KR20230100402A - 태양광 모듈 전력보상시스템 - Google Patents

태양광 모듈 전력보상시스템 Download PDF

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KR20230100402A
KR20230100402A KR1020210190233A KR20210190233A KR20230100402A KR 20230100402 A KR20230100402 A KR 20230100402A KR 1020210190233 A KR1020210190233 A KR 1020210190233A KR 20210190233 A KR20210190233 A KR 20210190233A KR 20230100402 A KR20230100402 A KR 20230100402A
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photovoltaic
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이철송
손명주
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(주)이투지
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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 전력보상시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈에 대한 전력의 충방전이 가능한 전력보상장치를 연결하도록 하면서, 태양광 모듈의 발전량이 저하되는 경우 전력보상장치에 의해 전력저장장치에 저장된 전력을 태양광 모듈에 보상하거나 태양광 모듈을 바이패스시켜 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 저장하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하고 저렴한 비용으로 최대의 출력을 발생시킬 수 있도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 모듈 전력보상시스템{A Power Compensating System for Photovoltaic Module}
본 발명은 태양광 모듈 전력보상시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈에 대한 전력의 충방전이 가능한 전력보상장치를 연결하도록 하면서, 태양광 모듈의 발전량이 저하되는 경우 전력보상장치에 의해 전력저장장치에 저장된 전력을 태양광 모듈에 보상하거나 태양광 모듈을 바이패스시켜 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 저장하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하고 저렴한 비용으로 최대의 출력을 발생시킬 수 있도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템에 관한 것이다.
신재생에너지의 한 분야인 태양광 발전은 많은 장점으로 인해 최근 그 수요가 급증하고 있으며, 발전 효율을 높이기 위한 기술도 많이 발전해오고 있다. 특히, 최근에는 태양광 발전장치들이 건물 옥상이나 수상은 물론 건물일체형 태양광 발전장치(BIPV) 등 다양한 형태로 설치되고 있다.
태양광 발전의 경우 하나의 태양광 모듈 각각에서 생산되는 전력은 크지 않으므로, 복수의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 하나의 스트링을 이루도록 하고, 복수의 스트링을 병렬로 연결하여 전력을 생산·공급하도록 하고 있다.
다만, 태양광 발전은 일사량, 음영, 먼지, 열화 등의 영향으로 각 태양광 모듈에서 발생되는 전력이 시시각각 변하여 전체적인 발전 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이를 위해 파워옵티마이저라고 불려지는 마이크로 컨버터를 태양광 모듈마다 설치하도록 하고, 아래 특허문헌과 같이 발전량이 저하되는 경우 전압을 변환하여 MPPT(Maximum Power Point Tracking, 최대전력점추적) 제어를 수행함으로써 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 방법이 사용되고 있다.
그러나 스트링 내 태양광 모듈간의 부정합이 심해지는 경우 마이크로 컨버터의 출력전압이 OV가 되거나 동작 범위 이상의 전압으로 커질 수 있다는 문제가 있으며, 이러한 경우 태양광 모듈은 MPPT 제어를 멈추고 안전운전 모드로 동작해야 하는 한계가 있다.
(특허문헌) 등록특허공보 제10-1556386호(2015. 09. 22. 등록)"듀얼 MPPT를 이용하여 변환효율을 개선한 태양광 인버터"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 태양광 모듈에 대한 전력의 충방전이 가능한 전력보상장치를 연결하도록 하면서, 태양광 모듈의 발전량이 저하되는 경우 전력보상장치에 의해 전력저장장치에 저장된 전력을 태양광 모듈에 보상하거나 태양광 모듈을 바이패스시켜 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 저장하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하고 저렴한 비용으로 최대의 출력을 발생시킬 수 있도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 보상이 전력저장장치에 저장된 전력으로 가능한지 여부에 따라 전력보상장치에 의한 충방전을 조절하도록 함으로써, 전력보상장치를 통한 충방전이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 진단 대상 태양광 모듈을 제외한 나머지 태양광 모듈들의 평균전압값과 진단 대상 태양광 모듈의 전압값을 비교하여 그 저하정도에 따라 발전량 저하의 판단이 이루어지도록 하고, 또한 발전량 저하로 판단된 태양광 모듈의 전압값을 순차적으로 제외하여 최종 저하 모듈의 결정이 이루어지도록 함으로써, 발전량 저하 태양광 모듈의 정확한 진단이 가능하도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 설정된 단위기간동안 전력보상장치에 의해 충방전이 이루어지는 전력량을 합산하여 그 합산량에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 숫자와 배치를 조정하도록 함으로써, 시스템의 효율적인 운영이 가능하도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 태양광 모듈의 전압 저하 정도에 따라 고장, 고장의 위험, 점검 시기 등을 인지하여 알리도록 함으로써, 태양광 모듈의 효율적 관리가 가능하도록 하는 태양광 모듈 전력보상시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템은 태양광에 의해 전력을 생산하며, 복수개가 직렬로 연결되어 스트링을 형성하는 태양광 모듈과; 태양광 모듈과 연결되어 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대해 전력을 보상하는 전력보상장치와; 하나 이상의 전력보상장치와 연결되어 전력을 저장하며, 발전량이 저하된 태양광 모듈에 저장된 전력을 보상하거나 발전량이 저하된 태양광 모듈의 발전 전력을 전달받아 충전되는 전력저장장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 전력보상장치는 상기 태양광 모듈의 전압, 전류를 측정하는 측정부와, 태양광 모듈과 전력보상장치의 연결을 조절하는 스위칭회로부와, 태양광 모듈로부터 전력저장장치로 충전이 이루어지도록 하는 충전부와, 전력저장장치로부터 태양광 모듈로 전력이 공급되도록 하는 방전부와, 전력보상장치의 작동을 조절하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 스위칭회로부는 상기 전력보상장치가 연결되는 태양광 모듈 사이를 연결하는 모듈연결회로와, 상기 모듈연결회로에서 분기되어 태양광 모듈 양단으로 연결되는 모듈접속회로와, 상기 모듈접속회로 상에 분기되어 상기 충전부와 연결되는 충전연결회로와, 상기 방전부와 모듈연결회로를 연결하는 보상연결회로와, 상기 모듈접속회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈의 모듈연결회로에 대한 접속을 조절하는 모듈연결스위치와, 상기 모듈연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈에 대한 바이패스를 조절하는 바이패스스위치와, 상기 충전연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈과 충전부의 연결을 조절하는 충전연결스위치와, 상기 보상연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 방전부와 모듈연결회로 사이의 연결을 조절하는 보상연결스위치를 포함하고, 상기 모듈연결스위치는 태양광 모듈에 대한 입력측에 형성되는 입력연결스위치와, 태양광 모듈의 출력측에 형성되는 출력연결스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 중앙처리부는 발전량이 저하된 태양광 모듈들에 대해 보상 가능한 전력이 전력저장장치에 존재하는지 여부에 따라 전력을 보상하거나 또는 발전량이 저하된 태양광 모듈과의 연결을 전력보상장치로 전환시켜 생산된 전력을 전력보상장치로 충전하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 중앙처리부는 태양광 모듈들의 전압을 비교하여 발전량이 저하된 태양광 모듈을 결정하는 저하모듈결정부와, 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력보상장치의 충방전을 조절하는 충방전조절부를 포함하고, 상기 저하모듈결정부는 태양광 모듈들의 전압 정보를 수신하는 전압정보수신모듈과, 대상모듈을 제외한 나머지 태양광 모듈들의 평균전압값을 산정하는 평균전압산정모듈과, 평균전압값 대비 대상모듈의 저하 정도를 산출하는 저하율산출모듈과, 