계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법 및 그 장치(Losses yield method of grid-connected photovoltaic system And Apparatus Thereof)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년12월03일
(11) 등록번호 10-1207313
(24) 등록일자 2012년11월27일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G06F 19/00 (2011.01) H02N 6/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2011-0013779
(22) 출원일자 2011년02월16일
심사청구일자 2011년02월16일
(65) 공개번호 10-2012-0094337
(43) 공개일자 2012년08월24일
(56) 선행기술조사문헌
한국태양에너지학회 논문집 Vol 30, No 6. 2010
(73) 특허권자
한국에너지기술연구원
대전 유성구 장동 71-2
(72) 발명자
소정훈
대전광역시 유성구 은구비남로 55, 열매마을APT
701동 505호 (지족동)
유권종
서울특별시 성북구 선잠로5길 11, 태양의집 (성북
동)
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
특허법인태동
전체 청구항 수 : 총 9 항 심사관 : 김동성
(54) 발명의 명칭 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법 및 그 장치
(57) 요 약
본 발명은 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법에 관한 것으로서, 태양광발전 어레이의 최대 등가 가
동시간(YAM)을 산출하는 단계와, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)을 산출하는 단계와, 태양광발전
어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 산출하는 단계와, 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)을 산출하는
단계와, 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하는 단계와, 태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla)을
산출하는 단계와, 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)를 산출하는 단계와, 태양광발전 인버터 손실(Ylp)을
산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 등가 가동시간을 이용한 손실 산출방법을 통해 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 출
력값, 일사강도, 풍속 및 온도 등의 주변 환경에 변화에 따라 태양광 발전 시스템에서 발생하는 손실을 산출함으
로써, 태양광발전 시스템의 손실저감이 가능하여 성능 향상을 도모할 수 있고, 사용목적에 부합되는 맞춤형 최적
설계가 가능할 뿐 아니라, 장기간의 신뢰성과 안정성을 가진 성능과 품질을 보증하는 것이 가능한 효과가 있다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1207313
- 1 -
(72) 발명자
황혜미
대전광역시 유성구 가정로 152, 기숙사 403호 (장
동)
유진수
대전광역시 중구 서문로 96, 208동 1901호 (
문화동, 센트럴파크)
등록특허 10-1207313
- 2 -
특허청구의 범위
청구항 1
계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법에 있어서,
태양광발전 시스템의 직류전력, 교류전력 및 일사강도를 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 등가 가
동시간(YA) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)으로 변환하여 등가 가동시간으로 산출하는 단계와,
상기 태양 등가 가동시간(YR)에 기초하여 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)을 산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)에 기초하여 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)을
산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)
을 산출하는 단계와,
상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM) 및 태양광발전 어레이의 최적 등가
가동시간(YAO)에 기초하여 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)을 산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)와 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)에 기
초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)과 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)에 기초하여
태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla)을 산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)에 기초하
여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)를 산출하는 단계와,
상기 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)에 기초하여 태양광발전
인버터 손실(Ylp)을 산출하는 단계를 포함하며,
상기 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)을 산출하는 단계는, 상기 태양광발전 어레이의 최대 등가 가
동시간(YAM)으로부터 태양광발전 어레이의 직류선로 저항을 고려한 태양광발전 어레이의 성능을 미리 설정된 복
수 개의 시간간격별로 하기 수학식 3에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손
실 산출방법.
수학식 3.
여기서, YAO: 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAM: 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
lA : 태양광발전 어레이 직류선로 손실 [W]
IA : 태양광발전 어레이 직류 전류 [A]
등록특허 10-1207313
- 3 -
RA : 태양광발전 어레이 직류선로 저항 [Ω]
PAS : 표준시험조건(STC)에서의 태양광발전 어레이 설치용량 [W]
Tmin : 시간 간격(분)하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간(YAM)을 산출하는 단계는
상기 태양 등가 가동시간(YR)으로부터 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 중 적어도 어
느 하나 이상을 고려한 태양광발전 어레이의 성능을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 2에 의해
산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
수학식 2
여기서, YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
αM : 최대 성능계수(태양광발전 모듈 표면온도 25
o
C)
Tmin : 시간 간격(분)
청구항 3
삭제
청구항 4
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 산출하는 단계는
상기 태양광발전 어레이 등가 가동시간(YA)으로부터 태양광발전 어레이의 표면온도 상승을 고려한 태양광발전 어
레이의 성능을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 4에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연
계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
수학식 4.
