KR20220052258A - 시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템 - Google Patents

시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, 태양광 어레이별로 접속반을 설치하여 케이블 분산을 통한 시공성을 향상시키고, 개별 접속반들 간의 상호비교를 통해 접속반의 이상유무(과열)의 진단이 간편하며, 일사량 부족으로 인한 기준전력 미달시 버려지는 전원을 증폭 또는 소형 인버터를 사용하여 발전량을 증대시킬 수 있는 시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

Description

시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템{SOLAR POWER GENERATING SYSTEM WITH IMPROVED CONSTRUCT ABILITY AND POWER GENERATION EFFICIENCY}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, 태양광 어레이별로 접속반을 설치하여 케이블 분산을 통한 시공성을 향상시키고, 개별 접속반들 간의 상호비교를 통해 접속반의 이상유무(과열)의 진단이 간편하며, 일사량 부족으로 인한 기준전력 미달시 버려지는 전원을 증폭 또는 소형 인버터를 사용하여 발전량을 증대시킬 수 있는 시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템은 태양 에너지를 이용함에 따라 별도의 화석연료가 필요하지 않아 대기오염이나 폐기물의 발생이 없어 친환경적일 뿐만 아니라 시스템을 반자동화 또는 자동화가 용이하여 운전과 유지관리에 따른 비용을 최소화할 수 있다. 또한 전력 사업용 및 주택 건물용으로 전력 계통과 연계 운전 시 전력 수급 불균형을 해소할 수 있고, 주택 및 건물의 지붕 등에 다양한 형태로 설치가 가능하여 부족 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 전력 공급원으로 주목받고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템은 복수 개의 태양전지모듈(M)이 연결된 복수 개의 태양광 어레이(1)와, 복수 개의 태양광 어레이(1)로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(3)와, 복수 개의 태양광 어레이(1)와 인버터(3) 사이에 설치되어 복수 개의 태양광 어레이(1)로부터 출력되는 직류전력을 병합하여 인버터(3)로 출력하는 통합 접속반(2)과, 인버터(3)로 출력되는 전원 중 잉여전원을 부하나 한전의 계통으로 공급하는 분전반(4)을 포함한다.
태양전지모듈(M)은 발전용량에 따라 직렬과 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 태양전지모듈(M)은 서로 직렬로 연결되어 하나의 스트링(string)을 구성하고, 이들 스트링이 병렬로 연결되어 하나의 태양광 어레이(1)를 구성한다. 그리고, 통합 접속반(2)은 역전류 방지용 다이오드를 포함하고, 상기 역전류 방지용 다이오드를 통해 태양광 어레이(1)로부터의 전력을 통합하여 인버터(3)의 입력단으로 공급한다. 인버터(3)는 각 태양광 어레이(1)로부터 출력된 직류전력을 계통에 연계할 수 있도록 통합 접속반(2)으로부터 출력된 직류전력을 교류전력(교류전원)으로 변환한다.
그러나, 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템에서는 동일 계통 내에서 접속반을 통합 운용, 즉 한 개의 통합 접속반(2)을 이용하여 복수 개의 태양광 어레이(1)로부터 각각 출력되는 직류전력을 병합하여 인버터(3)로 공급하도록 구성됨으로써 복수 개의 태양광 어레이(1)의 각 케이블들이 모두 통합 접속반(2)으로 인입되고, 이로 인해 각각의 케이블을 고정하는 덕트가 복잡해져 시공성이 저하될 뿐만 아니라 통합 접속반(2)에 이상발생시 계통 전체가 차단되어 발전효율이 저하되었다.
한편, 태양광 발전 시스템에서는 태양전지의 출력이 일사량, 온도, 구름 등의 주변 환경에 따라 전압과 전류가 비선형적으로 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 태양전지의 낮은 효율 및 불안정한 전력공급을 개선하기 위해 태양전지 자체의 성능 뿐만 아니라 최대 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 시스템 구성이 필요하다.
