KR101237571B1 - 솔라 인버터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 특징에 따르면, 솔라셀 어레이(10)의 출력단에 접속되어, 상기 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 낮은 전압을 소정의 크기로 승압하는 부스트 컨버터(110); 상기 부스트 컨버터(110)의 출력단에 접속되며, 복수 개의 스위칭 소자가 구비되어 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 부스트 컨버터(110)에서 출력되는 전원을 전력수용부(20)에 공급되기 위한 전원의 헝태 및 주파수로 변환하는 인버터(120); 상기 입력전원의 전압 및 전류를 감지하여 이를 기초로 상기 전력수용부(20)의 부하의 변동에 따라 상기 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP) 데이터를 추출하며, 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 전력수용부(20)의 부하의 크기를 제어하는 컨트롤러부(130); 및 상기 부스트 컨버터(110), 인버터(120) 및 컨트롤러부(130)가 회로구성된 PCB가 안착되는 내부공간이 형성되어 상기 각 구성(110,120,130)을 하나의 모듈 형태로 하우징하며, 외부에는 상기 솔라셀 어레이(10)에서 생성된 전원이 입력되는 입력단자(111)와 변환된 전원이 출력되는 출력단자(112)가 구비된 케이스(140);를 포함하는 솔라셀 인버터 시스템이 제공된다.

Description

솔라 인버터 시스템{Solar Inverter System}
본 발명은 솔라 인버터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔라셀 어레이에서 발전된 전원을 변환하기 위한 부스트 컨버터, 인버터, 컨트롤러부 및 필터부 등의 부속설비 등이 케이스 내에 일체형으로 실장됨으로써 하나의 모듈 형태로 구비되며, 솔라셀 어레이에서 전달될 수 있는 실시간 최대전력에 따라 펌프모터 등의 전력수용부의 부하를 조절하여 상기 전력수용부의 구동시간을 획기적으로 증대시킬 수 있는 솔라 인버터 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 솔라 인버터 시스템은, 솔라셀 어레이에서 발전된 직류전원을 전력수용부에서 사용하기 적절하도록 승압 및 변환하여 공급하는 시스템을 의미한다.
도 1에는 종래의 솔라 인버터 시스템의 구성이 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 솔라 인버터 시스템을 구성하기 위해서는, 다수의 솔라셀 어레이(10)에서 불규칙하게 생성되는 직류전원을 안정화시키며 일정 크기 이상으로 승압하고 주파수 및 위상을 조절하기 위해 컨버터(30), 범용 인버터(40), 필터(50) 및 충전배터리부(60) 등의 부속설비들이 사용되었다.
또한, 상기 컨버터(30), 범용 인버터(40), 필터(50) 및 충전배터리부(60)는 각 부속설비별로 제조하는 회사가 각기 상이하였기 때문에 개별적으로 별도의 모듈 형태로 구비될 수 밖에 없었다. 따라서, 솔라 인버터 시스템을 설계하는 사용자 입장에서는 각 부속설비(30,40,50,60)들을 각각 구매하여 시스템 설계에 따라 솔라셀 어레이(10)와 전력수용부(20) 사이의 적절한 위치에 배치한 후 각 부속설비(30,40,50,60)들을 상호 연결할 수 있는 선로(11,31,41,51,64)을 이용하여 전력라인을 구축하였다.
그러나, 상기 부속설비(30,40,50,60)들은 각각의 기능을 구현하기 위해 다수 개의 전자부품이 회로 구성되어 있기 때문에 시스템 설비비용이 증대됨은 물론, 상기 선로(11,31.41,51,64)를 이용하여 각 부속설비(30,40,50,60)를 상호 신호 라인을 구축하는 작업이 복잡하고 난해하였다.
또한, 각 부속설비(30,40,50,60)가 개별적으로 구동하여 솔라 인버터 시스템의 전체적인 기능을 구현할 수 있었기 때문에 하나의 부속설비에서 이상이 발생하면 전체 시스템의 구동이 제한되며 신호라인 구축 등 외부에서의 수작업이 필수적이기 때문에 시스템의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
그리고, 종래의 솔라 인버터 시스템에서는 충전배터리(61)가 구비된 충전배터리 설비(60)가 구비되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 충전배터리(61)의 정상적인 충전을 위해 충전배터리(61)의 과충전 및 방전을 방지하기 위한 과충전/방전회로가 구비되어야 함은 물론, 충전배터리(61)의 안정적인 관리 및 사용을 위해서는 BMS(Battery Management System)이 반드시 구비되어야 하므로 시스템을 구축하기 위한 소요비용이 과대해지는 문제점이 발생하게 되었다.
