KR20150137797A

KR20150137797A - 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR20150137797A
Application number: KR1020140066304A
Authority: KR
Inventors: 김승섭
Original assignee: 주식회사 더블유쏠라
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-09

Abstract

본 발명의 특징에 따르면, 태양의 위치를 추적하여 태양과 구름을 촬영하는 태양추적부; 촬영된 영상을 처리하여 상기 태양과 구름을 파악하는 영상처리부; 태양광모듈이 장착된 태양광 발전 구조물; 상기 영상처리부의 출력값을 통해 태양과 구름의 상호관계를 검출하는 태양상태검출부; 상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 전환하는 인버터본체; 상기 인버터본체에 탑재되되 상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘; 및 상기 태양상태검출부에서 산출된 태양 구름의 겹침정도에 따라 일정 주기로, 적용해야 할 MPPT 알고리즘을 결정하는 인버터제어부;를 포함한다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘 중에서 적합한 어느 하나의 MPPT알고리즘을 적용하고, 그에 따라 태양광 발전량을 증대 및 최대로 유지시킬 뿐만 아니라, 저장장치에 전원을 저장하며 계통시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.

Description

태양광 발전장치{SOLARCELL APPARATUS}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전장치의 구름 또는 이상 기상 현상 또는 물리적인 간섭 등이 있는 경우에도 태양광 발전량을 증대 및 최대로 유지시킬 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광 발전은 환경오염의 위험성이 없는 친환경 발전으로서 그 수요가 늘어나고 있는 추세이며, 태양 에너지는 점차 고갈되고 있는 화석연료를 대체할 수 있는 무한한 에너지 중 하나이므로 이러한 움직임은 더욱 활발해질 것으로 전망된다.

태양 에너지의 집적방식은 크게 고정식 방식과 추적 방식으로 나눌 수 있다.고정식 방식은 집열판을 태양광을 많이 받을 수 있는 특정장소에 고정 설치하여 태양광을 집적하는 방식이며, 추적 방식은 태양의 위치를 추적하고, 추적된 태양의 위치에 따라 집열판의 방향 및 각도를 가변적으로 조절하여 태양광을 집적하는 방식으로서, 기존의 고정식 방식에 비하여 30% 이상 태양광 집적효율을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 추적방식에서는 태양과 집열판이 이루는 각도가 직각을 유지하여야 렌즈를 통해 효과적으로 태양광을 집적할 수 있다. 따라서, 태양의 위치에 따라 집열판의 각도를 정밀하게 추종하기 위하여, 태양의 위치를 정확하게 추적할수 있는 추적방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

태양의 위치를 추적하기 위한 종래 기술로서, GPS정보를 이용하여 태양의 위치를 산출하는 천문학적 방법, 광센서나 조도센서를 이용한 방법이 있으며, 이외에도 한국등록번호 제10-0317811호에 게재된 화상인식에 의한 태양 추적방법 등이 있다. 그러나, 이러한 종래기술에 의한 태양 위치 추적방법에 의하면 다양한 변수들로 인하여 실제 태양의 위치와 오차가 발생하게 되며, 이는 곧 태양광 발전의 효율을 낮추는 요인으로 작용하게 된다. 예컨대, 천문학적 방법은 장소의 균형, 지자기 센서 및 전자 나침반의 정북측정 오차 등으로 인하여 실제 태양 위치와는 차이가 발생할 수 있고, 광센서나 조도센서를 이용한 방법은 구름에 가려진 태양을 인식하기 어렵고, 산란된 빛을 태양으로 잘못 인식하여 정확도가 떨어질 수 있다. 또한, 화상인식에 의한 경우에는 구름 등이 낀 흐린 날씨에는 태양의 인식이 어려울 수 있는 등 날씨의 영향을 많이 받으므로 화상인식에만 의존하여 태양위치를 추적하는데에는 많은 어려움이 따른다.

