KR20210056716A - 홈 스마트그리드에 적용되는 신재생에너지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광발전 등 신재생에너지 생산 설비를 현재의 기술기준을 만족하면서도 보다 적극적으로 비상용전 원 등으로 활용할 수 있도록 하고, 역송되지만 보상받을 수 없는 잉여의 발전량을 활용하여 수용가 측면에서 에 너지 비용을 최적화할 수 있는 신재생에너지시스템에 관한 것이다.

Description

홈 스마트그리드에 적용되는 신재생에너지 시스템{New and Renewable Energy System for smart grid in domestics}
본 발명은 태양광 등을 이용한 신재생에너지시스템에 관한 것으로서, 특히, 설치된 태양광발전 등 신재생에너지 생산 설비를 현재의 기술기준을 만족하면서도 보다 적극적으로 비상용전원 등으로 활용할 수 있도록 하고, 역송 되지만 보상받을 수 없는 잉여의 발전량을 활용할 수 있도록 한 신재생에너지시스템에 관한 것이다.
종래의 태양광발전용 인버터 기술은 상용전원이 없는 경우 사용하는 독립형 인버터와 상용전원이 있는 경우 전 원계통에 연계운전되는 계통연계형 인버터 기능이 별도로 제작, 설치되고 있으며, 통상 독립형 인버터는 계통연 계가 되지 않으며, 계통연계형 인버터는 기술기준에 독립운전을 금지하고 있기 때문에, 즉, 상용전원에 정전이 발생할 경우 운전 정지를 요구하고 있기 때문에 독립형으로의 운전이 불가하다. 뿐만 아니라 독립형의 경우 축 전지와 축전지의 충방전장치를 내장하고 있으며, 인버터 출력의 전압과 주파수를 제어함으로써 부하의 크기와 관계없이 일정한 전압과 주파수를 유지하게 된다. 반면, 계통연계형의 경우 인버터는 연계되는 전력계통의 전압 과 주파수에 동기되어 전류제어를 함으로서 부하의 크기에 관계없이 태양전지 어레이가 출력하는 최대전력점 (Maximum Power Point)을 추종운전하게 된다. 즉, 연계형 인버터는 각 수용가의 부하상태에 무관하게 햇빛의 상 태에 따라 운전하게 되며 수용가의 부하 변동에 따른 부족분 혹은 잉여분은 전력계통으로부터 구입 혹은 역송하 게 된다.
도 1은 종래의 계통연계형 태양광발전시스템의 일례이다. 도 1과 같이, 종래의 계통연계형 태양광발전시스템은 태양전지 어레이(10)와 인버터(20)를 포함한다. 태양전지 어레이(10)의 직류 입력을 받아 스위칭 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치(21)를 이용하여 교류로 변환하게 되며, 전력계통(30)에 연계 운전하기 위하여 리액터(22)와 캐패시터(23)로 구성된 필터를 사용하고 있으며, 절연과 전압차이 문제 해결을 위하여 승압용 변압기(90)를 사용하게 된다. 통상 운전과 정지를 위해 개폐기(80)를 사용하며 인버터(20)의 출 력은 상용전원의 전력계통(30) 및 부하(60)와 병렬연결되어 있다. 이러한 구조의 계통연계형 태양광발전에서는 상용전원의 전력계통(30)의 전압과 주파수가 고정되어 있고 상대적으로 인버터(20)의 용량이 작으므로 인버터 (20)는 상용전원의 전력계통(30)에 대하여 전류원으로 동작하게 된다.
인버터(20) 내부의 보호 알고리즘을 이용하여 상용전원의 전력계통(30)에서 정전이 발생할 경우 단독운전방지기 능에 의해 개폐기(80)를 차단하고 인버터(20)의 스위치(21)도 동작을 정지하도록 하고 있으며 전력계통(30)이 복전되어도 일정 시간 동안은 운전을 개시하지 못하도록 프로그램되어 있다.