한국 공개특허공보 제10-2010-0010259호(2010.02.01), 태양전지를 이용한 저동력 지하수 펌핑 시스템
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 솔라셀 어레이에서 발전된 전원을 변환하기 위한 부스트 컨버터, 인버터, 컨트롤러부 및 필터부 등의 부속설비 등이 케이스 내에 일체형으로 실장됨으로써 하나의 모듈 형태로 구비되며, 솔라셀 어레이에서 전달될 수 있는 실시간 최대전력에 따라 펌프모터 등의 전력수용부의 부하를 조절하여 상기 전력수용부의 구동시간을 획기적으로 증대시킬 수 있는 솔라 인버터 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 솔라셀 어레이(10)의 출력단에 접속되어, 상기 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 낮은 전압을 소정의 크기로 승압하는 부스트 컨버터(110); 상기 부스트 컨버터(110)의 출력단에 접속되며, 복수 개의 스위칭 소자가 구비되어 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 부스트 컨버터(110)에서 출력되는 전원을 전력수용부(20)에 공급되기 위한 전원의 헝태 및 주파수로 변환하는 인버터(120); 상기 입력전원의 전압 및 전류를 감지하여 이를 기초로 상기 전력수용부(20)의 부하의 변동에 따라 상기 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP:Maximum Power Operating Point) 데이터를 추출하며, 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 전력수용부(20)의 부하의 크기를 제어하는 컨트롤러부(130); 및 상기 부스트 컨버터(110), 인버터(120) 및 컨트롤러부(130)가 회로구성된 PCB가 안착되는 내부공간이 형성되어 상기 각 구성(110,120,130)을 하나의 모듈 형태로 하우징하며, 외부에는 상기 솔라셀 어레이(10)에서 생성된 전원이 입력되는 입력단자(111)와 변환된 전원이 출력되는 출력단자(112)가 구비된 케이스(140);를 포함하는 솔라셀 인버터 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 전력수용부(20)는, 유체가 소통하는 배관(22)의 일측에 장착되어 압력작용에 의해 상기 유체를 이송시키는 펌프모터이며, 상기 컨트롤러부(130)는, 상기 배관(22)의 타측에 장착되어 상기 유체의 이송 상태를 감지하는 센서부(23)로부터 유체이송 감지데이터를 전달받아, 상기 유체 이송감지 데이터를 기초로 하여 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 펌프모터의 부하의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 인버터 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 인버터(120)의 출력단과 상기 출력단자(112)의 사이에 배치되도록 상기 PCB에 회로구성되며, 상기 인버터(120)에 의해 변환된 전원에 포함된 반송파 주파수 또는 서지 주파수를 필터링하는 필터부(150);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 인버터 시스템이 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면,
첫째, 솔라셀 어레이에서 발전된 전원을 변환하기 위한 부스트 컨버터, 인버터, 컨트롤러부 및 필터부 등의 부속설비 등이 케이스 내에 일체형으로 실장되면서 하나의 모듈 형태로 구비되므로, 각 부속설비를 상호 연결하기 위한 전력 라인을 구축하는 작업이 불필요하며, 종래의 컨버터 및 인버터에서 스위칭 소자와 같이 동일한 전자 부품을 통합하여 회로구성함으로써 시스템 설계를 위한 전자부품의 소요량이 최소화되어 정비 및 유지보수가 용이하고 솔라 인버터 시스템의 안정성 및 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
둘째, 솔라셀 어레이에서 전달될 수 있는 실시간 최대전력에 따라 펌프모터 등의 전력수용부의 부하를 조절하여 상기 전력수용부의 구동시간을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
셋째, 펌프모터 등의 전력수용부에 전원을 공급하는 경우, 배관의 내부를 소통하는 유체의 이송 상태를 감지하여 이를 기초로 부스트 컨버터 및 인버터를 PWM 제어할 수 있으므로, 펌프모터의 토출압력을 적절하게 조절할 수 있다.
