KR20200122557A - Solar photovoltaic generating system using variable array - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감지된 일사량 또는 인버터 인가 전압 또는 전This invention is solar power power generation system , more than in detail detected insolation or inverter applied voltage or
류에 따라 태양광 발전 구동 회로를 변경할 수 있는 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. Solar power power generation driving circuit changeable variable array used solar power power generation system
일반적으로 태양광 발전(solar photovoltaic)이란 태양 에너지에 의한 발전 기술의 하나이다.즉, 태양의 빛 에너지를 태양광 모듈이라는 광-전 변환기를 사용하여 직접 전기 에너지로 변환시켜 이용하는 것이다.In general, solar power generation (solar photovoltaic) is one of the power generation technology specific to the solar energy. That is, direct conversion of light energy of the solar module
태양광 발전은 빛을 이용하는 것이기 때문에 흐린 날이라도 밤이 아니면 발전이 가능하여 태양 에너지의 이용 효율이Because photovoltaic power generation is using even on cloudy day night or power generation possible solar use of energy efficiency
열 발전보다 높기는 하지만, 똑같은 태양광발전 시스템을 부하밀집지역인 도심에 설치한 것과 비도심(농촌지It is higher than heat generation, but the same photovoltaic power generation system is installed in the city center, which is a densely loaded area
역)에 설치한 것을 비교해보면 일사량이 비슷해도 도심에 설치한 태양광발전의 이용률이 비도심지역 보다 높다.If you compare the installed in the station) , even if the insolation is similar , the utilization rate of installed in the city is higher than the non-urban areas .
설치 후 변경이 불가능한 어레이 구성의 특성상 모듈 어레이의 출력전압이 인버터 최소입력전압에 못 미치면 발After installation Impossible to change Array Due to the characteristics of configuration If the output voltage of the module array is not inverter minimum input voltage
전을 할 수 없고, 최초 설계 시 인버터 제조사 마다 상이한 MPPT(허용입력 전압범위)를 고려하여 어레이 회로를 Unable to perform initial design time inverter manufacturer different MPPT (allowable input voltage range) Considering Array circuit
아래 수학식 1에 따라 설계해야만 한다.It must be designed according to the following equation 1 .
인버터는 변압기형과 무변압기형으로 나뉘는데, 통상적으로 변압기형 삼상인버터의 경우, MPPT가 210 ~ 450[V]Inverters are divided into transformer type and transformerless type. Normally transformer type in the case of a three-phase inverter, MPPT is 210 ~ 450[V]
또는 290 ~ 600[V]으로서 범위가 240에서 310정도로 좁지만 동작시작전압(Vdc)이 통상 MPPT 최저전압이고, 변압Or 290 ~ 600[V], range is narrow from 240 to 310 , but operation start voltage (Vdc) is normal MPPT lowest voltage, transformer
기형의 경우는, MPPT가 200 ~ 800[V]로 범위가 600으로 넓지만 동작시작전압(Vdc)이 400[V]로서 MPPT 최저 전In the case of deformed , MPPT is 200 ~ 800[V], the range is 600 wide, but the operation start voltage (Vdc) is 400[V] and MPPT minimum before
압치와 차이가 난다.There is a difference between Apchi and .
변압기형 인버터의 경우 동작시작전압(Vdc)이 보통 MPPT 최저전압이라고 명시는 되어있지만, 실제 모듈 어레이Transformer type In the case of inverter Operation start voltage (Vdc) is Normal MPPT Lowest voltage It is specified , but Actual Module Array
출력이 인버터 MPPT 최저전압 보다 10%이상 높아야 기동이 되는 실정이다.The output is inverter MPPT minimum voltage more than 10% starting actual situation.