산출된 저하 정도가 설정된 정도를 초과하는 경우 대상 모듈을 발전량이 저하된 태양광 모듈로 지정하는 저하모듈지정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 충방전조절부는 전력보상장치로부터 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력의 보상을 보절하는 방전조절부와, 전력을 보상하기 위한 전력이 전력저장장치에 남아있지 않은 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 충전시키는 충전조절부를 포함하고, 상기 방전조절부는 태양광 모듈에 대한 최적출력을 설정하는 최적출력설정모듈과, 설정된 최적출력에 따라 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 보상 전력량을 산정하는 보상량산정모듈과, 전력저장장치에 남아있는 잔여전력을 측정하는 잔여전력측정모듈과, 전력저장장치에 남아있어야 할 전력 하한을 설정하는 전력하한설정모듈과, 전력 하한 이상에서 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력 보상이 가능한 경우 상기 방전부를 통해 전력저장장치로부터 태양광 모듈로 전력의 공급이 이루어지도록 하는 전력보상모듈을 포함하며, 상기 전력보상모듈은 상기 입력연결스위치가 연결된 상태에서 출력연결스위치를 오프시키고, 상기 충전연결스위치 및 보상연결스위치를 연결시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 충전조절부는 상기 방전조절부에 의해 전력을 보상할 전력이 전력저장장치에 남아있지 않은 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈들의 연결시와 연결을 끊었을 때의 전체 발전 전력을 비교하는 발전전력산정모듈과, 발전전력을 떨어뜨리는 태양광 모듈들을 연결을 끊을 태양광 모듈로 결정하는 충전모듈결정모듈과, 결정된 태양광 모듈들에 대해 모듈연결스위치 및 보상연결스위치의 접속을 해제하고 바이패스스위치 및 충전연결스위치를 연결하여 태양광 모듈들의 전력이 전력저장장치로 충전되도록 하는 바이패스충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 중앙처리부는 상기 저하모듈결정부에 의한 저하모듈의 결정 결과를 반영하여 저하모듈을 조정하는 저하모듈조정부를 포함하고, 상기 저하모듈조정부는 상기 저하모듈지정모듈에 의해 지정되는 발전량이 저하된 태양광 모듈 정보를 수신하는 결정정보수신모듈과, 발전량이 저하된 태양광 모듈의 전압 정보를 제외하고 평균전압값을 재산정하는 평균재산정모듈과, 태양광 모듈들에 대한 평균전압값 대비 저하 정도를 재산출하는 저하율재산출모듈과, 저하 정도의 재산출결과에 따라 발전량이 저하된 태양광 모듈을 최종 결정하는 최종저하결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 장치조정부는 상기 충방전조절부에 의한 충방전량에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 개수를 조정하는 장치조정부를 포함하고, 상기 장치조정부는 발전량이 저하된 태양광 모듈들에 대한 충방정조절부의 충방전정보를 수신하는 충방전정보수신모듈과, 각 전력보상장치를 통해 충방전이 이루어진 전력의 양을 합산하는 충방전량합산모듈과, 전력저장장치의 개수를 조정할 단위기간을 설정하는 단위기간설정모듈과, 설정된 단위기간동안의 각 전력보상장치로부터의 충방전 전력량의 합산값을 설정된 기준값과 비교하는 기준값비교모듈과, 설정된 기준값에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 개수를 결정하는 장치조정결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 중앙처리부는 태양광 모듈의 상태를 진단하는 상태진단부를 포함하고, 상기 상태진단부는 태양광 모듈의 평균값 대비 저하정도가 일정정도를 초과하여 지속되는 경우 태양광 모듈의 고장으로 진단하는 고장진단부를 포함하며, 상기 고장진단부는 상기 저하모듈결정부에 의해 산출되는 태양광 모듈의 평균전압값 대비 저하정도를 수신하는 전압저하수신모듈과, 전압의 저하정도가 고장으로 판단할 수 있는 설정된 정도를 초과하는 것을 감지하는 고장범위감지모듈과, 고장범위에서 연속되는 시간을 산정하는 연속시간산정모듈과, 연속시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 태양광 모듈의 고장으로 판단하여 이를 알리는 고장알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 상태진단부는 태양광 모듈의 전압 저하정도가 고장으로 진단되는 정도 이하의 일정 범위에서 반복되는 경우 고장 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 경고하는 이상경고부를 포함하고, 상기 이상경고부는 태양광 모듈의 평균값 대비 전압 저하정도가 고장으로 진단되는 정도 이하의 일정 범위에 도달하는 것을 감지하는 이상범위감지모듈과, 일정시간 단위로 이상범위에 도달하는 빈도를 산정하는 빈도산정모듈과, 상기 빈도산정모듈에 의해 산정되는 빈도가 설정된 빈도를 초과하는 반복횟수를 산출하는 반복횟수산출모듈과, 반복횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 고장 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 위험알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템에 있어서, 상기 상태진단부는 상기 고장진단부 또는 이상경고부에 의해 고장 또는 고장 위험으로 진단되지 않더라도 전압 저하가 누적되어 일정정도 이상 발생하는 경우 점검의 필요성이 있음을 인지하여 알리는 점검알림부를 포함하고, 상기 점검알림부는 태양광 모듈 전압의 평균값 대비 저하정도를 저장하는 저하정보저장모듈과, 저하정도를 누적하여 합산하는 누적합산모듈과, 합산값을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 합산값이 설정값을 초과하는 경우 점검의 필요성이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 점검지시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 태양광 모듈에 대한 전력의 충방전이 가능한 전력보상장치를 연결하도록 하면서, 태양광 모듈의 발전량이 저하되는 경우 전력보상장치에 의해 전력저장장치에 저장된 전력을 태양광 모듈에 보상하거나 태양광 모듈을 바이패스시켜 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 저장하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하고 저렴한 비용으로 최대의 출력을 발생시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 보상이 전력저장장치에 저장된 전력으로 가능한지 여부에 따라 전력보상장치에 의한 충방전을 조절하도록 함으로써, 전력보상장치를 통한 충방전이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 진단 대상 태양광 모듈을 제외한 나머지 태양광 모듈들의 평균전압값과 진단 대상 태양광 모듈의 전압값을 비교하여 그 저하정도에 따라 발전량 저하의 판단이 이루어지도록 하고, 또한 발전량 저하로 판단된 태양광 모듈의 전압값을 순차적으로 제외하여 최종 저하 모듈의 결정이 이루어지도록 함으로써, 발전량 저하 태양광 모듈의 정확한 진단이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 설정된 단위기간동안 전력보상장치에 의해 충방전이 이루어지는 전력량을 합산하여 그 합산량에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 숫자와 배치를 조정하도록 함으로써, 시스템의 효율적인 운영이 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 태양광 모듈의 전압 저하 정도에 따라 고장, 고장의 위험, 점검 시기 등을 인지하여 알리도록 함으로써, 태양광 모듈의 효율적 관리가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템의 구성도
도 2는 도 1의 전력보상장치의 구성도
도 3은 도 2의 중앙처리부의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 3의 저하모듈결정부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 3의 저하모듈조정부의 구성을 나타내는 블럭도
도 6은 도 3의 충방전조절부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 6의 방전조절부의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 6의 충전조절부의 구성을 나타내는 블럭도
도 9는 도 3의 장치조정부의 구성을 나타내는 블럭도
도 10은 도 3의 상태진단부의 구성을 나타내는 블럭도
이하에서는 본 발명에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 전력보상시스템을 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 태양광 모듈 전력보상시스템은 태양광에 의해 전력을 생산하며, 복수개가 직렬로 연결되어 스트링을 형성하는 태양광 모듈(1)과; 태양광 모듈(1)과 연결되어 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대해 전력을 보상하는 전력보상장치(2)와; 하나 이상의 전력보상장치(2)와 연결되어 전력을 저장하며, 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 저장된 전력을 보상하거나 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 발전 전력을 전달받아 충전되는 전력저장장치(3);를 포함한다.
