KR101065786B1 - PV system and its operation method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 태양광을 흡수하는 복수개의 태양전지가 직/병렬로 연결된 태양전지 모듈; 상기 태양전지 모듈의 단자와 병렬로 연결된 복수개의 전력변환장치; 및 상기 전력변환장치를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수개의 전력변환장치의 각각의 정격용량이 서로 다른 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system and its operation method, comprising: a solar cell module in which a plurality of solar cells absorbing sunlight are connected in series / parallel; A plurality of power converters connected in parallel with the terminals of the solar cell module; And a controller for controlling the power converter, wherein each of the plurality of power converters has a different rated capacity.
이와 같은 본 발명을 제공하게 되면, 간단한 전력변환장치의 배치구성 및 운용방법을 통하여, 부하의 넓은 영역에 대응하여 높은 효율을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공할 뿐 아니라, 스위칭 신호의 차이에 따른 종래의 정격용량 초과라는 사고를 미연에 방지하여 안정적이고, 고효율의 태양광 발전 시스템 및 그 발전 운용방법을 제공하게 된다.When providing the present invention as described above, through a simple configuration and operation method of the power converter, not only to provide a photovoltaic power generation system having a high efficiency corresponding to a wide range of load, but also according to the conventional switching signal difference By preventing accidents exceeding the rated capacity of the device in advance, it provides a stable, high efficiency solar power generation system and its power generation operation method.
태양전지, 전력변환장치, PCS, IGBT Solar Cell, Power Inverter, PCS, IGBT
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 전력변환장치의 배치구성 및 운용방법을 통하여, 부하의 넓은 영역에 대응하여 높은 효율을 갖는 태양광 발전 시스템 및 그 제공방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system and a method of operating the same, and more particularly, to a photovoltaic power generation system having a high efficiency corresponding to a wide range of loads through a simple configuration and operation method of a power converter, and a provision thereof. The invention relates to a method.
현재 전 세계적으로 에너지 의존도가 가장 높은 화력과 원자력 발전은 자원의 고갈과 환경 및 안정성 등의 문제로 인해 대체 에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 그 중에서도 태양광 발전은 유지보수비가 거의 들지 않으며, 무한한 청정에너지라는 관점에서 상당한 각광을 받으며, 현재에도 많은 연구가 이루어지고 있다. Currently, the world's most energy-dependent coal and nuclear power plants continue to increase their interest in alternative energy due to resource depletion, environmental and stability issues. Among them, photovoltaic power generation has almost no maintenance cost, receives considerable attention from the viewpoint of infinite clean energy, and many studies have been made even now.
현재 태양광 전원은 배터리 충전기, 펌프, 가정 전원, 가로등, 인공위성의 전원시스템과 같이 폭넓은 분야에 사용되고 있다. 그러나 태양광 발전 시스템은 태양 전지 모듈을 비롯한 시스템의 고가로 인한 실용화 보급에 다소 제한을 받고 있는 실정이다.Currently, solar power is used in a wide range of applications such as battery chargers, pumps, home power supplies, street lights, and satellite power systems. However, the photovoltaic power generation system is somewhat limited in the spread of practical use due to the high price of the system including the solar cell module.
따라서 최근 제조원가를 줄이거나 효율 개선을 통하여 실용화시기를 앞당기 기 위한 노력과 더불어 인버터 등 주변 장치의 저가화 및 고효율화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.As a result, recent efforts have been made to reduce the manufacturing cost or improve the efficiency, and to research the lower cost and higher efficiency of peripheral devices such as inverters.
태양전지는 낮은 변환 효율을 갖고 있어 전체 시스템의 단가를 줄이는 대안은 전력변환 장치의 고효율화와 태양전지로부터 최대 에너지를 발생하도록 제어하는 것으로 일반적인 태양광 발전시스템은 태양전지의 DC 출력을 원하는 레벨의 DCAs solar cells have low conversion efficiency, an alternative to reducing the cost of the entire system is to increase the efficiency of power conversion devices and control them to generate maximum energy from solar cells.
전압으로 변환하기 위해 DC/DC 컨버터를 적용하게 되며, 입·출력 전압의 조건에 따라 승압형(boost), 강압형(buck), 승강압(buck-boost) 형태로 되어 있다.DC / DC converter is applied to convert to voltage, and it is in the form of boost, buck, and buck-boost according to the condition of input and output voltage.
