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KET-DI Production

스마트발전기 ESS

태양광 스마트발전기 ESS개념도 (24시간 충전 및 방전)

스마트발전기 ESS 스마트발전기 ESS
※ MPPT 용량에 따라 - 태양광모듈, 배터리 용량, Smart 드라이버 조정

핵심기술

고주파 증폭 충전 400Hz(태양광 충전)
고주파 증폭 리피트 충전 400Hz(배터리 전력을 배터리에 충전)
고주파 증폭 방전 800Hz(수소연료전지 출력용 활용)
원형코일형 인버터 휴즈, 방열판, 전자파가 거의 없는 제품임

구성요소별 주요기능

구 분 제 원 기 능 특 징
태양전지 400W× n 장전압 48V 태양광 발전DC 전력량 확보 모듈 N개를 MPPT에 직접연결제조사, 효율에 무관함MPPT가 발전량 흡수로 효율증가
리튬이온 12V200A4개 직렬 연결 2조 병렬 연결 MPPT에서 충전충전드라이버 충전출력드라이버로 방전 충전과 방전 동시 수행잔량이 항상 40% 수준 유지배터리 수명 15년 가능
MPPT 드라이버와 1:1연결 태양광 발전량 충전고주파 증폭콘덴서 사용 충전전압용 DC/DC 내장흐린 날, 비 오는 날에도 충전발전량
충전드라이버 배터리와 1:1연결 DC 400㎐ 증폭충전충전전압 조정 고주파 증폭충전 최소 140% 충전배터리의 전력으로 피드백 충전배터리와 임피던스 동일 유지
출력드라이버 배터리와 1:1연결 DC 800㎐ 증폭충전인버터 입력전압조정 고주파 증폭발전증폭발전 후 인버터와 연계부하추종 용이
인버터 4kW8kW DC를 AC로 변환주파수 60㎐단상/3상4선식 가능 시험기관 효율 인증열이 나지 않아 장수명정격이상의 부하사용 가능
컨트롤러 CPU 내장저장 HDPORT
9개 보유
실시간 데이터 저장외부 통신가능제어기능 설정 1개월 데이터 보관원격에서 인터넷 망을 통해 제어직접 연결하여 모니터링 가능
모니터링 PC서버 OS 및 DB 보유 실시간 모니터링컨트롤러 원격제어통계 데이터 작성 실시간 효율분석/ 발전실적 제공시간대/일/월 발전량 분석 제공절감금액/매출 분석 제공

특장점

  • 기존 태양광보다 최소 3배 수준의 발전량 가능(모듈 용량 대비)
  • 최대부하 인버터용량 기준 100% 가능(모듈용량 수준(인버터용량의 40% 수준)으로 안정적 운영)
  • 충전과 방전을 동시에 함으로 배터리 수명 15년 이상 가능
  • 기본 모듈을 병렬 연결하여 단상 및 3상 전력공급 가능
  • 배터리 DOD 설정으로 완전방지 문제 해결(잔량부족으로 Dead 되어 5~10분 후 재 가동 가능)
  • 자동차 정지 시 엔진정지, 출발 시 엔진가동 기능 구현(부하 시만 인버터 가동)
  • 태양전지, 배터리, 인버터 설비에 열이 나지 않으며, 전자파 발생이 거의 없음
  • 자동운전으로 운전이 용이하고 하자보수가 거의 없어 A/S 비용이 낮음
  • 도서지구 독립전원용으로 사용하기 적합함(부하추종 용이)
  • 동일 발전량 대비, 부지면적이 40~50% 감소, 추가설치가 용이하여 확장성 양호

기대효과

  • 당사 스마트발전기ESS 관련분야 지속성장이 예상됨
  • 정부보조금 없이도 신.재생 발전사업 확산 가능
  • 2030년 온실가스 감축목표 37% 달성에 기여
  • 전 세계 스마트발전기ESS 도입 시 국부창출에 기여
  • 고효율 증폭충전과 증폭발전 기술로 드론, 전기자동차 분야 제 4차 산업혁명에 기여

태양광 ESS 사업 비교

구분 기존 ESS 스마트발전기 ESS
효율성 낮음 높음
유지보수 복잡함 간단함
비용 높음 낮음
환경 영향 부정적 긍정적

장점(상대적)

