KR20200079360A - Building Energy Management System and Energy Independent Building - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건물 에너지 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 건물 일체형 태양광 발전 시스템에서 복수 개의 태양광 모듈과 각각 연결되어 있는 인버터를 기초로 최대 전력을 생산할 수 있는 기술에 관한 발명이다. The present invention relates to a building energy system and an energy-independent building applying the same, and more specifically, to a technology capable of producing maximum power based on an inverter connected to a plurality of solar modules in a building-integrated solar power system. It is related invention.
화석 에너지의 고갈과 환경 오염 등의 문제로 인해 신재성 에너지에 관해 전 세계적으로 많은 관심이 집중되고 있으며 특히 그 중에서 태양광 발전이 대해 많은 연구들이 진행되고 있다.Due to problems such as depletion of fossil energy and environmental pollution, a lot of attention has been focused on renewable energy worldwide, and among them, many studies have been conducted on solar power generation.
태양광 발전은 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양 전지를 이용하여 전기를 생산하는 발전으로, 그 특성상 전기를 생산함에 있어서 환경 오염이 없고 소음도 적으며, 무한의 에너지를 사용할 수 있기 때문에 미래의 새로운 대체 에너지로 많이 주목 받고 있으며, 이를 위한 많은 연구와 다양한 개발이 이루어지고 있다.Photovoltaic power generation is a power generation that produces electricity using solar cells that convert light energy into electrical energy. Due to its characteristics, there is no environmental pollution, low noise, and unlimited energy can be used to produce electricity. It is attracting much attention as an alternative energy, and many studies and various developments have been made for this.
그리고 이러한 태양광 발전은 건물의 에너지 시스템에도 많이 활용되고 있는데, 일반적으로 건물에서 태양광 발전을 이용하는 경우 건물의 옥상에 태양과 모듈을 설치하여 이를 기초를 생산한 전기를 건물의 에너지로 활용한다. 그리고 최근에는 태양광 모듈을 건물의 옥상 뿐만 아니라 건물의 외장재로 사용할 수 있는 태양광 모듈을 건물의 외장재로 사용하여 이를 이용하여 전기를 생산하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV: Building Integraged Photovoltaic System Solar Moduble)에 대해 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.In addition, such solar power is often used in building energy systems. In general, when solar power is used in a building, the sun and modules are installed on the roof of the building to use the electricity that produced the foundation as the energy of the building. And recently, a building integrated solar photovoltaic system (BIPV) that produces electricity by using solar modules that can be used as exterior materials for buildings as well as rooftops of buildings is used as exterior materials for buildings. Moduble) is being researched and developed a lot.
한편, 종래의 지능형 빌딩 에너지 관리 시스템(Intelligent Building Energy Management System, I-BEMS 또는 BEMS)의 경우 빌딩의 상부나 측면에 태양광 발전 시스템을 적용하여 이로 발전한 전력을 고효율 전등이나 공조 시스템을 적용하거나 추가적으로 지열 시스템 등을 적용하는 등 개별적인 시스템들을 다양하게 활용하여 자체적인 에너지를 생산하고 에너지 사용의 독립성이나 효율성을 높이고자 하는 시도가 있었다.On the other hand, in the case of the conventional intelligent building energy management system (Intelligent Building Energy Management System, I-BEMS or BEMS), a solar power system is applied to the top or side of a building to apply the power generated by the high-efficiency light or air conditioning system or additionally There have been attempts to produce energy of its own and to increase the independence or efficiency of energy use by utilizing individual systems in various ways, such as applying a geothermal system.
그러나, 종래의 지능형 빌딩 에너지 관리 시스템에서는 이러한 개별적인 시스템들을 통합적으로 관리하고 에너지 리소스의 효율적 활용성을 극대화하는 부분에 있어서는 아직까지 확실한 대안이 부족하여 에너지 사용의 독립성이나 효율성을 만족할만한 수준까지 도달시키지 못했다.However, in the conventional intelligent building energy management system, there are still no clear alternatives in managing these individual systems collectively and maximizing the efficient utilization of energy resources, so that the independence or efficiency of energy use is not reached to a satisfactory level. Did not.
즉, 종래의 빌딩 에너지 관리 시스템은 빌딩의 전체적인 에너지 활용 효율성의 극대화를 달성하기 어려운 소극적 관리 기술이 대부분이고 여전히 기존에 사용하는 계통 전력에 사용 전력의 대부분을 의존하며 일부 사용 전력만을 보조적으로 활용하는 데 그쳐 에너지 사용의 독립성이나 효율성이 크게 높아지지 않는 문제점이 있었다.In other words, the conventional building energy management system is mostly passive management technology that is difficult to achieve the maximization of the overall energy utilization efficiency of the building, and still relies on most of the used power to the existing system power and subsidizes only a part of the used power. However, there is a problem in that the independence and efficiency of energy use are not significantly increased.
