge mode control command to the switch unit.

일 실시예에서, 상기 스위치부는 상기 전력변환장치부 내에 있는 1캐패시터와 상기 에너지 저장부 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 형성되는 제1스위치부; 및 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 전력변환장치부 내에 있는 제2캐패시터 사이에 형성되는 제2스위치부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the switch unit comprises: a first switch unit formed between a capacitor in the power converter unit and a bidirectional DC / DC converter in the energy storage unit; And a second switch unit formed between the bidirectional DC / DC converter and the second capacitor in the power converter unit.

일 실시예에서, 상기 제1스위치부는 상기 제어부에서 출력된 충전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 제1캐패시터와 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 연결하여 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 연결되어 있는 배터리에 전력을 충전시켜 주도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment, when the first switch unit receives a charge mode control command output from the controller, the first switch unit connects the first capacitor and the bidirectional DC / DC converter to a battery connected to the bidirectional DC / DC converter. It may be characterized in that to charge the power.

일 실시예에서, 상기 제2스위치부는 상기 제어부에서 출력된 방전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 제2캐패시터를 연결하여 상기 배터리에 저장된 전력을 방전시켜 주도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, when receiving the discharge mode control command output from the control unit, the second switch unit connects the bidirectional DC / DC converter and the second capacitor to discharge the power stored in the battery. You can do

실시예들 중에서, 태양광 에너지 저장장치의 운영방법은 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하는 단계; 상기 감지된 결과에 따라 모드제어명령을 생성하는 단계; 및 상기 생성되는 모드제어명령에 따라, 상기 생성된 모드제어명령에 따라 상기 전력변환장치부와 상기 에너지 저장부 간의 연결접점을 바꿔주도록 하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the operation method of the solar energy storage device includes the steps of sensing the power generation status of the solar cell and the grid status of the grid load; Generating a mode control command according to the detected result; And changing a connection contact between the power converter and the energy storage unit according to the generated mode control command according to the generated mode control command.

일 실시예에서, 모드제어명령을 생성하는 단계는 상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황에 이상상황이 발생하지 않은 경우, 충전모드제어명령을 생성하는 단계; 및 상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황에 이상상황이 발생한 경우, 방전모드제어명령을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the generating of the mode control command may include generating a charging mode control command when no abnormality occurs in the power generation situation of the solar cell and the system situation of the system load; And generating a discharge mode control command when an abnormal situation occurs in a power generation situation of the solar cell and a system load of the system load.

일 실시예에서, 연결접점을 바꿔주도록 하는 단계는 상기 충전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 전력변환장치부 내에 있는 제1캐패시터와 상기 에너지 저장부 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터를 연결하여 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 연결되어 있는 배터리에 전력을 충전시켜 주도록 하는 단계; 및 상기 방전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 제2캐패시터를 연결하여 상기 배터리에 저장된 전력을 방전시켜 주도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In an embodiment, the step of changing the connection contact may include connecting the first capacitor in the power converter and the bidirectional DC / DC converter in the energy storage unit when the charging mode control command is input. Charging power to a battery connected to the DC / DC converter; And discharging the power stored in the battery by connecting the bidirectional DC / DC converter and the second capacitor when the discharge mode control command is input.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법은 태양전지를 통해 생성된 전류를 에너지 저장부 내에 있는 배터리에 저장한 다음 이상상황이 발생하여 저장된 전류를 방전할 때에 에너지 저장부와 전력변환장치부 간의 연결접점을 바꿔 줌으로써, 전력변환장치 내에 있는 절연형 DC/DC 컨버터를 통하지 않고 방전할 수 있으며, 이에 에너지 저장부에서 계통부하로 전달되는 전력의 손실을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
A solar energy storage device and a method of operating the same according to an embodiment of the present invention store an electric current generated by a solar cell in a battery in an energy storage unit and then store an energy when an abnormal situation occurs to discharge the stored current. By changing the connection point between the power converter and the power converter unit, it is possible to discharge without going through the isolated DC / DC converter in the power converter, thereby minimizing the loss of power transferred from the energy storage unit to the system load. There is this.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치를 설명하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 있는 제1스위치부 및 제2스위치부를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치의 운용방법을 설명하는 순서도다.
1 is a block diagram illustrating a solar energy storage device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first switch unit and a second switch unit in FIG. 1.
3 is a flowchart illustrating a method of operating a solar energy storage device according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치를 설명하는 구성도이고, 도 2는 도 1에 있는 제1스위치부 및 제2스위치부를 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a solar energy storage device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a first switch unit and a second switch unit in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 태양광 에너지 저장장치는 태양전지(100), 전력변환장치부(200), 에너지 저장부(400), 제어부(500), 스위치부(510)로 구성된다.1 and 2, the solar energy storage device includes a solar cell 100, a power converter 200, an energy storage unit 400, a control unit 500, and a switch unit 510.