그러나, 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템에서는 복수 개의 태양전지모듈(M)이 직렬 또는 병렬 연결되어 태양광 어레이(1)를 구성함에 따라 태양전지모듈(M)의 설치 위치와 방향 등에 의한 스트링별 발전량 차이로 인하여 인버터에서 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 하더라도 음영이 발생할 경우 국부적 최대전력점(Local MPP)이 발생하므로 MPPT 제어가 국부적 최대 전력점 근처에서 동작하여 실제의 최대 전력점을 찾지 못하고, 또한, 일출, 일몰 또는 일사량이 작을 경우 인버터의 동작 입력전압 범위 제한으로 인해 발전하지 못해 효율이 저하되었다.
KR 10-1759287 B1, 2017. 07. 12. KR 10-1860289 B1, 2018. 05. 15. KR 10-1699495 B1, 2017. 01. 18. KR 10-1425935 B1, 2014. 07. 28.
따라서, 본 발명은 다음과 같은 목적들을 제공한다.
첫째, 본 발명은 통합 접속반으로 집중되는 케이블을 분산시켜 접속반으로 인입되는 케이블의 수를 줄임으로써 시공성을 개선할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
둘째, 본 발명은 접속반의 이상 발생시에도 계통을 차단하지 않고 이상이 발생된 접속반을 제외한 다른 접속반을 정상적으로 운용하여 발전효율의 저하를 방지하고, 접속반의 이상유무를 보다 쉽게 진단할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
셋째, 본 발명은 일출, 일몰 또는 일사량 부족으로 인해 인버터의 동작 입력전압 범위에 미달하는 전원을 재사용하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 각각 복수 개의 태양전지모듈을 구비하여 직류전력을 생산하는 복수 개의 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이의 출력단에 개별적으로 하나씩 설치되어 해당 태양광 어레이로부터 출력되는 직류전력을 제공받아 각각 출력하는 복수 개의 개별 접속반; 및 상기 복수 개의 개별 접속반 각각의 출력단이 병렬 연결되는 케이블을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반과 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 각각 출력되는 직류전력을 제공받아 교류전력으로 변환하여 출력하는 인버터를 포함하는 시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한, 상기 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 동작 입력전압 범위를 가지고, 상기 상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 각각 출력되는 직류전력을 제공받아 교류전력으로 변환하여 출력하는 보조 인버터; 스위칭 동작을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터 사이 또는 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 보조 인버터 사이 중 어느 하나를 연결하는 스위칭부; 및 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압을 검출하고, 검출된 전압의 크기에 따라 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 전압 검출부를 포함하고, 상기 전압 검출부는 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 동일하거나 높은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터가 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 보조 인버터가 연결되도록 제어한다.
또한, 상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 출력되는 직류전력의 전압을 상기 인버터의 동작 입력전압과 동일 또는 그 이상으로 증폭시켜 상기 인버터로 출력하는 증폭부; 스위칭 동작을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터 사이 또는 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 증폭부 사이 중 어느 하나를 연결하는 스위칭부; 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압을 검출하고, 검출된 전압의 크기에 따라 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 전압 검출부를 포함하고, 상기 전압 검출부는 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 동일하거나 높은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터가 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 증폭부가 연결되도록 제어한다.
또한, 상기 복수 개의 개별 접속반은 각각 상기 인버터에서 역류하는 역전류를 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드와, 서로 개별적으로 분리 설치되고 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드가 각각 실장되는 제1 및 제2 방열판을 포함하고, 상기 태양광 어레이와 상기 개별 접속반 사이에 각각 설치되고, 스위칭 동작을 통해 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제2 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이를 연결하거나, 해당 개별 접속반과 인접하게 배치된 다른 개별 접속반에 설치된 제1 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이를 서로 연결하는 스위칭부; 및 상기 개별 접속반 내에 각각 설치되어 해당 개별 접속반 내에 설치된 제2 방열판의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 감지센서를 더 포함하고, 상기 감지센서는 상기 제2 방열판의 온도가 설정온도를 초과하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제2 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이 간의 연결을 차단하고, 해당 개별 접속반과 인접하게 배치된 다른 개별 접속반에 설치된 제1 역전류 방지용 다이오드를 해당 태양광 어레이와 연결한다.
