KR20150007138A

KR20150007138A - 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치

Info

Publication number: KR20150007138A
Application number: KR1020130081156A
Authority: KR
Inventors: 오승훈
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-20

Abstract

본 명세서는, 태양광 발전 시스템이 계통과 분리된 경우, 발전된 전기에너지를 배터리에 충전하고, 또한, 상기 계통과 재연계된 경우, 상기 배터리에 충전한 전기에너지를 상기 계통에 공급함으로써, 지속적으로 발전하는 것이 가능해지고, 발전설비의 효율 및 이용률을 높일 뿐만 아니라, 전력공급량을 늘려 안정적이고 신뢰성 있는 계통 운영이 가능해지고, 유사 시 비상전원으로도 사용이 가능해지는 효과를 가진 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치에 관한 것이다.

Description

계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치{APPARATUS FOR CHARGING BATTERIES IN GRID-CONNECTED PHOTOVOLTAICS SYSTEM}

본 명세서는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 태양광 발전 시스템에 포함된 배터리 충전 장치에 관한 발명이다.

일반적인 태양광 인버터는 크게 계통 연계형 태양광 인버터와 독립형 태양광 인버터로 구분이 가능하다. 상기 계통 연계형 태양광 인버터는 태양광 발전원에서 생산된 전기에너지를 인버터를 이용해 교류로 변환하여 계통에 보내주는 역할을 하고, 독립형 태양광 인버터는 상기 태양광 발전원에서 생산된 상기 전기에너지를 배터리에 충전하여 상기 태양광 발전원이 발전을 하지 못하는 경우에 상기 배터리에 충전된 상기 전기에너지를 사용하는 방식이다.

도 1은 종래의 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 회로구성도를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 계통 연계형 태양광 발전 시스템은, 태양광 발전원(10)이 컨버터(20), 인버터(30) 및 변압기(40)로 구성된 전력 변환 장치(60)를 통해 계통(50)에 연계된다. 상기 태양광 발전원(10)은 상기 전력 변환 장치(60)를 통해, 부하에 해당하는 상기 계통(50)과 연계되어 있다. 따라서, 부하에 해당하는 상기 계통(50)과 연계가 중단될 경우, 상기 태양광 발전원(10) 및 상기 전력 변환 장치(60)는 동작을 할 수 없게 된다.

종래의 상기 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 경우, 자립 운전 기능이 없어 태양광 발전 시스템이 상기 계통에 연계하여야만 발전을 할 수 있고, 발전된 전기에너지를 상기 계통에 공급할 수 있다. 때문에, 상기 계통과의 연계가 중단되면, 발전된 전기에너지를 공급하지 못해 전기에너지를 이용할 수 없게 된다. 상기 계통에 사고가 발생하는 경우, 보수 및 점검으로 상기 계통에서의 분리가 필요한 경우에 태양광 발전 시스템은 동작을 하지 못하게 된다. 이렇게 발전을 해도 생산된 전기에너지를 이용하지 못하면 설비의 효율 및 이용률이 떨어지게 되고, 공급자 및 수급자에게 경제적인 피해를 줄 수 있다.

따라서, 본 명세서는 태양광 발전 시스템이 계통과 분리된 경우, 생산된 전기에너지를 배터리에 저장하고, 또한, 상기 계통과 재연계된 경우, 상기 배터리에 저장한 전기에너지를 상기 계통에 공급하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치를 제공하고자 한다.

본 명세서에 기재된 실시예에 따른 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치는, 배터리; 전력 변환 장치를 통해 계통과 연계된 태양광 발전원이, 상기 계통에서 분리된 경우, 상기 배터리에 전기에너지를 충전하고, 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 배터리에 충전된 전기에너지가 상기 계통에 공급되도록 상기 배터리를 제어하는 제어부;를 포함한다.