여기서, YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
αt : 태양광발전 어레이 온도 보정계수 (태양광발전 모듈 표면온도 25
o
C)
At : 태양광발전 어레이 온도 보정상수
Tm : 태양광발전 모듈 표면온도 [
o
C]
Tmin : 시간 간격(분)
등록특허 10-1207313
- 4 -
청구항 5
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이 기타 손실(Ylo)을 산출하는 단계는
상기 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 비교
판단하여 태양광발전 어레이의 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 중 적어도 하나 이상
에 따른 손실을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 5에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통
연계형 태양광발전시스템의 손실 산출방법
수학식 5.
여기서, Ylo : 태양광발전 어레이 기타 손실
YR : 태양 등가 가동시간
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
청구항 6
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하는 단계는
상기 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 비
교 판단하여 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동에 따른 손실을 미리 설정된 복수 개의 시
간간격별로 하기 수학식 6에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전시스템의 손실 산출방법.
수학식 6.
여기서, Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
등록특허 10-1207313
- 5 -
Tmin : 시간간격(분)
청구항 7
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla)을 산출하는 단계는
상기 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간(YAM)과 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간(YAO)과 차이값인 태양
광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 손실을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 7에 의해 산출
하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
수학식 7.
여기서, Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간
Tmin : 시간간격(분)
청구항 8
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)을 산출하는 단계는
상기 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)과 태양광발전 어레이 등가 가동시간(YA)의 차이값인
태양광발전 어레이의 표면온도 상승에 따른 손실을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기 수학식 8에 의해
산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
수학식 8.
여기서, Ylt: 태양광발전 어레이 온도상승 손실
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
청구항 9
제 1 항에 있어서,
상기 태양광발전 인버터 손실(Ylp)을 산출하는 단계는
상기 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)을 비교 판단하여 태양광발전 인버터의
변환효율 감소 및 대기상태 중 적어도 어느 하나 이상에 따른 손실을 미리 설정된 복수 개의 시간간격별로 하기
수학식 9에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법.
등록특허 10-1207313
- 6 -
수학식 9.
여기서, Ylp: 태양광발전 인버터 손실
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간
YR : 태양 등가 가동시간
Tmin : 시간 간격(분)
청구항 10
제 1 항에 있어서,
매 일별, 매 월별 및 매 년별 태양광발전 시스템의 손실은 매 시간별 태양광발전 어레이 기타 손실(Ylo), 태양광
발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla), 태양광발전 어레이의 온도상승 손실
(Ylt) 및 태양광발전 인버터 손실(Ylp)부터 하기 수학식 10을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양
광발전 시스템의 손실 산출방법.
수학식 10.