상기 태양광 모듈 전력보상시스템은 최대전력에 맞추어 전압을 조정하는 기존의 MPPT 제어 시스템과는 달리 태양광 모듈(1)에 전력을 보상할 수 있는 전력보상장치(2)를 연결하여, 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되는 경우 발전량의 저하가 다른 태양광 모듈(1)에 영향을 미쳐 전체 발전량을 저하시키는 것을 방지하기 위해 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대해 전력의 보상이 이루어지도록 하여 최적의 전력을 맞출 수 있도록 한다. 특히 상기 태양광 모듈 전력보상시스템은 전력보상장치(2)에 전력저장장치(3)를 연결하여 태양광 모듈(1)로부터의 충방전이 가능하도록 하고, 보상할 만큼의 전력이 전력저장장치(3)에 저장되어 있는 경우에는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 전력을 보상하도록 하면서, 보상할 만큼의 전력이 전력저장장치(3)에 저장되어 있지 않은 경우에는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 연결을 전력보상장치(2)로 전환시켜 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에서 생상된 전력을 전력저장장치(3)에 충전시키도록 함으로써 특정 태양광 모듈(1)의 발전량 저하가 전체 발전량을 저하시키는 것을 막을 수 있도록 한다.
상기 태양광 모듈(1)은 태양광에 의해 전력을 생산하는 구성으로, 일반적인 태양광 발전장치로 형성될 수 있으며, 복수개가 직렬로 연결되어 스트링을 형성하도록 할 수 있다. 상기 태양광 모듈(1)은 그 전압이 측정되어 발전량 저하가 감지되도록 할 수 있으며, 상기 전력보상장치(2)가 연결되어 발전량이 저하될 경우 전력을 보상받거나 또는 생산된 전력을 전력보상장치(2)를 통해 전력저장장치(3)에 충전하도록 할 수 있다. 상기 태양광 모듈(1)은 각각에 전력보상장치(2)가 연결되도록 할 수도 있으나, 복수의 태양광 모듈(1)을 하나의 그룹으로 묶어 그룹마다 전력보상장치(2)가 연결되도록 할 수 있다. 이하에서 태양광 모듈(1)이라 함은 전력보상장치(2)가 연결되는 하나 이상의 태양광 모듈(1) 그룹을 의미한다.
상기 전력보상장치(2)는 태양광 모듈(1)의 저하된 발전량을 보상하는 장치로, 상기 전력저장장치(3)와 연결되어 전력저장장치(3)의 전력을 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 공급하거나 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 생산된 전력을 전력저장장치(3)에 충전시키도록 할 수 있다. 상기 전력보상장치(2)는 하나 이상의 태양광 모듈(1)과 연결되어 전력의 공급이 조절되도록 할 수 있으며, 복수의 전력보상장치(2) 마다 하나의 전력저장장치(3)가 연결되도록 할 수도 있다. 상기 전력보상장치(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 측정부(21), 스위칭회로부(22), 충전부(23), 방전부(24), 중앙처리부(25)를 포함할 수 있다.
상기 측정부(21)는 태양광 모듈(1)의 전압, 전류 등을 측정하는 구성으로, 전력보상장치(2)가 연결되는 하나 이상의 태양광 모듈(1) 마다 전압, 전류의 측정이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 스위칭회로부(22)는 태양광 모듈(1) 및 전력보상장치(2)의 연결을 조절하는 구성으로, 태양광 모듈(1)의 발전량 저하에 따라 전력보상장치(2)에 대한 연결이 조절되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 스위칭회로부(22)는 모듈연결회로(221), 모듈접속회로(222), 충전연결회로(223), 보상연결회로(224), 저장연결회로(225), 모듈연결스위치(226), 바이패스스위치(227), 충전연결스위치(228), 보상연결스위치(229), 저장연결스위치(230)를 포함할 수 있다.
상기 모듈연결회로(221)는 태양광 모듈(1) 사이를 연결하는 구성으로, 전력보상장치(2)가 연결되는 태양광 모듈(1)의 그룹 사이를 연결하는 회로로 형성될 수 있다.
상기 모듈접속회로(222)는 상기 모듈연결회로(221) 상에서 분기되어 태양광 모듈(1)과 연결되는 구성으로, 전력보상장치(2)가 연결되는 태양광 모듈(1)의 양단과 연결되도록 할 수 있다. 상기 모듈접속회로(222) 상에는 모듈연결스위치(226)가 형성되며, 태양광 모듈(1)의 입력측 모듈접속회로(222a) 상에는 후술할 입력연결스위치(226a)가, 출력측 모듈접속회로(222b) 상에는 출력연결스위치(226b)가 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 태양광 모듈(1)의 발전량 저하시 해당 태양광 모듈(1)의 전력을 전력저장장치(3)에 충전시키는 경우에는 모듈연결스위치(226)를 모두 오프시켜 태양광 모듈(1)의 발전전력이 다른 태양광 모듈(1)에 영향을 끼치지 않고 전력저장장치(3)로 충전되도록 할 수 있으며, 전력저장장치(3)의 전력을 발전량이 저하된 만큼 보상하도록 하는 경우에는 입력연결스위치(226a)만을 연결시킨 상태에서 출력연결스위치(226b)를 오프시키고, 상기 충전연결스위치(228) 및 보상연결스위치(229)를 온시키도록 하여 태양광 모듈(1)이 상기 방전부(24)와 직렬로 연결되도독 함으로써 전력 보상이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 충전연결회로(223)는 태양광 모듈(1)과 충전부(23)를 연결하는 구성으로, 상기 모듈접속회로(222), 더욱 정확하게는 출력측 모듈접속회로(222b) 상에 분기되어 충전부(23)와 연결되도록 할 수 있다.따라서, 상기 충전연결회로(223)는 태양광 모듈(1)의 발전 전력을 충전부(23)에 의해 전력저장장치(3)에 충전되도록 할 수 있으며, 또한 방전부(24)를 통한 보상시에도 태양광 모듈(1)의 발전 전력이 전력저장장치(3)에서 보상되는 전력과 합쳐져 모듈연결회로(221)로 전달되도록 할 수 있다.
상기 보상연결회로(224)는 상기 방전부(24)와 모듈연결회로(221)를 연결시키는 구성으로, 상기 전력보상장치(2)의 전력이 태양광 모듈(1)의 발전 전력과 함께 방전부(24)에 의해 모듈연결회로(221)로 전달되도록 할 수 있다.
상기 저장연결회로(225)는 전력보상장치(2)와 전력저장장치(3)를 연결하는 구성으로, 충전부(23) 및 방전부(24)와 전력저장장치(3)의 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 저장연결회로(225) 상에는 저장연결스위치(230)가 형성되어 연결이 조절되며, 충전부(23)에 의해 태양광 모듈(1)의 발전전력이 전력저장장치(3)로 충전되도록 하거나, 방전부(23)에 의해 전력저장장치(3)의 전력을 모듈연결회로(221)로 보상하도록 할 수 있다.