따라서, 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물은 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 복수 개의 태양광 모듈에 각각 인터버를 독립적으로 연결하여 복수 개의 태양광 모듈별로 최대 전력을 생산해 낼 수 있는 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물을 제공하기 위함이다.Therefore, a building energy management system and an energy-independent building using the same according to an embodiment are inventions designed to solve the above-described problems, and each inverter is independently connected to a plurality of photovoltaic modules, thereby maximizing each photovoltaic module. The purpose is to provide a building energy management system capable of generating electric power and an energy independent building using the same.
일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템은 상기 건물의 적어도 일부의 외장재로 사용되면서 태양광을 이용해 전력을 생산하는 복수 개의 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System) 제1 태양광 모듈(Solar Module), 상기 제1태양광 모듈로부터 생산된 전기 에너지를 수신하고 전력으로 변환하여 부하로 공급하는 복수 개의 제1전력 변환기를 포함하고 상기 제1전력 변환기는 상기 복수 개의 제1태양광 모듈과 연결되어 있고 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 전기를 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다. Building energy management system according to an embodiment is a plurality of BIPV (Building Integrated Photovoltaic System) first solar module (Solar Module), which is used as an exterior material of at least a part of the building to produce power using sunlight It includes a plurality of first power converter for receiving the electrical energy produced by the solar module and converting it into electric power to supply to the load, the first power converter is connected to the plurality of first solar modules and the maximum power point It may include a converter that converts electricity based on the maximum power point tracking (MPPT) function.
또한, 상기 전력 변환기는, 상기 복수 개의 태양광 모듈 별로 최대 전력점 추정 제어 수행하는 제어부를 더 포함하고 상기 컨버터는 상기 제어부에서 수행한 최대 전력점 추정 결과를 기초로 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 건물 에너지 관리 시스템.In addition, the power converter further includes a controller for performing maximum power point estimation control for each of the plurality of solar modules, and the converter converts DC electricity into AC electricity based on the maximum power point estimation result performed by the controller. Building energy management system.
또한, 상기 복수 개의 전력 변환기는 상기 복수 개의 태양광 모듈과 각각 직렬 구조로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of power converters may be connected to the plurality of solar modules in series with each other.
또한, 상기 복수 개의 전력 변환기는 병렬 구조로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of power converters may be connected in a parallel structure.
또한, 상기 태양광 모듈에 연결되어 있고 일사량, 풍향, 풍속, 상기 태양광 모듈의 온도 및 외기 온도를 측정하는 감지부를 더 포함할 수 있다.In addition, it is connected to the photovoltaic module and may further include a sensing unit for measuring solar radiation, wind direction, wind speed, and temperature and outdoor temperature of the photovoltaic module.
또한, 상기 전력 변환기는 상기 감지부에서 측정한 결과를 기초로 MPPT를 수행할 수 있다. In addition, the power converter may perform MPPT based on the result measured by the sensing unit.
또한, 상기 태양광 모듈에서 생산된 전기 에너지가 저장되는 저장부를 더 포함할 수 있다.In addition, the solar module may further include a storage unit in which electrical energy produced is stored.
또한, 상기 태양광 모듈에 의해 상기 건물에 공급되는 전력에 대한 정보를 외부 서버 또는 단말로 송신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a communication unit for transmitting information about the power supplied to the building by the solar module to an external server or terminal.
또한, 상기 건물 에너지 관리 시스템은 상기 건물에 옥상 또는 외벽에 설치되어 태양광을 이용해 전력을 생산하는 제2태양광 모듈 및 상기 제2태양광 모듈과 직렬로 연결되어 있고 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 제2전력 변환기를 더 포함할 수 있다.In addition, the building energy management system is installed on the roof or the outer wall of the building, a second solar module that generates power using sunlight, and an MPPT that is connected in series with the second solar module and tracks the maximum power point. A second power converter that converts DC electricity into AC electricity based on the (Maximum Power Point Tracking) function may be further included.
다른 실시예에 따른 에너지 독리형 건물은 건물의 적어도 일부의 외장재로 사용되면서 태양광을 이용해 전력을 생산하는 복수 개의 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System) 태양광 모듈(Solar Module) 및 상기 복수 개의 태양광 모듈과 연결되어 있어 상기 태양광 모듈로부터 생산된 전기 에너지를 수신하고, 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 상기 태양광 모듈로부터 수신한 전기를 변환한 후 부하로 공급하는 전력 변환기를 포함할 수 있다.Energy independent building according to another embodiment is a plurality of BIPV (Building Integrated Photovoltaic System) solar module and the plurality of solar modules to generate power using sunlight while being used as at least a part of the exterior of the building It is connected to and receives the electric energy produced by the solar module, converts electricity received from the solar module based on the MPPT (Maximum Power Point Tracking) function that tracks the maximum power point, and supplies it to the load. Power converters.
또한, 상기 전력 변환기는 상기 복수 개의 태양광 모듈 별로 최대 전력점 추정 제어 수행하는 제어부를 더 포함하고 상기 컨버터는 상기 제어부에서 수행한 최대 전력점 추정 결과를 기초로 직류 전기를 교류 전기로 변환할 수 있다.In addition, the power converter further includes a controller for performing maximum power point estimation control for each of the plurality of solar modules, and the converter can convert DC electricity into AC electricity based on the maximum power point estimation result performed by the controller. have.