  • 설치 면적 적음(기존의 약 50%)
  • 이동가능(이동식)
  • 특별한 설치장소 불필요
  • 24시간 전력생산 및 전기사용가능
  • 배터리 장수명
  • 상용전력 없이 사용가능
  • 상대보다 에너지 발전량 최소 3.0배
  • 어느 곳에나 적용가능, (ex) 공장의 대용량
  • 가로등, 신호등 적용가능
  • 비상전력 가능
  • 전 세계에 대량수출 가능

ESS 선택기준(예) [부가세 별도]

구분 당사 타사 비고
태양전지 용량 경사고정식 500kW 500kW
양추적식 400kW
인버터 용량 기준모델 합 1000kW 500kW 충전기,인버터,드라이버
배터리 용량 ⓐ 양추적식의 3배 1200kWh 1500kWh 일 발전 3.6시간용
ⓑ 양추적식의 6배 2400kWh 일 발전 7.2시간용
ⓒ 양추적식의 9배 4800kWh 일 발전 14.4시간용
예상가격(억) 경사고정식, 배터리ⓐ 42억 18억 발전사업용(3.6시간 저장용)
경사고정식, 배터리ⓑ 48억 발전사업용(7.2시간 저장용)
고정식, 배터리ⓒ 60억 발전사업용(14.4시간 저장용)
양추적식, 배터리ⓐ 44억 독립형(부조일수 낮음)
양추적식, 배터리ⓑ 50억 독립형(부조일수 낮음)
양추적식, 배터리ⓒ 62억 독립형(부조일수 낮음)

※ 배터리 적용(5억/㎿h, 인버터 별도), 토지구입비용 미 포함

※ RPS용 : 충전시간과 발전량을 고려하여 배터리 용량을 결정함

※ 향후 충전기, 인버터, 드라이버 생산라인 자동화로 20~30% 인하 예정임.

태양광 모듈

태양광 모듈 태양광 모듈
제원 400W(48V) × n 장, 290W(25V)
기능 DC 전력량 확보
특징 - 모듈 출력을 MPPT의 입력 전압을 고려하여 직병렬 연결

- 모듈은 효율 및 제조사 영향이 거의 없음

- 모듈 용량별 전압차이 문제 없음(MPTT에서 전압조정)

- 경사고정식은 양추적식 발전량 비슷하게 모듈 30% 추가함

- 모듈 N개를 MPPT에 연결(MPPT는 배터리와도 연결)

- IOT센서로 전압, 전류, 전력량을 실시간 측정하여 컨트롤러로 전송

* 충전속도가 빨라, 효율 증가로 모듈의 온도가 안정적임
스마트 인버터
용량(kW)
태양광 배터리
모듈용랑 설치수량 설치용량 설치용량
4 0.4 4 1.6 9.6
8 0.4 8 3.2 19.2
12 0.4 12 4.8 28.8
16 0.4 16 6.4 38.4
24 0.4 24 9.6 57.6
32 0.4 32 12.8 76.8

※ 인버터 용량 : 태양광 설치용량의 최대 2.5배 용량(양추적식 기준)
※ 배터리 용량 : 태양광 설치용량의 최대 6.0배 용량(양추적식 기준)

태양전지 (모듈 250W)

태양광 모듈 태양광 모듈
공칭 최대 출력(W) 250 공칭 최대출력 동작 전류(A) 9 A
공칭 단락전류(A) 9.48 A 공칭 최대출력 동작전압(V) 27.8V
공칭 개방전압(V) 34.7 V 모듈 효율(%) 16.89
작동 온도 범위(℃) -40 ~ +90 ℃ 셀 개수 6 x 9

※ 모듈은 290W 사용할 예정

태양전지 (모듈 400W)

태양광 모듈 태양광 모듈
TS-M400 TS-M405 TS-M410 TS-M415 TS-M420 TS-M425 TS-M430
Nominal power[Wp] - Pmpp 400 405 410 415 420 425 430
Voltage at nominal power[V] - Vmpp 49.27 49.45 49.64 49.82 49.94 50.24 50.53
Current at nominal power[A] - Impp 8.12 8.19 8.26 8.33 8.41 8.46 8.51
Open-circuit voltage[V] - Voc 61.10 61.36 61.62 61.88 62.06 62.47 62.82
Short-circuit current[A] - Isc 8.62 8.69 8.76 8.83 8.91 8.96 9.01
Module efficiency level[%] 15.6% 15.8% 16.0% 16.2% 16.4% 16.6% 16.8%