상기 모듈연결스위치(226)는 각 태양광 모듈(1)의 연결을 조절하는 구성으로, 상기 모듈접속회로(222) 상에 형성될 수 있다. 상기 모듈연결스위치(226)는 입력측 모듈접속회로(222a) 상에 형성되는 입력연결스위치(226a)와, 출력측 모듈접속회로(222b) 상에 형성되는 출력연결스위치(226b)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 모듈연결스위치(226)는 평상시 온 상태가 유지되어 태양광 모듈(1) 사이의 전력이 합쳐져 부하로 공급되도록 하며, 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되고, 저하된 발전량이 보상할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있지 않은 경우에는 모두 오프되어 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)과의 연결을 끊고 발전전력을 전력저장장치(3)에 충전시킬 수 있도록 한다. 또한, 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되고, 저하된 발전량을 보상할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있는 경우에는 입력연결스위치(226a)만을 온시킨 상태에서 출력연결스위치(226b)를 오프시키고, 충전연결스위치(228) 및 보상연결스위치(229)를 온시켜 전력의 보상이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 바이패스스위치(227)는 모듈연결회로(221) 상에 형성되어 온오프되는 구성으로, 평상시 오프 상태를 유지하며 상기 태양광 모듈(1)의 발전전력이 전력저장장치(3)에 충전되는 경우에는 연결되어 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)을 제외하고 다른 태양광 모듈(1)들 사이의 전력이 합쳐져 부하로 전달될 수 있도록 한다.
상기 충전연결스위치(228)는 상기 충전연결회로(223) 상에 형성되어 온오프되는 구성으로, 충전부(23)와 태양광 모듈(1)의 연결을 조절하도록 한다. 상기 충전연결스위치(228)는 평상시 오프 상태를 유지하며, 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되었을 경우에만 온 상태로 변경되어 태양광 모듈(1)의 전력이 전력저장장치(3)에 충전되도록 하거나 전력저장장치(3)의 전력과 함께 보상되도록 할 수 있다.
상기 보상연결스위치(229)는 상기 보상연결회로(224) 상에 형성되어 온오프되는 구성으로, 방전부(24)와 모듈연결회로(221)의 연결을 조절하도록 한다. 따라서, 상기 보상연결스위치(229)는 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되어 전력저장장치(3)의 전력이 보상되도록 할 경우 온 상태가 되도록 한다.
상기 저장연결스위치(230)는 저장연결회로(225) 상에 형성되어 온오프되는 구성으로, 태양광 모듈(1)의 발전량이 저하되었을 때 온 상태가 되어 태양광 모듈(1)의 발전 전력이 전력저장장치(3)에 충전되도록 하거나 전력저장장치(3)의 전력이 방전부(24)를 통해 모듈연결회로(221)에 보상되도록 할 수 있다.
상기 충전부(23)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 전력이 전력저장장치(3)로 충전될 수 있도록 하는 구성으로, 일 예로 하프브릿지 컨버터 등으로 형성될 수 있다.
상기 방전부(24)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 전력저장장치(3)의 전력을 공급하는 구성으로, 일 예로 벅부스트 컨버터 등으로 형성될 수 있다.
상기 중앙처리부(25)는 전력보상장치(2)의 작동을 조절하는 구성으로, 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)을 감지하여 전력의 보상 또는 전력저장장치(3)에 대한 충전이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 중앙처리부(25)는 태양광 모듈(1)의 평균 전압값을 이용하여 발전량 저하를 감지하도록 하면서 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 전압정보를 제외한 평균전압값을 이용하도록 하여 태양광 모듈(1)의 발전량 저하 감지에 대한 정확성을 높일 수 있도록 한다. 그리고 상기 중앙처리부(25)는 전력보상장치(2)에 의한 충방전량을 모니터링하여 전력저장장치(3) 또는 전력보상장치(2)의 개수를 조정하도록 할 수 있으며, 태양광 모듈(1)의 발전량 저하에 따라 상태를 진단하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 중앙처리부(25)는 저하모듈결정부(251), 저하모듈조정부(252), 충방전조절부(253), 장치조정부(254), 상태진단부(255)를 포함할 수 있다.
상기 저하모듈결정부(251)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)을 검출하는 구성으로, 태양광 모듈(1)의 전압값에 따라 발전량 저하를 진단하도록 한다. 특히, 상기 저하모듈결정부(251)는 진단 대상 태양광 모듈(1)을 제외한 나머지 태양광 모듈(1)들의 평균전압값에 대한 저하 정도로 발전량 저하를 판단하도록 하여 검출의 정확성을 높이도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 저하모듈결정부(251)는 전압정보수신모듈(251a), 평균전압산정모듈(251b), 저하율산출모듈(251c), 저하모듈지정모듈(251d)을 포함할 수 있다.
상기 전압정보수신모듈(251a)은 태양광 모듈(1)의 전압 정보를 수신하는 구성으로, 상기 측정부(21)에 의해 측정되는 전압정보를 수신할 수 있다.
상기 평균전압산정모듈(251b)은 동일한 스트링을 형성하는 태양광 모듈(1)들의 평균전압을 산정하는 구성으로, 발전량 저하를 판단하는 태양광 모듈(1)을 제외한 나머지 태양광 모듈(1)들의 평균전압을 산정하도록 한다.
상기 저하율산출모듈(251c)은 평균전압 대비 전압의 저하 정도를 산출하는 구성으로, 상기 평균전압산정모듈(251b)에 의해 산정되는 평균전압 대비 판단 대상 태양광 모듈(1) 전압의 저하된 비율을 산출하도록 한다.
상기 저하모듈지정모듈(251d)은 저하율산출모듈(251c)에 의해 산출된 저하 정도가 설정된 정도를 초과하는 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)로 지정하는 구성으로, 일 예로 30%를 초과하는 경우 발전량이 저하된 것으로 판단할 수 있다. 상기 저하모듈지정모듈(251d)에 의해 발전량이 저하된 것으로 판단된 태양광 모듈(1)에 대해서는 전력보상장치(2)에 의해 전력이 보상되거나 회로로부터 바이패스되어 생산된 전력이 전력저장장치(3)로 충전되도록 할 수 있다.
상기 저하모듈조정부(252)는 상기 저하모듈결정부(251)에 의한 결정 결과에 따라 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 재조정이 이루어지도록 하는 구성으로, 발전량이 저하된 것으로 판단된 태양광 모듈(1)의 전압 정보를 제외하고 평균값의 산정이 이루어지도록 한다. 상기 저하모듈결정부(251)는 태양광 모듈(1)의 전압이 측정되는 순간 각각의 태양광 모듈(1)을 제외한 나머지 태양광 모듈(1)의 평균전압값을 산정하여 각 태양광 모듈(1)에 대한 저하 정도를 산출하도록 하는바, 산정되는 평균전압값에는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 전압값도 포함되게 된다. 따라서, 상기 저하모듈조정부(252)는 상기 저하모듈결정부(251)에 의해 1차적으로 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)을 검출한 뒤 발전량이 저하된 것으로 판단된 태양광 모듈(1)의 전압값을 제외시켜 평균전압값을 재산정하도록 하고, 재산정된 평균전압값을 기준으로 다시 저하 정도의 산출 및 태양광 모듈(1)의 발전량 저하를 판단하도록 하여 발전량 저하 판단의 정확성을 높이도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 저하모듈결정부(251)는 결정정보수신모듈(252a), 평균재산정모듈(252b), 저하율재산출모듈(252c), 최종저하결정모듈(252d)을 포함할 수 있다.