우리나라를 비롯하여 세계의 인버터 제조사들은 MPPT 범위를 넓게 하여 태양광발전이 최대한 오랜 시간 발전할 Inverter manufacturers in the world including Korea MPPT range wide solar power generation maximum long time
수 있도록 기술개발을 진행하고는 있지만, 인버터동작입력 전압범위를 확장은 곧, 인버터 효율 및 성능 그리고 , we are developing technology to be able to , but inverter operation input voltage range extended soon, inverter efficiency and performance and
제작비용에 영향을 주기 때문에 변압기를 사용하는 인버터의 경우, MPPT전압범위의 일정 폭은 현재 기술로는 어 In the case of using a transformer because affects the manufacturing cost period , the constant width of MPPT voltage range current technology
느 정도 고정되어 있다고 볼 수 있다.I can see that it is fixed .
태양광발전시스템은 날씨의 영향을 가장 크게 받기 때문에 어는 한 점의, 어는 한 날짜의 어는 한 월의 발전량The photovoltaic power generation system is affected by the weather the most received the on the power generation
이 아닌 계절별 월별 일별로 상이한 태양광발전의 1년 평균발전량이 중요함으로, 본 발명시스템은 일년운전을Not this Seasonal Monthly Daily Different 1 year Average power generation of solar power generation Since it is important, this invention system is annual operation
기준으로 알고리즘 되어있다.It is standard algorithm .
태양광 발전 시스템에서의 설계착오는 어레이 모듈의 직.병렬조합 및 모듈과 인버터의 결합이 맞지 않아서 발생 design error in solar power power generation system occurs because array module's direct/parallel combination and module and inverter incorrect
하고 있는데, 태양광발전 시스템의 가장 큰 장점 중 하나가 설치 후 유지보수에 드는 비용이 거의 없다는 것이One of the most big advantages of the photovoltaic power generation system installation after maintenance cost almost no
지만, 설치 후 25년 이상 발전이 가능한 태양광시스템에서 MPPT 제어를 할 수밖에 없는 인버터만큼은 예외이다.However, installation more than 25 years power generation possible MPPT control in the solar system has no choice but to inverters exceptions.
종래 기술에 따른 태양광 발전 시스템은 인버터에 동작시작전압이 인가되면 인버터가 가동해 발전이 되다가 모The conventional technology solar power power generation system is When the operation start voltage is applied to the inverter The inverter operates
듈출력이 불안정(일몰직전 또는 일출직후 또는 흐린 날 또는 청명한 날 등)해져서 MPPT 보다 작거나 큰 전압이Module output becomes unstable (just before sunset or right after sunrise or cloudy or clear , etc.), and the voltage is less than MPPT
인버터에 인가되면 인버터 작동이 중지될 수 밖에 없는 한계점이 있었으며, 특히 인버터 제조사마다 상이한When applied to an inverter, the inverter will stop operating.There are only a few limit points. In particular, the inverter differs from manufacturer to manufacturer.
MPPT로 인해서 특정인버터가 아니면 교체할 수도 없는 문제점 또한 대두되고 있는 실정이다.Due to MPPT, if a specific inverter is not or there is no replacement no problem also emerging actual situation.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허10-0934932호(2010. 01. 06 공고)에 기재되어 있다.The technology of this invention is described in Korea Patent No. 10-0934932 (2010. 01. 06 announcement).
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인버터의 가동중단 없이 매일 발생하는 일몰일출 시간에도 인버Therefore, the this invention aims to achieve technical tasks of the inverter without interruption every day occurring sunset sunrise even in time inverter
터의 가동이 가능하도록 하는 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.It is to provide solar power power generation system using variable array to make it possible to operate the site.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템은,These technical tasks achieve original the according to the examples of the invention variable using an array solar power power generation system,
직렬 연결된 복수의 태양광 모듈을 포함하며, 제1단이 인버터의 제1극과 연결되는 제1 내지 제3 어레이, 직렬It includes a series connected multiple photovoltaic modules , and the 1st stage connected to the 1 pole of the inverter 1st to 3rd array, serial
연결된 복수의 태양광 모듈을 포함하며, 제1단이 상기 제1 내지 제3 어레이의 제2단에 각각 연결되고, 제2단이It includes multiple photovoltaic modules connected, and 1st stage is above 1st to 3rd of the array 2nd each connected, 2nd stage
상기 인버터의 제2극과 연결되는 제4 내지 제6 어레이, 일사량 또는 상기 인버터에 인가되는 직류 전압을 측정Measure the 4th to 6th array connected to the 2nd pole of the above inverter, insolation or above applied direct current voltage
하기 위한 감지부, 그리고 상기 측정 데이터에 따라 상기 제1 내지 제6 어레이 사이의 연결 상태가 변경되도록According to the following detection part, and reminder measurement data above first to 6 array connection status change
제어하는 제어부를 포함한다.It includes a control part that controls.