넷째, 부스트 컨버터에 의해 승압된 전원, 인버터에 의해 변환된 전원의 각 전압 및 전류를 감지하여 감지된 전원감지 데이터와 설정된 기준 전원 데이터를 상호 비교하여, 오차가 발생할 경우 차이가 발생한 정도를 보상하여 상기 부스트 컨버터 및 인버터를 PWM 제어하므로 승압 및 변환된 전원을 정밀하게 제어할 수 있다.
다섯째, 필터부에 의해 인버터에 의해 변환된 전원에 포함된 반송파 주파수 및 서지 주파수를 필터링할 수 있으므로, 솔라 인버터 시스템와 전력수용부를 상호 연결하는 선로의 길이가 길어지더라도 전력수용부와 인버터의 회로구성을 효과적으로 보호할 수 있으며, 필터를 외부에 장착하는 비용을 줄임으로써 제품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 솔라 인버터 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 일일 단위 시간경과에 따른 솔라셀 어레이의 발전량과 전력수용부의 구동 가능시간을 나타낸 그래프이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템의 구성을 나타낸 블록도, 도 3은 일일 단위 시간경과에 따른 솔라셀 어레이의 발전량과 전력수용부의 구동 가능시간을 나타낸 그래프이다.
먼저, 이하의 실시예에서는 전력수용부(20)가 펌프모터인 것을 예를 들어 설명하나, 이에 국한되는 것은 아니며 일반적인 냉난방장치를 포함하여 조명장치 및 가전장치 등과 같이 본 발명의 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)에서 변환된 전원을 공급받아 구동되는 전기장치는 모두 포함될 수 있으며, 변환되는 전원의 크기 및 주파수, 위상 등은 전기장치의 종류에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 의 바람직한 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)은, 솔라셀 어레이(10)로부터 발전된 직류전압을 전력수용부(20)에서 요구로 하는 전원과 동일한 크기, 주파수 및 위상을 갖는 전원의 형태로 변환하여 상기 전력수용부(20)에서 사용할 수 있도록 전원공급하는 시스템으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 부스트 컨버터(110), 인버터(120), 컨트롤러부(130), 케이스(140) 및 필터부(150)를 포함하여 구비된다.
상기 케이스(140)는, 내부에 상기 부스트 컨버터(110), 인버터(120), 컨트롤러부(130) 및 필터부(150)가 회로구성된 PCB가 안착되는 내부공간이 형성되어 상기 각 구성(110,120,130,150)을 하나의 모듈 형태로 하우징하며, 외부에는 도시된 바와 같이, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원이 입력되는 입력단자(111)와 변환된 전원이 출력되는 출력단자(112)가 구비된다.
또한, 도시되지는 않았지만 상기 케이스(140)의 일측에는 솔라 인버터 시스템(100)의 동작상태를 나타내는 디스플레이 화면창이 장착될 수 있으며, 상기 입력단자(111) 및 출력단자(112)는 다수의 상기 솔라셀 어레이(10)의 출력단과 동시 접속될 수 있도록 채널별로 구분되는 형태의 단자로 구비될 수도 있다.
상기와 같은 케이스(140)의 구성으로 인해, 솔라셀 어레이(10)에서 생성된 전원을 변환하기 위한 부스트 컨버터(110), 인버터(120), 컨트롤러부(130) 및 필터부(150) 등의 부속설비 등이 케이스(140) 내에 실장됨으로써 하나의 모듈형태로 구비되어 시스템의 구성이 간소해지며 오작동이 사전에 방지되는 효과를 구현할 수 있다.
상기 부스트 컨버터(110)는, 솔라셀 어레이(10)의 출력단에 접속되어, 상기 솔라셀 어레이(10)에서 전달되는 낮은 전압을 소정의 크기 이상으로 승압시키는 구성요소로서, 케이스(140)의 입력단자(111)와 접점됨으로써 상기 입력단자(111)를 통해 솔라셀 어레이(10)의 출력단에 접속될 수 있다.