또한, 상기 복수 개의 개별 접속반은 각각 내부에 설치되고 상기 인버터에서 역류하는 역전류를 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드와, 서로 개별적으로 분리 설치되고 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드가 각각 실장되는 제1 및 제2 방열판과, 상기 제1 및 제2 방열판의 온도를 각각 감지하는 제1 및 제2 온도센서와, 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 감지된 온도를 상호 비교하는 제어부를 포함하고, 상기 태양광 어레이와 상기 개별 접속반 사이에 각각 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되어 스위칭 동작을 통해 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드 중 어느 하나와 해당 태양광 어레이를 서로 연결하는 스위칭부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 상기 제1 및 제2 방열판에서 측정된 온도를 제공받아 상호 비교한 후 다시 설정온도와 비교하고, 비교결과 측정된 온도들이 상기 설정온도보다 낮은 경우 현재 상기 스위칭부를 통한 연결을 그대로 유지하고, 높은 경우에는 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드 중 상대적으로 높은 온도를 갖는 방열판에 실장된 다이오드와 해당 태양광 어레이와의 연결을 차단한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명은 태양광 어레이에 각각 일대일 대응하도록 개별적으로 개별 접속반이 설치되어 해당 태양광 어레이로부터 생산된 직류전력을 인버터로 출력함으로써 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템에서 접속반이 통합으로 운용되는 방식에서 집중되는 케이블을 분산시켜 접속반으로 인입되는 케이블의 수를 줄일 수 있다. 이를 통해 각 케이블을 고정하는 덕트의 구성을 간소화하여 시공성을 개선할 수 있다.
둘째, 본 발명은 일출, 일몰 또는 일사량 부족으로 인해 태양광 어레이에서 생산된 직류전력이 메인 DC/AC 컨버터인 인버터의 동작 입력전압에 미달한 경우, 동작 입력전압이 인버터보다 상대적으로 낮은 보조 인버터를 통해 교류전력으로 변환하여 분전반으로 출력함으로써 버려지는 전력을 재사용하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명은 일출, 일몰 또는 일사량 부족으로 인해 태양광 어레이에서 생산된 직류전력이 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 경우, 증폭부를 이용하여 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 직류전력을 인버터의 동작 입력전압 이상으로 증폭시켜 인버터로 출력함으로써 버려지는 전력을 재사용하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
넷째, 본 발명은 개별 접속반에 각각 감지센서와 2개의 역전류 방지용 다이오드를 설치하고, 태양광 어레이와 개별 접속반 사이에 스위칭부를 설치함으로써 개별 접속반의 과열(방열판 과열)로 인한 이상발생시, 이를 감지한 후 스위칭부를 통해 인접하게 설치된 다른 개별 접속반으로 해당 태양광 어레이에서 생산된 직류전력을 출력한다. 따라서, 어느 하나의 개별 접속반에서 이상이 발생하더라도 모든 태양광 어레이에서 생산된 직류전력을 사용할 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명은 제1 및 제2 온도센서를 통해 제1 및 제2 방열판의 온도를 감지하고, 이렇게 감지된 온도를 이용하여 스위칭부를 제어함으로써 역전류 방지용 다이오드의 온도가 과도하게 상승하지 않도록 조정한다. 이를 통해 역전류 바지용 다이오드의 폭발로 인한 화재 등이 유발되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 태양광 발전 시스템의 결선도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예4에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 개별 접속반의 역전류 방지용 다이오드를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예5에 따른 태양광 발전 시스템을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 태양광 발전 시스템의 결선도를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 태양광 발전 시스템은 복수 개의 태양전지모듈(M)이 연결된 복수 개의 태양광 어레이(1)와, 태양광 어레이(1)에 대응하도록 개별적으로 설치되어 해당 태양광 어레이(1)로부터 생산된 직류전력을 각각 출력하는 복수 개의 개별 접속반(11)과, 복수 개의 개별 접속반(11)으로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(12)와, 인버터(12)로 출력되는 전원 중 잉여전원을 부하나 한전의 계통으로 공급하는 분전반(13)을 포함한다.