상기 제어부는, 상기 측정 데이터의 값이 작을수록, 하나의 어레이 내에 직렬 연결되는 태양광 모듈의 개수가The control unit, as the value of the above measurement data is , the number of of the series connected in one array
증가하도록 제어하고, 상기 측정 데이터의 값이 클수록, 병렬연결되는 어레이의 개수가 증가하도록 제어할 수 control to increase, and the number of to increase to increase the number of in parallel connected arrays as the value of the measurement data is
있다.have.
상기 측정 데이터가 제1 기준값보다 작은 경우, 상기 제어부는, 상기 인버터의 제1극, 상기 제1 어레이, 상기When the measurement data is 1 smaller than the reference value , the controller control unit, the inverter's 1 pole, 1st array, above
제2 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제1 경로, 그리고 상기 인버터의 제1극, 상기 제4 어레이, 상기2nd array and above containing 2nd pole of the inverter 1 path, and above 1st pole of inverter, above 4th array, above
제5 어레이, 상기 제6 어레이, 상기 제3 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제2 경로를 형성시킬 수 있The 5th array, above 6th array, above 3rd array and above including 2nd pole of inverter 2nd path can be formed
다.All.
상기 측정 데이터가 상기 제1 기준값보다 크고 제2 기준값보다 작은 경우, 상기 제어부는, 상기 인버터의If the above measurement data is above first reference value larger 2 reference value smaller , above control unit, above
제1극, 상기 제1 어레이, 상기 제4 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제3 경로, 상기 인버터의 제1극,1st pole, above 1st ar array, above 4th array and above including 2nd pole of inverter 3 path, above 1st pole of inverter,
상기 제2 어레이, 상기 제5 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제4 경로, 그리고 상기 인버터의 제1극,The above 2nd array, above 5th array and above including 2nd pole of inverter 4th path, and above 1st pole of inverter,
상기 제3 어레이, 상기 제6 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제5 경로를 형성시킬 수 있다.The 3 array, the above 6 array and the 5 including the 2nd pole of the inverter can be formed.
상기 측정 데이터가 상기 제2 기준값보다 큰 경우, 상기 제어부는, 상기 인버터의 제1극, 상기 제1 어레이 및If the measurement data is above 2nd reference value greater , above control unit, above 1st pole of inverter, above 1st array and
상기 인버터의 제2극을 포함하는 제6 경로, The 6th path including the 2nd pole of the above inverter,
상기 인버터의 제1극, 상기 제2 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제7 경로, 상기 인버터의 제1극, 상 1st pole of the above inverter, above 2nd array and above including 2nd pole of inverter 7th path, above 1st pole of inverter, phase
기 제3 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제8 경로, 그리고 상기 인버터의 제1극, 상기 제4 어레이, 3rd array and above 2nd pole of inverter included 8th path, and above 1st pole of inverter, above 4th array,
제5 어레이, 제6 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제9 경로를 형성시킬 수 있다.It is possible to form the 9 path including the 5th array, 6 array and above 2nd pole of inverter .