통상 가정용의 경우 전력계통(30) 수전점에서 보호를 위한 차단기(40)와 계량기(50)가 설치되어 있으며 여기에 인버터(20)와 부하(60)가 병렬 연결되어 운전된다. 따라서 태양광 인버터(20)의 발전량이 부하(60)의 소비전력 량보다 클 경우에는 잉여전력이 전력계통(30)으로 역송되고 따라서 계량기(50)는 역회전하여 전력요금이 상계된 다. 반대로 태양광 인버터(20)의 발전량이 부하(60)의 소비전력량보다 작을 경우에는 부족분의 전력을 전력계통 (30)으로부터 받게 되고 따라서 계량기(50)는 정상 회전하여 전력요금이 부과되게 된다.
이와 같이 가정용으로 보급되는 계통연계형 태양광발전 인버터(20)는 계통연계기술기준에 의해 계통에 정전이 발생했을 때 인버터의 운전을 정지하는 소위 단독운전방지기능을 반드시 가지고 있어야 한다. 수용가의 입장에 서는 태양광발전이 수용가 내의 부하보다 많이 발전해도 정전을 시켜야하는 문제가 발생한다. 또 복전이 되더라 도 일정 시간(현재의 기술기준은 5분) 동안은 안전상의 문제로 인버터가 운전되지 않도록 규정하고 있다. 이에 따라 정전 중에 태양광발전이 발전을 하고 있거나 혹은 이미 저장된 에너지가 있다하더라도, 아파트나 상가건물 에서처럼 비상조명, 엘리베이터 등 비상용전원으로도 활용이 되지 못하고 있는 실정이다.
한편 현재의 요금제도는 누진제를 적용하고 있어 일정량 이상의 전력을 사용하면 전기요금의 단가가 상승하게 되어 전력 사용을 억제하는 수단으로 활용되고 있으며, 현재 가정 보급용 태양광발전의 경우 낮에는 태양광이 발전하는 전력량이 가정에서 소비하는 전력보다 많아서 역송이 되고 있으며 이 부분은 적산전력량계가 역회전하 여 전기요금을 상계하게 된다. 그러나 일정 기간 동안 사용전력량이 태양광에서 발전한 전력량보다 적은 경우는 사용 전력량을 상계하고도 남는 경우가 발생할 수 있다. 이 전력은 역송되더라도 보상받을 수 없다.
선행기술문헌으로서 대한민국공개특허특허공보 10-2011-0050858, 일본공개특허특허공보 제2005-278297호, 일본 공개특허특허공보 제1997(평09)-065583호 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 설치된 태양광 등을 이용한 신재생에너지 생산 설비를 현재의 기술기준을 만족하면서도 보다 적극적으로 비상용전원 등으로 활용할 수 있도록 하고, 역송되지만 보상받을 수 없는 잉여의 발전량을 활용할 수 있도록 하여 수용가 측면에서 에너지 비용을 최 적화할 수 있는 신재생에너지시스템을 제공하는 데 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 태양전지 어레이의 출력이 연결되는 인버터의 직류단에 축전지와 충 방전이 가능한 충방전장치를 내장하여 잉여전력을 저장할 수 있게 하였으며, 또 인버터 출력은 계통연계운전을 위한 전류제어기능과 독립운전을 위한 전압제어기능을 동시에 내장함으로서 전력계통의 상황에 따라 2개의 모드 로 운전할 수 있는 기능을 내장하였다. 계통연계형 인버터에 적용되는 단독운전방지기능을 요구하는 기술기준을 만족하기 위하여 계통정전시에 단독운전방지기능에 의해 차단되는 개폐기를 구비하여 상용전원과의 연계를 차단 하고 내부적으로 전압제어로 절환하여 일정 전압과 주파수를 유지하며 비상용 조명 등 부하를 개폐하는 수단을 제공함으로서 태양광발전의 이용을 극대화하게 된다.