실시예에서, 상기 전력 변환 장치는, 상기 태양광 발전원에서 생산된 직류 전압을 일정한 전압으로 승압하는 컨버터; 상기 승압된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터; 및 상기 교류 전압을 상기 계통에 사용 가능한 상용 전압으로 변압하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 배터리 충전 장치는, 상기 전력 변환 장치에 연결되는 것을 특징으로 하되, 상기 배터리 및 상기 제어부와 상기 전력 변환 장치의 연결을 단속하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 발전원과 상기 계통의 분리 및 연계를 자동으로 인식하는 감지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 감지모듈은, 계전기를 근거로 상기 계통의 이상 상태를 검출하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 계전기는, 전압 계전기; 전류 계전기; 주파수 계전기; 온도 계전기; 전력 계전기; 거리 계전기; 접지 계전기; 지락 계전기 및 단락 계전기 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 계통의 분리 및 연계 정보를 유선 또는 무선으로 상기 계통과 송수신하는 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전원이 상기 계통에서 분리되기 전, 상기 배터리에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전원이 상기 계통에서 분리된 경우에도, 상기 태양광 발전원이 연계된 다른 부하에 전기에너지 공급이 가능하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에서 발전된 전기에너지 및 상기 배터리에 충전된 전기에너지가 상기 계통에 동시에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에서 발전된 전기에너지 및 상기 배터리에 충전된 전기에너지가, 상기 계통에 일정한 비율 또는 설정치로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에 이상이 있는 경우, 상기 배터리로 상기 발전원을 대체하여, 상기 계통에 전기에너지가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에 기재된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치는, 계통이 분리되면 발전을 하지 않는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 배터리를 연결함으로써, 지속적으로 발전하는 것이 가능해지고, 발전설비의 효율 및 이용률을 높이는 효과가 있다.

또한, 상기 계통 분리시에 전기에너지를 배터리에 충전하였다가 상기 계통이 다시 연계되면 저장된 전기에너지를 상기 계통에 공급함으로써, 전력공급량을 늘려 안정적이고 신뢰성 있는 계통 운영이 가능해질 뿐만 아니라, 발전설비에 문제가 생길 경우에 상기 배터리가 발전원을 대체하여, 유사 시 비상전원으로도 사용이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 종래의 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 회로구성도.
도 2는 본 명세서에 따른 상기 배터리 충전 장치의 회로구성도.
도 3은 본 명세서에 따른 상기 배터리 충전 장치에 있어서, 상기 제어부의 세부 구성도.
도 4는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 제 1 실시예를 나타내는 블록도.
도 5는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 제 2 실시예를 나타내는 블록도.
도 6은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 제 3 실시예를 나타내는 블록도.
도 7은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 제 4 실시예를 나타내는 블록도.
도 8은 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 제 5 실시예를 나타내는 블록도.

본 명세서에 개시된 기술은 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 계통 연계형 태양광 발전 시스템, 비상용 발전 시스템, 그 외 신재생에너지발전 시스템에도 적용될 수 있다. 특히, 신재생에너지발전은 재생 가능한 에너지를 이용한 친환경 발전으로서, 예를 들어, 태양열 발전, 바이오매스 발전, 소수력 발전, 해양에너지 발전, 폐기물에너지 발전, 지열 발전, 풍력 발전, 연료전지 발전 등을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 계통(50) 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)(이하 배터리 충전 장치(80)라 칭한다.)의 구성을 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 계통(50) 연계형 태양광 발전 시스템(이하 시스템이라 칭한다.)은, 태양광 발전원(10)이 전력 변환 장치(60)를 통해 계통(50)에 연계되고, 상기 배터리 충전 장치(80)가 상기 전력 변환 장치(60)에 연계할 수 있다.

여기서, 상기 태양광 발전원(10)은 광전효과(Photovoltaic Effect)의 원리로, 태양전지 셀에 빛을 비추어 전기를 발생시키는 발전을 의미하며, 상기 태양전지 셀을 모듈화한 태양광모듈, 상기 태양광모듈을 다수 이어서 용도에 맞게 만든 어레이(Array)의 형태로 실시되는 설비 또는 설비군을 의미한다.

여기서, 상기 계통(50)은 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템을 의미한다.