이와 같이 본 발명에 의하면, 태양광 모듈 어레이 회로의 직병렬 조합을 가변시켜 태양광시스템의 가동시간을Like this Invention , solar power module array circuit serial-parallel combination variable operating time of solar system
늘려 전체이용률을 향상시키고, 일사량에 따라 출력이 불안정한 어레이 모듈의 DC전압의 강하를 방지하며, 겨울철 어레이 모듈의 개방전압상승을 방지한다.Increase to improve the overall utilization, and to prevent the increase in the open voltage of the module during the winter in the winter the array the output is unstable the array module's DC voltage drop.
또한, 모듈 어레이 DC 과전압에 의한 인버터의 정지 현상이 발생하지 않으며, 인버터 MPPT 제어기능을 향상시켜 인버터의 내구성을 증대시킬 수 있다.Also, module array DC does not cause stop phenomenon of inverter due to over voltage, and inverter MPPT control function improved durability of inverter increased
또한 태양광 모듈과 인버터의 호환성이 향상되며, 스페어 모듈 방식 적용으로 실시간 모듈출력 대비 인버터의 출력을 최적화 할 수 있In addition, the compatibility of the solar power module and the inverter is improved, and by applying the spare module method real time module output contrast output of inverter can be optimized
다.All.
따라서 태양광발전시스템의 단점인 봄, 가을에 비해 여름, 겨울이 발전효율이 낮다는 문제점을 보완시킬 수 있Therefore, it is possible to compensate the problem that the power generation efficiency is low in the summer and winter, compared to the shortcomings of the photovoltaic power generation system in spring and autumn.
으므로 전력사용량이 폭증하는 여름과 겨울철 국가전력 수급관리에 많은 도움을 줄 수 있다.Therefore, the amount of electricity used exponentially increases in summer and winter national electricity supply and demand management many help can
본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 About Examples of this Invention This Invention belongs Technology In the field Common knowledge
가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Explain in detail so that the possessor can easily carry out can .
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.However, this invention several different forms can be implemented here described implementation is not limited .
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서And To explain this invention clearly in drawings
설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였 parts that are not related to the explanation are omitted, and similar drawings symbols are added for throughout the specification
다.All.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.In the specification , when it is said that a certain part is "connected" with another part , is "directly connected" not only , but also that is connected between other and includes electrical elements in the middle .
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아Also, when some part "contains" a certain component, is specially opposed does not contain does not contain other components are excluded
니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. means that there are other components can contain more
그리고 명세서 전체에서 전압을 유지한다는 표현은 특정 2점간의 전위 차가 시간 경과에 따라 변화하여도 그 변And the specification the whole voltage is maintained specific potential difference between two points changes with time changes
화가 설계상 허용될 수 있는 범위 내이거나 변화의 원인이 당업자의 설계 관행에서는 무시되고 있는 기생 성분에 의한 경우를 포함한다.Including cases where the painter design is within the allowed number range or cause of change is neglected in the design practice of the person concerned parasitic constituents .
또한 방전 전압에 비해 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)의 문턱 전압이 매우 낮으므로 문턱 전압을 0V로 간주하고 근사 처리한다.In addition, threshold voltage of semiconductors devices (transistors, diodes, etc.) is very low compared to discharge voltage , so consider the threshold voltage as 0V approximate .
또한, 명세서 전체에서 설명한 스위치는 전기 회로의 개폐나 접속 상태를 변경하기 위하여 사용하는 모든 소자In addition, the switch explained in the specification is the electric circuit open/closed connection change the state used all the elements
를 포함하며, SCR, GTO 사이리스터, 바이폴라 트랜지스터, MOSFET, IGBT 등과 같은 전력 제어용 반도체 소자를Includes , SCR, GTO Thyristor, Bipolar Transistor, MOSFET, IGBT , etc. Power Control Semiconductor
포함할 수 있다.There are number
Claims (4)
직렬 연결된 복수의 태양광 모듈을 포함하며, 제1단이 상기 제1 내지 제3 어레이의 제2단에 각각 연결되고, 제2
단이 상기 인버터의 제2극과 연결되는 제4 내지 제6 어레이,
일사량 또는 상기 인버터에 인가되는 직류 전압을 측정하기 위한 감지부, 그리고
상기 일사량 또는 상기 인버터에 인가되는 직류 전압을 포함하는 측정 데이터에 따라 상기 제1 내지 제6 어레이
사이의 연결 상태가 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 측정 데이터가 제1 기준값보다 작은 경우,
상기 인버터의 제1극, 상기 제1 어레이, 상기 제2 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제1 경로, 그리고
상기 인버터의 제1극, 상기 제4 어레이, 상기 제5 어레이, 상기 제6 어레이, 상기 제3 어레이 및 상기 인버터의
제2극을 포함하는 제2 경로를 형성시키는 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템.