태양광 어레이(1)는 각각 다수의 태양전지셀로 이루어진 태양전지모듈(M)을 포함하고, 태양전지모듈(M)은 가로 및 세로방향으로 메트릭스 형태로 복수 개가 연결 구성되어 있다. 태양전지모듈(M)은 각각 수광되는 태양광을 이용하여 대략 30~60V의 직류전력을 생산하여 출력하고, 보통 태양광 어레이(1)는 8개 내지 13개 정도의 태양전지모듈(M)이 연결됨에 따라 300~700V 전압을 갖는 직류전력을 출력한다.
개별 접속반(11)은 태양광 어레이(1)의 출력단에 각각 연결되고, 양극(+)과 음극(-)용 2가닥의 케이블(배선)(C)을 통해 병렬 연결되어 인버터(12)에 연결된다. 이러한 개별 접속반(11)은 해당 태양광 어레이(1)를 보호하기 위해 과전류 공급시 차단되는 퓨즈, 인버터(12)로부터 전압이 역류하는 것을 방지하는 역전류 방지용 다이오드 등이 내부에 구성된다.
인버터(12)는 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단과 연결되고, 각 태양광 어레이(1)에서 각 개별 접속반(11)으로 출력되는 직류전력을 각 가정이나 산업현장 등에서 운영되는 장치에서 사용할 수 있는 주파수 및 위상을 갖는 교류전력으로 변환한다.
*분전반(13)은 인버터(12)의 출력단에 연결되어 인버터(12)로부터 출력된 전압을 변환하는 변압기, PLC(Power Line Communication) 등이 설치되거나, 혹은 제어를 위한 제어패널, 전기의 공급과 제어를 위한 각종 스위치 및 릴레이(계전기), 전압 차단을 위한 회로 차단기 및 퓨즈 등의 각종 전장품이 내부에 배치되어 통합 관리된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 태양광 발전 시스템에서는 태양광 어레이(1)에 각각 일대일 대응하도록 개별적으로 개별 접속반(11)이 설치되어 해당 태양광 어레이(1)로부터 생산된 직류전력을 인버터(12)로 출력함으로써 종래기술에 따른 태양광 발전 시스템에서 접속반이 통합으로 운용되는 방식에서 집중되는 케이블(배선)을 분산시켜 접속반으로 인입되는 케이블(배선)의 수를 줄일 수 있고, 이를 통해 각 케이블을 고정하는 덕트의 구성을 간소화하여 시공성을 크게 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 태양광 발전 시스템은 실시예1에서와 같이, 태양광 어레이(1), 개별 접속반(11), 인버터(12) 및 분전반(13)을 포함한다. 그리고, 스위칭부(21), 전압 검출부(22) 및 보조 인버터(23)를 더 포함한다.
스위칭부(21)는 전압 검출부(22)의 제어신호에 응답하여 스위칭 동작하고, 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단과 인버터(12)의 입력단 사이 또는 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단과 보조 인버터(23)의 입력단 사이 중 어느 하나를 연결한다.
전압 검출부(22)는 복수 개의 개별 접속반(11)으로부터 인버터(12)로 출력되는 전압을 실시간으로 검출하고, 검출된 전압에 따라 스위칭부(22)의 동작을 제어한다.
예를 들어, 전압 검출부(22)는 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력의 전압이 인버터(12)의 동작 입력전압보다 낮은 경우 제1 신호를 생성하여 출력하고, 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력의 전압이 인버터(12)의 동작 입력전압보다 동일하거나 높은 경우 제2 신호를 출력한다.
