태양광 발전 효율 높이는 방법 - taeyang-gwang baljeon hyoyul nop-ineun bangbeob

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Abstract

본 발명은 발전 효율을 향상시킨 태양광 발전 시스템 및 태양광 추적 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패널에 입사되는 태양광의 입사각을 변경하여 최적의 태양광 발전을 도모하도록 패널의 온도를 제어함으로써 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있는 태양광 추적 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양광 전지판과, 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단, 및 시스템을 제어하는 제어 유닛을 구비하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서, 상기 태양광 전지판이 태양의 고도와 궤도를 따라 추적하도록 추적 모드를 실행하고; 상기 태양광 전지판의 패널의 표면 온도를 검출하고; 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하며; 상기 패널 표면 온도 이상인가의 판단 여부에 따라 현재 추적 모드를 유지하거나 추적 변환 모드를 실행하는 것을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.

Description

발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템의 제어 방법{CONTROL MEHTOD FOR SOLAR PHOTOVALTAIC GENERATING SYSTEM IMPROVING GENERATION EFFICIENCY}

본 발명은 발전 효율을 향상시킨 태양광 발전 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패널에 입사되는 태양광의 입사각을 변경하여 최적의 태양광 발전을 도모하도록 패널의 온도를 제어함으로써 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있는 태양광 추적 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

인류는 화석에너지의 고갈로 인해 화석 에너지를 대체할 새로운 에너지 자원을 개발하고 있으며, 대체 에너지 중에서도 무공해이며 무한하게 사용할 수 있는 태양광 에너지 분야에 큰 관심을 기울이고 있다.

태양광 발전은 발전 부위가 반도체 소자이고 제어부가 전자 부품이므로 기계적인 진동과 소음이 없으며, 태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 반자동화 또는 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 지니고 있어 최근 태양에너지를 이용한 각종 자연 친화적 제품들이 속속 등장하고 있는 실정이다.

태양광 발전 시스템에서 태양광 전지판은 다수의 셀들이 집적되어 이룬 집광모듈들이 적절히 배치되어 형성되며, 태양 빛의 에너지를 전기에너지로 변환시킨다.

이러한 태양광 발전시스템은 에너지원이 청정하고, 무제한 사용이 가능하며, 발전시스템의 유지보수가 용이하고, 무인화 가능하며 수명이 길다는 장점이 있다.

그러나 이러한 태양광 발전 시스템은 발전효율이 일조량에 따라 큰 편차가 발생되고, 넓은 설치면적이 요구되어 설치장소가 제한적이며, 시스템 설치비용이 고가이고 초기투자비와 발전단가가 높다는 단점이 지적되어 왔다.

태양광 발전시스템에 있어서 태양광의 집광효율은 발전효율에 직결되는 문제인데 일조량이 많은 지역에 복수의 태양전지 패널로 구성된 집광모듈이 위치된다고 하더라도 태양의 고도 및 궤도가 수시로 변하기 때문에 집광모듈이 태양의 고도 및 궤도를 따라 움직일 필요성이 있고, 이에 따라 이러한 태양광 전지판은 지지구조물에 의지하여 설치되고 있는데, 그 구조물은 일반적으로 태양광 전지판을 지면으로부터 일정 높이로 떠받치는 기둥과 태양광 전지판의 기울기 조정 등을 위한 태양광 추적(tracking) 시스템을 필수적으로 구비하게 된다.

즉, 태양광 전지판은 태양의 직사광선이 90도 각도로서 입사될 때 최대 효율을 발생하게 되지만, 지구의 공전과 자전에 따라 각 지역에서 관찰되는 태양 위치가 변하게 되어 방위각으로는 1일을 기준으로 하여 동서 방향으로 이동을 반복하게 되고, 고도각으로는 365일을 기준으로 하여 남북 방향으로 이동을 반복하게 되어 태양광 발전의 효율 증대가 이루어지게 된다.

이와 같이 태양광 추적 시스템은 태양광 발전의 효율 증대를 위해 방위각과 고도각에 따라 태양광 전지판의 회전 및 기울기 조정을 수행하게 된다.