First to third arrays comprising a plurality of solar modules connected in series, the first stage being connected to the first pole of the inverter,
A plurality of solar modules connected in series, wherein a first end is connected to a second end of the first to third array, respectively, and a second
Fourth to sixth arrays in which end is connected to the second pole of the inverter,
A sensing unit for measuring the amount of insolation or DC voltage applied to the inverter, and
The first to sixth arrays according to measurement data including the amount of insolation or DC voltage applied to the inverter
It includes a control unit that controls to change the connection state between the,
The control unit,
When the measured data is smaller than the first reference value,
A first path including a first pole of the inverter, the first array, the second array, and a second pole of the inverter, and
Of the first pole, the fourth array, the fifth array, the sixth array, the third array, and the inverter of the inverter
A solar power generation system using a variable array to form a second path including a second pole.
상기 제어부는,
상기 측정 데이터가 상기 제1 기준값보다 크고 제2 기준값보다 작은 경우,
상기 인버터의 제1극, 상기 제1 어레이, 상기 제4 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제3 경로,
상기 인버터의 제1극, 상기 제2 어레이, 상기 제5 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제4 경로, 그리고
상기 인버터의 제1극, 상기 제3 어레이, 상기 제6 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제5 경로를 형성
시키는 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
When the measured data is larger than the first reference value and smaller than the second reference value,
A third path including a first pole of the inverter, the first array, the fourth array, and a second pole of the inverter,
A fourth path including the first pole of the inverter, the second array, the fifth array, and the second pole of the inverter, and
Forming a fifth path including the first pole of the inverter, the third array, the sixth array, and the second pole of the inverter
Solar power generation system using a variable array
상기 제어부는,
상기 측정 데이터가 상기 제2 기준값보다 큰 경우,
상기 인버터의 제1극, 상기 제1 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제6 경로,
상기 인버터의 제1극, 상기 제2 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제7 경로,
상기 인버터의 제1극, 상기 제3 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제8 경로, 그리고
상기 인버터의 제1극, 상기 제4 어레이, 제5 어레이, 제6 어레이 및 상기 인버터의 제2극을 포함하는 제9 경로
를 형성시키는 가변 어레이를 이용한 태양광 발전 시스템.
The method of claim 2,
The control unit,
When the measured data is greater than the second reference value,
A sixth path including a first pole of the inverter, the first array, and a second pole of the inverter,
A seventh path including a first pole of the inverter, the second array, and a second pole of the inverter,
An eighth path including a first pole of the inverter, the third array, and a second pole of the inverter, and
A ninth path including the first pole of the inverter, the fourth array, the fifth array, the sixth array, and the second pole of the inverter
Solar power generation system using a variable array to form a.
상기 제어부는,
상기 측정 데이터의 값이 감소할수록, 하나의 어레이 내에 직렬 연결되는 태양광 모듈의 개수가 증가하도록 제
어하고,
상기 측정 데이터의 값이 증가할수록, 병렬연결되는 어레이의 개수가 증가하도록 제어하는 가변 어레이를 이용
한 태양광 발전 시스템.
According to claim 3
The control unit,
As the value of the measurement data decreases, the number of solar modules connected in series in one array increases.
Uh,
As the value of the measurement data increases, a variable array is used that controls the number of parallel connected arrays to increase.
One solar power system.
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