상기한 컨버터는 최대전력점 추종(MPPT: maximum power point tracking)과 동시에 출력전압 또는 출력전류를 일정하게 유지하기 위해 PWM 스위칭 기법을 적용하게 된다. 출력전압의 리플을 저감시키는 관점에서는 고주파 스위칭이 유리하지만, 스위칭 손실에 따른 전체 시스템의 효율 저하와 EMI 노이즈 등의 문제를 고려하여야 한다.The converter applies a PWM switching technique to maintain a constant output voltage or output current at the same time as maximum power point tracking (MPPT). High frequency switching is advantageous from the point of view of reducing the ripple of the output voltage, but it is necessary to consider the problems such as the reduction of the efficiency of the entire system due to the switching loss and the EMI noise.
태양광 발전시스템의 출력을 증가시키는 방법으로는 컨버터 모듈을 병렬 접속하여 전체 출력을 증가시키는 방법이 널리 이용된다. 그러나 여러 대의 컨버터가 동일한 입력과 출력단을 가지고 동일한 스위칭 신호에 의해 구동이 될 경우, 각 컨버터의 전류는 불균형이 발생하기 쉽다. 병렬로 접속된 컨버터들의 파라메타가 현실적으로 정확히 동일할 수 없으며, 이로인해 스위칭 신호의 시비율에 미소한 차이를 발생 시키게 된다.As a method of increasing the output of the photovoltaic power generation system, a method of increasing the total output by connecting the converter modules in parallel is widely used. However, if several converters have the same input and output stages and are driven by the same switching signal, the current of each converter is likely to be unbalanced. The parameters of the converters connected in parallel cannot be exactly the same in reality, resulting in a slight difference in the ratio of the switching signals.
따라서 동일한 신호가 각각의 컨버터 스위치의 제어 신호로 주어지더라도, 각 스위치의 게이트 신호에는 약간의 차이가 나타나게 되므로, 상대적으로 가장 큰 도통비를 가지는 컨버터는 전류 연속 모드로 동작하게 되고 나머지 컨버터들은 전류불연속으로 동작하게 된다. 이후 부하를 증가 시킨다면 전류 연속 모드로 동작하는 컨버터는 더욱 더 전류가 증가되어 스위치의 전류정격을 벗어나게 된다.Therefore, even if the same signal is given as the control signal of each converter switch, there is a slight difference in the gate signal of each switch, so that the converter having the largest conduction ratio operates in the continuous current mode and the other converters It will operate discontinuously. After increasing the load, the converter operating in the continuous current mode will increase the current more and more, out of the switch's current rating.
또한, 일반적으로 태양광 발전용 전력변환장치는 부하에 따른 효율은 일정한 부하 이상에서만 원하는 효율을 얻을 수 있으며 부하가 특정값 이하로 내려가면 효율은 급감하게 된다. In addition, in general, the power conversion device for photovoltaic power generation can obtain a desired efficiency only when a certain load is higher than a predetermined load, and the efficiency decreases rapidly when the load falls below a specific value.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템의 간략한 블럭 구성도를 예시한 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 다수개의 태양전지가 직/병렬로 연결되어 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지모듈, 상기 모듈로부터 입력전력을 받아들여 부하에 전력을 공급하기 위한 교류로 변환시키는 전력변환장치, 상기 전력변환장치 등을 제어하는 제어부로 구성된다. 1 is a diagram illustrating a simplified block diagram of a conventional photovoltaic power generation system. As shown in FIG. 1, a photovoltaic power generation system includes a solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series / parallel to absorb sunlight and convert it into electrical energy, and receive power from the module to supply power to a load. It is composed of a control unit for controlling the power conversion device, the power conversion device for converting into an AC for.
종래의 태양광 발전 시스템에서 하나의 전력변환장치에 의해 가용 전력으로 변환하여 사용하게 되는데, 일반적으로 전력변환장치의 특성은 특정 부하값(예 정격용량의 30%) 이상에서만 최대전력을 발생하므로, 특정 부하값 이하에서는 전력변환효율이 떨어지므로 낮은 부하에 탄력적으로 적용하기에 문제가 있고 다양한 환경과 변화에 알맞는 높은 효율의 시스템의 제공에는 한계가 있었다.In the conventional photovoltaic system, a single power converter is used to convert the available power. Generally, the power converter generates maximum power only at a specific load value (eg, 30% of the rated capacity). Since the power conversion efficiency drops below a certain load value, there is a problem in applying elastically to a low load, and there is a limit in providing a high efficiency system suitable for various environments and changes.