통상적으로 태양광 추적 시스템은 크게 단축식과 2축식으로 구분될 수 있다.

단축식의 태양광 추적 시스템은 태양의 방위각만 추적하는 시스템으로 적어도 1개 이상의 기둥을 이용하기 때문에 구조적 안전성이 높은 장점을 가진다.

그러나 단축식의 태양광 추적 시스템은 부정형의 토지 형상에 크게 영향을 받기 때문에 태양의 정밀 추적에 어려움이 있고 토지의 효율적 활용이 곤란하며, 발전 효율이 고정식에 비해서는 높지만 2축식에 비해 낮은 단점을 가진다.

이에 비해 2축식의 태양광 추적 시스템은 방위각뿐만 아니라 고도각을 조절함으로써 전술한 단축식 태양광 추적 시스템에 비하여 발전 효율을 높일 수 있는 장점을 가진다.

이와 같은 태양광 추적 시스템을 통해 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있는데, 태양광 발전의 발전 효율에 영향을 주는 여러 인자에 대한 고려 및 연구도 필요한 실정이다.

구체적으로, 태양광 발전의 발전 효율에 영향을 주는 인자로는 예를 들면 일사량, 태양광 전지판 패널 표면의 청결 상태(즉, 오염 상태), 태양광 전지판 패널의 표면 온도, 일조 시간 등이 있다.

이중 태양광 전지판 패널의 표면 온도는 태양광 발전 효율에 중요한 요소로서 작용한다.

이와 관련하여 하절기(즉, 여름)는 봄, 가을 그리고 겨울에 비하여 일조 시간 및 일사량이 많지만 상대적으로 발전량이 떨어진다. 이와 같이 다른 계절에 비하여 여름에 발전량이 떨어지는 이유는, 기온이 높고 일사량이 많아 태양의 입사에너지가 커서 태양광 전지판 패널의 표면 온도가 과도하게 높아지기 때문이다. 태양광전지판의 패널 표면 온도가 일정 기준 온도 이상으로 올라가면 발전 효율이 떨어지는 문제점은 선행 연구를 통해 검증되었다(표면온도 변화에 따른 태양전지 모듈의 출력특성, 최환, 조선대학교 학위 논문, 2009).

이와 같이 태양광 전지판의 패널 표면 온도가 너무 높은 경우에도 태양광 발전 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있으며, 이에 대한 연구가 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 출원의 발명자는 사계절 모두에서 최대의 발전 효율을 도모할 수 있도록 연구를 거듭한 결과, 태양광전지판 패널의 기준 온도를 설정하고 그 설정된 기준 온도를 기반으로 제어함으로써 최적의 태양광 발전 효율을 도모할 수 있는 발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 태양광 전지판과, 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단, 및 시스템을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서, a) 정상 추적 모드에서 상기 태양광 전지판의 패널 표면 온도를 실시간 계측하고; b) 특정 시간 구간에서 상기 패널 표면 온도의 변화를 계측하고; c) 발생하는 발전량을 계측하고; d) 상기 b)와 c)에서 각각 계측된 온도 변화와 상기 발전량의 결과에 기초하여 설정 온도를 지정하며; e) 상기 d)에서 지정된 설정 온도와 상기 b)에서 계측된 온도에 따라 정상 추적 모드에서 상기 태양광 전지판에 대한 입사각을 제어하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.

상기 d)에서 설정 온도의 지정은 상기 b)에서의 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 양(+)이고, 상기 c)에서의 발전량이 감소하는 시점의 온도를 설정 온도로 지정할 수 있다.

상기 a)에서 실시간 계측된 온도가 d)에서의 설정 온도보다 높을 경우, 정상추적모드에서 입사각을 증가시키고, 상기 입사각을 증가시킨 경우에서, 상기 b)에서 계측된 온도가 설정 온도보다 높고, 상기 c)에서 계측된 온도 변화에 따라 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는 단계는 계측된 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 양(+)인 경우, 입사각을 계속 증가시키고, 계측된 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 음(-)인 경우, 입사각을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상기 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는 단계 이후, 상기 a)에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도 미만이고, b)에서 계측된 온도 변화의 미분값 또는 온도 변화가 음(-)인 경우, 정상 추적 모드로 복귀할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따르면, 태양광 전지판과, 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단, 및 시스템을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서, a) 상기 태양광 전지판이 태양의 고도와 궤도를 따라 추적하도록 추적 모드를 실행하고; b) 상기 태양광 전지판의 패널의 표면 온도를 검출하고; c) 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하며; d) 상기 패널 표면 온도 이상 인가의 판단 여부에 따라 현재 추적 모드를 유지하거나 추적 변환 모드를 실행하는 것을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 제공한다.

