KR20170039996A - 태양광 지능형 접속반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 지능형 접속반에 관한 것으로서, 복수개의 태양전지가 직렬상으로 어레이된 단위 모듈들이 복수개 마련된 태양발전부와, 단위 모듈들 각각에 대해 상호 병렬 또는 직렬연결하여 생성된 전력을 출력라인을 통해 인버터로 제공하는 출력조정부를 구비하고, 출력조정부는 단위 모듈들 각각의 전압을 검출하는 단위 전압검출부와, 단위 모듈들에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 단위모듈들 사이에 마련된 복수개의 스위치부재와, 단위 전압검출부에서 출력되는 단위 모듈들의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압이 출력라인을 통해 생성되도록 스위치부재를 제어하는 출력제어부를 구비하고, 출력조정부는 함체의 내부공간 내에 설치되어 있다. 이러한 태양광 지능형 접속반에 의하면, 태양광의 조사량이 낮은 경우에 결선구조를 조정하여 인버터에서 요구되는 전력을 공급할 수 있어 발전효율을 높일 수 있고, 함체 내의 내부온도가 과열되지 않게 관리할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

태양광 지능형 접속반{solar cell module connecting apparatus}
본 발명은 태양광 지능형 접속반에 관한 것으로서, 상세하게는 태양전지들로 된 단위모듈들의 전력생성능력에 따라 상호 병렬 또는 직렬접속할 수 있도록 된 태양광 지능형 접속반에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈이 우려되고, 화석 연료의 사용으로 인한 지구의 환경오염 문제가 중요한 문제로 부각되면서 태양광, 풍력, 조력 등을 이용하는 친환경 발전설비에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
친환경 발전설비 중 태양광 발전장치는 태양 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 에너지를 생성하는 발전방식으로 태양의 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 태양전지를 이용하여 발전할 수 있도록 구축되어 있다.
태양광 발전은 운전방식에 따라 계통연계형 시스템과 독립형 시스템으로 구분된다.
계통 연계형 태양광 발전 시스템은 크게 태양전지의 직병렬 조합인 태양광 어레이, 회로 단순화를 위한 접속반, 상용전력계통에 맞는 전압 및 주파수를 일치시켜 공급하기 위한 계통연계형 인버터, 저압에서 특고압으로의 변압기능 및 계통보호기능을 갖춘 수배전설비로 구성된다.
독립형 태양광발전시스템은 계통 연계형 시스템에 축전지, 컨트롤러가 추가된다.
이러한 태양광 발전 시스템의 태양전지 모듈에서 발전되는 전력은 DC 직류 전력(1매당 DC 28~45V, 5~8A)이 생성되는데 인버터를 구동시키기 위해서는 통상 DC 400~700V 수준의 입력전압이 생성되어야 한다. 따라서 태양전지 모듈 14개 내지 20를 직렬이되게 한 후 인버터로 접속되게 회로구성을 한다.
그런데, 이러한 직렬 회로 구성 시 어느 하나의 태양전지 모듈에 고장이 발생하여 전력전송계통이 개방상태가 되면 정상적인 발전이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
이러한 태양전지 모듈의 고장여부를 진단할 수 있는 방안이 국내 공개특허 제10-2013-0047898호에 개시되어 있다.
한편, 일출시점이나 일몰시점에는 상대적으로 태양광의 조사량이 낮아 직렬로 접속된 태양광 모듈들의 출력전압이 낮아지게 되고, 이 시기에 상용 교류전력을 생성하기 위해 인버터에서 요구되는 최소전력보다 낮은 경우 정상적인 발전이 이루어지지 않아 발전효율이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 태양광의 조사량이 낮은 시기에도 정상적인 발전이 이루어질 수 있도록 태양광 모듈들의 결선구조를 조정할 수 있는 태양광 지능형 접속반을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양광 모듈들의 결선구조를 조정하는 요소가 설치된 함체 내의 내부온도 상승을 억제할 수 있는 태양광 지능형 접속반을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 지능형 접속반은 복수개의 태양전지가 직렬상으로 어레이된 단위 모듈들이 복수개 마련된 태양발전부와; 상기 단위 모듈들 각각에 대해 상호 병렬 또는 직렬연결하여 생성된 전력을 출력라인을 통해 인버터로 제공하는 출력조정부;를 구비하고, 상기 출력조정부는 상기 단위 모듈들 각각의 전압을 검출하는 단위 전압검출부와; 상기 단위 모듈들에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 상기 단위모듈들 사이에 마련된 복수개의 스위치부재와; 상기 단위 전압검출부에서 출력되는 단위 모듈들의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압이 상기 출력라인을 통해 생성되도록 상기 스위치부재를 제어하는 출력제어부;를 구비하고, 상기 출력조정부는 함체의 내부공간 내에 설치되어 있다.