한편, 일정 시간(예를 들면 전력요금이 매겨지는 기준 시점)마다 자동 혹은 수동으로 태양광의 누적발전량을 0 으로 리셋하는 기능과 기존에 설치되어 있는 전력량계와의 통신 혹은 펄스 인터페이스를 통해 현재 사용전력량 을 모니터링하는 수단을 통해 일정 기간 동안의 소비전력량과 태양광의 발전전력량을 비교하여 축전지의 충방전 상태를 결정하고, 누진제 요금의 증가 등에 대비하여 필요시 충전된 전력을 방전하므로서 수용가의 전력비용을 최소화할 수 있는 수단을 제공한다. 또한 이러한 각종 정보를 별도로 설치된 사용자 표시 및 조작장치에 나타내 줌으로서 사용자가 보다 합리적으로 전기 에너지를 사용할 수 있게 하는 수단을 제공한다. 예를 들면 상계요금 이상의 발전전력량(즉, 순수 역송 전력량)을 표시해 줌으로서 사용자가 추가적인 요금의 부담이 없이 잉여의 전 력을 사용할 수 있을 것이며, 향후 실시간 요금제가 실시될 경우 피크부하 시 즉, 요금이 비싼 시간대에 방전을 통하여 전기요금의 절감이 가능하게 될 것이다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일면에 따른 신재생에너지시스템의 동작 방법은, 발전 장치(예, 태양광을 이용하여 발전하는 장치)와 전력 계통 사이에서 인버터를 활용하여 단독운전방지기능의 계통연계 기술 기준을 만족하면서도 계통정전 시에 부하에 전력을 계속적으로 공급하기 위한 신재생에너지시스템의 동작 방법 으로서, 전력 계통의 정전 발생시 오프되어 인버터 출력과 분전함의 연결을 차단시켜 단독운전방지를 위한 개폐 기 이외에 보조 개폐기를 이용하여, 제어기의 제어에 따라, 계통 연계 시에는 상기 전력 계통으로부터의 전력 또는 상기 인버터 출력의 전력을 상기 보조 개폐기를 통해 복수 부하에 전력을 공급시키고, 전력 계통의 정전 발생시에는 상기 보조 개폐기의 스위치를 전환하고, 전류제어에서 전압제어로 절환된 모드에서 동작하도록 제어 된 상기 인버터의 출력이 상기 복수 부하 중 특정 부하(예, 비상용 조명)에만 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기의 제어에 따라, 상기 계통 연계 시에 상기 분전함의 계량기(상기 인버터의 출력 전력이 상기 복수 부하의 소비 전력량보다 커서 상기 전력계통으로 역송될 때 전력요금 부과를 상계하는 계량기임)의 사용전력량 정보에 따라 상기 발전장치로부터 잉여의 전력을 축전지에 충전하며, 상기 인버터 출력의 전력이 상기 전력 계 통으로 역송되는 전력량을 0으로 제어한다.
상기 제어기의 제어에 따라, 상기 인버터의 출력 전력이 상기 복수 부하의 전력 소비량보다 작은 경우, 또는 상 기 전력 계통의 전력 요금이 상대적으로 높은 시간대인 경우, 또는 상기 축전지에 충전된 전력량이 일정 기준 전력량 이상인 경우에, 상기 축전지에 충전된 전력을 방전하여 상기 인버터가 상기 복수 부하에 전력을 공급하 거나 상기 전력 계통으로 역송하도록 제어한다.
유무선 통신망을 통하여 사용자 단말과 통신하는 인터페이스를 이용하여 상기 계량기의 사용 전력량, 상기 인버 터 출력 전력량, 상기 복수 부하의 전력소비량, 또는 상기 축전지의 충전 전력량에 대한 정보를 실시간으로 상 기 사용자 단말로 통보하고, 상기 사용자 단말에서 상기 복수 부하 중 일부에 대한 전력 차단 선택에 따라 상기 제어기는 해당 부하로의 전력의 차단을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 신재생에너지시스템에 따르면, 첫째, 태양광발전 등 신재생에너지 생산의 계통연계 기술기준을 충족하면서도 계통 정전 등 사고 발생시에 비상용 조명이나 주요 부하에 연속적으로 전력을 공급할 수 있게 됨 으로서 별도의 비상용 발전기 등의 설비를 갖추지 않고도 비상용 전원을 제공할 수 있다.