상기 b) 단계는 상기 태양광전지판의 패널 일측에 온도 감지 센서가 설치되어 패널의 표면 온도를 감지하여 검출되고, 상기 c) 단계는 상기 미리 설정된 패널 표면 온도 이상이 아닌 것으로 판단되는 경우 상기 현재 추적 모드를 유지하고, 상기 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인 것으로 판단되는 경우 상기 추적 변환 모드를 실행할 수 있다.

상기 추적 변환 모드 실행 단계 이후는 상기 패널 표면 온도 판단 단계로 다시 진행하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 패널 표면 온도 판단 단계에서 미리 설정된 온도는 50℃를 기준으로 -5%인 것이 바람직하다.

상기 추적 변환 모드 실행 단계는 상기 태양광 전지판의 기울기를 제어하여 태양광의 입사 각도를 변경하는 것일 수 있다.

상기 태양광 전지판의 패널로 입사되는 각도의 변경은 상기 제어 유닛에 미리 데이터 베이스화된 패널의 기울기 각도를 근거로 하여 제어될 수 있다.

상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단함과 동시에, 요구 발전량을 만족하는가를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템의 제어 방법에 따르면, 일사 시간과 일사량에 관계없이 패널온도 계측을 통하여 최적의 태양광 입사각을 갖도록 제어할 수 있어 태양광 발전 효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 나타내는 플로차트.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에서 정상 추적 모드에서의 태양발전 전지판의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 설명도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에서 변환 추적 모드에서의 태양발전 전지판의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 설명도.
도 4는 도 3에 나타내는 작동 상태에서 전지판과 태양광 입사각의 관계의 일 예를 나타내는 설명도.
도 5는 온도에 따른 태양광 전지판의 I-V 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 나타내는 블록도.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 첨부 도면을 참조하여 발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템 및 그의 제어 방법을 설명한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 나타내는 플로차트이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에서 통상의 추적 모드에서의 태양발전 전지판의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 설명도이다. 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에서 변환 추적 모드에서의 태양발전 전지판의 작동 상태를 개략적으로 나타내는 설명도이고, 도 4는 도 3에 나태는 작동 상태에서 전지판과 태양광 입사각의 관계를 구체적으로 나타내는 설명도이다. 또한, 도 5는 온도에 따른 태양광 전지판의 I-V 특성을 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은, 태양광 전지판(100)과, 이 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단(200), 및 시스템을 제어하는 제어 유닛(미도시)을 구비하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서, 먼저 태양광 전지판이 태양의 고도와 궤도를 따라 추적하도록 추적 모드를 실행하고(S10); 상기 태양광 전지판의 패널의 표면 온도를 검출하고(S20); 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하며(S30); 상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가의 판단 여부에 따라 현재 추적 모드를 유지하거나(S40) 추적 변환 모드를 실행(S50)하는 것을 포함한다.

상기 추적 모드를 실행하는 단계(S10)는 방위각뿐만 아니라 고도각을 조절함으로써 추적하는 이축식 추적 장치에 실행되는 것이 바람직하며, 이에 대한 기술은 통상적으로 실시되는 기술을 채용하며, 해당 기술분야의 당업자라면 충분히 이해할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 표면 온도를 검출하는 단계(S20)는 예를 들면 태양광 전지판(100)의 패널 일측에 온도 감지 센서(110)(도 2 및 도 3 참조)가 설치되어 패널의 표면 온도를 감지하고 감지된 신호를 전달함으로써 검출된다. 상기 온도 감지 센서는 패널 표면 온도의 측정 정확성을 높이기 위하여 패널에 복수 개 설치되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하는 단계(S30)는 시스템을 제어하는 제어 유닛에 포함되는 소정의 프로그램에 의해 실행된다.