여기서, Ylo: 태양광발전 어레이 기타 손실
Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실
Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실
등록특허 10-1207313
- 7 -
Ylt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실
Ylp: 태양광발전 인버터 손실
YR : 태양 등가 가동시간
d : 운전 일수
청구항 11
삭제
청구항 12
삭제
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일사강도, 온도 및[0001]
풍속 등의 주변 환경의 변화에 대해서 등가 가동시간의 개념을 적용하여 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스
템의 손실을 산출함으로써, 성능저하, 고장 혹은 결함 등의 성능장애 등을 보다 용이하게 판단하여 다양한 사용
자 요구에 부합되는 태양광 발전 시스템의 성능 향상 및 최적화에 필요한 정보를 제공할 수 있어 종래에 비해
범용성과 유용성을 가진 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법 및 그 장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
계통연계형 태양광발전 시스템은 입력에너지인 일사강도를 직류출력으로 변환하여 출력하는 태양광발전 어레이[0002]
와 태양광발전 어레이의 직류출력을 교류출력으로 변환하는 태양광발전 인버터로 구성되는데, 실제 태양광발전
시스템은 태양광발전 모듈, 태양광발전 어레이 및 태양광발전 인버터의 성능뿐만 아니라 일사강도, 온도 및 풍
속 등의 주변 환경의 변화에 따라서 발전성능이 일정하지 않고 항상 변화한다. 따라서 표준시험조건(STC,
Standard Test Conditions)인 일사강도 1kW/m
2
, 태양광발전 모듈의 표면온도 25
o
C 및 AM(Air mass) 1.5에서의
태양광발전 모듈과 태양광발전 어레이의 발전성능과 정격조건에서에의 태양광발전 인버터의 발전성능 등의 기본
정보만으로는 실제 태양광발전 시스템에서 발생하는 손실을 산출하는 것은 어렵다.
또한, 태양광발전 시스템은 수십W에서 수십MW의 다양한 설치용량의 시스템들이 설치될 수 있어 설치용량에 관계[0003]
없이 정규화된 손실을 산출할 필요가 있음에도 불구하고, 종래에는 단지 발전량 분석, 운전유무 등의 운전현황
에 대해서만 파악이 가능하고, 심각한 고장 혹은 결함에 대한 이상 유무 정도를 판단할 뿐, 주변 환경의 변화에
따른 태양광발전 시스템의 장기적인 성능저하 및 결함 등의 미소고장에 따른 이상 유무를 파악하기는 어려운 문
제점이 있다.
현재까지는 태양광발전 시스템의 성능지수인 성능계수(PR, Performance Ratio)를 계산하여 발전성능을 비교 분[0004]
석하고 있으나, 성능계수에는 많은 손실을 포함하고 있기 때문에 단지 성능계수만으로는 태양광발전 시스템의
성능저하, 고장 혹은 결함 등의 이상 유무에 대해서 정확하게 판단하기가 어려운 문제점이 있다.
태양광발전 시스템은 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등에 따른 태양광발전 어레이[0005]
의 기타 손실, 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 손실, 태양광발전 어레이의 온도상승에 따른 손실,
태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 부정합 손실, 태양광발전 인버터의 변환효
율 및 대기상태 등에 따른 태양광발전 인버터 손실 등의 다양한 손실이 발생하지만, 손실에 대한 정량적인 분석
이 이루어지지 않고 있으므로 성능저하 혹은 성능장애로 태양광발전 시스템의 장기간의 신뢰성 및 안정성을 확
립할 수 없으므로 진정한 의미의 친환경적인 에너지원이라고 할 수 없다.
따라서 태양광발전 시스템에서 발생하는 손실에 대해서 정량적인 값으로 산출한다면 태양광발전 시스템의 손실[0006]
저감을 통한 성능향상 및 최적화 설계를 가능하다. 또한 태양광발전 시스템의 성능저하, 고장 혹은 결함 등의
성능장애에 따른 이상 유무를 신속하고 보다 쉽게 판단할 수 있도록 필요한 정보를 제공하므로, 태양광발전 시
스템의 장기간 동안 성능과 품질을 보증할 수 있고 사용목적에 부합된 최적설계로 수명이 다할 때까지 항상 최
등록특허 10-1207313
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대성능 유지할 수 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광발전 시스템의 출력[0007]
값, 일사강도, 풍속 및 온도 등의 운전데이터를 수집하고 직류전력, 교류전력과 일사강도에 대해서는 등가 가동
시간으로 산출하는 성능 데이터베이스로부터 손실 산출방법으로 손실을 산출하여 태양광발전 시스템의
성능저하, 고장 혹은 결함 등의 이상 유무를 보다 쉽고 신속하게 판단하고 성능향상 및 최적화에 필요한 정보를
제공함으로써, 태양광발전 시스템이 장기간 동안 신뢰성과 안정성을 가지면서 항상 최대성능 유지하여 에너지이
용효율 개선 및 효율적이고 체계적인 사후유지 관리기술을 확립할 수 있는 범용성과 유용성을 가진 계통연계형
태양광발전 시스템의 손실 산출방법을 제공하고자 하는데 있다.