스위칭부(21)는 전압 검출부(22)로부터 제1 신호가 입력되면, 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단과 인버터(12)의 입력단 사이를 연결하고, 제2 신호가 입력되면, 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단과 보조 인버터(23)의 입력단 사이를 연결한다.
인버터(12)는 동작 입력전압이 대략 200V 이상으로, 스위칭부(21)의 출력단에 연결되어 스위칭부(21)를 통해 복수 개의 개별 접속반(11)으로부터 출력되는 직류전력이 동작 입력전압(200V) 이상일 때 동작하여 직류전력을 교류전력으로 변환한다.
보조 인버터(23)는 인버터(12)의 동작 입력전압보다 낮은 동작 입력전압을 갖는다. 예를 들어, 보조 인버터(23)는 200V 미만, 바람직하게는 50V~200V 범위의 동작 입력전압에서 동작하여 50V~200V 범위를 갖는 직류전력을 교류전력으로 변환한다.
이하, 본 발명의 실시예2에 따른 따른 태양광 발전 시스템의 동작 특성을 설명한다.
전압 검출부(22)는 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력으로부터 전압을 검출한다. 검출 결과, 검출된 전압이 인버터(12)의 동작 입력전압과 동일하거나 높으면, 제1 신호를 출력하여 스위칭부(21)를 통해 복수 개의 개별 출력단(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력이 인버터(12)로 출력되도록 하고, 검출된 전압이 낮으면, 제2 신호를 출력하여 스위칭부(21)를 통해 복수 개의 개별 출력단(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력이 보조 인버터(23)로 출력되도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예2에 따른 태양광 발전 시스템에서는 일출, 일몰 또는 일사량 부족으로 인해 복수 개의 태양광 어레이(1)에서 생산된 직류전력이 메인 DC/AC 컨버터인 인버터(12)의 동작 입력전압에 미달한 경우, 동작 입력전압이 인버터(12)보다 상대적으로 낮은 보조 인버터(23)를 통해 교류전력으로 변환하여 분전반(13)으로 출력함으로써 버려지는 전력을 사용하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예3에 따른 태양광 발전 시스템은 도 4에 도시된 실시예2와 같이, 태양광 어레이(1), 개별 접속반(11), 인버터(12), 분전반(13), 스위칭부(21) 및 전압 검출부(22)를 포함한다. 그리고, 보조 인버터(23) 대신에 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력의 전압이 인버터(12)의 동작 입력전압보다 낮은 경우 이를 증폭하여 출력하는 증폭부(31)를 포함한다.
본 발명의 실시예3에서 스위칭부(21)와 전압 검출부(22)는 실시예2와 동일한 구성으로 동일하게 동작한다. 전압 검출부(22)에 의해 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력의 전압이 인버터(12)의 동작 입력전압보다 낮으면, 제2 신호를 출력하여 복수 개의 개별 접속반(11)의 출력단으로 출력되는 직류전력을 증폭부(31)로 출력하고, 증폭부(31)는 스위칭부(21)를 통해 입력된 직류전력을 인버터(12)의 동작 입력전압에 상응하는 크기로 증폭시켜 인버터(12)로 출력한다.
예를 들어, 증폭부(31)는 복수 개의 개별 접속반(31)에서 출력되는 직류전력의 전압이 200V 미만인 경우, 직류전력 400V로 증폭시킨다. 이러한 증폭부(31)의 증폭과정은 복수 개의 개별 접속반(31)의 출력단으로 출력되는 직류전력(DC 200V)을 교류전력(AC)로 변환한 후 다시 직류전력(DC 400V)로 변환하는 과정으로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명의 실시예3에 따른 태양광 발전 시스템에서는 일출, 일몰 또는 일사량 부족으로 인해 복수 개의 태양광 어레이(1)에서 생산된 직류전력이 인버터(12)의 동작 입력전압에 미달한 경우, 증폭부(31)를 통해 인버터(12)의 동작 입력전압보다 낮은 직류전력을 인버터(12)의 동작 입력전압 이상으로 증폭시켜 인버터(12)로 출력함으로써 버려지는 전력을 재사용하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예4에 따른 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 개별 접속반의 역전류 방지용 다이오드를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예4에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이(1), 개별 접속반(41), 인버터(12) 및 분전반(13)을 포함하고, 태양광 어레이(1)와 개별 접속반(41) 사이를 각각 스위칭하는 스위칭부(42)를 더 포함한다.
