KR20200113877A - 태양광 패널 출력전력 변동에 대응하는 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

태양광 패널 출력전력 변동에 대응하는 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 패널 출력전력 변동에 대응하는 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 일출직후, 일몰직전, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 태양광 패널 출력전력에 변동이 발생한 경우, 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 의하면, 태양광 패널에서 출력되는 전압의 강하 원인, 강하된 정도, 태양광 패널의 개수, 태양광 패널이 직렬로 연결되어 이루어진 스트링의 개수 등과 상관없이 항상 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

태양광 패널 출력전력 변동에 대응하는 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템 {Photovoltaics System having direct current summing control in response to the variation in the output power of the solar panel}
본 발명은 태양광 패널 출력전력 변동에 대응하는 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 일출직후, 일몰직전, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 태양광 패널 출력전력에 변동이 발생한 경우, 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템에 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 구분되는데, 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 구성되며, 독립형 태양광발전시스템은 계통 연계형 시스템에 축전지, 컨트롤러가 추가된다.
도 1은 종래의 중앙 집중형 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 태양광 발전 시스템(1)은 다수의 태양전지(PV, Pbhoto-Voltaic) 모듈(2)이 직렬과 병렬로 연결되어 이루어진 태양전지 어레이(3)와, 접속반(4) 및 인버터(5)로 구성된다.
태양전지 모듈(2)은 태양광을 DC 전력으로 변환하여 접속반(4)을 통해 인버터(5)로 전송하며, 인버터(5)는 각 태양전지 모듈(2)을 통해 생성된 DC 전력을 계통에 연계할 수 있도록 AC 전력으로 변환해주는 역할을 한다.
여기서, 태양광 발전 시스템의 용량에 따라 태양전지 모듈(2)이 직렬과 병렬로 연결되는데, 태양전지 모듈(2)이 직렬로 연결되어 하나의 스트링(6, string)이 구성되고, 이들 스트링(6)이 병렬로 연결되어 태양전지 어레이(3)가 구성된다.
이러한 태양광 발전 시스템의 태양전지 모듈(2)에서 발전되는 전력은 DC 직류 전력이 생성되는데 인버터(5)를 구동시키기 위해서는 통상 소정범위(예를 들어, DC 400~700V) 수준의 입력전압이 생성되어야 한다.
그러나 일출시점이나 일몰시점에는 상대적으로 태양광의 조사량이 낮아 직렬로 접속된 태양광 모듈(2)들의 출력전압이 낮아지게 되고, 이 시기에 상용 교류전력을 생성하기 위해 인버터(5)에서 요구되는 최소전력보다 낮은 경우 정상적인 발전이 이루어지지 않아 발전효율이 떨어지는 문제가 있다.
즉, 태양전지 모률(2)이 직렬로 연결된 각 스트링(6)을 병렬접속한 상태에서 어느 하나의 스트링(6) 또는 복수의 스트링(6)를 구성하는 각 태양전지 모듈(2) 표면이 오염원에 노출되거나, 음영이 발생할 경우 해당 스트링(6)의 전압이 강하되어 실질적인 발전전압에 미치지 못하여 인버터(5) 기능을 수행하지 못하므로 전력생산이 중단되거나, 태양의 빛이 크게 줄거나 그늘이 각 태양전지 모듈(2)에 가려져 전압강하가 발생할 경우 병렬 접속된 복수의 스트링(6) 출력전압으로 인버터(5)를 동작시키지 못하여 전력생산이 중단되는 경우 태양광 발전 시스템의 효율이 크게 저하되는 문제가 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 한국공개특허공보 제10-2017-0039996호(공개일자: 2017. 4. 12)에는 태양광의 조사량이 낮은 시기에도 정상적인 발전이 이루어질 수 있도록 태양광 모듈들의 결선구조를 조정할 수 있는 "태양광 지능형 접속반"(이하, '선행기술'이라 한다)이 개시된다.