태양전지(100)는 기존의 1세대 실리콘형 결정질 태양전지보다 효율이 좋은 2세대 박막모듈형 태양전지를 사용할 수 있다. 여기서, 해당 2세대 박막모듈형 태양전지는 누설전류 및 감전의 위험이 있기 때문에, 입, 출력 간 절연된 태양광 전력변환장치를 사용해야 한다.The solar cell 100 may use a second generation thin film module type solar cell which is more efficient than the existing first generation silicon crystalline solar cell. Here, the second-generation thin-film module type solar cell has a risk of leakage current and electric shock, so it is necessary to use an insulated solar power converter.

그리고 2세대 박막모듈형 태양전지는 두꺼운 폴리실리콘 웨이퍼를 이용해 만드는 1세대 실리콘 결정형 태양전지와 달리 원가가 저렴하므로 많이 사용되는데, 미래 태양광발전의 핵심으로 유리나 스테인리스 스틸 등을 이용해 만드는 태양전지일 수 있다.And second-generation thin-film module solar cell is widely used because of its low cost unlike the first-generation silicon crystalline solar cell made of thick polysilicon wafer, and it can be a solar cell made of glass or stainless steel as the core of future solar power generation. have.

전력변환장치부(200)는 태양전지(100)를 통해 생성된 전력을 계통부하(300)에서 필요로 하는 형태의 전력으로 변환시켜 주는 역할을 하며, 승강압 DC/DC 컨버터(201), 제1캐패시터(202), 절연형 DC/DC 컨버터(203), 제2캐패시터(204), DC/AC 인버터(205)로 구성될 수 있다.The power converter 200 serves to convert the power generated by the solar cell 100 to the power of the form required by the system load 300, step-up DC / DC converter 201, One capacitor 202, an isolated DC / DC converter 203, a second capacitor 204, and a DC / AC inverter 205 may be configured.

승강압 DC/DC 컨버터(201)는 태양전지(100) 모듈의 넓은 범위의 전압을 일정한 직류전압(DC전압)으로 변환시켜주며, 해당 변환된 직류전력을 제1캐패시터(202)에 충전시켜 줄 수 있다.The step-up / down DC / DC converter 201 converts a wide range of voltages of the solar cell module into a constant DC voltage (DC voltage), and charges the converted DC power in the first capacitor 202. Can be.

제1캐패시터(202)는 승강압 DC/DC 컨버터(201)과 절연형 DC/DC 컨버터(203) 사이에 형성되며. 승강압 DC/DC 컨버터(201)를 통해 출력되는 직류전력을 잠시 저장하였다가, 해당 저장된 직류전력을 절연형 DC/DC 컨버로 출력하거나 또는 제1스위치부(511)로 출력할 수 있다.The first capacitor 202 is formed between the step-down DC / DC converter 201 and the isolated DC / DC converter 203. The DC power output through the step-up / down DC / DC converter 201 may be temporarily stored, and then the stored DC power may be output to the isolated DC / DC converter or output to the first switch unit 511.