또한, 둘째, 신재생에너지의 발전량과 수용가의 전력소비량을 상시 감시하여 잉여의 역송되는 전력을 축전지로충전하고 필요시 방전하여 사용할 수 있도록 함으로서 수용가의 전력비용을 절감할 수 있다.
또한, 셋째, 축전지를 통해 전력을 저장하여 피크부하 시에 방전함으로서 최대수요를 억제할 수 있고 이에 따른 전력요금의 절감과 전력설비의 증설을 지연시킬 수 있다.
그리고, 넷째, 신재생에너지의 발전량과 전력사용량을 상시 표시해 줌으로서 수용가로 하여금 에너지 절감과 전 력요금의 최적화를 유도할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 신재생에너지시스템은, 태양전지 어레이와 같은 발전 장치(10), 인버터(20), 상용전원의 전력계통(30), 부하(60), 전력저장장치(130), 계통연계점(150), 분전함(160)를 포함한 다.
인버터(20)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치와 같은 전력용 반도체스위치(21), 리액터(22), 커패시터(23), 개폐기(80), 승압용 변압기(90), 개폐기(140), 보조 개폐기(170)를 포함하고, 태양전지 어레이와 같은 발전 장치(10)의 직류 출력 전력(전압)을 부하(60) 또는 전력 계통(30)으로 공급에 필요한 전력으로 승압 또는 강압 변환하여 출력한다. 전력저장장치(130)는 전력변환장치(110) 및 축전지(120)를 포함한다. 분전함 (160)은 보호용 차단기(40), 계량기(50) 및 분기용 차단기들(180~183)을 포함한다. 필요에 따라 위와 같은 신재 생에너지시스템의 구성요소들 중 어느 일부가 인버터(20) 내부에 포함되도록 할 수 있다.
먼저, 전력저장장치(130)는 태양전지 어레이와 같은 발전 장치(10)의 출력과 인버터(20)가 연결되는 접속점으로 부, 발전 장치(10)로부터 직류 전압을 입력받을 수 있도록 설치되고, 전력변환장치(110)로 적절히 변환하여 변 환된 전압으로 축전지(120)에 전력을 충전하며, 필요시 전력변환장치(110)로 축전지(120)에 충전된 전력을 방전 할 수 있다.
통상 태양전지 어레이와 같은 발전 장치(10)의 출력전압은 축전지(120)의 전압보다 높고 축전지(120)는 충전상 태에 따라 전압 및 전류를 제어할 필요가 있으므로 IGBT와 같은 스위칭소자를 이용한 강압형 직류/직류 전력변 환장치(110)를 사용한다. 또한 전력변환장치(110)는 축전지(120)에 충전된 전력을 인버터(20) 측으로 방전하여 이용하기 위해서도 사용되는데 이때는 직류 입력측(100)의 전압이 축전지(120)의 전압 보다 일정 수준 이상으로 되어야 하므로 인버터(20) 측으로 방전 시에는 승압형 직류/직류 전력변환장치(110)로도 동작하게 된다.
가정용 전원은 상용전원의 계통전력(30)으로부터 수전 받아 분전함(160)에서 분기가 되게 되는데, 분전함(160) 은 보호용 차단기(40), 계량기(50) 및 분기용 차단기(180~183)로 구성된다.