도 2는 선행기술에 따른 태양광 지능형 접속반을 나타내는 도면이고, 도 3은 선행기술의 출력조정부에 대한 세부 계통을 나타내는 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 선행기술에 따른 태양광 지능형 접속반(10)은 복수개의 태양전지(13)가 직렬상으로 어레이된 단위 모듈들(S1~Sn)이 복수개 마련된 태양발전부(11), 단위 모듈들(S1~Sn) 각각에 대해 상호 병렬 또는 직렬연결하여 생성된 전력을 제1,2출력라인(14,15)을 통해 인버터(16)로 제공하는 출력조정부(12)를 구비하고, 상기 출력조정부(12)는 단위 모듈들(S1~Sn) 각각의 전압을 검출하는 단위 전압검출부(V1~Vn), 단위 모듈들(S1~Sn)에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 단위모듈들(S1~Sn) 사이에 마련된 복수개의 스위치소자(P1~Pn)(T1~Tn-1), 단위 전압검출부(V1~Vn)에서 출력되는 단위 모듈들(S1~Sn)의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압(인버터(16)를 구동시키기 위한 출력전압 범위)이 제1,2출력라인(14,15)을 통해 생성되도록 스위치소자(P1~Pn)(T1~Tn-1)를 제어하는 출력제어부(17)를 구비한다.
상기 단위 전압 검출부(V1~Vn)는 각 단위 모듈들(S1~Sn) 각각의 전압을 검출하여 출력제어부(17)에 제공하며, 상기 스위치 소자(P1~Pn)(T1~Tn-1)는 제1출력라인(14)과 일단이 접속된 각 단위 모듈들(S1~Sn)의 타단을 제2출력라인(15)에 접속 또는 비접속하도록 설치된 제1군스위치(a1~an)와 각 단위 모듈들(S1~Sn)의 타단을 인접된 단위모듈(S1~Sn)의 일단으로 접속할 수 있도록 설치된 제2군 스위치소자(T1 내지 Tn-1)를 구비한다.
상기와 같은 구성을 가지는 선행기술에 따른 태양광 지능형 접속반(10)에 의하면, 각 단위 모듈들(S1~Sn)은 제1군 스위치소자(P1~Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1~Tn-1)의 스위치 온 또는 오프 조작제어에 의해 제1 및 제2출력라인(14)(15)에 대해 단독으로 병렬접속 또는 복수개가 상호 직렬접속될 수 있으며, 제1군 스위치소자(P1~Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1~Tn-1)는 출력제어부(17)에 의해 제어되어 스위치 온 또는 스위치 오프될 수 있으며, 그에 따라 상기 출력제어부(17)는 단위 전압검출부(V1~Vn)에서 출력되는 단위 모듈들(S1~Sn)의 전압정보를 이용하여 설정된 레벨 범위의 출력전압(인버터(16)를 구동시키기 위한 출력전압 범위)이 제1 및 제2출력라인(14)(15)을 통해 생성되도록 제1군 스위치소자(P1~Pn-1)와 제2군 스위치소자(T1~Tn-1)를 제어함으로써, 태양광의 조사량이 낮은 시기에도 정상적인 발전이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 출력제어부(17)는 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각에서 출력되는 전압이 설정될 레벨범위에 속하면 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각이 제1 및 제2출력라인(14)(15)에 병렬접속되도록 대응되는 제1군 스위치소자(P1)(P2)는 스위치 온되게 제어하고, 대응되는 제2군 스위치소자(T1)는 오프되게 제어하고, 반대로 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2) 각각에서 출력되는 전압이 설정될 레벨범위에 미달하고, 제1단위모듈(S1)과 제2단위모듈(S2)을 직렬접속하면 설정된 레벨범위에 속하는 경우 출력제어부(18)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 제어함으로써, 태양광의 조사량이 낮은 시기에도 정상적인 발전이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
그러나 상기와 같은 구성을 가지는 선행기술에 따른 태양광 지능형 접속반(10)에 의하면, 강하된 단위 모듈들(S1~Sn)에서 출력되는 전압을 인버터(16)를 구동시키기 위한 출력전압 범위로 변경하기 위하여 서로 병렬연결된 단위 모듈들(S1~Sn)을 직렬로 변경하는 경우에, 단위 모듈들(S1~Sn)이 강하된 원인, 강하된 정도, 단위 모듈들(S1~Sn)의 개수 등에 따라 단위 모듈들(S1~Sn)간의 직렬 또는 병렬로의 변경이 어려운 경우가 있으며, 나아가 단위 모듈들(S1~Sn) 중 일부는 단위 모듈들(S1~Sn)간의 직렬 또는 병렬로의 변경에 이용되지 못하게 되는 경우가 빈번하게 발생하게 됨에 따라, 선행기술에 따른 단위 모듈들간의 직렬 또는 병렬 변경만으로는 태양광 발전효율을 향상시키기에는 한계가 있다.