절연형 DC/DC 컨버터(203)는 고주파 변압기를 사용하여 구성할 수 있고, 제1캐패시터(202)와 제2캐패시터(204) 사이를 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있으며, 제1캐패시터(202)를 통해 출력되는 직류전력에 대해서 누설 전류를 방지한 후에 제2캐패시터(204)로 출력할 수 있다. 또한, 절연형 DC/DC 컨버터(203)는 고속 스위칭 PWM(Pulse Width Modulation) 구동에 의해 동작될 수 있다. 절연형 DC/DC 컨버터(203)의 종류에는 풀-브리지 컨버터, 하프-브리지 컨버터, 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 컨버터 등이 있다.The isolated DC / DC converter 203 may be configured using a high frequency transformer, and may electrically insulate between the first capacitor 202 and the second capacitor 204, and the first capacitor 202. After the leakage current is prevented with respect to the DC power output through the) can be output to the second capacitor 204. In addition, the isolated DC / DC converter 203 may be operated by high speed switching pulse width modulation (PWM) driving. Types of the isolated DC / DC converter 203 include full-bridge converters, half-bridge converters, and push-pull converters.

제2캐패시터(204)는 절연형 DC/DC 컨버터(203)와 DC/AC 인버터(205) 사이에 형성되며, 절연형 DC/DC 컨버터 및 제2스위치부(512)를 통해 입력되는 전력을 잠시 저장하였다가, 해당 저장된 직류전력을 DC/AC 인버터(205)로 출력하는 역할을 할 수 있다.The second capacitor 204 is formed between the isolated DC / DC converter 203 and the DC / AC inverter 205, and briefly receives power input through the isolated DC / DC converter and the second switch unit 512. After storing, the DC power may be output to the DC / AC inverter 205.

DC/AC 인버터(205)는 제2캐패시터(204)와 계통부하(300) 사이에 형성되며 직류전력을 계통부하(300)에서 필요로 하는 AC전력으로 변환하여 계통부하(300)로 공급하는 역할을 한다.The DC / AC inverter 205 is formed between the second capacitor 204 and the grid load 300 and converts DC power into AC power required by the grid load 300 to supply the grid load 300 to the grid load 300. Do it.

에너지 저장부(400)는 태양전지(100)로부터 생성되는 전력을 저장하거나, 또는 저장된 해당 전력을 계통부하(300)로 방전시킬 수 있으며, 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 배터리(402)로 구성될 수 있다.The energy storage unit 400 may store power generated from the solar cell 100, or discharge the stored power to the grid load 300, and to the bidirectional DC / DC converter 401 and the battery 402. Can be configured.

양방향 DC/DC 컨버터(401)는 제1스위치부(511)를 통해 입력 받은 전력을 배터리(500)에 충전하거나, 또는 배터리(500)에 충전된 전력을 제2스위치부(512)로 출력하는 역할을 할 수 있다.The bidirectional DC / DC converter 401 may charge the battery 500 with the power input through the first switch unit 511 or output the power charged with the battery 500 to the second switch unit 512. Can play a role.

양방향 DC/DC 컨버터(401)의 종류는 양방향 전력 흐름이 가능한 비절연형 벅/부스트 컨버터, 절연형 풀-브리지 컨버터, 절연형 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터 등이 해당될 수 있으며, 특히 양방향 벅/부스트 컨버터의 경우, 동기정류(Synchronous Rectifier) 방식의 스위칭을 통해 2개의 스위치가 서로 상보적으로 동작하도록 할 수 있다.The bidirectional DC / DC converter 401 may be a non-isolated buck / boost converter capable of bidirectional power flow, an isolated full-bridge converter, an isolated dual active bridge (DAB) converter, and particularly, a bidirectional buck / In the case of a boost converter, synchronous rectification (Synchronous Rectifier) switching can make the two switches complementary to each other.