상기 결정정보수신모듈(252a)은 상기 저하모듈결정부(251)에 의해 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)이 검출된 정보를 수신하는 구성으로, 수신된 결과를 반영하여 평균값의 재산정이 이루어지도록 한다.
상기 평균재산정모듈(252b)은 결정정보수신모듈(252a)에 의해 수신된 결과를 반영하여 평균전압값을 재산정하는 구성으로, 각 태양광 모듈(1)에 대한 발전량 저하 정도를 다시 판단하면서 각 태양광 모듈(1)을 제외한 나머지 태양광 모듈(1)의 평균전압값 산정시 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 전압값을 제외하고 평균값의 산정이 이루어지도록 한다.
상기 저하율재산출모듈(252c)은 평균재산정모듈(252b)에 의해 재산정된 평균전압값을 이용하여 각 태양광 모듈(1) 전압값의 저하 정도를 재산출하는 구성으로, 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 전압값을 제외하여 산정된 평균전압값 대비 저하 정도를 산출하도록 하여 정상상태에 대비해 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 정확한 검출이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 최종저하결정모듈(252d)은 최적으로 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)을 결정하는 구성으로, 저하율재산출모듈(252c)에 의한 재산출된 저하정도가 설정된 정도를 초과하는 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)로 최종 결정하도록 한다.
상기 충방전조절부(253)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대한 전력의 공급 및 태양광 모듈(1)로부터의 전력의 충전을 조절하는 구성으로, 보상해야할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있는지 여부에 따라 전력의 공급 및 충전을 조절하도록 한다. 상기 충방전조절부(253)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 보상해야 할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있는 경우 전력저장장치(3)의 전력을 방전시켜 태양광 모듈(1)의 발전 전력을 보상하도록 하며, 전력저장장치(3)의 전력이 부족한 경우에는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 연결을 끊어 전력보상장치(2)에 연결시키고, 태양광 모듈(1)에서 발전되는 전력이 전력보상장치(2)에 충전될 수 있도록 하며, 전력저장장치(3)의 전력량에 따라 충방전의 전환이 자동으로 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 충방전조절부(253)는 방전조절부(253a), 충전조절부(253b), 충방전전환부(253c)를 포함할 수 있다.
상기 방전조절부(253a)는 전력저장장치(3)로부터의 전력 보상을 조절하는 구성으로, 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대해 전력의 보상이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 방전조절부(253a)는 최적의 출력에 맞추어 저하된 발전량만큼 전력의 보상이 이루어지도록 하며, 보상해야할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있는 경우 전력을 보상하도록 한다. 이를 위해, 상기 방전조절부(253a)는 최적출력설정모듈(253a-1), 보상량산정모듈(253a-2), 잔여전력측정모듈(253a-3), 전력하한설정모듈(253a-4), 전력보상모듈(253a-5)을 포함할 수 있다.
상기 최적출력설정모듈(253a-1)은 태양광 모듈(1)에 대한 최적 출력을 설정하는 구성으로, 전압-전류 곡선에 의해 분석되는 최적의 출력을 설정하도록 한다.
상기 보상량산정모듈(253a-2)은 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대해 보상이 이루어져야 할 전력의 양을 산정하는 구성으로, 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대해 측정되는 전압, 전류를 이용하여 현재의 발전량과 최적 출력의 차이만큼을 보상해야 할 전력의 양으로 산정하도록 한다.
상기 잔여전력측정모듈(253a-3)은 전력저장장치(3)에 남아있는 전력의 양을 측정하는 구성으로, 상기 보상량산정모듈(253a-2)에 의해 산정되는 보상량만큼의 전력이 남아있는지 여부를 확인할 수 있도록 한다.
상기 전력하한설정모듈(253a-4)은 전력저장장치(3)에 남아있어야 할 최소의 전력량을 설정하는 구성으로, 전력저장장치(3)가 완전 방전되어 전력 보상이 이루어지지 못하는 것을 방지하기 위해 최소한으로 남아있어야 할 전력량을 설정하여 설정된 하한 이상으로 전력이 남는 경우에만 전력의 보상이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 전력보상모듈(253a-5)은 상기 방전부(24)에 의해 전력저장장치(3)의 전력을 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 보상하도록 하는 구성으로, 상기 보상량산정모듈(253a-2)에 의해 산정된 보상량만큼을 제외하고도 전력저장장치(3)에 전력하한설정모듈(253a-4)에 의해 설정된 하한값 이상으로 전력이 남는 경우 전력의 보상이 이루어지도록 한다. 상기 전력보상모듈(253a-5)은 상기 출력연결스위치(226b)를 오프시키도록 하며, 상기 충전연결스위치(228) 및 보상연결스위치(229)를 온시키도록 하여 태양광 모듈(1)과 방전부(24)가 직렬로 연결되도록 함으로써, 태양광 모듈(1)의 발전 전력과 전력저장장치(3)의 전력이 합쳐져 모듈연결회로(221)로 공급되도록 할 수 있다.
상기 충전조절부(253b)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)의 발전 전력을 전력저장장치(3)로 충전시키도록 하는 구성으로, 상기 방전조절부(253a)에 의해 보상되어야 할 전력이 전력저장장치(3)에 남아있지 않은 경우 해당 태양광 모듈(1)의 다른 태양광 모듈(1)과의 연결을 끊고 전력보상장치(2) 측으로 바이패스 시켜 전력의 충전이 이루어지도록 한다. 따라서, 태양광 모듈(1)의 발전량 저하가 다른 태양광 모듈(1)에 영향을 미쳐 전체 발전량을 저하시키는 것을 방지하고, 그럼에도 태양광 모듈(1)에 의해 발전된 전력이 전력저장장치(3)에 충전되도록 하여 전력이 버려지는 것을 방지함으로써 발전의 효율성을 높일 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 대한 충방전 방식을 취함에 따라 소용량의 전력저장장치(3)로도 발전 효율을 높이도록 할 수 있다. 상기 충전조절부(253b)는 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)이 복수개인 경우 연결을 끊는 태양광 모듈(1)의 개수에 따라 전체 발전 전력의 비교가 이루어지도록 할 수 있으며, 이를 통해 최적의 발전량을 유지할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 충전조절부(253b)는 발전전력산정모듈(253b-1), 충전모듈결정모듈(253b-2), 바이패스충전모듈(253b-3)을 포함할 수 있다.
상기 발전전력산정모듈(253b-1)은 연결을 끊는 태양광 모듈(1)의 개수에 따른 전체 발전전력을 산정하는 구성으로, 발전량 저하가 심한 태양광 모듈(1)부터 연결을 끊는 경우와 끊지 않는 경우의 발전량을 산정하여 비교가 이루어지도록 할 수 있으며, 발전량 저하의 순서대로 순차적으로 발전량의 비교가 이루어지도록 한다.
상기 충전모듈결정모듈(253b-2)은 다른 태양광 모듈(1)들과의 연결을 끊고 발전 전력을 전력저장장치(3)에 충전할 태양광 모듈(1)을 결정하는 구성으로, 발전량의 비교에 따라 연결을 끊는 것이 끊지 않은 경우에 비해 발전량이 높은 태양광 모듈(1)들을 연결을 끊을 모듈로 결정하도록 한다.