과제의 해결 수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방[0008]
법에 있어서, 태양광발전 시스템의 직류전력, 교류전력 및 일사강도를 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레
이의 등가 가동시간(YA) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)으로 변환하여 등가 가동시간으로 산출하는
단계와, 상기 태양 등가 가동시간(YR)에 기초하여 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)을 산출하는 단
계와, 상기 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)에 기초하여 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간
(YAO)을 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도보
정 후 등가 가동시간(YAT)을 산출하는 단계와, 상기 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 최대 등가 가
동시간(YAM) 및 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)에 기초하여 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)을
산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)와 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가
가동시간(YAT)에 기초하여 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의
최대 등가 가동시간(YAM)과 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)에 기초하여 태양광발전 어레이의 직류
선로 손실(Yla)을 산출하는 단계와, 상기 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 어레이의 온도보
정 후 등가 가동시간(YAT)에 기초하여 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)를 산출하는 단계와, 상기 태양광
발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)에 기초하여 태양광발전 인버터 손실
(Ylp)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법이 제공된
다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도,[0009]
온도 및 풍속 중 적어도 어느 하나 이상의 운전데이터를 수집하고 직류전력, 교류전력과 일사강도를 등가 가동
시간으로 변환하여 산출하는 성능 데이터베이스(100)와, 상기 성능 데이터베이스(100)에 의해 산출된 등가 가동
시간을 이용한 손실 산출방법을 통해 태양광발전 시스템의 성능 및 손실을 산출하는 손실 산출부(200)와, 상기
손실 산출부(200)에서 산출된 손실 정보를 설정기간 별로 보여주는 산출결과 표시부(300)와, 성능데이터베이스
(100)의 산출값과 산출결과 표시부(300)에서 보여지는 손실에 대한 정보를 저장하는 메모리(400)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출장치가 제공된다.
발명의 효과
본 발명에 따르면, 등가 가동시간을 이용한 손실 산출방법을 통해 설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 출[0010]
력값, 일사강도, 풍속 및 온도 등의 주변 환경에 변화에 따라 태양광 발전 시스템에서 발생하는 손실을 산출함
으로써, 태양광발전 시스템의 손실저감이 가능하여 성능 향상을 도모할 수 있고, 사용목적에 부합되는 맞춤형
최적설계가 가능할 뿐 아니라, 장기간의 신뢰성과 안정성을 가진 성능과 품질을 보증하는 것이 가능한 효과가
있다.
또한 본 발명에 따르면, 태양광발전 시스템의 발전량 현황, 동작유무 등의 단지 운전현황 파악에 그치는 것이[0011]
아니라, 현재의 운전현황을 실시간으로 감시하고, 등가 가동시간 개념의 손실 산출을 통해 태양광발전 시스템이
등록특허 10-1207313
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수명이 다할 때까지 고장 혹은 결함 등으로 운전이 정지되지 않고 항상 최대성능으로 운전할 수 있도록 함으로
써 고장검출 및 진단기술 등의 새로운 태양광발전 기술개발로의 응용이 가능한 효과도 있다.