구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 온도에 따른 태양광 전지판의 I-V 특성을 실험을 통한 그래프로부터 알 수 있듯이, 태양광 전지판의 패널 온도가 기준 온도(50℃) 이상으로 높아지면 발전 효율이 떨어짐을 발견하였고, 이에 근거하여 태양광 전지판의 패널 온도의 기준 온도를 50℃로 하였다.

따라서, 상기 단계 S30은 상기 S20에서 검출된 패널의 표면 온도가 기준 온도 50℃보다 높은지를 판단하게 된다. 달리 말하면, 바람직하게는 50℃를 기준으로 -5% 이내에 있는지를 판단한다.

상기 단계 S30에서 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상이 아닌 것으로 판단되는 경우, 즉 예를 들면 기준 온도 50℃보다 낮은 것으로 판단되는 경우, 현재 추적 모드를 유지하는 단계(S40)로 진행한다.

현재 추적 모드를 유지하는 단계(S40)는 별개의 제어 모드를 실행하는 것이 아니라 상기 단계 S10의 추적 모드를 그 상태 그대로 유지하는 것이다. 이 현재 추적 모드 유지 단계(S40) 및 추적 모드(S10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 태양광전지판의 패널에 태양광의 수직으로 입사하여 최대의 효율을 발생할 수 있도록 작동한다.

한편, 상기 단계 S30에서 검출된 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상으로 판단되는 경우, 즉 예를 들면 기준 온도 50℃보다 높은 것으로 판단되는 경우, 추적 변환 모드를 실행하는 단계(S50)로 진행한다.

상기 추적 변환 모드 실행 단계(S50)는 일 예로 도 3에 나타낸 바와 같이 태양광 전지판의 패널로 입사되는 태양광의 입사에너지를 줄여 패널의 온도를 낮출 수 있도록 한 것을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 상기 구동 수단(200)을 구동시킴으로써 패널에 대한 태양광의 입사 각도를 변경하는 것이다.

이러한 태양광 전지판의 패널로 입사되는 각도의 변경은 미리 데이터 베이스화된 패널의 기울기 각도를 근거로 하여 제어된다.

본 발명은 상기 추적 변환 모드 실행 단계(S50)는 다시 상기 S30 단계로 되돌아가 이 추적 변환 모드 실행 단계 이후에도 지속적인 태양광 전지판의 패널 온도의 피드백(feedback)을 통해 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 내에 들어오면 다시 추적 모드 실행 단계(S40)로 진행하도록 한다.

한편, 상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인가를 판단하는 단계(S30)에서 그 판단의 정확성을 더욱 향상시키기 위하여, 패널 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인가를 판단함과 동시에, 요구 발전량을 만족하는가를 판단하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 요구 발전량을 만족하는가를 판단하는 단계는 발전기에 포함된 인버터를 통해 들어오는 전력량에 근거하여 판단할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 태양광 발전 시스템의 제어 방법은, 여름과 같이 기온이 높고 일사량이 많은 계절에서의 태양의 입사에너지가 커서 태양광전지판의 패널의 표면 온도가 과도하게 높아지게 되면 오히려 발전효율이 급격히 떨어지는 문제점을 감안하여, 태양광전지판의 패널에 온도 감지 센서를 구성하고, 이 온도 감지 센서를 통해 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인지(예를 들면, 50℃)를 판단하고, 그 패널의 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우에는 소정의 제어를 통해 패널에 대한 태양광의 입사 각도를 조정함으로써 태양광이 수직이 아닌 비스듬하게 입사되도록 함으로써 패널의 표면 온도를 제어한다.

이때, 앞서 설명에서 패널의 기울기 각도는 패널의 온도 및 발전량을 고려하였지만, 이들 인자뿐만 아니라 주변 환경 등 여러가지 상황을 고려하여 준비한 데이터 베이스를 바탕으로 이루어진다.