예를 들어, 7개의 단위 모듈로 이루어진 태양광 발전장치에 있어서, 일출시점, 일몰지점 또는 흐린 날씨 등의 원인으로 7개의 단위 모듈 전체가 강하되어 3개의 단위 모듈을 직렬 연결하여야 인버터를 구동시키기 위한 출력전압 범위로 변경이 가능한 경우에는, 어느 하나의 단위 모듈은 이용하지 못하게 되는 문제가 빈번하게 발생할 수 있으며, 나아가 손상, 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 어느 하나의 단위 모듈만이 인버터를 구동시키기 위한 최소전압보다 낮아진 경우에는 단위 모듈들간의 직렬 또는 병렬로의 변경만으로는 상기 최소전압보다 낮아진 단위 모듈을 인버터의 최소전압보다 높아지도록 할 수 없다는 문제가 빈번하게 발생할 수 있으며, 그에 따라 선행기술에 따른 단위 모듈들간의 직렬 또는 병렬 변경만으로는 태양광 발전효율을 향상시키기에는 한계가 있다.
한국공개특허공보 제10-2017-0039996호(공개일자: 2017. 4. 12)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일출직후, 일몰직전, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 태양광 패널 출력전력에 변동이 발생한 경우, 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 태양광 패널에서 출력되는 전압의 강하 원인, 강하된 정도, 태양광 패널의 개수, 태양광 패널이 직렬로 연결되어 이루어진 스트링의 개수 등과 상관없이 항상 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양전지 어레이부(110), 접속반(140) 및 인버터(150)를 포함하는 태양광 발전 시스템(100)에 있어서, 상기 태양전지 어레이부(110)는 다수의 셀(112)이 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈(114) 복수개가 서로 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈 스트링(120, string)을 복수개 포함하고, 상기 복수개의 태양전지모듈 스트링(120) 각각은 서로 병렬 연결되며, 상기 태양광 발전 시스템(100)은, 상기 태양전지모듈 스트링(120) 각각의 출력단과 상기 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 각각의 태양전지모듈 스트링(120)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(160); 상기 태양전지모듈 스트링(120) 중 적어도 어느 하나의 스트링(130)(이하, 보조 스트링(130)이라 한다)을 이루는 각각의 태양전지모듈(131)(이하, 보조 태양전지모듈(131)이라 한다)의 출력단에 구비되어 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 출력되는 전압을 검출하는 제2 전압검출부(132); 상기 보조 스트링(130)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(133)(이하, 보조 제1 전압검출부(133)라 한다)와 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 보조 스트링(130)과 상기 접속반(140)의 연결을 온/오프시키는 제1 스위치부(134); 상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 온/오프시키는 제2 스위치부(135); 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각을 상기 보조 스트링(130)을 제외한 나머지 스트링(125)(이하, 메인 스트링(125)이라 한다) 각각으로 선택적으로 직렬연결시키기 위해 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각과 상기 메인 스트링(125) 각각의 직렬연결을 온/오프시키는 제3 스위치부(136); 및 상기 제1 전압검출부(160)와 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 