따라서, 최근에는 서로 다른 추적 방법을 병행하여 추적하는 하이브리드 방식을 채택하여 각 방법의 문제점을 보완하고, 태양 위치를 더욱 정확하게 추적하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 예컨대, 광센서를 이용한 추적 방법과 천문학적 방법을 병행하여 태양의 위치를 추적하는 장치 및 방법을 제안하고 있다.

한편, 이러한 하이브리드 방식에 의한 태양 추적방법은 태양위치를 정확하게 추적할 수 있는 장점이 있으나, 두 가지 방법을 병행하는 것이 항상 효율적인 것은 아니다. 예컨대, 천문학적 방법과 화상인식에 의한 추적방법을 병행하는 하이브리드 추적방법에 의할 때, 흐린 날씨에는 구름이 태양을 가려 태양을 인식하는 것이 불가능할 수 있으며, 인식하더라도 구름에 가려지고 남은 부분의 중앙을 전체 태양의 중앙으로 인식하는 등으로 인하여 화상인식에 의한 추적을 병행하는 것이 오히려 비효율적인 경우가 발생한다. 따라서, 하이브리드 방식에 의한 추적시 상황에 따라 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 결정하는 알고리즘이 필요하다.

또한, 종래에는, 널리 이용되는 Perturb & Observe 알고리즘(이하, 'P&O 알고리즘)만을 적용하였다.

P&O알고리즘은 태양전지 어레이의 출력전압을 주기적으로 증가 감소시키고 이전의 출력전력과 현재의 출력전력을 비교하여 최대 전력 동작점을 찾는다. 또한 일사량이 서서히 변하는 상황에서는 최대 전력점이 안정하여 태양전지 어레이의 손실이 없지만, 일사량이 급변할 경우에 순간적으로 태양전지 어레이 출력전압이 변하기 때문에 오히려 출력전력의 손실을 가져오는 단점이 있다.

즉, P&O알고리즘은 일사량의 급변할 경우, 출력전력의 손실을 가져옴에 따라 일사량이 급변하는 경우에 대해서 다른 알고리즘을 적용시켜야 할 필요성이 있다. 예를 들어, 일사량이 급변하는 경우는, 구름이 태양을 가림에 따라 나타난다. 그리고 구름의 속도에 따라 태양가린 뒤, 벗어남에 따라 일사량이 변화하게 되는데, 이럴때마다 출력전력의 손실을 가져오는 단점이 있다.

더불어, 우리나라 대전지역의 기상청 통계자료를 보면, 7월의 경우 하늘의 70%이상이 구름이 점유하고 있기 때문에 일사량이 증가 또는 감소의 반복이 이루어져 종래의 P&O알고리즘을 적용하기에는 어려움이 있었다.

따라서, 일사량 변화가 증가되는지, 감소되는지 등에 대한 정보를 알면 P&O 알고리즘의 효율을 증가시킬 수 있으므로, 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0732397호

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 태양과 구름을 촬영하고, 촬영되는 영상을 처리하여 태양과 구름의 상호관계를 파악하고, 파악되는 일사량을 예측함으로써, 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘 중에서 적합한 어느 하나의 MPPT알고리즘을 적용하고, 그에 따라 태양광 발전량을 증대 및 최대로 유지시킬 뿐만 아니라, 저장장치에 전원을 저장하며 계통시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 태양의 위치를 추적하여 태양과 구름을 촬영하는 태양추적부; 촬영된 영상을 처리하여 상기 태양과 구름을 파악하는 영상처리부; 태양광모듈이 장착된 태양광 발전 구조물; 상기 영상처리부의 출력값을 통해 태양과 구름의 상호관계를 검출하는 태양상태검출부; 상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 전환하는 인버터본체; 상기 인버터본체에 탑재되되 상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘; 및 상기 태양상태검출부에서 산출된 태양 구름의 겹침정도에 따라 일정 주기로, 적용해야 할 MPPT 알고리즘을 결정하는 인버터제어부;를 포함한다.