상용전원의 계통전력(30)에서 정전이 발생한 경우 기존의 기술기준에 의하면 인버터(20)의 운전을 정지해야 하 지만, 태양전지 어레이(10)가 전력을 생산하고 있는 경우에는 이를 활용할 필요가 있다. 기술기준을 만족하기 위해 인버터(20)의 출력을 개폐할 수 있는 개폐기(80)에 추가로 개폐기(140)를 설치하고 단독운전이 검출된 경 우 이 개폐기(140)를 차단함으로서 계통 연계점(150)에서 보면 인버터의 출력이 전달되지 않으므로 단독운전 검 출기능이 구비된 것으로 된다. 따라서 인버터(20)는 운전 정지하지 않고 계속 운전할 수 있게 되며 계통연계 기 술기준을 충족하게 된다. 또한 개폐기(140)가 개방되는 순간 즉, 인버터(20)의 제어기가 단독운전을 검출하는 시점부터 인버터(20)의 제어기는 전류제어 대신 전압제어를 수행함으로서 인버터(20)의 출력은 부하에 무관하게 일정 전압과 주파수를 유지하는 전압제어를 수행하게 된다. 이 경우 태양전지(10)의 발전 상태에 관계없이 인버터(20)는 전압을 유지할 수 있는데 이는 축전지전력저장장치(130)가 있기 때문이다.
상용전원의 전력계통(30)의 정전 상태임에도 불구하고 인버터(20)는 전압출력을 내게 되므로 이 전력은 비상용 조명 등에 유용하게 사용할 수 있다. 그러나 인버터(20)나 축전지저장장치(130)의 용량 제한이나 축전지(120)의 전력저장 용량 제한 등으로 가정 내의 조명, 콘센트, 동력 등 모든 부하(61, 62, 63)에 연속적으로 전력을 공급 할 수는 없다. 따라서 정전 시에는 조명 부하(61)만이라도 전력을 공급함으로서 정전 시에 별도의 비상조명을 설치하는 불편을 피할 수 있게 된다. 이렇게 제한된 부하에 전력을 공급하기 위해서 보조 개폐기(170)를 구비하 게 되는데, 이 개폐기(170)는 상용전원의 전력계통(30)이 정상일 때는 상용전원의 전력계통(30)을 조명부하(6 1)에 공급하게 하고 그렇지 않는 정전의 경우는 개폐기(80)를 통한 인버터(20)의 출력을 조명부하(61)에 공급하 도록 제어된다. 이러한 수단을 통해서 태양광발전 인버터(20)는 상용전원의 전력계통(30) 연계기술기준을 만족 하면서도 정전시에 필요한 부하에 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 신재생에너지시스템의 제어기(300), 표시/조작장치(290) 관련 구성도이다.
제어기(300)로서 마이크로프로세서나 디지털신호처리장치 등을 사용할 수 있으며, 먼저 전압 및 전류 센싱을 위 한 소정 회로를 통해 축전지(120)의 충전상태 검출 및 충전 전류, 전압을 검출할 수 있다. 제어기(300)는 축전 지(120)의 충전상태나 운전모드에 따라서 축전지용 전력변환장치(110)에 적절한 스위칭신호(210)를 인가함으로 서 축전지(120)의 충전 혹은 방전을 수행하게 된다.
또한 제어기(300)는 태양전지 어레이(10)의 출력측(100)의 전압과 전류를 검출하여(220) 인버터(20)가 최대의 전력을 발전할 수 있도록 인버터(20)의 전력용 반도체스위치(21)를 펄스폭제어(230)하게 된다. 제어기(300)는 계통연계점(150)의 전압 검출(260)과 인버터(20)의 개폐기(80)를 통과하는 출력전압 및 출력전류 검출(240)을 통하여 전력 계통(30)의 정전이나 단독운전검출 등 보호기능과, 인버터(20)의 전압 및 전류제어를 수행하게 되 며, 이 전압, 전류 정보(인버터(20)의 개폐기(80)를 통과하는 출력전압 및 출력전류 검출(240) 정보)로부터 태 양광 인버터(20)가 발전한 발전량을 계산하게 된다. 뿐만 아니라 계통연계점(150)의 전압 검출(260)로부터 검출 된 정전 신호 등의 정보로부터 비상용 조명부하(61)의 전원으로서, 전력계통(30)으로부터 인버터(20)의 출력을 입력받도록, 절체하는 개폐기(170)를 제어하는 기능도 가지고 있다. 또한 제어기(300)는 계량기(50)로부터 전력 사용량에 대한 정보를 통신 혹은 펄스형태로 읽어 들이는(270) 기능을 가지고 있다. 이 계량기(50)의 전력사용 량 정보와 인버터(20)의 출력으로부터 자체적으로 연산한 태양광의 발전량 정보를 이용하여 축전지(120)의 충전 혹은 방전 명령을 수행하게 된다.