배터리(402)는 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 통하여 입력 받은 전력을 저장하였다가, 태양전지(100)에서 전력을 생산하지 않을 경우 또는 태양전지(100)로부터 생산되는 전력보다 더 많은 양의 전력을 계통부하(300)에서 필요로 할 경우, 배터리(402)에 저장된 전력을 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 통해 계통부하(300)로 방전함으로써, 안정된 전력공급을 가능하게 할 수 있다.The battery 402 stores the power input through the bidirectional DC / DC converter 401, and when the solar cell 100 does not produce power or generates a larger amount of power than the power generated from the solar cell 100. When power is required at the system load 300, the power stored in the battery 402 is discharged to the system load 300 through the bidirectional DC / DC converter 401, thereby enabling stable power supply.

제어부(500)는 전력변환장치부(200), 제1스위치부(511), 제2스위치부(512) 및 에너지 저장부(400)에 제어명령을 출력할 수 있고, 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하여 해당 감지결과에 따라 모드제어명령을 출력할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 이상상황감지부(501)를 포함하여 구성될 수 있다.The controller 500 may output a control command to the power converter 200, the first switch unit 511, the second switch unit 512, and the energy storage unit 400. The system status of the system load can be detected and a mode control command can be output according to the detection result. In addition, the controller 500 may include an abnormal situation detection unit 501.

이상상황감지부(501)는 제어부(500) 내부에 형성되며, 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하는 역할을 수행할 수 있고, 제어부(500)에서는 해당 감지결과에 따라 충전모드제어명령 또는 방전모드제어명령을 생성한다.The abnormal situation detecting unit 501 may be formed inside the control unit 500, and may serve to detect a power generation state of the solar cell and a system state of the system load, and the control unit 500 may charge according to the detection result. Generates a mode control command or a discharge mode control command.

스위치부(510)는 제1스위치부(511)와 제2스위치부(512)로 구성되며, 제어부(500)로부터 출력되는 모드제어명령에 따라, 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 전력변환장치부(200) 간의 연결접점을 바꿔주는 역할을 수행할 수 있다.The switch unit 510 includes a first switch unit 511 and a second switch unit 512, and according to a mode control command output from the controller 500, the bidirectional DC / DC converter 401 and the power converter. It may serve to change the connection contact between the unit 200.

제1스위치부(511)는 전력변환장치부(200) 내에 있는 제1캐패시터(202)와 양방향 DC/DC 컨버터(401) 사이에 형성되며, 제어부(500)로부터 충전모드제어명령을 입력 받을 경우, 해당 충전모드제어명령에 따라 제1캐패시터(202)와 에너지 저장부(400) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 연결접점을 통하여 연결시켜, 제1캐패시터(202)로부터 출력된 전력을 양방향 DC/DC 컨버터(401)로 출력하는 역할을 수행할 수 있다.The first switch unit 511 is formed between the first capacitor 202 and the bidirectional DC / DC converter 401 in the power converter 200, and receives a charge mode control command from the controller 500. In accordance with the charging mode control command, the first capacitor 202 and the bidirectional DC / DC converter 401 in the energy storage unit 400 are connected through a connection contact to output power output from the first capacitor 202. It may serve to output to the bidirectional DC / DC converter 401.

이때, 연결접점은 릴레이 또는 접점 스위치로 구성될 수 있다.In this case, the connection contact may be configured as a relay or a contact switch.