또한 본 발명에 따르면 태양광발전 시스템의 손실분석을 통해서 성능저하, 고장 혹은 결함 등의 성능장애에 따[0012]
른 이상 유무에 대한 정보를 사용자 혹은 운영자에 보다 쉽고 신속하게 제공할 수 있어, 태양광발전 시스템의
성능저하를 최소화할 수 있고 발전단가 및 유지보수 등의 경제적 비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출장치의 블럭도이다.[0013]
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법이 수행되는 과정을
도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 시간별
성능 산출 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 15분별
손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 30분별
손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 시간별
손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 일별 손
실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 손실 산출방법을 통해 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 월별 손
실 산출결과를 도시한 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.[0014]
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본[0015]
발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출장치의 블록도이다.[0016]
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출장치는 태양광발전 시스템의 출력[0017]
값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 운전데이터를 수집하고 직류전력, 교류전력과 일사강도에 대해서는 등가 가동
시간으로 산출하는 성능 데이터베이스(100)와, 성능 데이터베이스(100)에 의해 산출된 등가 가동시간을 이용한
손실 산출방법을 통해 태양광발전 시스템의 성능 및 손실을 산출하는 손실 산출부(200)와, 손실 산출부(200)에
서 산출된 손실 정보를 설정기간 별로 보여주는 산출결과 표시부(300)와, 성능데이터베이스(100)의 산출값과 산
출결과 표시부(300)에서 보여지는 손실에 대한 정보를 저장하는 메모리(400)를 포함하여 구성된다.
여기서 성능 데이터베이스(100)는 태양광발전 시스템의 출력값, 일사강도, 온도 및 풍속 등의 운전데이터를 매[0018]
1초 단위의 샘플링주기로 측정하여 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별로 수집하고 직류전력, 교류전
력과 일사강도에 대해서는 등가 가동시간으로 산출하는 것이 바람직하다.
성능 데이터베이스(100)에서 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전[0019]
어레이의 등가 가동시간(YA,Meas) 및 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP,Measi)은 하기 수학식 1에 의해서 산출
한다.
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수학식 1
[0020]
여기서, YR : 태양 등가 가동시간 [0021]
GA : 경사면 일사강도 [W/m
2
][0022]
GA,Ref : 일사강도 1,000[W/m
2
] [0023]
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간 출력값 [0024]
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간 출력값 [0025]
PA : 태양광발전 어레이 출력[W] [0026]
PP : 태양광발전 시스템 출력[W] [0027]
PAS :　표준시험조건(STC)에서의 태양광발전 어레이 설치용량[W][0028]
Tmin :　시간 간격(분)[0029]
손실 산출부(200)의 세부적인 처리 동작은 도 2를 통해 상세하게 설명하기로 한다.[0030]
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계통연계형 태양광발전 시스템의 손실 산출방법이 수행되는 과정을[0031]
도시한 흐름도이다.
우선, 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등을 고려한 태양광발전 어레이의 최대 등가[0032]
가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 직류선로 저항을 고려한 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO) 및
태양광발전 어레이의 표면온도 상승을 고려한 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 산출된다
(S6).
보다 구체적으로는 수학식 1에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매[0033]
시간별 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)이 하기 수학식 2에 의해서 산출된다.
수학식 2
[0034]
여기서, YAM : 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간 [0035]
αM: 최대 성능계수(태양광발전 모듈 표면온도 25
o
C) [0036]
Tmin : 시간간격(분)[0037]
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그리고, 수학식 2에서 산출된 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30[0038]
분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 하기 수학식 3에 의해서 산출된다.
수학식 3
[0039]
[0040]
여기서, YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간 [0041]
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간 [0042]
lA : 태양광발전 어레이 직류선로 손실 [W][0043]
IA : 태양광발전 어레이 직류 전류 [A][0044]
RA : 태양광발전 어레이 직류선로 저항 [Ω] [0045]
PAS : 표준시험조건(STC)에서의 태양광발전 어레이 설치용량[W] [0046]
Tmin : 시간간격(분)[0047]
또한, 수학식 1에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및[0048]
매 시간별 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 하기 수학식 4에 의해서 산출된다.