다음으로, 본 발명에 따른 발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템은 앞서 설명한 제어 방법을 실행하는 프로그램을 구비하는 제어 유닛을 포함하는 태양광 발전 시스템을 통해 달성된다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 전지판; 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단; 상기 태양광 전지판의 패널 표면 온도를 검출하는 온도 센서인 온도 검출 유닛; 및 상기 태양광 전지판이 태양의 고도와 궤도를 따라 추적하도록 제어하고, 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하며, 상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 온도 이상인가의 판단 여부에 따라 현재 추적 모드를 유지하거나 추적 변환 모드를 실행하도록 제어하는 제어유닛을 포함한다.

상기 구동 수단은 태양의 고도와 방위에 따라 태양광 전지판을 방위각뿐만 아니라 고도각을 함께 조절하여 추적할 수 있는 이축식 추적 장치를 포함한다. 이러한 이축식 추적 장치를 포함하는 구동 수단은 통상적으로 실시되는 기술을 채용하며, 해당 기술분야의 당업자라면 충분히 이해할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 온도 검출 유닛은 예를 들면 태양광 전지판의 패널 일측에 설치되어 패널의 표면 온도를 감지하고 감지된 신호를 전달함으로써 검출된다. 상기 온도 검출 유닛은 패널 표면 온도의 측정 정확성을 높이기 위하여 패널에 복수 개 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제어 유닛은 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하도록 구성되는 소정의 프로그램을 포함한다.

구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 온도에 따른 태양광 전지판의 I-V 특성을 실험을 통한 그래프로부터 알 수 있듯이, 태양광 전지판의 패널 온도가 기준 온도(50℃) 이상으로 높아지면 발전 효율이 떨어지고, 이에 근거하여 태양광 전지판의 패널 온도의 기준 온도를 50℃로 한다.

따라서, 상기 제어 유닛은 상기 온도 검출 유닛에 의해 검출된 패널의 표면 온도가 기준 온도 50℃보다 높은지를 판단하게 된다. 달리 말하면, 바람직하게는 50℃를 기준으로 -5% 이내에 있는지를 판단한다.

계속해서, 상기 제어 유닛은 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상이 아닌 것으로 판단되는 경우, 즉 예를 들면 기준 온도 50℃보다 낮은 것으로 판단되는 경우, 현재 추적 모드를 유지하도록 제어한다.

여기에서, 현재 추적 모드를 유지하는 제어는 별개의 제어 모드를 실행하는 것이 아니라 이전의 추적 모드를 그 상태 그대로 유지하는 것이다. 이 현재 추적 모드 유지 제어 및 추적 모드 제어는 도 2에 나타낸 바와 같이, 태양광전지판의 패널에 태양광의 수직으로 입사하여 최대의 효율을 발생할 수 있도록 작동한다.

한편, 상기 제어 유닛은 온도 검출 유닛에 의해 검출된 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상으로 판단되는 경우, 즉 예를 들면 기준 온도 50℃보다 높은 것으로 판단되는 경우, 추적 변환 모드를 실행하도록 제어한다.

상기 제어 유닛에 의한 추적 변환 모드의 실행은 일 예로 도 3에 나타낸 바와 같이 태양광 전지판의 패널로 입사되는 태양광의 입사에너지를 줄여 패널의 온도를 낮출 수 있도록 한 것으로, 상기 구동 수단을 구동시킴으로써 패널에 대한 태양광의 입사 각도를 변경하도록 제어하는 것이다.

이러한 태양광 전지판의 패널로 입사되는 각도의 변경은 그 제어 유닛에 저장된 미리 데이터 베이스화된 패널의 기울기 각도를 근거하여 제어된다.

상기 제어 유닛은 이 추적 변환 모드 실행 이후에도 지속적인 태양광 전지판의 패널 온도의 피드백(feedback)을 통해 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 내에 들어오면 다시 추적 모드를 실행하도록 제어한다.