상기 바이패스충전모듈(253b-3)은 연결을 끊을 것으로 결정된 태양광 모듈(1)의 발전 전력을 전력저장장치(3)에 충전시키도록 하는 구성으로, 상기 충전부(23)의 작동을 통해 충전이 이루어지도록 한다. 따라서, 상기 바이패스충전모듈(253b-3)은 모듈연결스위치(226) 모두의 연결을 오프시키면서 바이패스스위치(227) 및 충전연결스위치(228)를 온시켜 태양광 모듈(1)의 발전 전력이 충전부(23)를 통해 전력저장장치(3)로 저장되도록 한다.
상기 충방전전환부(253c)는 방전조절부(253a) 및 충전조절부(253b)의 작동을 자동으로 전환하는 구성으로, 방전조절부(253a)에 의한 전력보상시 전력저장장치(3)의 전력이 전력하한설정모듈(253a-4)에 의해 설정된 하한값에 도달하는 경우 자동으로 충전조절부(253b)로 작동이 전환되도록 할 수 있으며, 또한 충전조절부(253b)에 의한 전력저장장치(3)의 충전시 전력저장장치(3)의 충전이 완료되는 경우 자동으로 방전조절부(253a)로 작동이 전환되도록 할 수 있다.
상기 장치조정부(254)는 전력보상장치(2) 또는 전력저장장치(3)의 개수를 조정하는 구성으로, 특정 전력보상장치(2)에 의해 충방전되는 전력의 양이 과다한 경우 연결되는 전력저장장치(3)의 개수를 늘리거나 또는 전력보상장치(2)의 개수를 늘릴 수 있도록 한다. 전력보상장치(2)에 의한 충방전량이 많다는 것은 전력보상장치(2)와 연결된 하나 이상의 태양광 모듈(1)의 환경, 기능 상태가 좋지 못한 것을 의미하므로, 전력저장장치(3) 또는 전력저장장치(3)의 개수를 늘려 장치의 부하를 줄이고 원활한 전력의 충방전이 이루어질 수 있도록 한다. 물론 이와 반대로 충방전량이 적은 경우 전력저장장치(3) 또는 전력보상장치(2)의 개수를 줄이도록 할 수도 있다. 이를 위해, 상기 장치조정부(254)는 충방전정보수신모듈(254a), 충방전량합산모듈(254b), 단위기간설정모듈(254c), 기준값비교모듈(254d), 장치조정결정모듈(254e)을 포함할 수 있다.
상기 충방전정보수신모듈(254a)은 상기 전력보상장치(2)에 의한 충방전정보를 수신하는 구성으로, 충방전되는 전력량에 관한 정보를 수신하도록 한다.
상기 충방전량합산모듈(254b)은 각 전력보상장치(2)에 대한 충방전량을 합산하는 구성으로, 상기 충방전정보수신모듈(254a)에 의해 수신되는 정보를 합산하도록 한다.
상기 단위기간설정모듈(254c)은 장치의 개수를 조정할 단위기간을 설정하는 구성으로, 단위기간에 대한 충방전량을 합산하여 개수 조정을 결정하도록 한다.
상기 기준값비교모듈(254d)은 단위기간별로 합산되는 충방전량을 설정된 기준값과 비교하는 구성으로, 전력보상장치(2)와 연결되는 태양광 모듈(1)의 개수, 사양 등에 따라 기준값의 설정이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 기준값비교모듈(254d)은 충방전량을 복수개의 구간으로 나누어 기준값이 설정되도록 할 수 있으며, 기준값에 따라 적정한 전력저장장치(3) 및 전력보상장치(2)의 개수를 설정하도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 기준값비교모듈(254d)은 일정 기준값을 초과하는 경우 전력보상장치(2)의 개수를 늘리도록 설정할 수 있으며, 일정 기준값보다 더 높은값의 기준값을 초과하는 경우 전력보상장치(2)의 개수를 늘려 전력보상장치(2)의 부하를 줄이도록 설정할 수 있다. 또한, 충방전량이 현저하게 낮은 경우에는 전력보상장치(2) 또는 전력저장장치(3)의 개수를 줄이도록 기준값을 설정하도록 할 수 있다.
상기 장치조정결정모듈(254e)은 각 전력보상장치(2)의 충방전량과 기준값을 비교하여 전력보상장치(2) 또는 전력저장장치(3)의 개수를 결정하는 구성으로, 기준값의 각 단계에 따라 전력보상장치(2) 또는 전력저장장치(3)의 개수가 결정되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 장치조정결정모듈(254e)은 전력보상장치(2)의 충방전량이 일정 기준값을 초과하는 경우 전력저장장치(3)의 개수를 늘리도록 할 수 있으며, 더욱 높은 수준의 기준값을 초과하는 경우에는 전력보상장치(2) 자체를 늘리도록 할 수 있고, 그 반대로 전력저장장치(3) 또는 전력보상장치(2)의 개수를 줄이도록 할 수도 있다.
상기 상태진단부(255)는 태양광 모듈(1)의 상태를 진단하는 구성으로, 태양광 모듈(1) 전압의 저하 정도에 따라 상태 진단이 이루어지도록 한다. 상기 상태진단부(255)는 상기 저하모듈조정부(252)에 의한 전압 저하 정도에 따라 상태를 진단하도록 할 수 있으며, 전압 저하 정도가 과도하게 높은 상태가 지속되는 경우 태양광 모듈(1)의 고장으로 진단할 수 있다. 또한, 상기 상태진단부(255)는 고장으로 진단되지 않더라도 전압 저하 정도가 고장으로 진단되는 범위 이하의 일정 범위에서 반복되는 경우에는 고장 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 알리도록 할 수 있고, 또한 전압 저하가 고장 또는 고장 위험으로 진단되지 않더라도 장시간에 걸쳐 지속되어 일정정도 누적되는 경우에는 점검의 필요성을 알려 고장이 발생하기 전에 태양광 모듈(1)의 관리가 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 상태진단부(255)는 고장진단부(255a), 이상경고부(255b), 점검알림부(255c)를 포함할 수 있다.
상기 고장진단부(255a)는 태양광 모듈(1)의 고장을 진단하는 구성으로, 전압 저하 정도가 일정정도를 초과하여 지속되는 경우 고장으로 진단하도록 한다. 이를 위해, 상기 고장진단부(255a)는 전압저하수신모듈(255a-1), 고장범위감지모듈(255a-2), 연속시간산정모듈(255a-3), 고장알림모듈(255a-4)을 포함할 수 있다.
상기 전압저하수신모듈(255a-1)은 태양광 모듈(1)의 전압이 저하되는 정보를 수신하는 구성으로, 상기 저하율산출모듈(251c) 또는 저하율재산출모듈(252c)에 의해 산출되는 전압 저하 정도에 관한 정보를 수신하도록 할 수 있다.
상기 고장범위감지모듈(255a-2)은 태양광 모듈(1)의 전압 저하 정도가 고장으로 판단되는 값을 초과하는 것을 감지하는 구성으로, 일 예로 70%의 전압 저하가 발생한 경우 고장으로 감지하도록 할 수 있다.
상기 연속시간산정모듈(255a-3)은 태양광 모듈(1)의 전압 저하 정도가 고장범위에서 연속되는 시간을 산정하는 구성으로, 일시적인 그늘, 먼지, 오염물 등에 의해 태양광 모듈(1)의 전압이 떨어질 수 있으므로, 이러한 영향을 제거하고 정확한 고장 진단이 가능하도록 하기 위해 연속되는 시간을 산정하도록 한다.