상기 함체는 상기 내부공간을 갖으며 상부가 개방된 상부 개구를 갖는 메인 바디체와; 상기 메인 바디체의 상부 개구보다 확장된 크기를 갖으며 상기 메인 바디체의 상부에서 상기 상부개구를 덮을 수 있게 설치되되 상기 메인 바디체에 대해 상방으로 승하강 가능하게 설치된 상부 캡을 구비하고, 상기 메인 바디체의 내부공간의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 상부 캡을 상기 메인 바디체에 대해 승하강되게 구동하는 구동부;를 더 구비하고, 상기 출력제어부는 상기 온도센서로부터 검출된 온도가 설정된 제1온도에 도달하면 상기 메인 바디체의 내부공간이 외기와의 교환에 의해 냉각되도록 상기 상부캡을 설정된 개방위치까지 승강되게 제어한다.
바람직하게는 상기 구동부는 상기 상부캡으로부터 하방으로 연장되어 상기 메인 바디체에 형성된 구속관의 구속홈을 따라 승하강되며 길이방향을 따라 랙기어가 형성된 승하강바와; 상기 승하강바의 랙기어와 치합되게 상기 메인 바디체에 설치된 피니언과; 상기 피니언을 정역 회전구동하는 모터;를 구비한다.
더욱 바람직하게는 상기 상부캡의 저면에는 수평상으로 진행되는 외기를 상기 메인바디체 내부로 유도하도록 경사지게 연장된 외기 유도판;이 복수개 형성되어 있다.
본 발명에 따른 태양광 지능형 접속반에 의하면, 태양광의 조사량이 낮은 경우에 결선구조를 조정하여 인버터에서 요구되는 전력을 공급할 수 있어 발전효율을 높일 수 있고, 함체 내의 내부온도가 과열되지 않게 관리할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 지능형 접속반을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 출력조정부에 대한 세부 계통을 나타내 보인 회로도이고,
도 3은 도 1의 함체에 대한 단면도이고,
도 4는 도 3의 함체의 상부 캡이 상승된 상태를 나타내 보인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 지능형 접속반을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 지능형 접속반을 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 출력조정부에 대한 세부 계통을 나타내 보인 회로도이고, 도 3은 도 1의 함체에 대한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 지능형 접속반(100)은 태양발전부(110) 및 출력조정부(150)를 구비한다.
태양발전부(110)는 복수개의 태양전지(111)가 어레이된 단위 모듈(S1 내지 Sn)들이 복수개 마련되어 있다.
여기서 단위 모듈(S1 내지 Sn) 각각은 복수개의 태양전지(111)들 상호간에 대해 전기적으로 직렬상으로 접속되어 있다.
출력조정부(150)는 단위 모듈(S1 내지 Sn)들 각각에 대해 상호 병렬 또는 직렬연결하여 생성된 직류 전력을 제1 및 제2출력라인(151)(152)을 통해 인버터(170)로 제공한다.
참조부호 180은 인버터(170)에서 출력되는 교류전력을 공급받을 수 있도록 접속된 상용전력라인이다.
출력조정부(150)는 단위 전압검출부(V1 내지 Vn), 스위치 소자(P1 내지 Pn)(T1 내지 Tn-1)들, 출력제어부(161)를 구비한다.