이에, 대용량 태양광 발전소의 경우 여러 대의 전력변환 장치로 병렬 시스템을 구성하여 운영하는 것이 보통이다. 예를 들어 1MW급 발전소의 경우 250kW급 4대로 시스템을 구성하여 병렬운전한다. 앞에서 말한대로 일정 부하이하에서는 전력변환장치의 효율이 급격하게 떨어지는 단점이 있으므로 낮은 부하에서 효율을 올리 기 위해서 전력변환 장치를 입력전력에 따라 순차적으로 동작시켜 시스템 효율을 극대화 하게 된다. (도시하지 않음)Therefore, in the case of a large-capacity photovoltaic power plant, it is common to configure and operate a parallel system using a plurality of power converters. For example, in the case of a 1MW power plant, four 250kW class systems are constructed and operated in parallel. As mentioned earlier, under certain loads, the efficiency of the power converter drops sharply. Therefore, to increase the efficiency at low loads, the power converter is operated sequentially according to the input power to maximize the system efficiency. (Not shown)
예를 들어 2대의 전력변환 장치로 구성되어 있는 태양광 발전 시스템의 경우 부하에 상관없이 2대를 동시에 운전할 경우 전력변환 장치의 고유의 효율 곡선과 동등한 특성을 내면서 부하에 따른 운전을 하게 된다. 이와 달리 오전이나 그름낀 날과 같이 출력이 낮을 때는 태양전지판의 출력을 한쪽의 시스템에 몰아주어 발전을 하고 일정 출력이상이 되면 2대가 병력운전하는 방식을 사용할 경우 저부하영역에서 태양광 발전 시스템의 효율을 증대시킬 수 있다. 이를 team 운전이라 한다.For example, in the case of a photovoltaic power generation system consisting of two power converters, if two units are operated simultaneously regardless of the load, they operate according to the load while exhibiting characteristics equivalent to the inherent efficiency curve of the power converter. On the other hand, when the output is low, such as in the morning or on a dark day, the output of the solar panel is driven to one system to generate power. The efficiency can be increased. This is called team driving.
도 2는 일반적인 전력변환장치의 특성곡선의 일예를 나타낸 그래프이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 전력변환 장치의 특성곡선이 현저히 떨어지는 부하를 30%지점이라고 가정할 경우 일반상식에서는 한대로 운전할 경우 발전 시스템 전체용량대비 전력변환 장치한대는 부하가 반이므로 도 2 (b)와 같이 약 부하 15%이상부터 효율을 좋게 할 수 있다. 전체 시스템이 100kW일 경우 한대당 50kW로 구성할 경우 전체 시스템 출력이 15kW일 경우 전체 발전 시스템 용량대비 부하율은 15%가 된다.2 is a graph illustrating an example of a characteristic curve of a general power converter. As shown in FIG. 2, assuming that the characteristic curve of the power conversion device is significantly lowered at 30%, when operating as one in the general common sense, since one power conversion device is half the load of the power generation system, the power conversion device is half the load. As a result, the efficiency can be improved from about 15% or more of the load. If the total system is 100kW, if 50kW is configured per unit, if the total system output is 15kW, the load ratio of the total power generation system capacity is 15%.
이처럼, 동일용량의 복수개의 전력변환장치를 이용하면, 용량을 증대시킬 수 있는 장점이 있고, 팀(team)운영 방식을 이용하면 저부하 영역에서의 효율을 증가시켜 전체시스템의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, 상술한 바와 같이, 동일용량의 경우는 스위칭 신호의 차이가 나타나게 되므로, 상대적으로 가장 큰 도통비를 가지는 컨버터는 전류 연속 모드로 동작하게 되고 나머지 컨버터들은 전류불연속으로 동작하게 된다. 이후 부하를 증가 시킨다면 전류 연속 모드로 동작하는 컨버터는 더욱 더 전류가 증가되어 스위치의 전류정격을 벗어나게 되는 단점이 있을 뿐 아니라, 부하에 따른 효율 특성곡선의 개선을 위해 많은 수의 전력변환장치가 필요하다는 단점이 있다.As such, using a plurality of power converters having the same capacity has the advantage of increasing the capacity, and using a team operation method can increase the efficiency of the entire system by increasing the efficiency in the low load region. However, as described above, in the case of the same capacity, since the difference in the switching signal appears, the converter having the largest conduction ratio operates in the current continuous mode and the remaining converters operate in the current discontinuity. After increasing the load, the converter operating in the continuous current mode has the disadvantage that the current increases more and more than the current rating of the switch, and a large number of power converters are required to improve the efficiency characteristic curve according to the load. The disadvantage is that.