또한, 상기 복수 개의 전력 변환기는, 상기 복수 개의 태양광 모듈과 각각 직렬 구조로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of power converters may be connected to the plurality of solar modules in a serial structure, respectively.
또한, 상기 복수 개의 전력 변환기는 병렬 구조로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of power converters may be connected in a parallel structure.
또한, 상기 에너지 독립형 건물은 상기 태양광 모듈에 연결되어 있고 일사량, 풍향, 풍속, 상기 태양광 모듈의 온도 및 외기 온도를 측정하는 감지부를 더 포함하고 상기 전력 변환기는 상기 감지부에서 측정한 결과를 기초로 MPPT를 수행할 수 있다.In addition, the energy-independent building is connected to the solar module and further includes a sensing unit for measuring solar radiation, wind direction, wind speed, temperature and outdoor temperature of the solar module, and the power converter measures the result measured by the sensing unit. MPPT can be performed as a basis.
또한, 상기 건물은 이동이 가능한 독립형 이동식 건물을 포함할 수 있다.In addition, the building may include a movable stand-alone movable building.
일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물의 경우, 태양광 모듈에 인버터가 각각 독립적으로 연결되어 있어 최대 전력 변환을 태양광 모듈마다 독립적으로 할 수 있어 전력을 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 존재한다. In the case of a building energy management system according to an embodiment and an energy-independent building using the same, an inverter is independently connected to a solar module, so that maximum power conversion can be independently performed for each solar module, so that power can be efficiently produced. The effect exists.
도 1은 종래 BIPV기술이 적용된 건물 에너지 관리 시스템의 일부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템의 일부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템의 일부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 1 is a view showing a partial configuration of a conventional building energy management system BIPV technology is applied.
2 is a diagram illustrating a partial configuration of a building energy management system according to an embodiment.
3 is a block diagram showing a partial configuration of a building energy management system according to an embodiment.
4 is a flowchart illustrating a control method of a building energy management system according to an embodiment.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The configuration shown in the embodiments and drawings described in this specification is a preferred example of the disclosed invention, and at the time of filing of the present application, there may be various modifications that can replace the embodiments and drawings of the present specification.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In addition, the terms used herein are used to describe the embodiments, and are not intended to limit and/or limit the disclosed invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 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 않으며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. In this specification, the terms "include", "have" or "have" are intended to indicate that there are features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the specification, but one Or other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, which do not preclude the possibility of addition or addition, and include ordinal numbers such as "first", "second", etc. as used herein. Although the term can be used to describe various components, the components are not limited by the terms.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.
도 1은 종래 기술에 따른 BIPV가 적용된 건물의 에너지 관리 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing an energy management system of a building to which BIPV is applied according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 BIPV의 경우 건물 옥상이나 외벽에 설치된 태양광 모듈(1,2) 및 건물의 와장재로 사용된 태양광 모듈(3,4)로 부터 생산된 전기 에너지를 수신 받고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터 등을 포함하고 있는 전력변환기(5)를 거쳐 건물에 에너지를 공급하는 것이 일반적인 형태였다.Referring to FIG. 1, in the case of BIPV according to the prior art, the electric energy produced from the solar modules (1,2) installed on the roof or the outer wall of the building and the solar modules (3,4) used as the building material of the building It was a common form to receive and receive energy through a power converter 5 that includes an inverter that converts DC power into AC power.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 태양광 발전이 적용된 기존의 건물 에너지 관리 시스템은 중앙 집중형 인버터를 주로 사용하였는데, 중앙 집중형 인버터로는 모듈 간 미스 매치에 구조적으로 대응할 수 없었기 때문에 모듈간 미스 매치가 발생하였을 경우 발전량이 하향 평준화가 되어서 건물 전체의 발전량이 감소되는 문제가 존재하였다.That is, as shown in FIG. 1, the existing building energy management system to which solar power was applied mainly used a centralized inverter, but since the centralized inverter could not structurally respond to a mismatch between modules, a module-to-module miss When a match occurred, there was a problem in that the amount of power generated in the entire building was reduced due to the downward leveling of power generation.
미스 매치의 경우 일반적으로 태양광 모듈에서 발생되는 그림자, 낙엽, 먼지 등에 의해 발생될 수 있는데, 음영 발생에 따른 미스 매치는 극단적으로 100프로의 모듈간 편차를 가져올 수 있다. 그리고 모듈마다 발전할 수 있는 최대 전력이 서로 다를 때, 이 모듈들이 직렬로 구성되어 있어 스트링 구조를 가지고 있으므로 발전량이 가장 작은 모듈을 기준으로 하향 평준회가 되는 문제점이 존재하였다. In the case of a miss match, it may be caused by shadows, fallen leaves, dust, etc., which are generally generated in a solar module, and a miss match due to shading may cause an extreme deviation between modules of 100%. And when the maximum power that can be generated for each module is different, these modules are configured in series to have a string structure, so there is a problem in that the module generates a downward leveling criterion based on the smallest module.