그리고 상기 MPPT 알고리즘은, 상기 구름이 태양을 일부라도 가리는 경우에 적용되는 제1 MPPT 알고리즘; 및 상기 구름이 태양을 전혀 가리지 않는 경우에 적용되는 제2 MPPT 알고리즘;을 포함한다.

또한, 상기 태양추적부는, 하늘을 향하여 설치되는 카메라부; 상기 카메라부의 전면에 특정범위파장의 빛만이 투과될 수 있도록 설치된 광학필터; 및 상기 광학필터를 통해서 카메라부로 촬영되는 영상을 처리하여, 태양과 구름을 각각 판별하고, 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하는 파악부;를 더 포함한다.

그리고 상기 파악부는, 상기 카메라부로 촬영되는 영상을 HSV(Hue, Saturation, Value)로 변환하여 태양과 구름을 각각 영상처리하고, 영상처리된 상기 태양과 구름을 비교하여 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하여 실시간으로 검출되는 일사량을 파악하고, 상기 인버터제어부는, 상기 파악부로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

또한, 상기 카메라부는, 적어도 CCD광학카메라이며, 2개 이상으로 이루어지고, 상기 광학필터는, 태양의 식별이 가능한 제1색필터와, 구름의 식별이 가능한 제2색필터로 이루어지고, 어느 하나의 색필터가 상기 CCD광학카메라에 각각 설치되고, 상기 인버터제어부는, 상기 파악부로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

그리고 상기 태양과 구름의 상호관계는, 상기 태양과 구름의 위치를 나타내는 제1데이터, 태양과 구름의 겹침정도를 나타내는 제2데이터 및 구름의 움직임속도를 나타낸 제3데이터를 포함하고, 상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나 이상의 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하면, 그 파악한 태양상태검출부의 결과값에 따라 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

또한, 상기 태양상태검출부는, 상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나의 데이터를 통해, 상기 태양과 구름의 상태를 파악하되 일정시간 후의 태양과 구름의 상호관계를 예측하고, 상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 예측한 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

그리고 상기 태양상태검출부에서 태양과 구름의 상호관계가 예측되면, 상기 인버터제어부에서 태양광모듈의 발전이 제어됨에 따라 발전될 수 있는 발전량을 미리 예측되고, 이에 따라 상기 인버터본체와 연결된 송배전제어기 또는 에너지저장장치가 조기대응할 수 있도록 상기 송배전 제어기 또는 에너지 저장장치 중 어느 하나이상에 조기경보신호를 전송하는 알림부;를 더 포함하여 상기 태양상태검출부가 검출하는 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

또한, 상기 태양상태검출부는, 상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나의 데이터를 통해, 상기 태양과 구름의 상태를 파악하되 태양과 구름에 겹치는 제1조건과 태양과 구름이 겹치지 않은 제2조건을 파악하고, 상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 파악한 제1조건과 제2조건에 따른 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

그리고 상기 제1조건인 경우는, 종래의 알고리즘(P&O 알고리즘)을 적용하고, 상기 제2조건인 경우는, MPPT 알고리즘을 적용함에 따라, 상기 태양상태검출부가 검출하는 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘 중에서 적합한 어느 하나의 MPPT알고리즘을 적용하고, 그에 따라 태양광 발전량을 증대 및 최대로 유지시킬 뿐만 아니라, 저장장치에 전원을 저장하며 계통시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양추적부를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양상태검출부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양구름 상호관계를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양을 측정한 사진이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양을 측정한 사진이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 구름 영역 마스크를 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 태양광 발전장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양추적부를 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 즉, 본 발명의 태양광 발전장치는 태양추적부(110), 영상처리부(120), 구조물, 태양상태검출부(130), 인버터본체(140), 알고리즘 및 인버터제어부(160)를 포함한다.