한편, 상기 제어 유닛은 상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인가를 판단하는 과정에서 그 판단의 정확성을 더욱 향상시키기 위하여, 패널 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인가를 판단함과 동시에, 요구 발전량을 만족하는가를 판단하여 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛에 의한 상기 요구 발전량을 만족하는가를 판단하는 것은 발전기에 포함된 인버터를 통해 들어오는 전력량에 근거하여 판단할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 태양광 발전 시스템은, 여름과 같이 기온이 높고 일사량이 많은 계절에서의 태양의 입사에너지가 커서 태양광전지판의 패널의 표면 온도가 과도하게 높아지게 되면 오히려 발전효율이 급격히 떨어지는 문제점을 감안하여, 태양광전지판의 패널에 온도 감지 센서를 구성하고, 이 온도 감지 센서를 통해 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 온도(예를 들면, 50℃) 이상인지를 판단하고, 그 패널의 표면 온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우에는 소정의 제어를 통해 패널에 대한 태양광의 입사 각도를 조정함으로써 태양광이 수직이 아닌 비스듬하게 입사되도록 함으로써 패널의 표면 온도를 제어한다.

이때, 앞서 설명에서 패널의 기울기 각도는 패널의 온도 및 발전량을 고려하였지만, 이들 인자뿐만 아니라 주변 환경 등 여러가지 상황을 고려하여 준비한 데이터 베이스를 바탕으로 이루어진다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법을 나타내는 블록도이다.

앞서 제1 실시 예에서 설명된 내용과 동일하거나 유사한 내용에 대해서는 간략히 하거나 생략한다. 후술하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법의 제어는 제어 유닛에 의해 실행 및 제어되며, 후술하는 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법은 정상 추적 모드(S100)에서 제어 유닛에 의해 실행 및 제어되는 것으로서, 온도 센서(110)를 통해 태양광 전지판의 패널 표면 온도를 실시간 계측하고(S200); 특정 시간 구간에서 패널 표면 온도의 온도변화를 계측하며(S300); 현재 추적 모드에서 발생하는 발전량을 계측한다(S400).

그리고 제어 유닛은 상기 S200과 S300의 결과 값에 기초하여 설정 온도를 지정한다(S500). 즉, S200에서 계측된 온도변화의 미분 값(또는 온도 차)이 양(+)이지만, S300에서 계측된 발전량이 감소하는 때의 온도를 계측하여 해당 온도 값을 설정 온도로 지정한다. 다시 말해서, 온도가 높아질수록 발전량이 늘어나는 것이 정상이지만, 온도변화의 미분값이 양이면서도 발전량이 줄어드는 시점이 발전량 감소 임계 온도(즉, 설정 온도)로 설정할 수 있는 것이다.

여기에서, 온도변화의 미분 값(또는 온도 차)이 양(+)이라는 의미는 전지판의 패널 표면이 계속해서 가열되고 있음을 의미하고, 반대로 온도변화의 미분 값(또는 온도 차)이 음(-)이라는 의미는 전지판의 패널 표면의 온도가 낮아지고(냉각되고) 있음을 의미한다.

S200에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도보다 높을 경우, 정상추적모드(S100)에서 입사각을 제어한다. 구체적으로, 입사각을 증가시킨다(S600).

다음으로, S500의 상태에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도보다 높고, S300에서 측정한 온도 변화에 근거하여 입사각을 계속 증가시키거나 감소시킨다. 구체적으로, S500의 상태에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도보다 높고, S300에서 측정한 온도 변화의 미분 값이 양(+)인 경우, 입사각을 계속 증가시킨다(S710). 반면, S500의 상태에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도보다 높고, S300에서 측정한 온도 변화의 미분 값이 음(-)인 경우, 입사각을 감소시킨다(S720).

상기 S710과 S720 이후, S200에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도 미만이고, S300에서 측정한 온도 변화의 미분값이 음(-)인 경우, 정상 추적 모드(S100)로 복귀한다(S800). 여기에서, 온도 변화의 미분값이 양(+)이고, 온도가 설정 온도 미만이 되는 것은 불가능하므로 고려할 필요가 없는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법에 의하면, 일사 시간과 일사량에 관계없이 최적의 태양광 입사 각도를 유지할 수 있도록 제어할 수 있어 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경의 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 태양광 전지판
200: 구동 수단
S10: 추적 모드 단계
S20: 패널 표면 온도 검출 단계
S30: 패널 온도 판단 단계
S40: 현재 추적 모드 유지 단계
S50: 추적 변환 모드 실행 단계
S100: 정상 추적 모드 단계
S200: 실시간 온도 계측 단계
S300: 특정시간구간 온도변화 계측 단계
S400: 발전량 계측 단계
S500: 설정온도 지정 단계