따라서, 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 독립형 이동식 건물은 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 복수 개의 인버터를 태양광 모듈마다 직렬로 설치하여 태양광 모듈간 미스 매치로 인해 발생할 수 있는 문제점을 해결한 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 독립형 이동식 건물을 제공하기 위함이다. 이하 도면을 통해 상세히 알아보도록 한다.Therefore, the building energy management system according to an embodiment and a standalone mobile building using the same are inventions designed to solve the above-described problems, and a plurality of inverters are installed in series for each photovoltaic module, resulting in a mismatch between photovoltaic modules. It is to provide a building energy management system that solves the problems that can be solved and a standalone mobile building using the same. It will be described in detail through the drawings below.
도 2는 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템의 전반적인 동작 원리를 설명하기 위해 도시한 건물 에너지 관리 시스템의 일부 구성을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a part of a structure of a building energy management system illustrated to describe an overall operation principle of the building energy management system according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 복수 개의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)과 각각의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)과 직렬로 연결되어 있으면서 최대 전력을 추종하는 MPTT 제어기(12, 22, 32, 42)와 전력을 변환하는 인버터(13, 23, 33, 43)를 포함하는 복 수개 의 전력 변환기(10, 20, 30, 40)를 포함할 수 있다.2, the building
태양광 모듈(11, 21, 31, 41)은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지를 이용하여 직류 전원을 생산 할 수 있다.The
일 실시예에 따른 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)은 건물일체형 태양광 발전에서 사용되는 통상적인 태양전지 모듈이 사용되는데, 예를 들면, 강화유리에 태양전지 셀이 부착된 구성의 것이 사용될 수 있다. 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)에서 생산되는 직류 전원은 건물 내의 설치되어 있는 복수 개의 부하로 공급되거나 배터리로 공급될 수 있다.Solar modules (11, 21, 31, 41) according to an embodiment is used in a typical solar cell module used in solar power generation integrated in a building, for example, the structure of the solar cell attached to the tempered glass Can be used. The DC power produced by the
배터리는 도면에 도시하지는 않았지만 태양전지 모듈(11, 21, 31, 41)에서 생산된 전기 에너지가 저장될 수 있다. 배터리는 건물일체형 태양광 발전에서 사용되는 ESS(Energy Storage System)에 구비되는 구성일 수 있다. 배터리에 저장된 직류 전원은 부하로 공급될 수 있다.Although the battery is not shown in the drawing, electric energy produced by the
또한, 도면에는 태양광 모듈을 일 실시예로 4개의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)로 도시하였지만 태양광 모듈의 개수가 이에 한정되는 것은 아니고 더 적게 혹은 더 많이 구비될 수 도 있다. In addition, although the solar modules are illustrated as four
또한, 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)은 건물의 옥상 또는 외벽에 독립적으로 설치되어 에너지를 생산하는 태양광 모듈(11, 21)과 건물의 외장재로 사용되면서 동시에 에너지를 생산하는 태양광 모듈(31, 41)로 구분될 수 있다. 본 명세서에서는 편의의 설명을 위해 건물의 외장재로 사용되는 태양광 모듈(31, 41)을 제1태양광 모듈로, 건물의 옥상 또는 외벽에 독립적으로 설치되는 태양광 모듈(11,21)을 제2태양광 모듈이라 지칭한다.In addition, the solar modules (11, 21, 31, 41) are independently installed on the roof or outer wall of the building to produce energy while using the solar modules (11, 21) and the exterior of the building while producing energy at the same time It can be divided into optical modules (31, 41). In the present specification, for convenience of description, the solar modules (31, 41) used as the exterior of the building as the first solar module, and the solar modules (11, 21) independently installed on the roof or outer wall of the building are provided. It is referred to as 2 solar module.
태양광 모듈(11, 21, 31, 41)에 의해 생산된 전력은 복 수개의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)과 각각 직렬로 연결되어 있는 전력 변환기로(10, 20, 30, 40)로 송신될 수 있으며, 각각의 전력 변환기에서 변환된 에너지는 통합 인버터로 송신된 후 전력이 필요한 각각의 부하에 개별적으로 에너지가 전달될 수 있다.The power produced by the solar modules (11, 21, 31, 41) is a power converter (10, 20, 30, respectively) connected in series with a plurality of solar modules (11, 21, 31, 41), respectively. 40), and the energy converted in each power converter can be transmitted to the integrated inverter, and then energy can be individually delivered to each load requiring power.