개별 접속반(41)은 각각 인버터(12)에서 역류하는 역전류를 방지하기 위해 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)가 내장되어 있다. 그리고, 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)는 어느 하나가 비이상적으로 과열될 때 인접한 다이오드에 영향을 미치지 않도록 서로 분리된 제1 및 제2 방열판(41b, 41c)에 실장된다.
그리고, 개별 접속반(41)은 개별 접속반(41)의 이상유무를 감지하는 감지센서(41a)를 구비한다. 이때, 감지센서(41a)는 개별 접속반(41)의 내부온도를 감지한다. 특히, 제1 및 제2 방열판(41b, 41c) 중 어느 하나의 온도를 감지한다. 일례로, 개별 접속반(#1)의 경우, 태양광 어레이(SA1)의 출력단과 스위칭부(42)를 통해 연결된 제2 역전류 방지용 다이오드(D2)가 실장된 제2 방열판(41c)의 온도를 감지한다.
예를 들어, 개별 접속반(#1)이 과열되어 설정온도를 초과하는 온도가 개별 접속반(#1)에 설치된 감지센서(41a)를 통해 감지되면, 태양광 어레이(SA1)와 개별 접속반(#1)을 연결하는 스위칭부(42)를 통해 태양광 어레이(SA1)와 개별 접속반(#1)의 제2 역전류 방지용 다이오드(D2)와의 연결을 차단하는 동시에 인접하게 배치된 개별 접속반(#2)에 설치된 제1 역전류 방지용 다이오드(D1)와 연결시켜 태양광 어레이(SA1)에서 생산된 직류전력이 개별 접속반(#2)을 통해 인버터(12)로 출력되도록 제어한다.
한편, 감지센서(41a)는 온도센서로 제한되지 않고, 과전류 또는 과전압을 감지하는 센서일 수 있으며, 이를 통해 해당 개별 접속반의 이상유무를 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예4에 따른 태양광 발전 시스템에서는 개별 접속반(41)에 각각 감지센서(41a)와 2개의 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)를 설치하고, 태양광 어레이(1)와 개별 접속반(41) 사이에 스위칭부(42)를 설치하여 스위칭함으로써 개별 접속반(41)의 과열로 인한 이상발생시, 이를 감지한 후 스위칭부(42)를 통해 인접하게 설치된 다른 개별 접속반으로 해당 태양광 어레이에서 생산된 직류전력을 출력한다. 따라서, 어느 하나의 개별 접속반에서 이상이 발생하더라도 모든 태양광 어레이에서 생산된 직류전력을 사용할 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예4에 따른 태양광 발전 시스템에서는 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)가 서로 독립적으로 분리된 제1 및 제2 방열판(41b, 41c)에 각각 실장됨에 따라 어느 하나의 다이오드가 과열되더라도 인접하게 배치된 다른 다이오드에 영향을 주지 않기 때문에 사고가 확산되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예5에 따른 태양광 발전 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 설명의 편의를 위해 각 개별 접속반과 스위칭부만을 간략하게 도시하였다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예5에 따른 태양광 발전 시스템은 개별 접속반(51)의 구성과 스위칭부(52)의 연결관계를 제외한 다른 구성은 실시예4와 동일하다.
개별 접속반(51)은 각각 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)와, 서로 독립적으로 분리 설치되고 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2)가 실장되는 제1 및 제2 방열판(51b, 51c)과, 제1 및 제2 방열판(51b, 51c)의 온도를 각각 감지하는 제1 및 제2 온도센서(S1, S2)와, 제1 및 제2 온도센서(S1, S2)로부터 감지된 온도를 상호 비교하여 스위칭부(52)의 동작을 제어하는 제어부(51a)를 포함한다.