또한, 제어기(300)는 표시 및 조작 장치(290)를 통하여 필요한 정보의 표시 및 조작을 할 수 있는 수단을 제공 한다. 조작은 운전 모드(계통운전/단독운전)나 정전 시의 부하 개폐(예, 부하(61)가 개폐기(170)의 전력계통 또 는 인버터(20) 출력을 받도록 전환)등을 활성화 혹은 비활성화하는 등 사용자가 원하는 모드로 운전할 수 있도 록 설정이 가능하도록 되어 있다. 표시장치는 태양광발전량(인버터 출력 전력량), 계량기(50)의 전력사용량 정 보, 부하들의 전력소비량, 축전지(120)의 충전상태(전력량) 및 각종 보호기능의 동작 상태 등을 표시해주며, 특 히 역송되는 전력량이나 일정 시점을 기준으로 한 전력요금 등의 정보를 표시할 수 있다.
또한, 향후 실시간요금제도가 정착될 경우 유무선 통신망(예, 이동 통신망, 유무선 인터넷 등) 등을 통하여 가 입자의 컴퓨터, 이동 단말 등에 실시간 요금 관련 정보(예, 인버터 출력 전력량, 계량기의 전력사용량 정보, 부 하들의 전력소비량, 축전지의 충전 전력량 등)를 전송할 수 있는 인터페이스(310)를 제공하고 있다. 이를 이용 하여 태양광발전의 전력을 싼 시간대에는 축전지(120)에 저장하고 비싼 시간대에는 부하(60)에 공급 혹은 역송 하게 함으로서 수용가가 최대의 이익을 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신재생에너지시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
위와 같은 제어기(300)의 동작을 위해 실행되는 소프트웨어와 연동하여 신재생에너지시스템이 동작을 시작할 수 있으며(400), 먼저, 전력 계통(30)으로부터 부하(60)가 전력을 공급받을 때, 제어기(300)는 계량기(50)로부터 부하의 전력사용량, 태양광발전용 인버터(20)의 개폐기(80)의 출력을 유선 또는 무선 통신을 통해 읽어 들여서, 부하의 상태, 인버터(20)의 발전량, 인버터의 운전 상태 등을 판단할 수 있다(401).
태양광발전용 인버터(20)는 보호 알고리즘에 의해서 정전 혹은 단독운전 모드로 동작할 수 있으며, 인버터(20) 의 출력 정보(예, 개폐기(80)의 출력 정보)가 전송되면 그 정보를 기초로 제어기(300)는 정전 여부를 판단할 수 있다(402).
정전인 경우는 제어기(300)는 태양광발전용 인버터(20)의 정상 상태를 검사하게 되는데(403) 이때 태양광발전의 발전 여부와는 무관하게 인버터(20) 자체가 운전 중인지 여부 혹은 운전 가능한 상태인지 여부를 검사하는 것이다. 정상 운전 중 혹은 운전 가능한 상태인 경우에는 제어기(300)는 축전지(120)의 충전량이 정상인지 여부를 검사하게 된다(405). 여기서 인버터(20) 자체가 운전할 수 없는 상태(404)이거나 혹은 축전지(120)의 충전량이 일정 기준량 이상으로 충분하지 않는 경우라면(406), 제어기(300)는 정전 상태를 유지하고 개폐기(140, 170)를 이전 상태 대로 온(on)하고(140의 온은 조명부하(61)가 분전함(160)을 통해 전력계통(30)에서 전력을 받도록 스 위치가 전환됨) 처음으로 돌아가게 된다(410).