여기서, 상기 솔라셀 어레이(10)는, 입사된 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 솔라셀을 직렬상으로 어레이시킨 구성으로서, 전력수용부(20)에서 필요로 하는 전력량에 따라 다수의 솔라셀 어레이(10)가 조합된 솔라셀 모듈 형태로 구성되어 각 솔라셀 어레이(10) 별로 직류전원을 생성할 수 있다. 또한, 입사된 태양광의 에너지량 및 태양과 이루는 경사각에 따른 일조량이 시시각각 변화하며, 다수의 솔라셀 어레이(10)가 시스템에 구성될 경우, 각각의 솔라셀 어레이(10)가 설치된 위치의 일조 환경이 상이할 수 있기 때문에, 상기 솔라셀 어레이(10)은 불규칙한 직류전원을 출력하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)에서는, 상기 부스트 컨버터(110)를 통해 솔라셀 어레이(10)로부터 출력되는 불규칙한 직류전원을 안정화시키며 적절한 크기로 승압하도록 구비된다.
이러한 부스트 컨버터(110)는, 컨트롤러부(130)와 연결된 신호라인을 통해 PWM 제어신호를 수신하여 설정된 일정 크기의 전압을 갖는 전원으로 승압하도록 동작하며, 보다 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1스위칭소자(Q1), 리액터(L1) 및 다이오드(D1)를 포함하여 회로구성되며, 상기 PWM 제어신호에 따라 상기 제1스위칭소자(Q1)가 도통되면, 상기 솔라셀 어레이(10)로부터 전달된 전원이 상기 리액터(L1)에 저장되며, 상기 제1스위칭소자(Q1)가 소거되면 상기 리액터(L1)에 저장된 전원이 상기 부스트 컨버터(110)의 출력단에 회로구성된 콘덴서(Cd)에 인가되도록 동작된다.
여기서, 종래의 솔라 인버터 시스템에 이용되는 컨버터(30)의 경우에는 지나치게 큰 출력전류를 발생하다 보면 과전류 보호회로가 동작할 수 있고, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전기에너지를 효율적으로 사용하는데 문제점이 있으며, 순간적인 전류 부하에 대응하다 보면 순간적으로 솔라셀 어레이(10)의 발생 전압이 드롭되어 인버터(40)에서 입력 전압강하로 인해 발전을 정지하는 경우와 같이 무효 전력 성분으로 인해 인버터(40)의 최대 용량을 사용하지 못하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)에서는 상기 부스트 컨버터(110)를 통해 무효 전력을 고려하여 일정 크기 이상으로 승압할 수 있어서 역률을 최소 95% 내지 99%로 향상시킬 수 있으므로 무효 전력없이 인버터(120)의 출력을 사용 가능한 효과를 구현할 수 있다.
더불어, 종래의 인버터(40)의 경우에는 다이오드 정류 후 평활 콘덴서에서 평활된 DC전압을 이용하여 출력을 V/F 제어하나, 출력할 수 있는 전압의 최대값이 DC 전압의 반 이상은 될 수 없기 때문에, 전력수용부(20)가 장거리 선로(21)를 통해 연결되면 인버터(40)에서 원하는 크기의 출력 전압이 발생하여도 전력수용부(20)의 결선 전선의 고유저항값 때문에 전력수용부(20)에 전달되는 전압은 원하는 크기의 출력전압값보다 작아지게 되어 전력수용부(20)의 토크가 100% 생성되지 않는 문제점이 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)에서는, 상기 부스트 컨버터(110)를 통해 DC 전압을 조정할 수 있으므로 전력수용부(20)의 단자 전압을 원하는 크기로 설정할 수 있어 원하는 크기보다 큰 전압이 인가되어 전력수용부(20)의 토크를 100% 생성 가능한 효과를 구현할 수 있다.
상기 인버터(120)는, 부스트 컨버터(110)의 출력단에 접속되며, 복수 개의 스위칭소자(Q2 내지 Q5)로 구비되어 상기 컨트롤러부(130)의 PWM 제어신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 부스트 컨버터(110)에서 출력되는 전원을 상기 전력수용부(20)에 공급되기 위한 전원의 형태 및 주파수로 변환하는 구성요소로서, 상기 각 스위칭소자(Q2 내지 Q5)는 회로구성의 패턴(3상 스위칭 방식 또는 단상 스위칭 방식)에 따라 구비되는 수량이 정해지며, 상기 각 스위칭소자(Q2 내지 Q5)들은 주어진 스위칭 주파수에서 펄스폭 변조 방식으로 제어되어 직류전력을 3상 또는 단상의 교류전원으로 변환할 수 있다.