스위칭부(52)는 태양광 어레이(SA1~SAn)의 출력단과 각 개별 접속반(51)의 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2) 사이를 스위칭하는 것으로, 제어부(51a)의 제어신호에 응답하여 태양광 어레이(SA1~SAn)의 출력단을 각 개별 접속반(51)의 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드(D1, D2) 중 어느 하나의 입력단에 연결한다.
제어부(51a)는 제1 및 제2 온도센서(S1, S2)로부터 각각 제1 및 제2 방열판(51b, 51c)에서 측정된 온도를 제공받고, 이를 비교하여 상대적으로 높은 온도를 추출한다. 그리고, 추출된 온도를 다시 설정온도와 비교하여 추출된 온도가 설정온도보다 높은 경우 추출된 온도에 해당하는 방열판에 설치된 다이오드와의 접속을 차단한다.
개별 접속반(#1)을 일례로 설명하면, 현재 태양광 어레이(SA1)의 출력단이 스위칭부(52)를 통해 제1 방열판(51b)에 실장된 제1 역전류 방지용 다이오드(D1)에 연결된 상태에서, 제1 방열판(51b)이 과열되어 제1 방열판(51b)에서 측정된 온도가 제2 방열판(51c)에서 측정된 온도 및 설정온도(과열온도)보다 높은 경우 제어부(51a)는 스위칭부(52)를 제어하여 태양광 어레이(SA1)의 출력단을 상대적으로 낮은 온도를 갖는 제2 방열판(51c)에 실장된 제2 역전류 방지용 다이오드(D2)에 연결한다.
한편, 제어부(51a)는 비교 결과, 제1 방열판(51b)에서 측정된 온도가 제2 방열판(51c)에서 측정된 온도보다는 높지만 다이오드 손상이나 폭발 등으로 인한 화재를 유발할 수 있는 과열온도에 해당하는 설정온도보다 낮은 경우에는 현재 연결상태, 즉 스위칭부(52)의 스위칭 전환 없이 태양광 어레이(SA1)의 출력단과 제1 방열판(51b)에 실장된 제1 역전류 방지용 다이오드(D1) 간의 연결 상태를 그대로 유지한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예5에 따른 태양광 발전 시스템에서는 제1 및 제2 온도센서(S1, S2)를 통해 제1 및 제2 방열판(51b, 51c)의 온도를 감지하고, 이렇게 감지된 온도를 제어부(51a)를 통해 상호 비교한 후 그 결과에 따라 스위칭부(52)를 제어한다. 즉, 제1 및 제2 방열판(51b, 51c)의 온도(과열)에 따라 스위칭부(52)를 통해 교번적으로 해당 태양광 어레이와 역전류 방지용 다이오드 간의 연결을 스위칭함으로써 역전류 방지용 다이오드가 과열되는 것을 방지한다. 이를 통해 역전류 방지용 다이오드의 폭발로 인한 화재 등이 유발되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1, SA1~SAn : 태양광 어레이 M : 태양전지모듈
2 : 통합 접속반 3, 12 : 인버터
4, 13 : 분전반 11, 41 : 개별 접속반
21, 42 : 스위칭부 22 : 전압 검출부
23 : 보조 인버터 31 : 증폭부
D1 : 제1 역전류 방지용 다이오드 D2 : 제2 역전류 방지용 다이오드
41a : 감지센서(온도센서) 41b, 51b : 제1 방열판
41c, 51c : 제2 방열판 51a : 제어부
S1 : 제1 온도센서 S2 : 제2 온도센서

Claims (4)

  1. 각각 복수 개의 태양전지모듈을 구비하여 직류전력을 생산하는 복수 개의 태양광 어레이;
    상기 복수 개의 태양광 어레이의 출력단에 개별적으로 각각 하나씩 설치되어 해당 태양광 어레이로부터 출력되는 직류전력을 제공받아 각각 출력하는 복수 개의 개별 접속반; 및
    상기 복수 개의 개별 접속반 각각의 출력단이 병렬 연결되는 한 개의 케이블을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반과 각각 연결되고, 상기 케이블을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 각각 출력되는 직류전력을 제공받아 교류전력으로 변환하여 출력하는 인버터; 를 포함하고,
    상기 케이블은 양극(+)과 음극(-)용 2가닥으로 이루어지고,
    상기 복수 개의 개별 접속반은 각각 양극(+)과 음극(-)용 2가닥의 상기 케이블에 병렬 연결되고,
    상기 인버터는 양극(+)과 음극(-)용 2가닥으로 이루어진 상기 케이블의 출력단에 연결되어 상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 각각 출력되는 직류전력을 제공받는,
    시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별 접속반으로부터 출력되는 직류전력의 전압을 상기 인버터의 동작 입력전압과 동일 또는 그 이상으로 증폭시켜 상기 인버터로 출력하는 증폭부;