Claims (11)

1. 태양광 전지판과, 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단, 및 시스템을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서,
   a) 정상 추적 모드에서 상기 태양광 전지판의 패널 표면 온도를 실시간 계측하고;
   b) 특정 시간 구간에서 상기 패널 표면 온도의 변화를 계측하고;
   c) 발생하는 발전량을 계측하고;
   d) 상기 b)와 c)에서 각각 계측된 온도 변화와 상기 발전량의 결과에 기초하여 설정 온도를 지정하며;
   e) 상기 d)에서 지정된 설정 온도와 상기 b)에서 계측된 온도에 따라 정상 추적 모드에서 상기 태양광 전지판에 대한 입사각을 제어하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

2. 제1항에 있어서,
   상기 d)에서 설정 온도의 지정은
   상기 b)에서의 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 양(+)이고, 상기 c)에서의 발전량이 감소하는 시점의 온도를 설정 온도로 지정하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 a)에서 실시간 계측된 온도가 d)에서의 설정 온도보다 높을 경우, 정상추적모드에서 입사각을 증가시키고,
   상기 입사각을 증가시킨 경우에서, 상기 b)에서 계측된 온도가 설정 온도보다 높고, 상기 c)에서 계측된 온도 변화에 따라 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

4. 제3항에 있어서,
   상기 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는 단계는
   계측된 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 양(+)인 경우, 입사각을 계속 증가시키고, 계측된 온도 변화의 미분 값 또는 온도 차가 음(-)인 경우, 입사각을 감소시키는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

5. 제4항에 있어서,
   상기 입사각을 계속 증가시키거나 감소시키는 단계 이후, 상기 a)에서 실시간 계측된 온도가 설정 온도 미만이고, b)에서 계측된 온도 변화의 미분값 또는 온도 변화가 음(-)인 경우, 정상 추적 모드로 복귀하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

6. 태양광 전지판과, 상기 태양광 전지판을 임의의 방향으로 회전시키도록 구동시키는 구동 수단, 및 시스템을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 태양광 발전 시스템의 제어 방법으로서,
   a) 상기 태양광 전지판이 태양의 고도와 궤도를 따라 추적하도록 추적 모드를 실행하고;
   b) 상기 태양광 전지판의 패널의 표면 온도를 검출하고;
   c) 상기 검출된 패널의 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단하며;
   d) 상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가의 판단 여부에 따라 현재 추적 모드를 유지하거나 추적 변환 모드를 실행하는 것을 포함하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

7. 제6항에 있어서,
   상기 b) 단계는 상기 태양광전지판의 패널 일측에 온도 감지 센서가 설치되어 패널의 표면 온도를 감지하여 검출되고,
   상기 c) 단계는 상기 미리 설정된 패널 표면 온도 이상이 아닌 것으로 판단되는 경우 상기 현재 추적 모드를 유지하고, 상기 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인 것으로 판단되는 경우 상기 추적 변환 모드를 실행하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

8. 제7항에 있어서,
   상기 추적 변환 모드 실행 단계 이후는 상기 c) 단계로 다시 진행하는 것을 더 포함하는
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

9. 제8항에 있어서,
   상기 추적 변환 모드 실행 단계는 상기 태양광 전지판의 기울기를 제어하여 태양광의 입사 각도를 변경하는 것인
   태양광 발전 시스템의 제어 방법.
   

10. 제9항에 있어서,
    상기 태양광 전지판의 패널로 입사되는 각도의 변경은 상기 제어 유닛에 미리 데이터 베이스화된 패널의 기울기 각도를 근거로 하여 제어되는
    태양광 발전 시스템의 제어 방법.
    

11. 제6항에 있어서,
    상기 패널 표면 온도가 미리 설정된 패널 표면 온도 이상인가를 판단함과 동시에, 요구 발전량을 만족하는가를 판단하는 것을 더 포함하는
    태양광 발전 시스템의 제어 방법.

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