상기 필터부(150)는, 인버터(120)의 출력단과 케이스(140)의 출력단자(112) 사이에 배치되도록 PCB에 회로구성되며, 상기 인버터(120)에 의해 변환된 전원에 포함된 반송파 주파수 및 서지 주파수를 필터링하는 구성요소로서, 솔라 인버터 시스템(100)의 출력단자(112)와 전력수용부(20)를 상호 연결하는 장거리 선로(21)가 갖는 길이에 의해 인버터(120)의 출력단에 나타는 전압리플(Ripple)의 크기를 제거하여 깨끗한 정현파 파형의 전류가 상기 전력수용부(20)에 인가되도록 하는 기능을 수행한다.
이러한, 필터부(150)는, 인버터(120)에 의해 변환된 전원의 고조파 성분을 제거하기 위해 복수 개의 제2리액터(L2)와 컨덴서(Cp)로 회로 구성되되, 상기 인버터(120)의 제2스위칭소자(Q2)와 제3스위칭소자(Q3) 사이의 접속점과, 상기 제4스위칭소자(Q4)와 제5스위칭소자(Q5) 사이의 접속점 사이에 접속되어 회로구성되며, 상기 필터부(150)의 출력단은 상기 케이스(140)의 출력단자(112)를 통해 전력수용부(20)의 입력단에 연결된 선로(21)에 접속되도록 구비된다.
필터부(150)에 의해 인버터(120)에 의해 변환된 전원에 포함된 반송파 주파수 및 서지 주파수를 필터링할 수 있으므로, 솔라 인버터 시스템(100)와 전력수용부(20)를 상호 연결하는 선로의 길이가 길어지더라도 전력수용부(20)와 인버터(120)의 회로구성을 효과적으로 보호할 수 있으며, 필터를 외부에 장착하는 비용을 줄임으로써 제품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
한편, 상기 컨트롤러부(130)는, 솔라셀 어레이(10)로부터 인가되는 입력전원의 전압 및 전류를 감지하여 이를 기초로 상기 전력수용부(20)의 부하의 변동에 따라 상기 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP) 데이터를 추출하며, 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 전력수용부(20)의 부하의 크기를 제어하는 구성요소로서, 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)와 각각 PWM 제어신호를 전달할 수 있는 신호 라인으로 연결되어 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 적절하게 제어할 수 있는 PWM 제어신호를 상기 신호 라인을 통해 출력한다.
또한, 상기 컨트롤러부(130)는 바람직하게는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 적용할 수 있는 DSP(Digital Signal Processor)일 수 있다. 따라서, 전력수용부(20)의 부하를 조절하여 최대 전력을 얻을 수 있는 솔라셀 어레이(10)의 특성을 고려하여, 상기 MPPT 알고리즘을 통해 전력수용부(20)의 부하의 변동에 따라 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점 데이터를 추출할 수 있으며, 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 전력수용부(20)의 부하의 크기를 제어하는 프로그래밍 데이터를 미리 저장하고, 해당 최대전력 동작점의 추출데이터에 부합되는 PWM 제어 데이터를 독출함으로써 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 적절하게 제어할 수 있는 것이다.
여기서, 도 3에는 일일 단위 시간경과에 따른 솔라셀 어레이의 발전량과 전력수용부(20)의 구동 가능시간이 도시되어 있다. 도 3에서 X좌표는 시간 경과에 따라 하루 중에 솔라셀 어레이(10)에 입사되는 태양광의 입사시간을 나타내며, Y좌표는 상기 태양광에 의해 솔라셀 어레이(10)에서 발전되는 전기에너지의 크기를 나타낸다. 또한, 도시된 L1은 전력수용부(20)가 정격전압에서 구동될 수 있는 정격구동 기준선이며, L2는 상기 전력수용부(20)가 최저 수준으로 구동 가능한 최저구동 기준선을 의미한다.