상술한 문제를 해결하기 위한 과제는, 간단한 전력변환장치의 배치구성 및 운용방법을 통하여, 부하의 넓은 영역에 맞고, 높은 효율을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공할 뿐 아니라, 스위칭 신호의 차이에 따른 종래의 정격용량 초과라는 사고를 미연에 방지하여 안정적이고, 고효율의 태양광 발전 시스템 및 그 발전 운용방법을 제공하고자 함이다.The problem to solve the above-mentioned problem is to provide a photovoltaic power generation system having a high efficiency for a wide range of load, through a simple configuration and operation method of the power converter, and according to the difference in the switching signal It is to provide a stable, high efficiency photovoltaic power generation system and its power generation operation method by preventing the accident of exceeding the conventional rated capacity in advance.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 특징은 태양광을 흡수하는 복수개의 태양전지가 직/병렬로 연결된 태양전지 모듈; 상기 태양전지 모듈의 단자와 병렬로 연결된 복수개의 전력변환장치; 상기 전력변환장치와 연결되어 태양광 에너지를 저장하는 에너지 저장장치; 및 상기 전력변환장치 및 에너지 저장장치를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수개의 전력변환장치의 각각의 정격용량이 서로 다른 것을 특징으로 한다.A first aspect of the present invention for solving the above problems is a solar cell module connected to a plurality of solar cells that absorb the sunlight in series / parallel; A plurality of power converters connected in parallel with the terminals of the solar cell module; An energy storage device connected to the power converter to store solar energy; And a control unit for controlling the power converter and the energy storage device, wherein each of the plurality of power converters has a different rated capacity.
여기서, 상기 전력변환장치는 DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터 및 싸인필터를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제어부는 IGBT 소자 및 마이크로프로세서를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the power converter preferably includes a DC / DC converter, a DC / AC inverter, and a sine filter, and the control unit preferably includes an IGBT element and a microprocessor.
그리고, 본 발명의 제2 특징은 다수의 태양전지 배열을 구성한 태양전지 모듈과; 복수개의 서로 다른 정격용량을 갖는 전력변환장치로 구성된 전력변환부 및 제어부를 포함하는 태양광 발전시스템에 있어서, 상기 태양전지 모듈로부터 생성된 입력전력을 측정하는 단계; 상기 제어부에서 상기 측정된 입력전력과 상기 전력변환장치를 비교하는 단계; 상기 제어부에서 상기 판단된 입력전력과 상기 각각의 전력변환장치의 용량과 가장 근접한 것을 선택하여 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특지으로 하는 태양광 발전시스템의 운용방법이다.In addition, a second aspect of the present invention provides a solar cell module including a plurality of solar cell arrays; Claims [1] A photovoltaic power generation system comprising a power conversion unit and a control unit including a power conversion device having a plurality of different rated capacities, the method comprising: measuring input power generated from the solar cell module; Comparing the measured input power with the power converter by the controller; And controlling the input power closest to the determined input power and the capacity of each power converter by the control unit.
또한, 상기 비교하는 단계는 상기 태양전지 모듈로부터 전압 및 전류를 측정하여 입력전력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 입력전력 및 상기 각 전력변환장치의 용량을 비교하는 단계를 포함하는 것이다.The comparing may include measuring an input power by measuring a voltage and a current from the solar cell module; And comparing the measured input power with the capacity of each power converter.
더하여, 바람직하게는 상기 입력전력이 상기 어느 하나의 전력변환장치의 용량을 초과하는 경우, 나머지 전력변환장치 중 적어도 하나의 전력변환장치를 더하여 병렬 동작시키는 것일 수 있다.In addition, when the input power exceeds the capacity of any one of the power converter, it may be to add at least one power converter of the remaining power converter in parallel operation.