리튬이온 배터리 & MPTT

리튬이온 배터리

리튬이온 배터리 리튬이온 배터리
제원 12V100A 또는 12V200A (48V 전압을 위해 4개를 직렬 연결)
기능 DC 전력을 고주파로 증폭하여 24시간 지속 충전
특징 - 중량이 납 배터리의 25% 수준이며, DOD가 95%까지 가능함

- 충.방전 C-Rate가 20수준으로 충전효율이 아주 높아 발전량이 커짐

  (기존 납 배터리 대비 일일 발전량이 50% 이상 높음)

- 충.방전 cycle 4000회 수준으로 수명에 대한 문제는 거의 없음

* 동시 충전 및 방전 기능적용으로 배터리 장수명 실현

* 배터리 용량은 태양광 설치용량의 6배 용량 수준으로 설치함

  (현재 태양광 ESS시스템은 약 3배 설치하고 있음)

* 리튬인산철 배터리도 성능이 리튬이온 수준으로 선택적으로 사용할 수 있음
신기술 * 배터리 충전과 방전을 동시에 수행하는 기술을 대용량 배터리에 적용

* 휴대폰은 충전하면서 통화(방전)가 가능한 기술 접목

MPTT(고효율 고주파증폭충전기)

MPTT(충전기) MPTT(충전기)
제원 정격용량은 인버터 용량 수준으로 함
기능 태양광 발전량을 배터리에 고주파 증폭하여 충전
특징 - 연결된 설비와 입력출력 전압을 보정하기 위해 DC/DC 컨버터

  MPPT에 내장 (IC칩 화)

- 모듈 N개와 MPPT 1개와 조합, 태양광 발전량을 고주파 증폭하여 충전

- 배터리 잔량과, 출력부하에 따라 MPPT가 자동으로 전력배분

  (주야간 설정하여 전력을 자동배분 가능)

- 흐린 날, 비 오는 날에도 충전량 양호(미세한 전력량이 충전됨)

- 배터리 잔량에 따라 충전량 차이 발생(잔량이 적으면 충전속도가 빨라짐)
신기술 고주파증폭충전

스마트 드라이버

구성도

스마트 드라이버 스마트 드라이버

제원 - 충전드라이버(400㎐) : 고효율 고주파증폭 충전기

- 출력드라이버(800㎐) : 고효율 고주파증폭 발전기

- 인버터 : 800㎐ DC전력을 60㎐ AC전력으로 전환

  (단상 220V, 3상4선식 380V, 440V)
특징 - 외부 컨트롤러에서 주파수를 조정할 수 있음

- 3가지 기능을 PCB화 하여 1SET로 제작

- 배터리 전력의 20~50%(조정가능)는 리피트 충전하고

  나머지는 고주파 증폭 후, 인버터로 연계

스마트 드라이버 (충전드라이버 : 고효율 고주파증폭충전기)

제원 스마트드라이버 용량은 인버터 용량 50%수준으로 함
기능 배터리 DC 전원을 400HZ로 고효율 증폭한 후

배터리에 리피트 충전(충전전압은 배터리전압의 1.2~1.3배)
특징 - DC 전원을 400HZ 증폭기를 통해 증폭하여 배터리에 충전

- 배터리 충전전압으로 조정하기 위해 DC/DC 컨버터 IC칩 화 내장

- 배터리 충전효율이 높은 400㎐ 주파수대역 사용

- 드라이버 입력 및 출력 라인에 전압, 전류, 주파수 등을 IOT센서로

  수집하여 컨트롤러로 전송

스마트 드라이버 (출력드라이버 : 고효율 고주파증폭발전기)

제원 스마트드라이버 용량은 인버터 용량 수준임
기능 배터리 DC 전력량을 출력드라이버(800HZ)에서 고효율 고주파 증폭하여 인버터로 송출
특징 - 배터리에서 직접 인버터로 연결하는 것보다 고주파 증폭기를 사용하면