예를 들어, 릴레이는 코일이 감겨진 철심에 전류를 흘리면 철심이 전자석이 되는 구조로 형성된다. 이때, 철심의 상태에 따라 회로의 개폐가 이루어지며, 릴레이는 제1캐패시터(202)와 대응한 코일에 전류가 흐르게 되면 제1스위치부(511) 내에 있는 스위칭바가 코일에 붙게 되므로 제1스위치부(511)를 작동시킬 수 있고, 제2캐패시터(204)와 대응한 코일에 전류가 흐르게 되면 제2스위치부(512) 내에 있는 스위칭바가 코일에 붙게 되므로 제2스위치부(512)를 작동시킬 수 있다.For example, the relay is formed in a structure in which the iron core becomes an electromagnet when a current flows through the coil core. At this time, the opening and closing of the circuit is performed according to the state of the iron core, and when the current flows in the coil corresponding to the first capacitor 202, the switching bar in the first switch unit 511 is attached to the coil, so that the first switch unit When the current flows through the coil corresponding to the second capacitor 204, the switching bar in the second switch unit 512 attaches to the coil, thereby operating the second switch unit 512. have.

제2스위치부(512)는 전력변환장치부(200) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 제2캐패시터(204) 사이에 형성되며, 제어부(500)로부터 방전모드제어명령을 입력 받을 경우, 에너지 저장부(400) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 전력변환장치부(200) 내에 있는 제2캐패시터(204)를 연결접점을 통하여 서로 연결시켜 배터리(402)에 저장된 전력을 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 통해 제2캐패시터(204)로 출력해 주는 역할을 할 수 있다.
The second switch unit 512 is formed between the bidirectional DC / DC converter 401 and the second capacitor 204 in the power converter 200, and receives a discharge mode control command from the control unit 500. The bidirectional DC / DC converter 401 in the energy storage unit 400 and the second capacitor 204 in the power converter 200 are connected to each other through a connection contact to bidirectionally store the power stored in the battery 402. It may serve to output to the second capacitor 204 through the DC / DC converter 401.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치의 운용방법을 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of operating a solar energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저 제어부(500) 내에 있는 이상상황감지부(501)가 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하며(S301), 제어부(500)에서는 해당 감지결과를 판단하게 된다(S302).Referring to FIG. 3, first, an abnormal situation detecting unit 501 in the control unit 500 detects a power generation state of a solar cell and a system state of the system load (S301), and the control unit 500 determines a corresponding detection result. It is made (S302).

만약, 상술한 단계 S302에서 이상상황이 발생하지 않았을 경우 제어부(500)에서는 충전모드제어명령을 생성한다(S303).If the abnormal situation does not occur in step S302 described above, the control unit 500 generates a charging mode control command (S303).

제어부(500)는 생성된 충전모드제어명령을 제1스위치부(511)로 출력하고(S304), 제1스위치부(511)는 해당 충전모드제어명령에 따라 제1캐패시터(202)와 에너지 저장부(400) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 연결접점을 통하여 서로 연결시켜 준다(S305).The control unit 500 outputs the generated charge mode control command to the first switch unit 511 (S304), and the first switch unit 511 stores energy with the first capacitor 202 according to the corresponding charge mode control command. The bidirectional DC / DC converter 401 in the unit 400 is connected to each other through a connection contact (S305).

제1스위치부(511)에 의해 연결된 제1캐패시터(202)와 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 통해서, 태양전지(100)에서 생성되는 전력은 승강압 DC/DC 컨버터(201)와 제1캐패시터(202)와 제1스위치부(511)와 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 거쳐 배터리(402)로 충전이 시작된다(S306).Through the first capacitor 202 and the bidirectional DC / DC converter 401 connected by the first switch unit 511, the power generated by the solar cell 100 is increased by the step-down DC / DC converter 201 and the first. Charging starts with the battery 402 through the capacitor 202, the first switch unit 511, and the bidirectional DC / DC converter 401 (S306).

반면에, 상술한 단계 S302에서 이상상황이 발생했을 경우, 제어부(500)에서는 방전모드제어명령을 생성한다(S307).On the other hand, when an abnormal situation occurs in step S302 described above, the control unit 500 generates a discharge mode control command (S307).