상기 태양광 발전원(10)은 컨버터(20)에 연결되고, 상기 컨버터(20)와 인버터(30) 사이에 상기 배터리 충전 장치(80)가 연결되고, 변압기(40)에 상기 계통(50)이 연결될 수 있다.

상기 배터리 충전 장치(80)는 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 배터리(90)에 전기에너지를 충전하고, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 제어부(100)를 포함할 수 있다.

구체적인 실시예를 설명하면, 상기 태양광 발전원(10)에서 전기에너지를 공급받던 상기 계통(50)이 상기 태양광 발전원(10)과 분리가 되면, 상기 제어부(100)가 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 상기 배터리(90)에 충전되도록 제어하고, 상기 계통(50)이 다시 연계되면 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우는, 상기 계통(50)에 연계를 유지할 수 없는 문제가 발생하거나, 연계를 중지해야할 사유가 있어 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)의 연계가 중단된 경우를 의미하며, 상기 계통(50)의 사고, 고장, 점검, 유지보수, 교체, 및 운영계획 변경 등의 사정으로 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 분리될 수 있다.

상기 전력 변환 장치(60)는 상기 컨버터(20), 상기 인버터(30) 및 상기 변압기(40)를 포함하여, 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)을 연계할 수 있다.

상기 컨버터(20)는 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 직류에너지 전압을 일정한 전압으로 승압하는 장치로 구성할 수 있다.

상기 컨버터(20)는 전단에 상기 태양광 발전원(10)과 연결되고, 후단에 상기 배터리 충전 장치(80) 및 상기 인버터(30)와 연결될 수 있다.

이를 통해, 상기 컨버터(20)는 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 직류에너지 전압을 일정한 전압으로 승압하여, 상기 승압된 직류에너지를 교류에너지로 변환하는 상기 인버터(30) 또는 상기 직류에너지를 저장하는 상기 배터리(90)에 상기 직류에너지를 보낼 수 있다.

상기 인버터(30)는 상기 컨버터(20)에서 변환된 상기 직류에너지를 교류에너지로 변환하는 장치로 구성할 수 있다.

여기서, 상기 직류에너지 및 상기 교류에너지의 변환은, 전압 또는 전류의 변환으로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 상기 컨버터(20)에서는 상기 직류에너지의 전압이 승압될 수 있고, 상기 인버터(30)에서는 상기 직류에너지의 전압 또는 전류가 상기 교류에너지 형태로 변환될 수 있고, 상기 변압기(40)에서는 상기 교류에너지의 전압이 변압될 수 있다.

상기 인버터(30)는 전단에 상기 컨버터(20) 및 상기 배터리 충전 장치(80)와 연결되고, 후단에 상기 변압기(40)와 연결될 수 있다.

이를 통해, 상기 인버터(30)는 상기 컨버터(20) 및 상기 배터리에서 보내진 상기 직류에너지를 교류에너지로 변환하여, 상기 교류를 사용 가능한 전압으로 변압하는 상기 변압기(40)에 상기 교류에너지를 보낼 수 있다.

상기 변압기(40)는 상기 인버터(30)에서 변환된 교류 전압을 상기 계통(50)에 사용 가능한 상용 전압으로 변압하는 장치로 구성할 수 있다.

상기 변압기(40)는 전단에 상기 인버터(30)와 연결되고, 후단에 상기 계통(50)에 연결될 수 있다.

이를 통해, 상기 변압기(40)는 상기 인버터(30)에서 보내진 상기 교류에너지 전압을 사용 가능한 전압으로 변압하여, 상기 변압된 교류에너지를 상기 계통(50)에 보낼 수 있다.

상기 배터리 충전 장치(80)는 상기 전력 변환 장치(60)에 연결되는 것을 특징으로 하되, 상기 컨버터(20)와 상기 인버터(30) 사이에 연결되고, 상기 전력 변환 장치(60)와의 연결을 단속하는 스위치(70)를 더 포함할 수 있다.