도 3을 참고하면, 상술한 바와 같은 MPPT 알고리즘을 적용하여 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP)을 추종하는 PWM 제어방식이 적용되지 않을 경우에는, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원의 전압크기가 전력수용부(20)가 정격구동할 수 있는 전압의 크기 즉, 정격구동 기준선(L1)을 초과하는 시점(P1)에서부터 전력수용부(20)가 구동되기 시작하여, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원의 전압크기가 상기 정격구동 기준선(L1) 이하로 하강하는 시점(P2)까지만 구동하게 되므로, 빗금친 A영역에 해당하는 시간(t1) 동안만 전력수용부(20)가 정상적으로 구동할 수 있게 된다.
이에 반하여, 상기와 같은 같은 MPPT 알고리즘을 적용하여 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP)을 추종하는 PWM 제어방식이 적용되는 경우에는, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 입력전원의 전압 및 전류를 감지하여 상기 솔라셀 어레이(10)의 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)가 PWM 제어되어 전력수용부(20)의 부하의 크기가 제어되므로, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원의 전압크기가 상기 전력수용부(20)를 최저 수준으로 구동 가능한 전압의 크기 즉, 최저구동 기준선(L2)을 초과하는 시점(P3)에서부터 전력수용부(20)가 구동되기 시작하여, 상기 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원의 전압크기가 상기 최저구동 기준선(L2) 이하로 하강하는 시점(P4)까지 구동할 수 있게 되므로, 상기 A영역과 빗금친 B영에 해당하는 시간(t2) 동안 전력수용부(20)가 구동하게 되는 것이다.
즉, 상기와 같은 MPPT 알고리즘을 적용할 경우에는, 적용하지 않은 경우와 비교하여 보면, 시간(t2)에서 시간(t1)을 차감한 시간(t3)만큼 전력수용부(20)를 더 구동시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)는, 정격전압으로 전력수용부(20)를 구동하는 중에 솔라셀 어레이(10)의 발전량이 감소하게 되면 솔라셀 어레이(10)의 발전량에 맞는 주파수(부하)로 상기 전력수용부(20)를 구동할 수 있도록 PWM 제어하여 적절히 유량을 제어함으로써 전력수용부(20)를 지속적으로 구동 가능한 효과를 구현할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러부(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하기 위한 신호라인 외에 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)에서 출력된 전원을 측정하기 위한 다른 신호라인이 구축되어, 상기 인버터(120)에 의해 변환된 전원의 각 전압 및 전류를 감지하여 감지된 전원감지 데이터와 설정된 기준 전원 데이터를 상호 비교하여, 오차가 발생한 경우 차이가 발생한 정도를 보상하여 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하므로 승압 및 변환된 전원을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 전력수용부(20)가 유체가 소통하는 배관(22)의 일측에 장착되어 압력작용에 의해 상기 유체를 이송시키는 펌프모터일 경우, 상기 컨트롤러부(130)는, 배관(22)의 타측에 장착되어 유체밸브(V)의 개방상태에 따라 변동되는 상기 유체의 이송 상태를 감지하는 센서부(23)로부터 유체이송 감지데이터를 전달받아, 상기 유체 이송감지 데이터를 기초로 하여 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 펌프모터의 부하의 크기를 조절할 수 있게 되므로, 펌프모터의 토출압력을 적절하게 조절할 수 있다.
여기서, 상기 센서부(23)는, 배관(22) 내의 유체의 존재여부를 감지하는 갈수센서(수위센서) 또는 배관(22) 내부의 유체의 압력을 감지하는 압력센서일 수 있다. 따라서, 배관(22) 내부의 유체의 이송 상태에 따라 실시간으로 반응하여 펌프모터의 토출압력을 적절하게 조절함으로써 원활한 급수가 가능해진다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라 인버터 시스템(100)의 각 구성에 의해, 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 전원을 변환하기 위한 각 부속설비(110,120,130,150) 등이 케이스(140) 내에 일체형으로 실장됨으로써 하나의 모듈 형태로 구비되므로, 각 부속설비(110,120,130,150)를 상호 연결하기 위한 신로 라인을 구축하는 작업이 불필요하며, 종래의 컨버터 및 인버터에서 스위칭 소자와 같이 동일한 전자 부품을 통합하여 회로구성함으로써 시스템 설계를 위한 전자부품의 소요량이 최소화되어 정비 및 유지보수가 용이하고 솔라 인버터 시스템의 안정성 및 신뢰성을 증대시킬 수 있다.