일반적으로, 태양광 모듈의 출력은 일사량, 표면온도 등의 환경에 따라 동작전압과 전류의 상태를 나타내는 특성 곡선이 비선 형적인 특성을 나타내게 되는데, 이러한 특성 곡선상의 전압-전류의 동작점이 결정되면, 태양전지의 출력 전력량이 결정된다. 따라서, 전력 변환기(10, 20, 30, 40)는 태양광 모듈(10, 20, 30, 40)로부터 수신한 에너지를 상황에 맞추어 최대 전력이 출력될 수 있도록 전기를 변환시킨다.In general, the output of the photovoltaic module exhibits a nonlinear characteristic of a characteristic curve indicating the state of the operating voltage and current depending on the environment such as solar radiation, surface temperature, etc. When the operating point of the voltage-current on the characteristic curve is determined, The output power of the solar cell is determined. Accordingly, the
구체적으로, 독립형 태양광 인버터 시스템에서는 출력 전력의 동작점이 부하의 용량에 의해서 결정되지만, 계통연계형 태양광 인버터 시스템에서는 계통 부하를 무한대로 변동가능한 부하로 볼 수 있기 때문에, 시스템의 효율을 높이기 위하여 태양전지에서 발생하는 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대전력추종기법(Maximum Power PointTracking; MPPT)이 주로 사용되고 있다. Specifically, in the stand-alone solar inverter system, the operating point of the output power is determined by the capacity of the load, but in the grid-connected solar inverter system, since the system load can be viewed as an infinitely variable load, in order to increase the efficiency of the system The maximum power tracking technique (MPPT), which can utilize the maximum power generated by the solar cell, is mainly used.
MPPT 기법들에 대한 연구는 시스템의 복잡도, 센서의 유무, 수렴 속도, 설계 비용, 하드웨어 구현 등의 관점에서 진행되고 있는데, 대표적인 기법으로 변동관찰법 (Perturbation and Observation Method)을 들 수 있다. Research on MPPT techniques is being conducted in terms of system complexity, presence or absence of sensors, convergence speed, design cost, hardware implementation, etc. The representative technique is the Perturbation and Observation Method.
변동관찰법(Perturbation and Observation Method)은 태양전지의 파라미터에 영향을 받지 않고 태양전지의 노후화로 인한 특성 변화와 무관하게 동작하는 장점이 존재한다.The Perturbation and Observation Method has the advantage of operating regardless of changes in characteristics due to aging of the solar cell without being affected by the parameters of the solar cell.
따라서, 전력 변환기(10, 20, 30, 40)는 각각의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)를 생산된 전기를 수신하고 수신한 에너지가 최대 출력으로 각 부하에 전달될 수 있도록 MPPT 기법을 수행하여 전력을 변환시킬 수 있다. 구체적으로 전력 변환기는(10, 20, 30, 40) MPTT 기법을 수행하는 MPTT 제어기(12, 22, 32, 42)와 각각의 MPTT 제어기(12, 22, 32, 42)에서 도출한 결과를 기초로 전력의 변환을 수행하는 인버터를 포함할 수 있다.Accordingly, the
도면에는 도시하지 않았지만, 컨버터는 직류-직류 컨버터, 직류-교류 컨버터를 포함할 수 있다.Although not shown in the drawings, the converter may include a DC-DC converter and a DC-AC converter.
직류-직류 컨버터는, 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)을 통해 출력되는 에너지를 승압할 수 있다. 즉, 직류-직류 컨버터는 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)을 통해 출력되는 직류 전압을 승압하여 출력할 수 있다.The DC-DC converter can boost the energy output through the
직류-교류 컨버터는 상기 직류-직류 컨버터를 통해 승압된 에너지를 부하에서 사용 가능한 에너지로 변환시킬 수 있다. 즉, 상기 직류-교류 컨버터는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 계통과 같은 교류부하에 공급할 수 있다.The DC-AC converter may convert the boosted energy through the DC-DC converter into energy usable by the load. That is, the DC-AC converter may convert the DC voltage into an AC voltage and supply it to an AC load such as a system.
직류-직류 컨버터는 전압이 낮은 쪽, 다시 말해서 신 재생 에너지 모듈(101)에서 전압이 높은 쪽으로 전력을 전달하기 위해 사용될 수 있으며, 직류-직류 컨버터는 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 수행하여 출력 에너지를 최대로 하는 전압의 기준 신호를 만들어 내며, 이를 제어하기 위해 직류-직류 컨버터는 전압 제어 및 전류 제어를 수행할 수 있다.The DC-DC converter can be used to transfer power from the low voltage side, that is, from the renewable energy module 101 to the high voltage, and the DC-DC converter is a Maximum Power Point Tracking (MPPT) tracking maximum power point. ) Function to create a reference signal of the voltage that maximizes the output energy. To control this, the DC-DC converter can perform voltage control and current control.