    스위칭 동작을 통해 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터 사이 또는 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 증폭부 사이 중 어느 하나를 연결하는 스위칭부; 및
    상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압을 검출하고, 검출된 전압의 크기에 따라 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 전압 검출부; 를 포함하고,
    상기 전압 검출부는 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 동일하거나 높은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 인버터가 연결되도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 복수 개의 개별 접속반을 통해 출력되는 직류전력의 전압이 상기 인버터의 동작 입력전압보다 낮은 경우 상기 복수 개의 개별 접속반과 상기 증폭부가 연결되도록 제어하는,
    시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별 접속반은 각각 상기 인버터에서 역류하는 역전류를 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드와, 서로 개별적으로 분리 설치되고 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드가 각각 실장되는 제1 및 제2 방열판을 포함하고,
    상기 태양광 어레이와 상기 개별 접속반 사이에 각각 설치되고, 스위칭 동작을 통해 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제2 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이를 연결하거나, 해당 개별 접속반과 인접하게 배치된 다른 개별 접속반에 설치된 제1 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이를 서로 연결하는 스위칭부; 및
    상기 개별 접속반 내에 각각 설치되어 해당 개별 접속반 내에 설치된 제2 방열판의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 감지센서; 를 더 포함하고,
    상기 감지센서는 상기 제2 방열판의 온도가 설정온도를 초과하는 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제2 역전류 방지용 다이오드와 해당 태양광 어레이 간의 연결을 차단하고, 해당 개별 접속반과 인접하게 배치된 다른 개별 접속반에 설치된 제1 역전류 방지용 다이오드를 해당 태양광 어레이와 연결하는,
    시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별 접속반은 각각 내부에 설치되고 상기 인버터에서 역류하는 역전류를 방지하는 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드와, 서로 개별적으로 분리 설치되고 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드가 각각 실장되는 제1 및 제2 방열판과, 상기 제1 및 제2 방열판의 온도를 각각 감지하는 제1 및 제2 온도센서와, 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 감지된 온도를 상호 비교하는 제어부를 포함하고,
    상기 태양광 어레이와 상기 개별 접속반 사이에 각각 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되어 스위칭 동작을 통해 해당 개별 접속반에 설치된 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드 중 어느 하나와 해당 태양광 어레이를 서로 연결하는 스위칭부; 를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 상기 제1 및 제2 방열판에서 측정된 온도를 제공받아 상호 비교한 후 다시 설정온도와 비교하고, 비교결과 측정된 온도들이 상기 설정온도보다 낮은 경우 현재 상기 스위칭부를 통한 연결을 그대로 유지하고, 높은 경우에는 상기 제1 및 제2 역전류 방지용 다이오드 중 상대적으로 높은 온도를 갖는 방열판에 실장된 다이오드와 해당 태양광 어레이와의 연결을 차단하는,
    시공 및 발전효율이 향상된 태양광 발전 시스템.
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