태양추적부(110)는 태양의 위치를 추적하여 태양과 구름을 촬영한다.

이때, 태양추적부(110)는 카메라부(112), 광학필터 및 파악부(118)를 포함한다.

카메라부(112)는 하늘을 향하여 설치된다.

이때, 카메라부(112)는 CCD광학카메라(113)이며, 2개 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

광학필터는 카메라부(112)의 전면에 특정범위파장의 빛만이 투과될 수 있도록 설치된다.

이때, 광학필터는 제1색필터(114), 제2색필터(116)로 이루어진다.

제1색필터(114)는 태양의 식별이 가능하고, 제2색필터(116)는 구름의 식별이 가능하다.

즉, 어느 하나의 색 필터가 상기 CCD광학카메라(113)에 각각 설치되어, 광학필터를 통과하는 빛을 통하여 구름 또는 태양을 식별할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양구름 상호관계를 나타낸 사진이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양을 측정한 사진이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양을 측정한 사진이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 구름 영역 마스크를 나타낸 사진이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 파악부(118)는 광학필터를 통해서 카메라부(112)로 촬영되는 영상을 처리하여, 태양과 구름을 각각 판별하고, 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악한다.

이때, 파악부(118)는 카메라부(112)로 촬영되는 영상을 HSV(Hue, Saturation, Value)로 변환하여 태양과 구름을 각각 영상처리하고, 영상처리된 태양과 구름을 비교하여 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하여 실시간으로 검출되는 일사량을 파악한다.

영상처리부(120)는 촬영된 영상을 처리하여 태양과 구름을 파악한다.

즉, 영상처리부(120)는, 광학필터가 부착된 카메라부(112)를 통해서 태양과 구름을 파악한다.

태양광 발전 구조물은 태양광모듈(142)이 장착된다.

또한, 태양광 발전 구조물은, 태양의 위치에 따라서 기울어지거나 회전등을 할 수도 있다.

도 4 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치의 태양상태검출부를 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 태양상태검출부(130)는 영상처리부(120)의 출력값을 통해 태양과 구름의 상호관계를 검출한다.

태양과 구름의 상호관계는, 제1데이터(132), 제2데이터(134) 및 제3데이터(136)를 포함하고, 제1데이터(132) 내지 제3데이터(136)를 통해서 결정된다.

제1데이터(132)는, 태양과 구름의 위치를 나타낸다.

제2데이터(134)는, 태양과 구름의 겹침 정도를 나타낸다.

제3데이터(136)는, 구름의 움직임속도를 나타낸다.

여기서, 태양상태검출부(130)는 제1데이터(132) 내지 제3데이터(136) 중 어느 하나의 데이터를 통해 태양과 구름의 상태를 파악하되, 일정시간 후의 태양과 구름의 상호관계를 예측한다.

또한, 태양상태검출부(130)는 제1데이터(132) 내지 제3데이터(136) 중 어느 하나의 데이터를 통해, 태양과 구름의 상태를 파악하되 태양과 구름에 겹치는 제1조건(138)과 태양과 구름이 겹치지 않은 제2조건(139)을 파악한다.

이때, 제1조건(138)인 경우는 종래의 알고리즘(P&O 알고리즘)을 적용한다.

또한, 제2조건(139)인 경우는 MPPT 알고리즘(150)을 적용한다. 이에 따라 태양상태검출부(130)는 태양과 구름의 상호관계를 통해 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용한다.

인버터본체(140)는 태양광모듈(142)에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 전환한다. 또한, 인버터본체(140)의 내부에는 인버터가 구비되는 것이 바람직하다.

MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘은 인버터본체(140)에 탑재된다.

이때, MPPT 알고리즘(150)은 태양광모듈(142)에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 알고리즘이다.

이러한, MPPT 알고리즘(150)은 복수개 이루어지는 것이 바람직하다.