일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 각각의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)로부터 수신한 에너지를 모두 합쳐 일률적으로 전력 변환을 하지 않고 각각의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)과 연결되어 있는 전력 변환기(10, 20, 30, 40)를 이용하여 각각의 태양과 모듈(11, 21, 31, 41)의 특성을 반영한 최대 전력 포인트를 추적하여 전력을 변환하므로 전력의 효율을 높일 수 있는 효과가 존재한다. The building
즉, 기존의 에너지 관리 시스템에 적용된 중앙 집중형 인버터로는 모듈 간 미스 매치에 구조적으로 대응할 수 없었기 때문에 모듈간 미스 매치가 발생하였을 경우 발전량이 하향 평준화가 되어서 건물 전체의 발전량이 감소되는 문제가 존재하였으나, 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 중앙 집중형 인버터가 아닌 각각의 태양광 모듈 연결되어 있는 전력 변환기를 이용하여 독립적으로 전력 변환을 수행하므로 기존 기술이 가지고 있던 문제점을 보완할 수 있는 장점이 존재한다.In other words, the centralized inverter applied to the existing energy management system could not structurally cope with mismatch between modules, so when a mismatch between modules occurs, there is a problem that the amount of power generation decreases and the whole power generation decreases. However, the building
도 3은 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템의 일부 구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing a partial configuration of a building energy management system according to an embodiment.
도 3을 참조하면 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 태양광 모듈의 상태를 감지하는 감지부(100)와 감지부(100)에서 수신한 결과를 기초로 각각의 전력변환기를 이용하여 최대 전력을 추출하는 제어부(400) 및 감지부(100)에 측정한 결과와 제어부(400)에 의해 결정된 최대 출력에 대한 정보를 외부로 표시하는 표시부(300)와 외부 서버 또는 외부 단말에 이를 송신하는 통신부(200) 등을 포함할 수 있다.
Referring to FIG. 3, the building
구체적으로, 감지부(100)는 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)에 부착되어 있거나 연결되면서, 일사량, 풍향, 풍속, 상기 태양광 모듈의 온도 및 외기 온도를 측정할 수 있고, 측정된 결과는 제어부(400)로 전송될 수 있으며, 제어부(400)는 감지부(100)로부터 수신한 결과를 기초로 각각의 전력 변환기가 최대 전력을 생산해 낼 수 있도록 전력 변환기를 제어할 수 있다. Specifically, the sensing unit 100 may be attached to or connected to the
즉. 각각의 태양과 모듈(11, 21, 31, 41)마다 설치되어 있는 위치적 특성으로 인해 생산해 낼 수 있는 최대 전력의 차이가 존재하므로 제어부(400)를 이를 반영하여 각각의 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)마다 독립적으로 최적 제어를 수행해 나갈 수 있다.In other words. Since there is a difference in the maximum power that can be produced due to the positional characteristics installed in each sun and each of the
전력 변환기를 제어하는 제어부(400)는 하나의 제어부로 구성될 수 있으나, 독립된 복수 개의 제어부에 의해 각각 제어될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 제1제어부(410), 제2제어부(420), 제3제어부(430) 등은 도 2에 도시된 MPTT 제어기(12, 22, 32, 42)에 대응될 수 있다.The control unit 400 for controlling the power converter may be configured as one control unit, but may be controlled by a plurality of independent control units. That is, the first control unit 410, the second control unit 420, the third control unit 430 shown in FIG. 3 may correspond to the
통신부(200)는 Wi-Fi, 블루투스를 이용하여 외부 서버 또는 외부 단말 연동 가능한 무선 통신 기능을 갖는 것으로서, 건물에서 생산되고 이용되는 에너지에 대한 정보를 외부로 전달하는 역할을 할 수 있다.The communication unit 200 has a wireless communication function capable of interworking with an external server or an external terminal using Wi-Fi or Bluetooth, and may serve to transmit information on energy produced and used in a building to the outside.
통신부(200)는 스마트폰의 Wi-Fi 또는 블루투스 등의 무선 통신망과 3G 또는 4G 무선 통신 기능을 사용하고 있다. 따라서, 통신부(200)는 3G 또는 4G 통신을 이용하여 외부의 관리 서버 또는 사용자의 이동 단말에 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)에서 생산해내는 에너지 및 전력 변환기(10, 20, 30, 40)를 거쳐 출력되는 에너지에 대한 각종 정보를 송신할 수 있다. 따라서, 이를 통하여 사용자는 보다 쉽게 건물의 에너지 사용을 관리할 수 있는 장점이 존재한다.The communication unit 200 uses a wireless communication network such as Wi-Fi or Bluetooth of the smartphone and a 3G or 4G wireless communication function. Accordingly, the communication unit 200 uses the 3G or 4G communication to generate energy and
표시부(200)는 건물에서 생산되고 이용되는 에너지에 대한 정보를 외부로 전달하는 역할을 할 수 있으며, 이는 디스플레이 등을 이용하여 표시될 수 있다. The display unit 200 may serve to transmit information on energy produced and used in a building to the outside, which may be displayed using a display or the like.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 태양광 모듈(11, 21, 31, 41)과 전력 변환기(10, 20, 30, 40)의 의 각종 정보를 저장할 수 있는 저장부를 더 포함할 수 있다. In addition, although not shown in the drawing, the building
상기 설명한 건물 에너지 관리 시스템(1000)이 적용될 수 있는 건물은 다양한다. 이러한 건물 에너지 관리 시스템은 각종 존재한다.The buildings to which the building
도 4는 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템(1000)의 제어 방법을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a control method of the building
도 4를 참조하면, 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 복수 개의 태양광 모듈로부터 각각 생성된 전기 에너지를 수급 받을 수 있다. (S10)Referring to FIG. 4, the building
그 후 수급 받은 전기 에너지를 각각의 상황에 맞추어 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT를 수행하여 최대 전력 포인트를 찾은 후 각각의 태양광 모듈과 연결되어 있는 전력 변환기를 이용하여 최적의 전력 변환을 수행할 수 있다.(S20, S30)After that, the MPPT that tracks the maximum power point according to the situation of the received electrical energy is performed to find the maximum power point, and the optimum power conversion can be performed using the power converter connected to each solar module. Yes (S20, S30)
그 후, 전력 변환기에서 변환된 전력은 최종 인버터를 거쳐 각종 부하 및 기기에 공급될 수 있다. Thereafter, the power converted by the power converter may be supplied to various loads and devices through a final inverter.