  효율이 좋아짐

- 배터리 DC 입력, 스마트드라이버 출력 DC

- 출력드라이버 입력과 출력 라인에 센서를 설치하여 전압, 전류,

  주파수 데이터를 수집하여 컨트롤러로 전송

- 출력드라이버 출력은 인버터 입력전원으로 전환됨

인버터

제원 4㎾(방전효율 약 90%), 8㎾(방전효율 95%) 인버터 사용
기능 출력드라이버의 DC 800㎐ 출력을 입력 받아 AC 60HZ로 변환
특징 - 입력전원 +, - 선을 16개로 분리하여 전류를 낮춰 통전함으로
  열이 나지 않아 열 손실 회피(장수명 보장)

- DC 800㎐ 출력을 60㎐ 전환

- 열이 발생하지 않아 저항이 거의 없어 정격용량 이상의 전력을

  뽑아 사용할 수 있음(최대 2배)

* 출력전원 220V 단상, 3상4선식 380V, 440V

* 모듈개념의 소형발전소는 인버터를 스마트드라이버에 내장

  대형발전소는 인버터 분리 설치 가능
신기술 - 열이 나지 않는 원형코일(제작의 어려움)을 이용한 인버터를 개발함

컨트롤러 & EMS

컨트롤러 (제어기 : PMS기능)

컨트롤러 컨트롤러
제원 CPU를 갖은 소형단말기 형태의 컴퓨터
기능 - 사용자가 수동으로 제어모드 설정(주파수 조정, 출력조정 등)

- 인터넷을 통해 원격 조정 가능

- 모듈, 배터리, MPPT, 충전드라이버(400HZ), 출력드라이버(800HZ),

  인버터 등의 전압, 전류, 주파수 등 데이터를 수집하고 저장

- 컨트롤러는 N개의 모델과 연계(발전소당 1개 설치, 또는 모델 별로 설치)

- 실시간 데이터 및 오류데이터 1달 보관(Data logging)

- 태양광 모듈, MPPT, 스마트드라이버, 배터리와 연계

- R232, R485 통신할 수 있는 9개 PORT 보유(온도, 일사량 등)

* PORT와 스위치허브를 연결하여 사용가능
특징 - 모니터 화면을 통해 실시간 데이터 조회 가능

- 인터넷과 연결하여 웹 모니터링

- 필요 시 전광판 설치하여 모니터링 가능

- 모델 별로 구성도에 제품별 전압, 전원, 입출력, 표시 가능

- 한전 계량기의 데이터를 실시간 취득하여 연계 가능

* 저장기능 한계로 통계작성 불가하여 EMS시스템과 연계
Port No 측정분야 측정항목
1 Box 내부온도
2 일사량
3 태양광
4 MPPT 전압
전류
주파수
발전량 등
5 배터리
6 충전드라이버
7 출력드라이버
8 고효율인버터
9 계량기

PC 모니터링 및 제어시스템 (EMS 기능)

PC 모니터링 및 제어시스템 (EMS 기능) PC 모니터링 및 제어시스템 (EMS 기능)
제원 PC서버 및 S/W프로그램, 대형 전광판
기능 - 컨트롤러와 연계하여 실시간 데이터 취득 및 저장

- 실시간 데이터를 이용한 발전실적(시간대, 일별, 월별) 조회

- 저장된 데이터를 이용하여 통계작성 및 조회

* 하위에 있는 컨트롤러 설정 및 제어 기능 제공
특징 - 웹 모니터링으로 전 세계 현장 모니터링 가능

- 필요 시 전광판 설치하여 모니터링 가능

- 모델 별로 구성도에 제품별 전압, 전원, 주파수, 전력량 표시
- 한전 계량기의 데이터를 실시간 취득하여 연계 가능

※ EMS 기능

   - 태양광ESS, 풍력ESS, 건물ESS에 사용하는 EMS 기능과 유사

   * 단 제어는 컨트롤러가 수행하기 때문에 컨트롤러를 제어하는 기능만 보유

※ EMS 설치 비용부담으로 휴대폰으로 간편하게 조회기능 도입

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