MPPT 알고리즘(150)은 제1 MPPT 알고리즘(152), 제2 MPPT 알고리즘(154)을 포함한다.

제1 MPPT 알고리즘(152)은 구름이 태양을 일부라도 가리는 경우에 적용된다.

제2 MPPT 알고리즘(154)은 구름이 태양을 전혀 가리지 않는 경우에 적용된다.

즉, 복수개의 MPPT 알고리즘(150)을 통해, 상술한 파악부(118)로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용하거나, 제1데이터(132) 내지 제3데이터(136)를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악되면, 그 파악된 태양상태검출부(130)의 결과값에 따라 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용하기 위함이다.

다시 말해, 상황에 따라서 직류전원에서 교류전원으로 변환시키는 변환효율을 최적으로 설정될 수 있도록 후술할 인버터제어부(160)가 MPPT 알고리즘(150)을 적용하는 것이다.

인버터제어부(160)는 태양상태검출부(130)에서 산출된 태양 구름의 겹침 정도에 따라 일정 주기로, 적용해야 할 MPPT 알고리즘(150)을 결정한다.

즉, 인버터제어부(160)는 태양과 구름의 겹치는 정도를 이용해서 복수의 MPPT 알고리즘(150) 중에서 어느 하나의 MPPT 알고리즘(150)을 선별 적용하여 발전량을 최대로 한다.

또한, 인버터제어부(160)는 파악부(118)로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용할 수 있다.

또한, 인버터제어부(160)는 태양상태검출부(130)가 예측한 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 통해 적용할 수 있다.

또한, 인버터제어부(160)는 태양상태검출부(130)가 제1데이터(132) 내지 제3데이터(136) 중 어느 하나 이상의 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하면, 그 파악한 태양상태검출부(130)의 결과값에 따라 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용할 수 있다.

더불어, 인버터제어부(160)는, 태양상태검출부(130)가 파악한 제1조건(138)과 제2조건(139)에 따른 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘(150)을 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 알림부(190)를 더 포함한다.

알림부(190)는 태양상태검출부(130)에서 태양과 구름의 상호관계가 예측되면, 인버터제어부(160)에서 태양광모듈(142)의 발전이 제어됨에 따라 발전될 수 있는 발전량을 미리 예측되고, 이에 따라, 인버터본체(140)와 연결된 송배전제어기(170) 또는 에너지저장장치(180)가 조기대응할 수 있도록 송배전 제어기 또는 에너지저장장치(180) 중 어느 하나 이상에 조기경보신호를 전송한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 태양추적부 112: 카메라부
113: CCD광학카메라 114: 제1색필터
116: 제2색필터 118: 파악부
120: 영상처리부 130: 태양상태검출부
132: 제1데이터 134: 제2데이터
136: 제3데이터 138: 제1조건
139: 제2조건 140: 인버터본체
142: 태양광모듈 150: MPPT 알고리즘
152: 제1 MPPT 알고리즘 154: 제2 MPPT 알고리즘
160: 인버터제어부 170: 송배전제어기
180: 에너지저장장치 190: 알림부