이를 통해, 상기 배터리 충전 장치(80)가 상기 시스템과의 분리 및 연계가 가능해질 수 있다.

예를 들면, 상기 스위치(70)가 폐로된 경우, 상기 배터리 충전 장치(80)가 상기 시스템에 연계되어 상기 배터리(90)의 충전 및 전력공급을 할 수 있다.

또한, 상기 스위치(70)가 개로된 경우, 상기 배터리 충전 장치(80)가 상기 시스템과 분리될 수 있다.

이를 통해, 상기 시스템 및 상기 배터리 충전 장치(80)의 유지, 보수, 점검 및 교체가 가능해질 수 있다.

예를 들면, 상기 배터리 충전 장치(80)에 이상이 생겨 점검 혹은 교체가 필요한 경우에, 상기 스위치(70)를 개로하여 상기 배터리 충전 장치(80)를 분리하고, 상기 배터리 충전 장치(80)를 점검 또는 교체할 수 있다.

또한, 상기 배터리 충전 장치(80)는 정상으로 동작하고 상기 시스템에 이상이 있는 경우, 상기 스위치(70)를 개로하여 상기 배터리 충전 장치(80)를 분리하여, 상기 시스템을 점검하거나, 혹은 상기 배터리 충전 장치(80)를 다른 태양광 발전 시스템에 연계시키는 것이 가능해질 수 있다.

또한, 상기 배터리 충전 장치(80)의 동작을 정지시킬 필요가 있는 경우, 사용자는 상기 스위치(70)를 개로하여 상기 배터리 충전 장치(80)를 제외하고 상기 시스템만으로 구동할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 상기 배터리 충전 장치(80)에 있어서, 상기 제어부(100)의 세부 구성도 이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(100)는 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)의 분리 및 연계를 자동으로 인식하는 감지모듈(101)을 포함할 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 감지모듈(101)의 검출결과에 따라 실행 여부를 결정할 수 있다.

예를 들면, 상기 감지모듈(101)이 상기 계통(50)의 분리를 인식하면 상기 제어부(100)는 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되도록 제어하고, 상기 계통(50)의 분리가 인식되지 않으면 상기 제어부(100)는 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어할 수 있다.

상기 감지모듈(101)은 계전기를 근거로 상기 계통(50)의 이상 상태를 검출할 수 있다.

상기 계전기는 전기회로에 이상 상태가 발생했을 때, 상기 이상 상태를 검출하여 상기 전기회로를 보호하는 보호계전기로서, 전압 계전기, 전류 계전기, 주파수 계전기, 온도 계전기, 전력 계전기, 거리 계전기, 접지 계전기, 지락 계전기 및 단락 계전기 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 상기 계통(50)에서 과전류가 발생하는 단락 사고를 방지하기 위해, 상기 계통(50)에서 발생하는 과전류를 검출하는 상기 전류 계전기와, 상기 계통(50)에서 발생하는 단락 전류를 검출하는 상기 단락 계전기를 조합하는 경우, 상기 계통(50)에 단락이 발생하면 상기 전류 계전기와 상기 단락 계전기가 이를 검출하고, 상기 감지모듈(101)이 상기 계통(50)의 사고 발생을 인식할 수 있다.

이를 통해, 상기 제어부(100)가 상기 계통(50)과 상기 시스템의 분리를 인식하여, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(100)는 상기 계통(50)의 분리 및 연계 정보를 유선 또는 무선으로 상기 계통(50)과 송수신하는 통신모듈(102)을 포함할 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 통신모듈(102)의 송수신 신호에 따라 제어 실시를 결정할 수 있다.

예를 들면, 상기 통신모듈(102)이 상기 계통(50)으로부터 분리 신호를 수신하면 상기 제어부(100)는 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되도록 제어하고, 상기 계통(50)으로부터 분리 신호를 수신하지 않으면 상기 제어부(100)는 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어할 수 있다.