이와 같은 본 발명을 제공하게 되면, 간단한 전력변환장치의 배치구성 및 운용방법을 통하여, 부하의 넓은 영역에 맞고, 높은 효율을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공할 뿐 아니라, 스위칭 신호의 차이에 따른 종래의 정격용량 초과라는 사고를 미연에 방지하여 안정적이고, 고효율의 태양광 발전 시스템 및 그 발전 운용방법을 제공하게 된다.When providing the present invention as described above, through a simple configuration and operation method of the power converter, not only to provide a photovoltaic power generation system having a high efficiency to meet a wide range of load, but also according to the conventional switching signal difference By preventing accidents exceeding the rated capacity of the device in advance, it provides a stable, high efficiency solar power generation system and its power generation operation method.
이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구성도를 예시한 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 태양광 발전 시스템은 다수개의 태양전지(110)가 직/병렬로 연결되어 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)로 부터 DC 전력을 받아 가용할 수 있는 AC 전력을 변환하고, 서로다른 정격용량을 갖는 복수개의 전력변환장치(200, 210)로 구성된 전력변환부 및 전력변환부를 제어하는 제어부(300)를 포함하여 구성한다.3 is a diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system according to the present invention. As shown in FIG. 3, the photovoltaic power generation system includes a
태양광 발전 시스템은 전력을 발생시키는 태양전지 모듈(100)을 포함하며, 이 전력은 전력변환부에 의해 부하(400)에 적합한 상태의 전력으로 변환된다. 변환 결과의 전력은 부하(400)에 공급된다.The photovoltaic power generation system includes a
여기서 태양전지 모듈(100)은 비정질 실리콘, 결정 실리콘, 또는 화합물 반도체를 사용하는 다수의 태양전지(110)를 직병렬로 조합시켜, 소망의 출력 전압과 전류를 얻도록 어레이 구성되어 있다. 전력변환부는 전력 트랜지스터, 전력 MOSFET, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated gatebipolar transistors : IGBT), 또는 게이트 턴-오프 사이리스터(gate turn-off thyristors : GTO)와 같은 자기 소호형 스위칭 디바이스(self turn-off switching device)를 이용한 DC/DC 변환기 또는 자력식전압형 인버터(voltage-fed self-excited inverter)일 수 있다. Here, the
전력변환부의 출력(전력, 전압,주파수 등)은 전력변환부의 스위칭 디바이스에 공급된 게이트 펄스의 온/오프 듀티(duty)(이하 "듀티비"라고도 함)를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.The output (power, voltage, frequency, etc.) of the power converter can be controlled by changing the on / off duty (hereinafter also referred to as "duty ratio") of the gate pulse supplied to the switching device of the power converter.
부하(400)의 일례로는, 전기 히터 또는 전기 모터 또는 상용 AC 전력 계통 등이 있다. 부하(400)가 상용 AC전력 계통인 경우, 즉 그리드 접속(grid connection) 태양광 발전 시스템의 경우, 상용 AC 전력 계통에 투입될 수 있는 태양광 발전 시스템의 전력이 제한을 받지 않으며, 따라서 이 구성은 태양전지 모듈(100)로부터 보다 많은 전력을 취출하는 경우에 극히 바람직한 것이다.An example of the
제어부(300)는 태양 전지의 출력 전압과 출력 전류는 전압 검출 수단 및 제어기를 포함하는 구성으로 되어 있으며(도시하지 않음) 전압 검출 수단은 태양전지 모듈(100)의 출력 전압을 가리키는 전압 신호를 디지탈 데이터로서 출력한다. 전압 신호는 전압 설정 수단과 제어기에 입력된다. 전류 검출 수단은 태양 전지의 출력 전류를 가리키는 전류 신호를 디지탈 데이타로서 출력한다. 이 신호는 전압 설정 수단에 입력된다. The
그리고, 본 발명과 같은 대용량의 태양광 발전시스템에서 전압 및 전류의 검출은 IGBT 소자를 이요하는 것이 바람직하다. 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)을 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터이다. 게이트-이미터간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해서 온/오프가 생기는 자기소호형이므로, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자이기 때문이다.In the large-capacity photovoltaic power generation system of the present invention, the detection of voltage and current is preferably made of IGBT elements. An insulated gate bipolar transistor (IGBT) is a junction transistor in which a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is incorporated in a gate part. This is because the semiconductor device is a self-extinguishing type in which the voltage between the gate and the emitter is driven to be turned on and off by the input signal.