지금까지 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물의 구조 및 기능에 대해 알아보았다.So far, the structure and function of a building energy management system and an energy-independent building using the same have been described.
종래의 지능형 빌딩 에너지 관리 시스템에서는 이러한 개별적인 시스템들을 통합적으로 관리하고 에너지 리소스의 효율적 활용성을 극대화하는 부분에 있어서는 아직까지 확실한 대안이 부족하여 에너지 사용의 독립성이나 효율성을 만족할만한 수준까지 도달시키지 못했다.In the conventional intelligent building energy management system, there is still no clear alternative in terms of integrating these individual systems and maximizing the efficient utilization of energy resources, so that the independence or efficiency of energy use has not been reached to a satisfactory level.
즉, 종래의 빌딩 에너지 관리 시스템은 빌딩의 전체적인 에너지 활용 효율성의 극대화를 달성하기 어려운 소극적 관리 기술이 대부분이고 여전히 기존에 사용하는 계통 전력에 사용 전력의 대부분을 의존하며 일부 사용 전력만을 보조적으로 활용하는 데 그쳐 에너지 사용의 독립성이나 효율성이 크게 높아지지 않는 문제점이 있었다.In other words, the conventional building energy management system is mostly passive management technology that is difficult to achieve the maximization of the overall energy utilization efficiency of the building, and still relies on most of the used power to the existing system power and subsidizes only a part of the used power. However, there is a problem in that the independence and efficiency of energy use are not significantly increased.
그러나, 일 실시예에 따른 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 적용한 에너지 독립형 건물의 경우, 태양광 모듈에 인버터가 각각 독립적으로 연결되어 있어 최대 전력 변환을 태양광 모듈마다 독립적으로 할 수 있어 전력을 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 존재한다.However, in the case of a building energy management system according to an embodiment and an energy-independent building using the same, an inverter is independently connected to a solar module, so that maximum power conversion can be independently performed for each solar module, thereby efficiently generating power. There are possible effects.
또한, 상기 설명한 건물 에너지 관리 시스템(1000)은 다양한 건물에 적용될 수 있는 장점도 존재한다. 단순히 기존의 전력 시스템에 연계되는 경우 뿐만 아니라, 소규모의 독립형 하우스에서도 전력을 생산해 날 수 있는 시스템으로 적용될 수 있으며, 빌딩 주택, 공장 등 다양한 건물에 적용될 수 있는 장점 또한 존재한다.In addition, there is an advantage that the building
지금까지 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 실시 예들 및 특허 청구 범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although embodiments have been described so far with limited embodiments and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, proper results can be achieved even if replaced or substituted by equivalents. Therefore, other embodiments and equivalents to the claims are also within the scope of the claims below.
10: 전력 변환기
11: 태양광 모듈
12: MPTT 제어기
50: 인버터
1000: 건물 에너지 관리 시스템10: power converter
11: Solar module
12: MPTT controller
50: inverter
1000: building energy management system
Claims (15)
상기 건물의 적어도 일부의 외장재로 사용되면서 태양광을 이용해 전력을 생산하는 복수 개의 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System) 제1 태양광 모듈(Solar Module);
상기 제1태양광 모듈로부터 생산된 전기 에너지를 수신하고 전력으로 변환하여 부하로 공급하는 복수 개의 제1전력 변환기;를 포함하고
상기 제1전력 변환기는,
상기 복수 개의 제1태양광 모듈과 연결되어 있고 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 전기를 변환하는 컨버터;를 포함하는 건물 에너지 관리 시스템. In the building energy management system,
A plurality of BIPV (Building Integrated Photovoltaic System) first solar modules for generating electric power using sunlight while being used as at least a part of the exterior of the building;
It includes a plurality of first power converter for receiving the electrical energy produced by the first solar module and converting it into electric power and supplying it to a load.
The first power converter,
A building energy management system including; a converter that is connected to the plurality of first solar modules and converts electricity based on a maximum power point tracking (MPPT) function that tracks a maximum power point.
상기 전력 변환기는,
상기 복수 개의 태양광 모듈 별로 최대 전력점 추정 제어 수행하는 제어부;를 더 포함하고 상기 컨버터는 상기 제어부에서 수행한 최대 전력점 추정 결과를 기초로 전기를 변환하는 건물 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
The power converter,
A control unit for controlling the maximum power point estimation for each of the plurality of photovoltaic modules; and the converter is a building energy management system that converts electricity based on the maximum power point estimation result performed by the control unit.