405 단계에서, 축전지(120)의 충전량이 충분한 경우에는 제어기(300)는 태양광발전용 인버터(20)의 내부 제어모 드를 전압제어(정전압, 정주파수 제어)로 전환하고 개폐기(140, 170)를 오프(140의 오프는 조명부하(61)가 개폐 기(80) 출력을 받도록 스위치가 전환됨)하여(407) 태양광발전용 인버터(20)는 축전지(120)의 충전량을 이용하여 조명부하(61)(콘센트, 동력 등 다른 부하 제외)에 전력을 공급하게 되며 나머지 부하들은 정전 상태를 유지하게 된다. 이 상태에서 전력계통(30)의 복전이 확인되면(409) 제어기(300)는 태양광발전용 인버터(20)가 전류제어로 모드를 전환하도록 하고 개폐기(140, 170)를 온하여 부하들이 정상적으로 상용전원(30)으로부터 전원을 공급받 게 된다. 태양광발전용 인버터(20)는 일정 이상의 일사량이 있을 경우 내부 개폐기(80)를 온하여 정상적으로 동 작하게 될 것이며 그렇지 않으면 오프되어 대기 상태를 유지하게 된다.
정전 여부 검사(402)에서 정전이 아닌 경우에는 제어기(300)는 역송을 검사하게 된다(413). 역송의 의미는 태양 광발전용 인버터(20)의 발전량이 부하(60)의 소비량보다 많은 전력을 생산하고 있다는 것을 의미하며, 계량기 (50)의 사용전력량 정보가 정방향(+)이 아니라 역방향(-)이고, 이때에는 전력계통(30)의 전력이 계량기(50)를 통해 부하(60)로 공급되지 않으며 인버터(20)의 출력 전력이 부하(60)로 공급되고 계량기(50)를 통해 전력계통 (30) 쪽으로 공급될 수 있다. 이와 같이 잉여 전력이 있는 경우 축전지(120)의 상태정보를 검사하여(414) 충전 에 여유량이 있을 경우 즉, 충전상태가 낮을 경우 발전장치(10)로부터 잉여의 전력을 충전하게 된다(415). 충전 량의 결정은 역송되는 전력량이 거의 0(누적발전량 0)이 되는 수준으로 결정할 수 있다. 충전량에 여유가 없는 경우 즉, 이미 충전이 되어 있는 경우(416)는 그대로 역송을 유지하게 되며 이때는 계량기(50)의 검침수단은 역 회전을 하여 역송되는 전력량만큼 전력요금을 상계하게 될 것이다.
정전도 아니고 역송되지도 않는 경우(417)는, 태양광발전용 인버터(20)가 정지하거나 혹은 운전중이라도 발전량 이 충분하지 않아 부하(60)의 소비량 보다 작은 경우이다. 이 경우에는 제어기(300)는 설정치 이상의 전력을 부 하(60)가 소비하고 있는가를 판단하고(419), 이 경우에 전력 계통(30)의 높은 요금 시간대(예, 낮)인지 여부를 판단한다(420). 부하가 많이 인가되어 있고 높은 요금 시간대인 경우, 제어기(300)는 축전지(120)의 방전 여유 량을 판단하여(422) 일정 기준 전력량 이상으로 충분한 경우, 제어기(300)는 전력변환장치(110)에 적절한 스위 칭신호(210)를 인가함으로서 축전지(120)가 인버터(20)로 방전하여 부하(60)에 전력을 공급하거나 역송하도록 제어한다(424). 방전 운전을 통하여 상용전원의 전력계통(30)으로부터 구매하는 전력요금을 절감할 수 있게 함 으로써 수용가가 최대의 이익을 얻을 수 있게 된다. 아주 경부하이거나 낮은 요금 시간대(예, 새벽) 혹은 방전 여유량이 낮은 경우에는 상용전원의 전력계통(30)으로부터 전력을 구매하여 사용하게 된다.