상기 통신모듈(102)과 상기 계통(50)의 유선통신은, 상기 시스템의 전력케이블과 병행하는 통신케이블 및 제어케이블로 상호 연결되어서, 상기 계통(50)에서 분리 및 연계 정보 신호를 송신하고, 상기 통신모듈(102)이 상기 신호를 수신하는 방식으로 이루어질 수 있다.

여기서, 유선 통신은 두 지점간에서 유선전송로 또는 전선을 통하여 이루어지는 통신 방식을 의미한다.

여기서, 통신케이블은 상호 기기 또는 설비 간 통신을 가능하게 해주는 전화선, 및 유선랜선 등을 의미한다.

여기서, 제어케이블은 상호 기기 또는 설비 간 제어 신호를 주고받는 케이블을 의미한다.

상기 유선 통신은 PSDN(Public Switching Data Network), ISDN(Integrated Services Digital Network), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), VDSL(Very-high-data rate Digital Subscriber Line), 이더넷(Ethernet) 및 PLC(Power Line Communication) 등 다양한 방식으로 이뤄질 수 있다.

또한, 상기 통신모듈(102)은 무선 통신 방식으로 상기 계통(50)과의 통신이 가능해질 수 있다.

여기서, 무선 통신은 전선을 통하지 않고 전파를 통하여, 신호, 부호, 영상, 및 음성 등의 정보를 교신하는 통신 방식을 의미한다.

상기 무선 통신은 단말기에 적용되는 이동통신서비스의 통신 방식 뿐만 아니라, 와이브로(WIBRO), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)/WCDMA, 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wide band), 와이파이(Wireless Fidelity), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access), IRDA(Infrared Data Association), 무선주파수(RF: Radio Frequency), 블루투스(Bluetooth), 이동 컴퓨팅(Mobile Computing), 주파수 공용 통신(TRS: Trunked Radio System), 및 IEEE1394 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명한다.

제 1 실시예 - 계통에서 분리되기 전, 배터리 비충전 제어

본 명세서에 개시된 제 1 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.

도 4는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)의 제 1 실시예 이다.

도 4를 참조하면, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)에 전기에너지를 공급하고 있고, 상기 배터리에는 전기에너지가 충전되고 있지 않음이 도시되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전 장치(80)는, 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)과 연계된 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 충전하는 상기 배터리(90)와, 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 저장된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 상기 제어부(100)를 포함할 수 있되,

상기 제어부(100)는, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)과 연계가 유지되고 있는 경우 및 분리되기 전까지 상기 태양광 발전원(10)이 모든 전기에너지를 상기 계통(50)에 공급하고, 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어할 수 있다.

상기 제어부(100)에 있어서 상기 감지모듈(101)은, 상기 계전기가 동작하지 않음으로써 상기 계통(50)에 이상 상태가 발생하지 않았음을 인식하고, 상기 제어부(100)는 상기 인식에 따라 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(100)에 있어서 상기 통신모듈(102)은, 상기 계통(50)으로부터 상기 태양광 발전원(10)과 연계중이라는 신호를 수신하고, 상기 제어부(100)는 상기 신호에 따라 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어할 수 있다.

제 2 실시예 - 계통에서 분리된 경우, 다른 부하에 전기에너지 공급 제어

본 명세서에 개시된 제 2 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.

도 5는 본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)의 제 2 실시예 이다.

도 5를 참조하면, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)과 분리되어 있고, 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되고 있으며, 동시에 부하(50')에 전기에너지가 공급되고 있음이 도시되어 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전 장치(80)는, 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)과 연계된 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 충전하는 상기 배터리(90)와, 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 저장된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 상기 제어부(100)를 포함할 수 있되,

상기 제어부(100)는 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에 분리된 경우, 상기 배터리(90)에 전기에너지가 충전되도록 제어함으로써, 상기 태양광 발전원(10)이 지속적으로 발전을 할 수 있으며, 동시에 상기 계통(50) 외 상기 부하(50')에 전기에너지 공급이 가능하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부(100)는 상기 감지모듈(101) 또는 상기 통신모듈(102)을 통해 상기 계통(50)의 분리를 인식하면, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지가 상기 배터리(90)에 충전되도록 제어할 수 있다.