또한, 솔라셀 어레이(10)에서 전달될 수 있는 실시간 최대전력에 따라 펌프모터 등의 전력수용부(20)의 부하를 조절하여 상기 전력수용부(20)의 구동시간을 획기적으로 증대시킬 수 있음은 물론, 상기 펌프모터에 전원을 공급하는 경우, 배관(22)의 내부를 소통하는 유체의 이송 상태를 감지하여 이를 기초로 하여 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어할 수 있으므로, 펌프모터의 토출압력을 적절하게 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10...솔라셀 어레이 20...전력수용부
100..솔라 인버터 시스템 110...부스트 컨버터
120...인버터 130...컨트롤러부
140...케이스 150...필터부

Claims (3)

  1. 솔라셀 어레이(10)의 출력단에 접속되어, 상기 솔라셀 어레이(10)에서 발전된 낮은 전압을 소정의 크기로 승압하는 부스트 컨버터(110);
    상기 부스트 컨버터(110)의 출력단에 접속되며, 복수 개의 스위칭 소자가 구비되어 PWM 제어신호에 의해 스위칭 동작하여 상기 부스트 컨버터(110)에서 출력되는 전원을 전력수용부(20)에 공급되기 위한 전원의 형태 및 주파수로 변환하는 인버터(120);
    MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘이 적용된 DSP(Digital Signal Processor)로서, 입력전원의 전압 및 전류를 감지하여 이를 기초로 상기 솔라셀 어레이(10)가 최대전력을 전달할 수 있는 최대전력 동작점(MPOP) 데이터를 추출하며, 추출된 최대전력 동작점의 추출데이터에 따라 솔라셀 어레이(10)의 발전량에 부합되는 주파수로 상기 전력수용부(20)를 구동할 수 있도록 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 전력수용부(20)의 부하의 크기를 제어하는 컨트롤러부(130); 및
    상기 부스트 컨버터(110), 인버터(120) 및 컨트롤러부(130)가 회로구성된 PCB가 안착되는 내부공간이 형성되어 상기 부스트 컨버터(110), 인버터(120) 및, 컨트롤러부(130)를 하나의 모듈 형태로 하우징하며, 외부에는 상기 솔라셀 어레이(10)에서 생성된 전원이 입력되는 입력단자(111)와 변환된 전원이 출력되는 출력단자(112)가 구비된 케이스(140);를 포함하되,
    상기 컨트롤러부(130)는, 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)에 의해 변환된 전원의 전압 및 전류를 감지하여 감지된 전원감지 데이터와 설정된 기준 전원 데이터를 비교하여, 오차가 발생한 경우 차이가 발생한 정도를 보상하여 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM제어하며,
    상기 전력수용부(20)는, 유체가 소통하는 배관(22)의 일측에 장착되어 압력작용에 의해 상기 유체를 이송시키는 펌프모터이고, 상기 컨트롤러부(130)는, 상기 배관(22)의 타측에 장착되어 유체밸브(V)의 개방상태에 따라 변동되는 상기 유체의 이송 상태를 감지하는 센서부(23)로부터 유체이송 감지데이터를 전달받아, 상기 유체 이송감지 데이터를 기초로 하여 상기 부스트 컨버터(110) 및 인버터(120)를 PWM 제어하여 상기 펌프모터의 부하의 크기를 조절하면서 상기 펌프모터의 토출압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 인버터 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터(120)의 출력단과 상기 출력단자(112)의 사이에 배치되도록 상기 PCB에 회로구성되며, 상기 인버터(120)에 의해 변환된 전원에 포함된 반송파 주파수 또는 서지 주파수를 필터링하는 필터부(150);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 인버터 시스템.
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대한전기학회지(제목: 동적변화에 강인한 연료전지 발전시스템의 저주파 리플전류 제거 알고리즘 개발), 논문발표 2009년 9월 *
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