제어부(500)는 생성된 방전모드제어명령을 제2스위치부(512)로 출력하고(S308), 제2스위치부(512)는 해당 방전모드제어명령에 따라 에너지 저장장치부(400) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 제2캐패시터(204)를 연결접점을 통하여 서로 연결시켜 준다(S309).The control unit 500 outputs the generated discharge mode control command to the second switch unit 512 (S308), and the second switch unit 512 is located in the energy storage unit 400 according to the discharge mode control command. The bidirectional DC / DC converter 401 and the second capacitor 204 are connected to each other through a connection contact (S309).

제2스위치부(512)에 의해 연결된 양방향 DC/DC 컨버터(401)과 제2캐패시터(204)를 통해서, 배터리(402)에 저장된 전력은 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 제2스위치부(512)와 제2캐패시터(204)와 DC/AC 인버터(205)를 거쳐 계통부하(300)로 방전이 시작된다(310).
Through the bidirectional DC / DC converter 401 and the second capacitor 204 connected by the second switch unit 512, the power stored in the battery 402 is transferred to the bidirectional DC / DC converter 401 and the second switch unit ( The discharge starts to the grid load 300 via 512, the second capacitor 204 and the DC / AC inverter 205 (310).

아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 에너지 저장장치의 운영방법에 있어 네 가지의 동작모드를 살펴본다.Hereinafter, the four operating modes in the operating method of the solar energy storage device according to an embodiment of the present invention.

태양광 에너지 저장장치의 운영방법에는 4가지의 동작모드가 존재할 수 있다.There are four operating modes in the operation method of the solar energy storage device.

첫번째 동작모드는 태양전지(100)로부터 생성된 전력이 배터리(402)를 충전시키면서, 동시에 계통부하(300)로 출력되는 경우이다. 첫번째 동작모드는 태양전지(100)의 출력이 충분하고, 이상상황이 발생하지 않으며, 배터리(402)의 SOC(State Of Charge)가 완충상태가 아닌 경우에 해당하며, 이 경우 제1스위치부(511)는 제1캐패시터(202)와 에너지 저장부(400) 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터(401)를 서로 연결시켜 태양전지(100)에서 생성되는 전력을 계통부하(300)로 출력하면서 동시에 배터리(402)도 충전한다.The first operation mode is a case where the power generated from the solar cell 100 is output to the system load 300 while charging the battery 402. The first operation mode corresponds to a case in which the output of the solar cell 100 is sufficient, an abnormal state does not occur, and the state of charge (SOC) of the battery 402 is not in a buffer state. In this case, the first switch unit ( 511 connects the first capacitor 202 and the bidirectional DC / DC converter 401 in the energy storage unit 400 to each other and outputs the power generated by the solar cell 100 to the grid load 300 and at the same time the battery. 402 is also charged.

두번째 동작모드는 태양전지(100)로부터 생성된 전력이 모두 계통부하(300)로 출력되는 경우이다. 두번째 동작모드는 태양전지(100)가 전력을 생성하고 있지만 배터리(402)가 완충되어 있는 경우에 해당된다. The second operation mode is a case where all the power generated from the solar cell 100 is output to the grid load 300. The second operation mode corresponds to the case where the solar cell 100 generates power but the battery 402 is fully charged.

세번째 동작모드는 태양전지(100)가 전력을 생성하고 있지만, 계통부하(300)에서 필요로 하는 전력이 태양전지(100)로부터 생성되는 전력보다 클 경우에 해당하며, 이 경우 제2스위치부(512)는 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 제2캐패시터(204)를 서로 연결시켜 태양전지(100)에서 생성되는 전력과 배터리(500)에 저장된 전력을 모두 계통부하(300)로 출력한다.The third operation mode corresponds to a case in which the solar cell 100 generates power, but the power required by the grid load 300 is greater than the power generated from the solar cell 100, in which case the second switch unit ( 512 connects the bidirectional DC / DC converter 401 and the second capacitor 204 to each other and outputs both the power generated in the solar cell 100 and the power stored in the battery 500 to the grid load 300.