상기 고장알림모듈(255a-4)은 태양광 모듈(1)의 고장으로 판단하여 이를 알리도록 하는 구성으로, 고장범위에서 일정시간 이상 연속되는 경우 고장으로 판단하도록 한다.
상기 이상경고부(255b)는 고장 위험이 있음을 알리는 구성으로, 태양광 모듈(1) 전압의 저하 정도가 고장으로 진단되는 값 이하의 일정 범위에서 반복되는 경우 고장 위험이 있는 것으로 인지하여 이를 알리도록 한다. 따라서, 상기 이상경고부(255b)는 고장이 발생하기 전에 고장 위험 징후를 미리 감지하여 알리도록 함으로써, 고장이 발생하기 전에 태양광 모듈(1)에 대한 확인이 이루어질 수 있으므로, 고장 발생에 따른 손실, 피해를 줄이도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 이상경고부(255b)는 이상범위감지모듈(255b-1), 빈도산정모듈(255b-2), 반복횟수산출모듈(255b-3), 위험알림모듈(255b-4)을 포함할 수 있다.
상기 이상범위감지모듈(255b-1)은 전압의 저하 정도가 고장으로 진단되는 범위 이하의 일정 범위에 도달하는 것을 감지하는 구성으로, 일 예로 50%~70%에 도달하는 것을 감지하도록 할 수 있다.
상기 빈도산정모듈(255b-2)은 이상범위에 도달하는 빈도를 산정하는 구성으로, 일정시간 간격으로 이상범위에 머무르는 시간의 비율을 빈도로 산정하도록 할 수 있다.
상기 반복횟수산출모듈(255b-3)은 빈도산정모듈(255b-2)에 의해 산정되는 빈도가 설정된 값을 초과하는 반복횟수를 산출하는 구성으로, 일정시간 마다 빈도를 산정하여 산정된 빈도가 설정값을 초과하는 횟수를 산출하도록 한다.
상기 위험알림모듈(255b-4)은 반복횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 고장이 발생할 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 구성으로, 고장이 발생하기 전에 고장 위험을 알려 고장에 대한 선제적인 대처가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 점검알림부(255c)는 태양광 모듈(1)의 고장 또는 고장 위험으로 진단되지는 않더라도 전압 저하 정도의 누적값이 일정값을 초과하는 경우에는 점검의 필요성이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 구성으로, 전압 저하가 지속적으로 발생하는 태양광 모듈(1)에 대해 적절한 시기에 점검을 실시하여 고장 발생률을 낮추고 성능, 효율의 유지가 가능하도록 한다. 이를 위해, 상기 점검알림부(255c)는 저하정보저장모듈(255c-1), 누적합산모듈(255c-2), 설정값비교모듈(255c-3), 점검지시모듈(255c-4)을 포함할 수 있다.
상기 저하정보저장모듈(255c-1)은 전압의 저하 정보를 저장하는 구성으로, 전압이 저하되는 정도에 관한 정보를 누적하여 저장하도록 한다.
상기 누적합산모듈(255c-2)은 저하정보저장모듈(255c-1)에 의해 저장되는 전압 저하 정도에 관한 정보를 합산하는 구성으로, 각 태양광 모듈(1)별로 전압 저하 정도가 합산되도록 할 수 있다.
상기 설정값비교모듈(255c-3)은 누적합산모듈(255c-2)에 의해 합산되는 값을 설정값과 비교하는 구성으로, 점검의 필요성이 있을만큼의 합산값을 설정값으로 설정하여 비교가 이루어지도록 한다.
상기 점검지시모듈(255c-4)은 전압 저하 정도의 합산값이 설정값을 초과하는 경우 점검의 필요성이 있음을 알리는 구성으로, 해당 태양광 모듈(1)에 대한 상태 점검이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 전력저장장치(3)는 전력을 저장하는 구성으로, 상기 전력보상장치(2)와 연결되어 발전량이 저하된 태양광 모듈(1)에 전력을 보상하거나 태양광 모듈(1)로부터 전력을 공급받아 충전되도록 할 수 있다. 상기 전력저장장치(3)는 하나 이상의 전력보상장치(2)에 연결되도록 할 수 있으며, 상기 장치조정부(254)에 의해 그 개수가 조정되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 전력저장장치(3)는 소형으로 형성되어 적절한 개수로 전력보상장치(2)와 연결되므로 장치의 소형화가 가능하도록 할 수 있으며, 이를 통해 소형의 가정용 태양광 발전 설비에도 적용되도록 할 수 있다. 또한, 상기 전력저장장치(3)는 급속 충전이 가능한 슈퍼캐패시터로 형성될 수 있으며, 이를 통해 상기 충전조절부(253b)에 의한 충전시간을 최소화하고, 전력 보상을 통해 발전 전력을 극대화하도록 할 수 있다. 또한, 상기 전력저장장치(3)는복수의 전력보상장치(2)에 연결되어 전력을 충방전할 수 있으므로, 저렴한 비용으로 시스템의 구성이 이루어지도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 태양광 모듈 2: 전력보상장치 21: 측정부
22: 스위칭회로부 221: 모듈연결회로 222: 모듈접속회로
223: 충전연결회로 224: 보상연결회로 225: 저장연결회로
226: 모듈연결스위치 227: 바이패스스위치 228: 충전연결스위치
229: 보상연결스위치 230: 저장연결스위치 23: 충전부
24: 방전부 25: 중앙처리부 251: 저하모듈결정부
252: 저하모듈조정부 253: 충방전조절부 253a: 방전조절부
253b: 충전조절부 253c: 충방전전환부 254: 장치조정부
255: 상태진단부 255a: 고장진단부 255b: 이상경고부
255c점검알림부

Claims (12)

  1. 태양광에 의해 전력을 생산하며, 복수개가 직렬로 연결되어 스트링을 형성하는 태양광 모듈과;
    태양광 모듈과 연결되어 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대해 전력을 보상하는 전력보상장치와;
    하나 이상의 전력보상장치와 연결되어 전력을 저장하며, 발전량이 저하된 태양광 모듈에 저장된 전력을 보상하거나 발전량이 저하된 태양광 모듈의 발전 전력을 전달받아 충전되는 전력저장장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력보상장치는
    상기 태양광 모듈의 전압, 전류를 측정하는 측정부와, 태양광 모듈과 전력보상장치의 연결을 조절하는 스위칭회로부와, 태양광 모듈로부터 전력저장장치로 충전이 이루어지도록 하는 충전부와, 전력저장장치로부터 태양광 모듈로 전력이 공급되도록 하는 방전부와, 전력보상장치의 작동을 조절하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭회로부는
    상기 전력보상장치가 연결되는 태양광 모듈 사이를 연결하는 모듈연결회로와, 상기 모듈연결회로에서 분기되어 태양광 모듈 양단으로 연결되는 모듈접속회로와, 상기 모듈접속회로 상에 분기되어 상기 충전부와 연결되는 충전연결회로와, 상기 방전부와 모듈연결회로를 연결하는 보상연결회로와, 상기 모듈접속회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈의 모듈연결회로에 대한 접속을 조절하는 모듈연결스위치와, 상기 모듈연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈에 대한 바이패스를 조절하는 바이패스스위치와, 상기 충전연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 태양광 모듈과 충전부의 연결을 조절하는 충전연결스위치와, 상기 보상연결회로 상에 온오프되도록 형성되어 방전부와 모듈연결회로 사이의 연결을 조절하는 보상연결스위치를 포함하고,
    상기 모듈연결스위치는,
    태양광 모듈에 대한 입력측에 형성되는 입력연결스위치와, 태양광 모듈의 출력측에 형성되는 출력연결스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 중앙처리부는