이를 통해, 상기 태양광 발전원(10)은 발전을 유지할 수 있고, 상기 계통(50) 외 연계중인 상기 부하(50')에 전기에너지를 공급할 수 있다.

여기서, 상기 부하(50')는 상기 태양광 발전원(10)에 상기 계통(50)과 동시에 연계중이었거나, 상기 계통(50)이 분리된 후 상기 태양광 발전원(10)의 연계가 전환되어 전기에너지를 공급받게된 부하를 의미하며, 상기 계통(50) 외 타 계통(50), 상기 배터리 충전 장치(80) 외 충전 장치, 소규모 설비, 소군 단위 수급지역, 상기 시스템의 가동 전원 및 제어 장치, 및 타 발전 설비 중에서 하나를 의미한다.

제 3 실시예 - 계통에 다시 연계된 경우, 발전원 및 배터리의 공급 제어

본 명세서에 개시된 제 3 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.

도 6은 본 명세서에 개시된 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)의 제 3 실시예 이다.

도 6을 참조하면, 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에 다시 연계되어 있고, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지와 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 동시에 공급되고 있음이 도시되어 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전 장치(80)는, 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)과 연계된 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 충전하는 상기 배터리(90)와, 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 상기 제어부(100)를 포함할 수 있되,

상기 제어부(100)는 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 분리되어 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지를, 상기 계통(50)이 재연계된 후 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지와 동시에 상기 계통(50)에 공급되도록 제어할 수 있다.

이를 통해, 상기 계통(50)에 전기에너지를 공급하던 상기 태양광 발전원(10)의 부담을 줄일 수 있고, 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 분리되어 있는 동안 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지 사용이 가능해질 수 있으며, 상기 시스템의 전기에너지 발전량 및 공급량을 늘릴 수 있다.

제 4 실시예 - 계통에 다시 연계된 경우, 발전원 및 배터리가 일정한 비율 또는 설정치로 공급 제어

본 명세서에 개시된 제 4 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하지 않는다.

도 7은 본 명세서에 개시된 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)의 제 4 실시예 이다.

도 7을 참조하면, 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 다시 연계되어 있고, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지와 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 동시에 공급되고 있되, 상기 태양광 발전원(10)은 상기 계통(50)에 보내지는 전체 에너지의 30%를, 상기 배터리(90)는 상기 계통(50)에 보내지는 전체 에너지의 70%를 공급하고 있음이 도시되어 있다.

도 7에 도시된 수치는 본 명세서에 개시된 제 4 실시예를 설명하기 위한 예시기재로서, 본 실시예는 도면에 도시된 수치로 한정되지 않는다.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전 장치(80)는, 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)과 연계된 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 충전하는 상기 배터리(90)와, 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 상기 제어부(100)를 포함할 수 있되,

상기 제어부(100)는 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 분리되어 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지를, 상기 계통(50)이 재연계된 후 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지와 동시에 상기 계통(50)에 공급되도록 제어하되, 상기 태양광 발전원(10)과 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지가 일정한 비율 또는 기설정치로 상기 계통(50)에 공급되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 일정한 비율이란 상기 계통(50)에 공급되는 전체 전기에너지 중 상기 태양광 발전원(10)에서 공급되는 전기에너지와 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지의 비율을 의미하며, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)에서 공급되는 비율을 제어함으로써 비율 공급이 가능해질 수 있다.

예를 들면, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지의 비율을 20[%]가 되도록 제어하면, 상기 배터리(90)는 공급되는 전체 전기에너지 중 20[%]를 공급하게 되고, 상기 태양광 발전원(10)은 공급되는 전체 전기에너지 중 나머지 80[%]를 공급하게 될 수 있다.

구체적인 수치를 예로 들면, 상기 계통(50)에 100[MWh]가 공급되고 있는 경우, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지의 비율을 70[%]가 되도록 제어하면, 상기 배터리(90)는 상기 계통(50)에 70[MWh]를 공급하게 되고, 상기 태양광 발전원(10)은 상기 계통(50)에 나머지 30[MWh]를 공급하게 될 수 있다.