네번째 동작모드는 태양전지(100)가 전력을 생산하지는 않지만 계통부하(300)에서는 전력을 필요로 할 경우에 해당하며(예를 들어, 계통정전, 태양광발전정지, 야간일몰상황 등) 이 경우 제2스위치부(512)는 양방향 DC/DC 컨버터(401)와 제2캐패시터(204)를 연결접점으로 서로 연결하여 배터리(402)에 저장된 전력을 계통부하(300)로 출력한다.
The fourth operation mode corresponds to a case in which the solar cell 100 does not produce power, but needs power at the grid load 300 (for example, power failure, photovoltaic power generation, and night sunset). The second switch unit 512 connects the bidirectional DC / DC converter 401 and the second capacitor 204 to each other by a connection contact point, and outputs the power stored in the battery 402 to the grid load 300.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

100 : 태양전지
200 : 전력변환장치부 201 : 승강압 DC/DC 컨버터
202 : 제1캐패시터 203 : 절연형 DC/DC 컨버터
204 : 제2캐패시터 205 : DC/AC인버터
300 : 계통부하
400 : 에너지 저장부 401 : 양방향 DC/DC 컨버터
402 : 배터리
500 : 제어부 501 : 이상상황감지부
510 : 스위치부 511 : 제1스위치부
512 : 제2스위치부
100: Solar cell
200: power converter 201: step-up DC / DC converter
202: first capacitor 203: isolated DC / DC converter
204: second capacitor 205: DC / AC inverter
300: System load
400: energy storage unit 401: bidirectional DC / DC converter
402: battery
500: control unit 501: abnormal situation detection unit
510: switch unit 511: first switch unit
512: second switch unit

Claims (9)