Claims

태양의 위치를 추적하여 태양과 구름을 촬영하는 태양추적부;
촬영된 영상을 처리하여 상기 태양과 구름을 파악하는 영상처리부;
태양광모듈이 장착된 태양광 발전 구조물;
상기 영상처리부의 출력값을 통해 태양과 구름의 상호관계를 검출하는 태양상태검출부;
상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 전환하는 인버터본체;
상기 인버터본체에 탑재되되 상기 태양광모듈에서 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 변환효율을 높이기 위한 복수개의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘; 및
상기 태양상태검출부에서 산출된 태양 구름의 겹침정도에 따라 일정 주기로, 적용해야 할 MPPT 알고리즘을 결정하는 인버터제어부;를 포함하고,
태양과 구름의 겹치는 정도를 이용해서 복수의 MPPT 알고리즘 중에서 어느 하나의 MPPT 알고리즘을 선별 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 MPPT 알고리즘은,
상기 구름이 태양을 일부라도 가리는 경우에 적용되는 제1 MPPT 알고리즘; 및
상기 구름이 태양을 전혀 가리지 않는 경우에 적용되는 제2 MPPT 알고리즘;을 포함하여 일정주기로 인버터제어부가 상기 태양상태검출부의 결과값을 전송받아 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제1항에 있어서, 상기 태양추적부는,
하늘을 향하여 설치되는 카메라부;
상기 카메라부의 전면에 특정범위파장의 빛만이 투과될 수 있도록 설치된 광학필터; 및
상기 광학필터를 통해서 카메라부로 촬영되는 영상을 처리하여, 태양과 구름을 각각 판별하고, 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하는 파악부;를 더 포함하여 일정주기로 인버터 제어부가 상기 영상처리부의 결과값을 전송받아 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제3항에 있어서, 상기 파악부는,
상기 카메라부로 촬영되는 영상을 HSV(Hue, Saturation, Value)로 변환하여 태양과 구름을 각각 영상처리하고, 영상처리된 상기 태양과 구름을 비교하여 판별한 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하여 실시간으로 검출되는 일사량을 파악하고,
상기 인버터제어부는, 상기 파악부로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제4항에 있어서,
상기 카메라부는, 적어도 CCD광학카메라이며, 2개 이상으로 이루어지고,
상기 광학필터는, 태양의 식별이 가능한 제1색필터와, 구름의 식별이 가능한 제2색필터로 이루어지고, 어느 하나의 색필터가 상기 CCD광학카메라에 각각 설치되고,
상기 인버터제어부는, 상기 파악부로부터 파악되는 일사량을 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제5항에 있어서,
상기 태양과 구름의 상호관계는,
상기 태양과 구름의 위치를 나타내는 제1데이터,
태양과 구름의 겹침정도를 나타내는 제2데이터 및
구름의 움직임속도를 나타낸 제3데이터를 포함하고,
상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나 이상의 데이터를 통해 태양과 구름의 상호관계를 파악하면, 그 파악한 태양상태검출부의 결과값에 따라 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제6항에 있어서,
상기 태양상태검출부는, 상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나의 데이터를 통해, 상기 태양과 구름의 상태를 파악하되 일정시간 후의 태양과 구름의 상호관계를 예측하고,
상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 예측한 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제6항에 있어서,
상기 태양상태검출부에서 태양과 구름의 상호관계가 예측되면, 상기 인버터제어부에서 태양광모듈의 발전이 제어됨에 따라 발전될 수 있는 발전량을 미리 예측되고, 이에 따라 상기 인버터본체와 연결된 송배전제어기 또는 에너지저장장치가 조기대응할 수 있도록 상기 송배전 제어기 또는 에너지 저장장치 중 어느 하나이상에 조기경보신호를 전송하는 알림부;를 더 포함하여 상기 태양상태검출부가 검출하는 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제6항에 있어서, 상기 태양상태검출부는,
상기 제1데이터 내지 제3데이터 중 어느 하나의 데이터를 통해, 상기 태양과 구름의 상태를 파악하되 태양과 구름에 겹치는 제1조건과 태양과 구름이 겹치지 않은 제2조건을 파악하고,
상기 인버터제어부는, 상기 태양상태검출부가 파악한 제1조건과 제2조건에 따른 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제9항에 있어서,
상기 제1조건인 경우는, 종래의 알고리즘(P&O 알고리즘)을 적용하고,
상기 제2조건인 경우는, MPPT 알고리즘을 적용함에 따라, 상기 태양상태검출부가 검출하는 태양과 구름의 상호관계를 통해 태양광 발전량을 변환하는 MPPT 알고리즘을 적용하는 것은 특징으로 하는 태양광 발전장치.