전압 설정 수단은 그에 인가된 전압 신호와 전류 신호에 근거하여 전압 설정값을 결정한다. 전압 설정 수단은 제어용 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있고, CPU, RAM, ROM, 입출력 장치 등으로 구성된다. 제어기는 태양전지 모듈(100)의 출력 전압이 전압 설정 수단에 의해 결정된 전압 설정값으로 되도록 상기한 듀티비를 조정하고, 이 듀티비에 근거하여 PWM 펄스를 발생시킨다. 이 PWM 펄스는 전력변환부의 스위칭 디바이스의 게이트를 구동하는 게이트 펄스이다. 듀티비를 조정하는 하나의 방법으로써 비례 적분(proportional integration : PI) 제어에 근거한 피드백 제어계 등이 있다. The voltage setting means determines the voltage setting value based on the voltage signal and the current signal applied thereto. The voltage setting means may be implemented by a microprocessor for control and is composed of a CPU, a RAM, a ROM, an input / output device, and the like. The controller adjusts the duty ratio described above so that the output voltage of the
PWM 펄스의 생성 방법으로는, 삼각파 비교2방식과 히스테리시스(hyteresis) 비교기 방식이 있다. 제어부(300)의 제어기는 아날로그 회로나 디지탈 회로로 구성될 수 있다. 제어기가 디지탈 회로인 경우에, 제어기는 CPU나 DSP로 구성되고 전압 설정 수단과 함께 하나의 제어용 마이크로컴퓨터에 의해 구현될 수있다. 따라서, 전력 변환 수단의 출력을 제어하여 태양전지 모듈(100)의 출력 전압을 제어한다.As the PWM pulse generation method, there are a triangular wave comparator 2 method and a hysteresis comparator method. The controller of the
전력변환부와 제어부(300)를 포함하는 일반적인 태양광 발전용 전력상태제어시스템(PCS:POWER CONDITIONING SYSTEM)의 경우 도 1에 나타낸 바와 같이 정격용량의 전력변환부를 단일로 구성하고 있는 구조를 가지고 있다. 이런 구성일 경우 앞에서 설명한 바와 같이 일반 적으로 부하(400)가 낮을 때는 효율이 급격하게 떨어지는 특성을 가지므로 경부하(400)와 중부하(400)를 항상 왔다갔다는 특징을 갖는 태양광 발전용 PCS에서는 단점으로 부각이 된다. In the case of a general PV CONDITIONING SYSTEM (PCS) including a power conversion unit and a
본 발명에서는 이러한 경부하(400)에서도 높은 효율을 가질 수 있는 특징을 갖는 새로운 태양광 발전 시스템의 구성을 제안한다. 제안한 전력변환시스템(PCS)은 일반 제품과 달리 용량이 서로 다른 전력변환장치 2개로 구성이 되어지며 상술한 바와 같이 PCS 정격용량대비 경부하(400)에서는 낮은 용량의 전력변환 장치를 구동하여 낮은 용량 전력변환부를 중부하(400)에서 운영하여 전체 PCS의 효율을 증대 시킬 수 있다.The present invention proposes a configuration of a new photovoltaic power generation system having a feature that can have high efficiency even at such a
또한, 태양광 발전용 PCS의 효율은 최고효율 이외에 부하(400)에 따른 가중치를 도입한 european 효율을 중요시 한다. 이는 태양광 발전의 경우 하루에도 모든 부하(400) 영역을 사용하게 되므로 최고 효율보다는 유러피언 효율이 높은 장치가 발전량이 많다. 즉, 유러피언 효율은 경부하(400)에서의 효율이 좋아야 전체적인 유러피언 효율이 좋아 진다. 본 발명에서 제안하는 방식으로 PCS를 구성할 경우 경부하(400)에서 효율이 매우 좋아 지게 되므로 태양광 발전량이 기존 PCS보다 더욱 증대 될 수 있다.In addition, the efficiency of the PCS for photovoltaic power generation is important in addition to the European efficiency of introducing a weight according to the
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 운용방법의 흐름도를 예시한 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 다수개의 태양전지가 직/병렬로 연결되 태양전지 모듈(100)로부터 입력전력을 측정하는 단계(S100), 제어부(300)를 통하여 서로다른 정격용량을 갖는 복수개의 전력변환장치에서 측정된 입력전력과 비교하는 단계(S200), 비교된 데이터를 통해 입력전력과 가장 근접한 정격용량을 갖는 전력변환장치를 동작시키는 단계(s300)를 포함하여 구성한다.4 is a diagram illustrating a flowchart of a method of operating a photovoltaic power generation system according to the present invention. As shown in Figure 4, a plurality of solar cells are connected in series / parallel to measure the input power from the solar cell module 100 (S100), a plurality of power having a different rated capacity through the