단위 전압 검출부(V1 내지 Vn)는 각 단위 모듈(S1 내지 Sn)들 각각의 전압을 검출하여 출력제어부에 제공한다. 도시된 예에서는 도면의 복잡성을 피하기 위해 단위 전압 검출부(V1 내지 Vn)와 출력제어부(161)와의 결선은 C1 내지 Cn으로 각각 매칭되게 표기하였다.
스위치 부재로서 적용된 스위치 소자(P1 내지 Pn)(T1 내지 Tn-1)들은 단위 모듈(S1 내지 Sn)들에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 단위모듈(S1 내지 Sn)들 사이에 마련되어 있다.
스위치 소자는 제1출력라인(151과 일단이 접속된 각 단위 모듈(S1 내지 Sn)들의 타단을 제2출력라인(152)에 접속 또는 비접속하도록 설치된 제1군스위치(a1 내지 an)와 각 단위 모듈(S1 내지 Sn)들의 타단을 인접된 단위모듈(S1 내지 Sn)의 일단으로 접속할 수 있도록 마련된 제2군 스위치소자(T1 내지 Tn-1)가 마련되어 있다.
따라서, 각 단위 모듈(S1 내지 Sn)들은 제1군 스위치소자(P1 내지 Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1 내지 Tn-1)의 스위치 온 또는 오프 조작제어에 의해 제1 및 제2출력라인(151)(152)에 대해 단독으로 병렬접속 또는 복수개가 상호 직렬접속될 수 있다.
제1군 스위치소자(P1 내지 Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1 내지 Tn-1)는 출력제어부(161)에 제어되어 스위치 온 또는 스위치 오프 되는 스위칭 소자가 적용된다.
출력제어부(161)는 단위 전압검출부(V1 내지 Vn)에서 출력되는 단위 모듈(S1 내지 Sn)들의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압이 제1 및 제2출력라인(151)(152)을 통해 생성되도록 제1군 스위치소자(P1 내지 Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1 내지 Tn-1)를 제어한다.
일 예로서, 출력제어부(161)는 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각에서 출력되는 전압이 설정될 레벨범위에 속하면 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각이 제1 및 제2출력라인(151)(152)에 병렬접속되도록 대응되는 제1군 스위치소자(P1)(P2)는 스위치 온되게 제어하고, 대응되는 제2군 스위치소자(T1)는 오프되게 제어한다.
이와는 다르게, 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각에서 출력되는 전압이 설정될 레벨범위에 미달하고, 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2)을 직렬접속하면 설정된 레벨범위에 속하는 경우 출력제어부(161)는 제1단위모듈(S1)에 대응되는 제1군 스위치소자(P1)는 스위치 오프 되게 제어하고, 대응되는 제2군 스위치소자(T1)는 온되게 제어하며, 제2단위모듈(S2)에 대응되는 제1군 스위치소자(P2)는 스위치 온되게 제어한다.
한편 출력조정부(150)는 함체(200)의 내부공간(212) 내에 설치되어 있다.
함체(200) 내에 인버터(170)도 함께 설치될 수 있음은 물론이다.
함체(200)는 메인 바디체(210)와 상부캡(220)을 구비하고 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
메인 바디체(210)는 내부공간(212)을 갖되 상부가 개방된 상부 개구(214)를 갖는 구조로 되어 있다.
상부캡(220)은 비가 내릴때 메인 바디체(210) 내부로 빗물이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 메인 바디체(210)의 상부 개구(214)보다 확장된 크기를 갖으며 메인 바디체(210)의 상부에서 상부개구(214)를 덮을 수 있게 설치되되 메인 바디체(210)에 대해 상방으로 승하강 가능하게 설치되어 있다.
참조부호 228은 상부캡(220)이 메인 바디체(210)에 대해 가장 낮은 위치로 하강하는 초기위치에서 내부공간(212)과 외부를 연통시키는 통기홀이다.
온도센서(230)는 메인 바디체(210)의 내부공간의 온도를 검출하여 출력제어부(161)에 제공한다.
구동부는 상부 캡(220)을 메인 바디체(210)에 대해 승하강되게 구동한다.
구동부(220)는 승하강바(222), 피니언(225) 및 모터(227)을 구비한다.