전압에 따라 상기 제1 스위치부(134), 상기 제2 스위치부(135) 및 상기 제3 스위치부(136)를 제어하는 제어부(170);를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 의하면, 일출직후, 일몰직전 또는 날씨 등의 원인으로 인해 일조량이 작아 전체 태양광 패널의 출력전압이 낮은 경우뿐만 아니라, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 인해 부분적인 태양광 패널의 출력전압이 낮은 경우에도, 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 의하면, 일출직후, 일몰직전, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등과 같은 다양한 원인으로 태양광 패널 출력전력에 변동이 발생한 경우, 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에 의하면, 태양광 패널에서 출력되는 전압의 강하 원인, 강하된 정도, 태양광 패널의 개수, 태양광 패널이 직렬로 연결되어 이루어진 스트링의 개수 등과 상관없이 항상 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 중앙 집중형 태양광 발전 시스템을 나타낸 도면이고,
도 2는 선행기술에 따른 태양광 지능형 접속반을 나타내는 도면이고,
도 3은 선행기술의 출력조정부에 대한 세부 계통을 나타내는 회로도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지 않고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 각 실시예는 독립적으로 실시되거나 함께 실시될 수 있으며, 발명의 목적에 부합하게 일부 구성요소는 제외될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양전지 어레이부(110), 접속반(140), 인버터(150)를 포함한다.
상기 태양전지 어레이부(110)는 다수의 셀(112)이 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈(114) 복수개가 서로 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈 스트링(120, string)을 복수개 포함하며, 상기 복수개의 태양전지모듈 스트링(120) 각각은 서로 병렬 연결될 수 있다.
상기 접속반(140)은 서로 병렬연결된 태양전지모듈 스트링(120)들로부터 나오는 전선을 하나로 모아 상기 태양전지모듈 스트링(120)들에서 출력되는 직류 전류를 인버터(150)로 전달시켜주는 구성이고, 상기 인버터(150)는 접속반(140)으로부터 전달되는 직류 전류를 전력 계통(Utility Grid)에 연계할 수 있도록 교류 전류로 변환해주는 구성이다.
도면에는 도시되지 않지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 접속반(140)에는 태양전지모듈 스트링(120)이 병렬로 접속되는 접속점이 구비되고, 상기 태양전지모듈 스트링(120) 각각의 출력단과 상기 접속점 사이에는 퓨즈와 역류방지용 다이오드가 직렬로 설치될 수 있으며, 상기 접속점은 직류차단기를 경유해 인버터(150)에 접속될 수 있다.
상기 인버터(150)는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행할 수 있는데, 상기 인버터(150)의 MPPT 제어에 따라 태양전지모듈 스트링(120)의 출력 전압 및 출력 전류는 가변될 수 있다.
상기 접속반(140), 상기 인버터(150) 및 상기 MPPT 제어의 구체적인 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 기술에 해당하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 전술한 바와 같이, 일반적으로 인버터(150)는 소정 범위의 작동전압 범위를 가지므로, 태양광 발전 효율을 향상시키기 위해서는 상기 인버터(150)가 항상 작동되도록 할 필요가 있다.