상기 복수 개의 전력 변환기는,
상기 복수 개의 태양광 모듈과 각각 직렬 구조로 연결되어 있는 건물 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
The plurality of power converters,
A building energy management system connected to the plurality of solar modules in series with each other.
상기 복수 개의 전력 변환기는,
병렬 구조로 연결되어 있는 건물 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
The plurality of power converters,
Building energy management system connected in parallel.
상기 태양광 모듈에 연결되어 있고 일사량, 풍향, 풍속, 상기 태양광 모듈의 온도 및 외기 온도를 측정하는 감지부;를 더 포함하는 건물 에너지 관리 시스템. According to claim 1,
A building energy management system further comprising; a sensing unit connected to the solar module and measuring solar radiation, wind direction, wind speed, and temperature and outdoor temperature of the solar module.
상기 전력 변환기는,
상기 감지부에서 측정한 결과를 기초로 MPPT를 수행하는 건물 에너지 관리 시스템. According to claim 4,
The power converter,
Building energy management system that performs MPPT based on the results measured by the detector.
상기 태양광 모듈에서 생산된 전기 에너지가 저장되는 저장부;를 더 포함하는 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
Energy storage system further comprising; a storage unit that stores the electrical energy produced by the solar module.
상기 태양광 모듈에 의해 상기 건물에 공급되는 전력에 대한 정보를 외부 서버 또는 단말로 송신하는 통신부;를 더 포함하는 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
And a communication unit that transmits information on power supplied to the building by the solar module to an external server or terminal.
상기 건물에 옥상 또는 외벽에 설치되어 태양광을 이용해 전력을 생산하는 제2태양광 모듈; 및
상기 제2태양광 모듈과 직렬로 연결되어 있고 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 전기를 변환하는 제2전력 변환기;를 더 포함하는 건물 에너지 관리 시스템.According to claim 1,
A second solar module installed on the roof or the outer wall of the building to generate electric power using sunlight; And
And a second power converter connected in series with the second solar module and converting electricity based on an MPPT (Maximum Power Point Tracking) function that tracks a maximum power point.
상기 복수 개의 태양광 모듈과 연결되어 있어 상기 태양광 모듈로부터 생산된 전기 에너지를 수신하고, 최대 전력 포인트를 추적하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능을 기초로 상기 태양광 모듈로부터 수신한 전기를 변환한 후 부하로 공급하는 전력 변환기;를 포함하는 에너지 독립형 건물.A plurality of BIPV (Building Integrated Photovoltaic System) solar modules that are used as exterior materials for at least a part of a building and generate electricity using sunlight; And
It is connected to the plurality of photovoltaic modules to receive the electrical energy produced by the photovoltaic module, and convert electricity received from the photovoltaic module based on the MPPT (Maximum Power Point Tracking) function that tracks the maximum power point. An energy-independent building that includes a power converter that supplies power to the load.
상기 전력 변환기는,
상기 복수 개의 태양광 모듈 별로 최대 전력점 추정 제어 수행하는 제어부;를 더 포함하고
상기 컨버터는,
상기 제어부에서 수행한 최대 전력점 추정 결과를 기초로 전기를 변환하는 에너지 독립형 건물The method of claim 10,
The power converter,
Further comprising a control unit for performing the maximum power point estimation control for each of the plurality of solar modules;
The converter,
Energy-independent building that converts electricity based on the maximum power point estimation result performed by the control unit
상기 복수 개의 전력 변환기는,
상기 복수 개의 태양광 모듈과 각각 직렬 구조로 연결되어 있는 에너지 독립형 건물.The method of claim 10,
The plurality of power converters,
Energy independent buildings connected to the plurality of solar modules in series with each other.
상기 복수 개의 전력 변환기는,
병렬 구조로 연결되어 있는 에너지 독립형 건물.The method of claim 10,
The plurality of power converters,
Energy independent buildings connected in parallel.
상기 태양광 모듈에 연결되어 있고 일사량, 풍향, 풍속, 상기 태양광 모듈의 온도 및 외기 온도를 측정하는 감지부;를 더 포함하고
상기 전력 변환기는,
상기 감지부에서 측정한 결과를 기초로 MPPT를 수행하는 에너지 독립형 건물.According to claim 1,
It is connected to the photovoltaic module and further includes a sensing unit for measuring solar radiation, wind direction, wind speed, and temperature and outdoor temperature of the photovoltaic module.
The power converter,
An energy-independent building that performs MPPT based on the results measured by the detector.
상기 건물은 이동이 가능한 독립형 이동식 건물을 포함하는 에너지 독립형 건물.The method of claim 10,
The building is an energy-independent building that includes a movable stand-alone movable building.
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CN113162177A (en) * | 2021-04-27 | 2021-07-23 | 中氪新能源科技(上海)有限公司 | Electric energy management system of green building |
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