승하강바(222)는 상부캡(220)으로부터 하방으로 연장되어 메인 바디체(210)에 형성된 구속관(216)의 구속홈(217)을 따라 구속상태로 승하강되며 길이방향을 따라 랙기어(222a)가 형성되어 있다.
여기서, 구속관(216)은 승하강바(222)의 승하강을 구속상태로 가이드하기 위해 적용된 것이다.
피니언(225)은 승하강바(222)의 랙기어(222a)와 치합되게 메인 바디체(210)에 설치되어 있다.
모터(227)는 출력제어부(161)에 제어되어 피니언(225)을 정역으로 회전시킨다.
출력제어부(161)는 온도센서(230)로부터 검출된 온도가 설정된 제1온도에 도달하면 메인 바디체(210)의 내부공간(212)이 외기와의 교환에 의해 냉각되도록 폐쇄상태의 초기위치로부터 상부캡(220)을 설정된 개방위치까지 승강되게 제어한다.
또한, 출력제어부(161)는 온도센서(230)로부터 검출된 온도가 제1온도 보다 낮게 설정된 제2온도에 도달하면 상부캡(220)이 초기위치로 하강하도록 제어한다.
한편, 상부캡(220)의 저면에는 수평상으로 진행되는 외기를 메인바디체(210) 내부로 유도하도록 경사지게 연장된 외기 유도판(240)이 복수개 형성되어 있다.
외기 유도판(240)은 삼각형 형태로 형성된 것이 원주방향을 따라 복수개 배치된 구조로 되어 있다.
이러한 외기 유도판(240)는 상부캡(220)이 초기위치로부터 상방으로 승강된 상태에서 외기의 진행방향을 간섭에 의해 내부공간(212)내로 유도할 수 있어 냉각효율을 높일 수 있다.
110: 태양발전부 150: 출력조정부

Claims (4)

  1. 복수개의 태양전지가 직렬상으로 어레이된 단위 모듈들이 복수개 마련된 태양발전부와;
    상기 단위 모듈들 각각에 대해 상호 병렬 또는 직렬연결하여 생성된 전력을 출력라인을 통해 인버터로 제공하는 출력조정부;를 구비하고,
    상기 출력조정부는
    상기 단위 모듈들 각각의 전압을 검출하는 단위 전압검출부와;
    상기 단위 모듈들에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 상기 단위모듈들 사이에 마련된 복수개의 스위치부재와;
    상기 단위 전압검출부에서 출력되는 단위 모듈들의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압이 상기 출력라인을 통해 생성되도록 상기 스위치부재를 제어하는 출력제어부;를 구비하고,
    상기 출력조정부는 함체의 내부공간 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 지능형 접속반.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함체는
    상기 내부공간을 갖으며 상부가 개방된 상부 개구를 갖는 메인 바디체와;
    상기 메인 바디체의 상부 개구보다 확장된 크기를 갖으며 상기 메인 바디체의 상부에서 상기 상부개구를 덮을 수 있게 설치되되 상기 메인 바디체에 대해 상방으로 승하강 가능하게 설치된 상부 캡과;
    상기 메인 바디체의 내부공간의 온도를 검출하는 온도센서와;
    상기 상부 캡을 상기 메인 바디체에 대해 승하강되게 구동하는 구동부;를 구비하고,
    상기 출력제어부는
    상기 온도센서로부터 검출된 온도가 설정된 제1온도에 도달하면 상기 메인 바디체의 내부공간이 외기와의 교환에 의해 냉각되도록 상기 상부캡을 설정된 개방위치까지 승강되게 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 지능형 접속반.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동부는
    상기 상부캡으로부터 하방으로 연장되어 상기 메인 바디체에 형성된 구속관의 구속홈을 따라 승하강되며 길이방향을 따라 랙기어가 형성된 승하강바와;
    상기 승하강바의 랙기어와 치합되게 상기 메인 바디체에 설치된 피니언과;
    상기 피니언을 정역 회전구동하는 모터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 지능형 접속반.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상부캡의 저면에는 수평상으로 진행되는 외기를 상기 메인바디체 내부로 유도하도록 경사지게 연장된 외기 유도판;이 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 지능형 접속반.
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