이를 위해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 일출직후, 일몰직전, 태양전지모듈(114)의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 태양전지모듈 스트링(120)의 출력전력에 변동이 발생하더라도 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양전지모듈 스트링(120) 각각의 출력단과 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 각각의 태양전지모듈 스트링(120)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(160), 상기 태양전지모듈 스트링(120) 중 적어도 어느 하나의 스트링(130)(이하, 보조 스트링(130)이라 한다)을 이루는 각각의 태양전지모듈(131)(이하, 보조 태양전지모듈(131)이라 한다)의 출력단에 구비되어 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 출력되는 전압을 검출하는 제2 전압검출부(132), 보조 스트링(130)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(133)(이하, 보조 제1 전압검출부(133)라 한다)와 접속반(140) 사이에 구비되어 보조 스트링(130)과 접속반(140)의 연결을 온/오프시키는 제1 스위치부(134), 상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 온/오프시키는 제2 스위치부(135), 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각을 상기 보조 스트링(130)을 제외한 나머지 스트링(125)(이하, 메인 스트링(125)이라 한다) 각각으로 선택적으로 직렬연결시키기 위해 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각과 상기 메인 스트링(125) 각각의 직렬연결을 온/오프시키는 제3 스위치부(136) 및 상기 제1 전압검출부(160)와 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 전압에 따라 상기 제1 스위치부(134), 상기 제2 스위치부(135), 상기 제3 스위치부(136)를 제어하는 제어부(170)를 포함할 수 있다.
위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)에 의하면, 일출직후, 일몰직전, 태양전지모듈(114)의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 다양한 원인으로 태양전지모듈 스트링(120)의 출력전력에 변동이 발생하더라도 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어가 가능해질 수 있다.
예를 들어, 일출직후, 일몰직전, 태양전지모듈(114)의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 다양한 원인으로 상기 태양전지모듈 스트링(120) 전체 또는 일부에서 출력되는 전압이 강하되어 인버터(150)를 구동하기 위한 최소전압보다 낮아진 것으로 상기 제1 전압검출부(160)에서 검출된 경우, 상기 제어부(170)는 제1 스위치부(134)를 오프시켜 상기 보조 스트링(130)을 접속반(140)으로 연결되지 않도록 하고, 제2 스위치부(135)를 오프시켜 상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 오프시킨 상태에서, 상기 메인 스트링(125) 중 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 생성된 전압이 상기 제1 전압검출부(160)에 의해 인버터(150)의 최소전압보다 낮아진 것으로 검출된 메인 스트링(125)으로 전달될 수 있도록 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 상기 보조 태양전지모듈(131)의 검출 전압에 따라 상기 제3 스위치부(136)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(200)은 상기 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)과 비교하여, 태양전지모듈 스트링(120)들을 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬 접속이 가능하게 하는 직렬변환부(210)를 더 포함할 수 있다.
상기 직렬변환부(210)는 선행기술에 개시된 복수개의 스위치소자(P1~Pn)(T1~Tn-1)들의 구성으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 직렬변환부(210)는 태양전지모듈 스트링(120)들에 대해 전기적으로 상호 병렬 또는 직렬접속이 가능하게 태양전지모듈 스트링(120)들 사이에 마련된 복수개의 스위치소자로 구성될 수 있다. 