여기서, 상기 계통(50)에 공급되는 전기에너지가 늘어나거나 줄어든 경우, 늘어나거나 줄어든 공급량에 따라서 상기 태양광 발전원(10)과 상기 배터리(90)가 설정한 비율대로 상기 계통(50)에 전기에너지를 공급하게 될 수 있다.

구체적인 수치를 예로 들면, 상기 계통(50)에 공급되는 에너지가 200[MWh]로 증가한 경우, 상기 배터리(90)는 상기 제어부(100)가 설정한 70[%]의 비율대로 상기 계통(50)에 140[MWh]를 공급하게 되고, 상기 태양광 발전원(10)은 상기 계통(50)에 나머지 60[MWh]를 공급하게 될 수 있다.

또한, 상기 기설정치란 상기 계통(50)에 공급되는 전체 전기에너지 중 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지의 설정치를 의미하며, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)에서 공급되는 에너지를 설정 제어함으로써 일정한 양의 전기에너지 공급이 가능해질 수 있다.

예를 들면, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)에서 공급되는 전기에너지를 10[MWh]로 제어하면, 상기 배터리(90)는 공급되는 전체 전기에너지의 변화에 관계없이 상기 계통(50)에 10[MWh]를 일정하게 공급하게 될 수 있다.

또한, 상기 제어부(100)가 상기 배터리(90)의 상기 일정한 비율 또는 기설정치를 제어함으로써 상기 태양광 발전원(10)과 상기 배터리(90) 중 어느 하나만 상기 계통(50)에 전기에너지가 공급되도록 할 수 있다.

제 5 실시예 - 계통에 다시 연계된 경우, 발전원을 대체하는 배터리 제어

도 8은 본 명세서에 개시된 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치(80)의 제 5 실시예 이다.

도 8을 참조하면, 상기 태양광 발전원(10)과 상기 계통(50)이 다시 연계되어 있고, 상기 태양광 발전원(10)은 상기 전력 변환 장치(60)와의 연결이 중단되어 상기 계통(50)에 전기에너지 공급이 이루어지지 못하되, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되고 있음이 도시되어 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 충전 장치(80)는, 상기 전력 변환 장치(60)를 통해 상기 계통(50)과 연계된 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에서 분리된 경우, 상기 태양광 발전원(10)에서 발전된 전기에너지를 충전하는 상기 배터리(90)와, 상기 계통(50)에 다시 연계된 경우, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지가 상기 계통(50)에 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하는 상기 제어부(100)(90)를 포함할 수 있되,

상기 제어부(100)는 상기 태양광 발전원(10)이 상기 계통(50)에 재연계된 후, 상기 태양광 발전원(10)에 이상이 생겨 상기 계통(50)으로 전기에너지 공급이 이루어지지 못하면, 상기 배터리(90)에 충전된 전기에너지로 상기 태양광 발전원(10)을 대체하여 상기 계통(50)에 전기에너지가 공급되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 이상이란 상기 태양광 발전원(10)에 사고가 발생하거나 연계를 중단해야할 사유가 발생한 경우를 의미하며, 상기 태양광 발전원(10)의 사고, 고장, 점검, 유지보수, 교체, 및 운영계획 변경 등의 사정으로 상기 태양광 발전원(10)을 상기 시스템에서 분리할 수 있다.

예를 들면, 상기 태양광 발전원(10) 설비가 노후되어 교체가 필요해진 경우, 전기에너지가 충전된 상기 배터리(90)로 상기 태양광 발전원(10)을 대체해서, 상기 제어부(100)가 상기 계통(50)에 전기에너지가 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하여, 상기 태양광 발전원(10)을 상기 전력 변환 장치(60)와 분리하여 교체 작업을 진행할 수 있다.