    발전량이 저하된 태양광 모듈들에 대해 보상 가능한 전력이 전력저장장치에 존재하는지 여부에 따라 전력을 보상하거나 또는 발전량이 저하된 태양광 모듈과의 연결을 전력보상장치로 전환시켜 생산된 전력을 전력보상장치로 충전하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙처리부는
    태양광 모듈들의 전압을 비교하여 발전량이 저하된 태양광 모듈을 결정하는 저하모듈결정부와, 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력보상장치의 충방전을 조절하는 충방전조절부를 포함하고,
    상기 저하모듈결정부는,
    태양광 모듈들의 전압 정보를 수신하는 전압정보수신모듈과, 대상모듈을 제외한 나머지 태양광 모듈들의 평균전압값을 산정하는 평균전압산정모듈과, 평균전압값 대비 대상모듈의 저하 정도를 산출하는 저하율산출모듈과, 산출된 저하 정도가 설정된 정도를 초과하는 경우 대상 모듈을 발전량이 저하된 태양광 모듈로 지정하는 저하모듈지정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 충방전조절부는
    전력보상장치로부터 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력의 보상을 보절하는 방전조절부와, 전력을 보상하기 위한 전력이 전력저장장치에 남아있지 않은 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈에 의해 생산된 전력을 전력저장장치에 충전시키는 충전조절부를 포함하고,
    상기 방전조절부는,
    태양광 모듈에 대한 최적출력을 설정하는 최적출력설정모듈과, 설정된 최적출력에 따라 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 보상 전력량을 산정하는 보상량산정모듈과, 전력저장장치에 남아있는 잔여전력을 측정하는 잔여전력측정모듈과, 전력저장장치에 남아있어야 할 전력 하한을 설정하는 전력하한설정모듈과, 전력 하한 이상에서 발전량이 저하된 태양광 모듈에 대한 전력 보상이 가능한 경우 상기 방전부를 통해 전력저장장치로부터 태양광 모듈로 전력의 공급이 이루어지도록 하는 전력보상모듈을 포함하며,
    상기 전력보상모듈은,
    상기 입력연결스위치가 연결된 상태에서 출력연결스위치를 오프시키고, 상기 충전연결스위치 및 보상연결스위치를 연결시키도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 충전조절부는
    상기 방전조절부에 의해 전력을 보상할 전력이 전력저장장치에 남아있지 않은 경우 발전량이 저하된 태양광 모듈들의 연결시와 연결을 끊었을 때의 전체 발전 전력을 비교하는 발전전력산정모듈과, 발전전력을 떨어뜨리는 태양광 모듈들을 연결을 끊을 태양광 모듈로 결정하는 충전모듈결정모듈과, 결정된 태양광 모듈들에 대해 모듈연결스위치 및 보상연결스위치의 접속을 해제하고 바이패스스위치 및 충전연결스위치를 연결하여 태양광 모듈들의 전력이 전력저장장치로 충전되도록 하는 바이패스충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 중앙처리부는
    상기 저하모듈결정부에 의한 저하모듈의 결정 결과를 반영하여 저하모듈을 조정하는 저하모듈조정부를 포함하고,
    상기 저하모듈조정부는,
    상기 저하모듈지정모듈에 의해 지정되는 발전량이 저하된 태양광 모듈 정보를 수신하는 결정정보수신모듈과, 발전량이 저하된 태양광 모듈의 전압 정보를 제외하고 평균전압값을 재산정하는 평균재산정모듈과, 태양광 모듈들에 대한 평균전압값 대비 저하 정도를 재산출하는 저하율재산출모듈과, 저하 정도의 재산출결과에 따라 발전량이 저하된 태양광 모듈을 최종 결정하는 최종저하결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 장치조정부는
    상기 충방전조절부에 의한 충방전량에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 개수를 조정하는 장치조정부를 포함하고,
    상기 장치조정부는,
    발전량이 저하된 태양광 모듈들에 대한 충방정조절부의 충방전정보를 수신하는 충방전정보수신모듈과, 각 전력보상장치를 통해 충방전이 이루어진 전력의 양을 합산하는 충방전량합산모듈과, 전력저장장치의 개수를 조정할 단위기간을 설정하는 단위기간설정모듈과, 설정된 단위기간동안의 각 전력보상장치로부터의 충방전 전력량의 합산값을 설정된 기준값과 비교하는 기준값비교모듈과, 설정된 기준값에 따라 전력저장장치 또는 전력보상장치의 개수를 결정하는 장치조정결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 중앙처리부는
    태양광 모듈의 상태를 진단하는 상태진단부를 포함하고,
    상기 상태진단부는 태양광 모듈의 평균값 대비 저하정도가 일정정도를 초과하여 지속되는 경우 태양광 모듈의 고장으로 진단하는 고장진단부를 포함하며,
    상기 고장진단부는,
    상기 저하모듈결정부에 의해 산출되는 태양광 모듈의 평균전압값 대비 저하정도를 수신하는 전압저하수신모듈과, 전압의 저하정도가 고장으로 판단할 수 있는 설정된 정도를 초과하는 것을 감지하는 고장범위감지모듈과, 고장범위에서 연속되는 시간을 산정하는 연속시간산정모듈과, 연속시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 태양광 모듈의 고장으로 판단하여 이를 알리는 고장알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 상태진단부는
    태양광 모듈의 전압 저하정도가 고장으로 진단되는 정도 이하의 일정 범위에서 반복되는 경우 고장 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 경고하는 이상경고부를 포함하고,
    상기 이상경고부는,
    태양광 모듈의 평균값 대비 전압 저하정도가 고장으로 진단되는 정도 이하의 일정 범위에 도달하는 것을 감지하는 이상범위감지모듈과, 일정시간 단위로 이상범위에 도달하는 빈도를 산정하는 빈도산정모듈과, 상기 빈도산정모듈에 의해 산정되는 빈도가 설정된 빈도를 초과하는 반복횟수를 산출하는 반복횟수산출모듈과, 반복횟수가 설정된 횟수를 초과하는 경우 고장 위험이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 위험알림모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 상태진단부는
    상기 고장진단부 또는 이상경고부에 의해 고장 또는 고장 위험으로 진단되지 않더라도 전압 저하가 누적되어 일정정도 이상 발생하는 경우 점검의 필요성이 있음을 인지하여 알리는 점검알림부를 포함하고,
    상기 점검알림부는,
    태양광 모듈 전압의 평균값 대비 저하정도를 저장하는 저하정보저장모듈과, 저하정도를 누적하여 합산하는 누적합산모듈과, 합산값을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 합산값이 설정값을 초과하는 경우 점검의 필요성이 있는 것으로 판단하여 이를 알리는 점검지시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 전력보상시스템.
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CN117674689A (zh) * 2023-12-01 2024-03-08 江苏宏润光电科技有限公司 一种多模式的光伏电池系统及其控制方法

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CN117117862A (zh) * 2023-10-24 2023-11-24 广东阳升建设工程有限公司 一种太阳能光伏系统运行状态智能分析方法及系统
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