수학식 4
[0049]
여기서, YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간 [0050]
αt : 태양광발전 어레이 온도 보정계수 (태양광발전 모듈 표면온도 25
o
C)[0051]
At : 태양광발전 어레이 온도 보정상수 [0052]
Tm : 태양광발전 모듈 표면온도 [
o
C][0053]
Tmin : 시간 간격(분)[0054]
S6 단계에서 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 직류선로 저항을 고려한 태양[0055]
광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO) 및 태양광발전 어레이의 표면온도 상승을 고려한 태양광발전 어레이의
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온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 산출되면, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이
의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)을 비교 판단하게 된다(S8).
제 S8 단계의 비교판단 결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후[0056]
등가 가동시간(YAT)보다 작을 경우 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화 등에 따른 손실인
태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)은 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온
도보정 후 등가 가동시간(YAT)의 차이값이 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)에 가산되고(S10), 태양광발전 어
레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)보다 클 경우 태양광발전
어레이의 기타 손실(Ylo)은 수학식 5의 두 번째 수식에 의해 산출된다(S14).
S10 및 S14 단계는 수학식 1 내지 수학식 4에서 산출된 태양 등가 가동시간(YR), 태양광발전 어레이의 최대 등[0057]
가 가동시간(YAM), 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO))과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동
시간(YAT)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별로 하기 수학식 5에 의해서 비교 판단하여 산출
된다.
수학식 5
[0058]
여기서, Ylo : 태양광발전 어레이 기타 손실[0059]
YR : 태양 등가 가동시간[0060]
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간[0061]
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간[0062]
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간[0063]
Tmin : 시간 간격(분)[0064]
S10 단계에서 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)이 산출되면, 수학식 3 및 수학식 4에서 산출된 태양광발전 어[0065]
레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)(S6)으로부터 매 분별,
매 시간별 및 매 일별로 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최대 출력점 변동 등에 따른 태양광발전 어레이
의 부정합 손실(Ylm)이 하기 수학식 6에 의해서 비교 판단하여 산출된다(S12, S16).
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수학식 6
[0066]
여기서, Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실[0067]
YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간[0068]
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간[0069]
Tmin : 시간간격(분)[0070]
보다 상세하게는, S8 단계의 비교판단 결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이[0071]
의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이 보다 클 경우 입사각에 따른 일사강도의 변동, 적운, 적설, 오염 및 노화
등에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)을 산출 한 후, 태양광발전 어레이의 직병렬 불균형 및 최
대 출력점 변동 등에 따른 손실인 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)을 산출하고(S12), S8 단계의 비교판단
결과, 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)이 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시간(YAT)이
보다 작을 경우 태양광발전 어레이의 최적 등가 가동시간(YAO)과 태양광발전 어레이의 온도보정 후 등가 가동시
간(YAT)의 차이값을 태양광발전 어레이의 기타 손실(Ylo)에 가산한 후(S14), 태양광발전 어레이의 부정합 손실
(Ylm)을 0으로 한다(S16).
태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)이 산출되면, 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에 따른 손실인 태양광발[0072]
전 어레이의 직류선로 손실(Yla)이 산출된다(S18).
수학식 2 및 수학식 3에서 산출된 태양광발전 어레이의 최대 등가 가동시간(YAM)과 태양광발전 어레이의 최적 등[0073]
가 가동시간(YAO)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 직류선로 저항에
따른 태양광발전 어레이의 직류회로 손실(Yla)이 하기 수학식 7에 의해서 산출된다.
수학식 7
[0074]
여기서, Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실[0075]
YAM : 태양광발전 어레이 최대 등가 가동시간[0076]
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YAO : 태양광발전 어레이 최적 등가 가동시간 [0077]
Tmin : 시간간격(분)[0078]
그 다음, 수학식 1 및 수학식 4에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 어레이의 온도[0079]
보정 후 등가 가동시간(YAT)으로부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 어레이의 표면온
도 상승에 따른 태양광발전 어레이의 온도상승 손실(Ylt)이 하기 수학식 8에 의해서 산출된다(S20).