태양전지를 통해 생성된 전력을 계통부하에서 필요로 하는 전력으로 변환시켜 주는 전력변환장치부와 상기 태양전지에서 생성된 전력을 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 태양광 에너지 저장장치에 있어서,
상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하여 해당 감지결과에 따라 모드제어명령을 출력하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 출력되는 모드제어명령에 따라, 상기 에너지 저장부와 상기 전력변환장치부 간의 연결접점을 바꿔주는 스위치부;
를 포함하는 태양광 에너지 저장장치.
In the solar energy storage device comprising a power converter for converting the power generated by the solar cell to the power required by the system load and an energy storage unit for storing the power generated by the solar cell,
A control unit that detects a power generation state of the solar cell and a system state of the system load and outputs a mode control command according to a corresponding detection result; And
A switch unit for changing a connection contact between the energy storage unit and the power converter unit according to a mode control command output from the control unit;
Solar energy storage device comprising a.
제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하는 이상상황감지부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치.
The apparatus of claim 1, wherein the control unit
An abnormal situation detection unit for detecting a power generation state of the solar cell and a system state of the system load;
Photovoltaic energy storage device further comprising.
제2항에있어서, 상기 제어부는
상기 이상상황감지부를 통해 감지된 결과에 따라 충전모드제어명령 또는 방전모드제어명령을 생성하여 상기 스위치부로 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치.
The method of claim 2, wherein the control unit
And generating a charge mode control command or a discharge mode control command according to a result detected by the abnormal situation detection unit and outputting the generated charge mode control command or the discharge mode control command to the switch unit.
제2항에 있어서, 상기 스위치부는
상기 전력변환장치부 내에 있는 제1캐패시터와 상기 에너지 저장부 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터 사이에 형성되는 제1스위치부; 및
상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 전력변환장치부 내에 있는 제2캐패시터 사이에 형성되는 제2스위치부;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치.
The method of claim 2, wherein the switch unit
A first switch unit formed between the first capacitor in the power converter unit and the bidirectional DC / DC converter in the energy storage unit; And
A second switch unit formed between the bidirectional DC / DC converter and a second capacitor in the power converter unit;
Solar energy storage device, characterized in that consisting of.
제4항에 있어서, 상기 제1스위치부는
상기 제어부로부터 출력된 충전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 제1캐패시터와 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 연결하여 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 연결되어 있는 배터리에 전력을 충전시켜 주도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치.
The method of claim 4, wherein the first switch unit
When receiving the charge mode control command output from the control unit, by connecting the first capacitor and the bidirectional DC / DC converter to charge the power to the battery connected to the bidirectional DC / DC converter, characterized in that Solar energy storage.
제4항에 있어서, 상기 제2스위치부는
상기 제어부에서 출력된 방전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 제2캐패시터를 연결하여 상기 배터리에 저장된 전력을 방전시켜 주도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치.
The method of claim 4, wherein the second switch unit
When receiving the discharge mode control command output from the control unit, the solar energy storage device characterized in that for connecting the bidirectional DC / DC converter and the second capacitor to discharge the power stored in the battery.
태양전지를 통해 생성된 전력을 부하에서 필요로 하는 전력으로 변환시켜주는 전력변환장치부와 상기 태양전지에서 생성된 전력을 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 태양광 에너지 저장장치의 운영방법에 있어서,
상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황을 감지하는 단계;
상기 감지된 결과에 따라 모드제어명령을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 모드제어명령에 따라 상기 전력변환장치부와 상기 에너지 저장부 간의 연결접점을 바꿔주도록 하는 단계;
를 포함하는 태양광 에너지 저장장치의 운영방법.
In the operating method of the solar energy storage device including a power converter for converting the power generated by the solar cell to the power required by the load and an energy storage unit for storing the power generated by the solar cell,
Detecting a power generation status of the solar cell and a system status of the system load;
Generating a mode control command according to the detected result; And
Changing a connection contact point between the power converter and the energy storage unit according to the generated mode control command;
Operation method of a solar energy storage device comprising a.
제7항에 있어서, 상기 모드제어명령을 생성하는 단계는
상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황에 이상상황이 발생하지 않은 경우, 충전모드제어명령을 생성하는 단계; 및
상기 태양전지의 발전상황 및 상기 계통부하의 계통상황에 이상상황이 발생한 경우, 방전모드제어명령을 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치의 운영방법.
The method of claim 7, wherein generating the mode control command
Generating a charging mode control command when an abnormal situation does not occur in a power generation situation of the solar cell and a system load of the system load; And
Generating a discharge mode control command when an abnormal situation occurs in a power generation situation of the solar cell and a system load of the system load;
Operating method of a solar energy storage device comprising a.
제 8항에 있어서, 상기 연결접점을 바꿔주도록 하는 단계는
상기 충전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 전력변환장치부 내에 있는 제1캐패시터와 상기 에너지 저장부 내에 있는 양방향 DC/DC 컨버터를 연결하여 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 연결되어 있는 배터리에 전력을 충전시켜 주도록 하는 단계; 및
상기 방전모드제어명령을 입력 받을 경우, 상기 양방향 DC/DC 컨버터와 상기 제2캐패시터를 연결하여 상기 배터리에 저장된 전력을 방전시켜 주도록 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 에너지 저장장치의 운영방법.
The method of claim 8, wherein the step of changing the connection contact
When receiving the charging mode control command, the first capacitor in the power converter unit and the bidirectional DC / DC converter in the energy storage unit are connected to charge the battery connected to the bidirectional DC / DC converter. Letting it do; And
Discharging the power stored in the battery by connecting the bidirectional DC / DC converter and the second capacitor when the discharge mode control command is input;
Operating method of a solar energy storage device comprising a.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101484640B1 (en) * 2014-11-27 2015-01-22 박용덕 Over measuring prevension unit of power consumption in receiving equipment of photovoltaic electric power station)
CN110854904A (en) * 2019-10-30 2020-02-28 深圳供电局有限公司 Operation strategy planning method for energy storage device of power distribution system
KR20200081588A (en) * 2018-12-27 2020-07-08 한국에너지기술연구원 Energy control device and energy control method for improving stability of power system

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