입력전력을 측정하는 단계는 제어부(300)에 포함된 전압 검출 수단과 전류 검출 수단을 통하여 태양전지 모듈(100)로부터 측정되고(S100), 측정된 입력전력의 데이터는 제어기를 통하여 서로 다른 정격용량을 갖는 복수개의 전력변환장치(200, 210)의 전력용량과 비교하고(S200), 제어기에서 입력전력과 가장 근접한 정격용량을 갖는 전력변환장치를 동작시키게 된다.(S300) 이처럼, 병렬로 연결된 복수개의 전력변환장치가 서로 다른 정격용량의 장치를 배치하고, 부하(400)에 따른 입력전력에 따라 가장 근접한 용량의 전력변환장치를 구동시킴으로써 효율을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.Measuring the input power is measured from the
그리고, 어느 하나의 전력변환장치를 통하여 발전시스템을 운용하다가, 부하(400)에 따라 입력전력이 증가하는 경우 다른 용량을 갖는 전력변환장치와 병렬운전하는 방식을 취하는 팀(team)운영 방식으로 시스템을 운용한다. 이처럼 본 발명에서 제안하는 팀 운영 방식을 통하여 경부하(400)부터 고부하(400)까지 넓은 범위에 따른 효율적인 태양광 발전을 이룰 수 있게 된다. And, while operating the power generation system through any one of the power converter, if the input power increases according to the
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템 및 그 운용방법을 사용하는 경우, 시스템의 효율을 비교한 그래프이다. 본 발명은 병렬운전 할 경우 전력변환장치를 동일용량으로 구성하지 않고 각기 다른 용량으로 발전 시스템을 구성하는 방식이다. 예를 들어 위에서와 같이 전체 발전 시스템이 100kW급으로 구성할 때 30kW와 70kW로 구성을 하면 30kW급 전력변환 장치도 도 5에 나타낸 바와 같이, 특성 곡선을 가지게 되므로 30kW급 전력변환 장치의 효율이 떨어지는 지점은 30% x 30kW = 9kW 정도지점이 된다. 즉 전체시스템의 출력이 9kW 이상이 되는 지점부터 고효율을 얻을 수 있게 되며 이는 전체 시스템 대비 9%부하(400)에서부터 효율을 좋게 할 수 있다는 의미가 된다.5 is a graph comparing the efficiency of the system when using the photovoltaic power generation system and its operation method according to the present invention. The present invention is a method of configuring the power generation system with different capacities without configuring the power converter in the same capacity in parallel operation. For example, when the entire power generation system is configured as 100kW as described above, if 30kW and 70kW are configured, the 30kW power converter also has a characteristic curve as shown in FIG. The point is about 30% x 30kW = 9kW. That is, high efficiency can be obtained from the point where the output of the entire system becomes 9kW or more, which means that the efficiency can be improved from the 9
또한, 시스템의 구성을 더 잘게 쪼개 3개로 구성할 경우 적은 용량의 전력변환 장치의 30%인 9kW 시스템을 추가로 구성할 경우 이의 30%인 2.7%부하(400)이상에서 고효율을 얻을 수 있다는 계산이 나온다. 이런방식으로 더욱 잘게 쪼갤 경우 특성곡선을 거의 전영역을 고효율을 얻을 수 있는 수직적인 형태의 특성곡선을 얻을 수 있다.In addition, if the system is further divided into three pieces, if a 9kW system, which is 30% of the small capacity power converter, is additionally configured, high efficiency can be obtained at 2.7% load (400) of 30% or more thereof. This comes out. In this way, the more finely sliced the characteristic curve is, the more vertical the characteristic curve can be obtained.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템의 간략한 블럭 구성도를 예시한 도면,1 is a diagram illustrating a simplified block diagram of a conventional photovoltaic power generation system;
도 2는 일반적인 전력변환장치의 특성곡선의 일예를 나타낸 그래프,2 is a graph showing an example of a characteristic curve of a general power converter;
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구성도를 예시한 도면,3 is a view illustrating a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 운용방법의 흐름도를 예시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a flowchart of a method of operating a photovoltaic power generation system according to the present invention.
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