수학식 8
[0080]
여기서, Ylt: 태양광발전 어레이 온도상승 손실[0081]
YAT : 태양광발전 어레이 온도보정 후 등가 가동시간(운전데이터 수집 경과년수 n년)[0082]
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간[0083]
Tmin : 시간 간격(분) [0084]
그 다음, 태양광발전 인버터의 변환효율 감소 및 대기상태 등에 따른 손실인 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광발[0085]
전 시스템의 등가 가동시간(YP)을 비교한다(S22).
S22 단계의 비교판단 결과, 태양 등가 가동시간(YR)이 0보다 크고 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)이 0일[0086]
경우 하기 수학식 9와 같이, 태양광발전 인버터 손실(Ylp)은 태양 등가 가동시간(YR)으로 산출한다(S24).
S22 단계의 비교판단 결과, 태양 등가 가동시간(YR)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)이 둘다 0보다 클[0087]
경우 수학식 1에서 산출된 태양광발전 어레이의 등가 가동시간(YA)과 태양광발전 시스템의 등가 가동시간(YP)로
부터 매 분별, 매 15분별, 매 30분별 및 매 시간별 태양광발전 인버터의 변환효율 감소 및 대기상태 등에 따른
태양광발전 인버터 손실(Ylo)은 하기 수학식 9에 의해서 산출된다(S26).
수학식 9
[0088]
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여기서, Ylp: 태양광발전 인버터 손실[0089]
YA : 태양광발전 어레이 등가 가동시간[0090]
YP : 태양광발전 시스템 등가 가동시간 [0091]
YR : 태양 등가 가동시간 [0092]
Tmin : 시간 간격(분)[0093]
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 1 내지 수학식 4를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전[0094]
시스템의 매 시간별 성능 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 5내지 수학식 9를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전[0095]
시스템의 매 15분별 손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 5내지 수학식 9를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전[0096]
시스템의 매 30분별 손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 5내지 수학식 9를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전[0097]
시스템의 매 시간별 손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 5내지 수학식 9를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전[0098]
시스템의 매 일별 손실 산출결과를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수학식 5내
지 수학식 9를 사용하여 얻어진 계통연계형 태양광발전 시스템의 매 월별 손실 산출결과를 도시한 그래프이다.
도 7 및 도 8에서, 매 일별, 매 월별 및 매 년별 태양광발전 시스템의 손실은 시간별 태양광발전 어레이 기타[0099]
손실(Ylo), 태양광발전 어레이의 부정합 손실(Ylm)태양광발전 어레이의 직류선로 손실(Yla), 태양광발전 어레이의
온도상승 손실(Ylt) 및 태양광발전 인버터 손실(Ylp)부터 하기 수학식 10을 통해 산출된다.
수학식 10
[0100]
[0101]
[0102]
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[0104]
여기서, Ylo: 태양광발전 어레이 기타 손실 [0105]
Ylm : 태양광발전 어레이 부정합 손실[0106]
Yla : 태양광발전 어레이 직류선로 손실[0107]
Ylt : 태양광발전 어레이 온도상승 손실[0108]
Ylp: 태양광발전 인버터 손실[0109]
YR : 태양 등가 가동시간 [0110]
d : 운전 일수[0111]
본 발명에 따른 등가 가동시간을 이용한 산출방법은 단위가 없는 즉 무차원화 하여 정량적인 값으로 추정하므로[0112]
설치용량에 상관없이 태양광발전 시스템의 성능을 산출하는데 있어서 범용성과 유용성을 포함하는 것이 특징이
다.
그리고, 산출결과 표시부(300)는 산출된 손실을 설정기간에 따른 매 1분, 매15분, 매 30분, 매 시간별, 매[0113]
일별, 매 월별 및 매 년별로 손실에 대한 정보를 보여주는 것을 특징으로 한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이[0114]
없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서
속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
부호의 설명
100 : 성능 데이터베이스200 : 손실 산출부[0115]
300 : 산출결과 표시부400 : 메모리
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도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
도면5
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도면6
도면7
도면8
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