상기 복수개의 스위치소자에 대한 상세한 설명은 선행기술에 개시된 복수개의 스위치소자(P1~Pn)(T1~Tn-1)에 대한 설명을 원용하기로 하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그러면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(200)의 제어부(270)는, 상기 제1 전압검출부(160)와 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 전압에 따라 상기 직렬변환부(210), 상기 제1 스위치부(134), 상기 제2 스위치부(135) 및 상기 제3 스위치부(136)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 일출직후, 일몰직전, 태양전지모듈(114)의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 다양한 원인으로 상기 태양전지모듈 스트링(120) 전체 또는 일부에서 출력되는 전압이 강하되어 인버터(150)를 구동하기 위한 최소전압보다 낮아진 것으로 상기 제1 전압검출부(160)에서 검출된 경우, 상기 제어부(270)는 제1 스위치부(134)를 오프시켜 상기 보조 스트링(130)을 접속반(140)으로 연결되지 않도록 하고, 제2 스위치부(135)를 오프시켜 상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 오프시킨 상태에서, 상기 직렬변환부(210)를 제어하여 상기 강하된 태양전지모듈 스트링(120)들을 인버터(150)를 구동하기 위한 작동범위의 전압으로 최적화되도록 상기 태양전지모듈 스트링(120)들 중 일부의 병렬연결을 직렬연결로 변환하고, 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 생성된 전압이 직렬연결로 변환되지 않은 나머지 태양전지모듈 스트링(120) 중 인버터(150)를 구동하기 위한 최소전압 이하로 강하된 태양전지모듈 스트링(120)으로 전달될 수 있도록 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 상기 보조 태양전지모듈(131)의 검출 전압에 따라 상기 제3 스위치부(136)를 제어할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 일출직후, 일몰직전, 태양광 패널의 손상과 열화, 그늘, 먼지 등의 원인으로 태양광 패널 출력전력에 변동이 발생한 경우, 이에 대응하는 최적화된 직류전류 합산제어를 통해 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 패널 출력전력 변동에 대응하여 최적화된 직류전류 합산제어가 가능한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
100, 200 : 태양광 발전 시스템
110 : 태양전지 어레이부 114 : 태양전지모듈
120 : 태양전지모듈 스트링 130 : 보조 스트링
131 : 보조 태양전지모듈 132 : 제2 전압검출부
133 : 보조 제1 전압검출부 134 : 제1 스위치부
135 : 제2 스위치부 136 : 제3 스위치부
140 : 접속반 150 : 인버터
160 : 제1 전압검출부 170, 270 : 제어부
210 : 직렬변환부

Claims (1)

  1. 태양전지 어레이부(110), 접속반(140) 및 인버터(150)를 포함하는 태양광 발전 시스템(100)에 있어서,
    상기 태양전지 어레이부(110)는 다수의 셀(112)이 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈(114) 복수개가 서로 직렬 연결되어 이루어지는 태양전지모듈 스트링(120, string)을 복수개 포함하고, 상기 복수개의 태양전지모듈 스트링(120) 각각은 서로 병렬 연결되며,
    상기 태양광 발전 시스템(100)은,
    상기 태양전지모듈 스트링(120) 각각의 출력단과 상기 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 각각의 태양전지모듈 스트링(120)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(160);
    상기 태양전지모듈 스트링(120) 중 적어도 어느 하나의 스트링(130)(이하, 보조 스트링(130)이라 한다)을 이루는 각각의 태양전지모듈(131)(이하, 보조 태양전지모듈(131)이라 한다)의 출력단에 구비되어 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각에서 출력되는 전압을 검출하는 제2 전압검출부(132);
    상기 보조 스트링(130)에서 출력되는 전압을 검출하는 제1 전압검출부(133)(이하, 보조 제1 전압검출부(133)라 한다)와 접속반(140) 사이에 구비되어 상기 보조 스트링(130)과 상기 접속반(140)의 연결을 온/오프시키는 제1 스위치부(134);
    상기 보조 태양전지모듈(131)들 사이의 직렬연결을 온/오프시키는 제2 스위치부(135);
    상기 보조 태양전지모듈(131) 각각을 상기 보조 스트링(130)을 제외한 나머지 스트링(125)(이하, 메인 스트링(125)이라 한다) 각각으로 선택적으로 직렬연결시키기 위해 상기 보조 태양전지모듈(131) 각각과 상기 메인 스트링(125) 각각의 직렬연결을 온/오프시키는 제3 스위치부(136); 및
    상기 제1 전압검출부(160)와 상기 제2 전압검출부(132)에서 검출된 전압에 따라 상기 제1 스위치부(134), 상기 제2 스위치부(135) 및 상기 제3 스위치부(136)를 제어하는 제어부(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102272948B1 (ko) 2020-11-18 2021-07-06 센트리닉스 주식회사 비중앙적 무선 메쉬 네트워크 기반 분산형 모듈 레벨 태양광 발전 감시제어 시스템
KR102608835B1 (ko) * 2023-02-20 2023-12-01 박기주 복수의 bipv 패널들 각각의 전압차를 보정하는 bipv 시스템 및 그 방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170039996A (ko) 2015-10-02 2017-04-12 (주)선케리어코리아 태양광 지능형 접속반

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