또다른 예로, 상기 태양광 발전원(10)에 예상치 못한 사고가 발생하여 발전을 할 수 없게 된 경우, 전기에너지가 충전된 상기 배터리(90)로 상기 태양광 발전원(10)을 대체해서, 상기 제어부(100)가 상기 계통(50)에 전기에너지가 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하여, 상기 태양광 발전원(10)이 복구될 때 까지 상기 배터리(90)를 비상용 전원으로 사용할 수 있다.

또다른 예로, 상기 태양광 발전원(10)이 날씨, 시간대의 영향으로 발전을 유지할 수 없는 경우, 전기에너지가 충전된 상기 배터리(90)로 상기 태양광 발전원(10)을 대체해서, 상기 제어부(100)가 상기 계통(50)에 전기에너지가 공급되도록 상기 배터리(90)를 제어하여, 상기 태양광 발전원(10)이 정상적으로 발전할 수 있을 때까지 상기 계통(50)에 전기에너지를 공급할 수 있다.

본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 실시예들은, 상기 태양광 발전원(10) 및 하나 이상의 상기 계통(50)과 연계되어 실시될 수 있다.

본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 실시예들은, 상기 태양광 발전원(10) 및 상기 배터리(90)가 복수로 구성되어 실시될 수 있다.

본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 실시예들은, 주거용, 빌딩용, 공공시설용, 산업용 및 비상전원의 용도로 실시될 수 있다.

본 명세서에 개시된 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치의 실시예들은, 계통이 분리되면 발전을 하지 않는 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 배터리를 연결함으로써, 지속적으로 발전하는 것이 가능해지고, 발전설비의 효율 및 이용률을 높이는 효과가 있다.

또한, 상기 계통 분리시에 전기에너지를 상기 배터리에 충전하였다가 상기 계통이 다시 연계되면 충전된 전기에너지를 상기 계통에 공급함으로써, 전력공급량을 늘려 안정적이고 신뢰성 있는 계통 운영이 가능해질 뿐만 아니라, 발전설비에 문제가 생길 경우에 상기 배터리가 발전원을 대체하여, 유사 시 비상전원으로도 사용이 가능해지는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10: 태양광 발전원 20: 컨버터
30: 인버터 40: 변압기
50: 계통 60: 전력 변환 장치
70: 스위치 80: 배터리 충전 장치
90: 배터리 100: 제어부
101: 감지모듈 102: 통신모듈

Claims

배터리; 및
전력 변환 장치를 통해 계통과 연계된 태양광 발전원이,
상기 계통에서 분리된 경우, 상기 배터리에 전기에너지를 충전하고, 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 배터리에 저장된 전기에너지가 상기 계통에 공급되도록 상기 배터리를 제어하는 제어부;를 포함하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전력 변환 장치는,
상기 태양광 발전원에서 생산된 직류 전압을 일정한 전압으로 승압하는 컨버터; 상기 승압된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터; 및 상기 교류 전압을 상기 계통에 사용 가능한 상용 전압으로 변압하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 배터리 충전 장치는,
상기 전력 변환 장치에 연결되는 것을 특징으로 하되, 상기 전력 변환 장치와의 연결을 단속하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 발전원과 상기 계통의 분리 및 연계를 자동으로 인식하는 감지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 감지모듈은,
계전기를 근거로 상기 계통의 이상 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계통의 분리 및 연계 정보를 유선 또는 무선으로 상기 계통과 송수신하는 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전원이 상기 계통에서 분리되기 전, 상기 배터리에 전기에너지가 충전되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전원이 상기 계통에서 분리된 경우에도, 상기 태양광 발전원이 연계된 다른 부하에 전기에너지 공급이 가능하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에서 발전된 전기에너지 및 상기 배터리에 충전된 전기에너지가 상기 계통에 동시에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에서 발전된 전기에너지 및 상기 배터리에 충전된 전기에너지가, 상기 계통에 일정한 비율 또는 기설정치로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 태양광 발전원이 상기 계통에 다시 연계된 경우, 상기 태양광 발전원에 이상이 있는 경우, 상기 배터리로 상기 발전원을 대체하여, 상기 계통에 전기에너지가 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 배터리 충전 장치.