이러한 소프트웨어와 연동한 제어기(300)의 흐름 제어를 통하여 태양광발전용 인버터(20)의 잉여 생산전력을 축 전지(120)에 저장하기도 하고 부하(60)가 중부하 이상일 경우에는 방전을 통하여 요금을 절감할 수 있으며, 정 전 시에는 축전지(120)에 저장된 에너지를 이용하여 비상용 조명부하(61)에 계속적으로 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신재생에너지시스템의 다른 적용 사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 같이, 태양전지 어레이(10)와 축전지(120)가 설치된 가정에, 위에서 기술한 바와 같은 전력변환장치 (110)와, 반도체스위치(21), 리액터(22), 커패시터(23), 개폐기(80), 승압용 변압기(90), 개폐기(140), 보조 개폐기(170), 제어기(300), 표시 및 조작 장치(290)가 포함된 가정용 태양광발전용 인버터(500)를 구성할 수 있 다.
이와 같이 가정용 인버터(500)의 내부에는 표시 및 조작장치(290)가 설치되며 이는 조작과 감시의 필요에 따라 본 시스템이 가설되는 주택의 실내에 설치될 수도 있다. 제어기(300)는 계량기(50)의 사용 전력량 정보 이외에 도, 실시간 요금 관련 정보(예, 인버터 출력 전력량, 상기 복수 부하의 전력소비량, 또는 상기 축전지의 충전 전력량에 대한 정보 등)를 얻을 수 있다. 실시간요금제의 구성에 따라 별도로 구성될 실시간요금과련정보를 유 무선 통신망을 통하여 사용자 단말로 전송하도록 인터페이스(310)를 구비할 수 있으며 이를 통하여 실시간으로 사용자 단말로 전달되는 요금 관련 정보를 사용자가 용이하게 확인할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라 사용자 는 사용자 단말(화면)에서 복수 부하 중 중요하지 않은 일부 부하에 대한 전력 공급을 차단하도록 선택할 수 있 으며, 이러한 응답을 수신하는 제어기(300)는 해당 부하로의 전력의 차단을 수행할 수도 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범 위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 발전 장치와 전력 계통 사이에서 인버터를 활용하여 단독운전방지기능의 계통연계 기술기준을 만족하면서도 계 통정전 시에 부하에 전력을 계속적으로 공급하기 위한 신재생에너지시스템의 동작 방법에 있어서,
    전력 계통의 정전 발생시 오프되어 인버터 출력과 분전함의 연결을 차단시켜 단독운전방지를 위한 개폐기 이외 에 보조 개폐기를 이용하여,
    제어기의 제어에 따라, 계통 연계 시에는 상기 전력 계통으로부터의 전력 또는 상기 인버터 출력의 전력을 상기 보조 개폐기를 통해 복수 부하에 전력을 공급시키고, 전력 계통의 정전 발생시에는 상기 보조 개폐기의 스위치 를 전환하고, 전류제어에서 전압제어로 절환된 모드에서 동작하도록 제어된 상기 인버터의 출력이 상기 복수 부 하 중 특정 부하에만 전력을 공급하도록 제어하되,
    상기 제어기의 제어에 따라, 상기 계통 연계 시에 상기 분전함의 계량기(상기 인버터의 출력 전력이 상기 복수 부하의 소비 전력량보다 커서 상기 전력계통으로 역송될 때 전력요금 부과를 상계하는 계량기임)의 사용전력량 정보에 따라 상기 발전장치로부터 잉여의 전력을 축전지에 충전하며, 상기 인버터 출력의 전력이 상기 전력 계 통으로 역송되는 전력량을 0으로 제어하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지시스템의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정 부하는 비상용 조명인 것을 특징으로 하는 신재생에너지시스템의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발전 장치는 태양광을 이용하여 발전하는 장치인 것을 특징으로 하는 신재생에너지시스템 의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기의 제어에 따라, 상기 인버터의 출력 전력이 상기 복수 부하의 전력 소비량보다 작은 경우, 또는
    상기 전력 계통의 전력 요금이 상대적으로 높은 시간대인 경우, 또는
    상기 축전지에 충전된 전력량이 일정 기준 전력량 이상인 경우에,
    상기 축전지에 충전된 전력을 방전하여 상기 인버터가 상기 복수 부하에 전력을 공급하거나 상기 전력 계통으로 역송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지시스템의 동작 방법.
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