KR102535198B1 - 태양광발전 ess시스템용 mppt 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 관한 것으로서, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터;를 포함하되, 상기 DC/DC컨버터는 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환부 측 효율을 증대시킬 수 있고, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있으며, 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.

Description

태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템{Maximum Power Point Tracking Control System for Photovoltaic Energy Storage System}
본 발명은 태양광발전을 이용하여 배터리를 충전하는 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 관한 것이다.
최근 지구상의 환경문제가 대두되면서 탄소중립정책의 수립 및 신재생에너지를 이용한 전기에너지의 사용을 권장하고 있다.
이에, 최근에는 전기에너지의 안정적인 공급 및 관리를 위해 에너지저장장치, 즉 ESS시스템을 접목하고 있으며, 이러한 ESS시스템은 배터리팩에 전기에너지를 저장했다가 필요에 따라 전력을 공급하는 것으로서, 에너지효율을 높이는데 활용되고 있다.
이와 같이, ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템은 각종 산업시설 등에 설치되어 필요 전력을 공급하기 위한 고정형 설비뿐만 아니라 이동형 등에도 활용되고 있다.
한편, 신재생에너지의 대표적인 예로서, 태양광에너지를 이용하여 발전하는 태양광발전(PV; Photovoltaic)을 들 수 있는데, 앞서 기술한 바와 같이 배터리팩에 전기에너지를 저장했다가 필요에 따라 전력을 공급하는 ESS시스템과 연결하여 태양광에너지를 이용하여 생산된 전기에너지를 배터리에 축적하여 저장하고 있다.
이와 같은 태양광발전 ESS 시스템은 이동형 또는 고정형 중 독립형 발전에 많이 사용되고 있으며, 태양광에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 ESS시스템의 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC 전력변환장치를 포함한다.
이때, 종래 DC/DC 전력변환장치는 입출력 전압차이를 고려하지 않고 태양광의 발전량을 계산하여 전력 변환을 수행하며, 태양광에서 발전된 전력을 최대한 사용할 수 있도록 제어한다.
하지만, 종래 태양광발전 ESS 시스템에 있어 DC/DC 전력변환장치에서는 입출력 전압차이에 의한 전력변환 손실이 큰 문제점이 있었다.
또한, 종래의 상술한 문제점을 해결하기 위해 변압기 턴비가 높은 DC/DC 전력변환장치를 사용하기도 하나, 여전히 입출력 전압 차이에 따른 전력변환 손실이 발생되는 문제점을 갖고 있으며, 개선이 요구되는 실정에 있다.
부연하여, 종래 태양광발전 ESS시스템에 적용된 DC/DC 전력변환장치는 태양광발전에 따른 전력변환시 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어를 수행하고 있으나, MPPT 제어시 동작되는 낮은 전압과 배터리 SOC(State Of Charge; 충전상태)가 높을 때 전압의 턴비로 구성되어 있음에 의해 손실이 크게 발생되고 있다.
즉, 종래에는 입출력시 높은 전압 차이로 인하여 변압기 턴비의 손실이 크게 발생되며, 태양광 발전이 낮을 경우에는 DC/DC 전력변환장치의 설계용량보다 적게 사용되어 저전력 전력변환에 의한 손실도 크게 발생되는 문제점을 갖고 있다.
한편, 본 발명 관련한 종래 선행기술문헌을 살펴보면, 국내등록특허 제10-2161812호에 개시된 '유효 전력 제어를 이용한 태양광 발전 시스템의 MPPT 제어를 위한 장치 및 방법', 국내공개특허 제10-2021-0147108호에 개시된 '직류 전력량계 및 태양광 발전의 MPPT 제어 방법' 등을 참조할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2161812호 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0147108호
본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 태양광발전(PV)에서 발전된 전력을 ESS시스템 측 배터리에 충전하는 전력변환장치의 전력변환에 따른 효율을 향상시킬 수 있도록 하며 전력손실을 줄일 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 변압기의 턴비가 다른 2개의 변압기를 갖는 2개의 풀브릿지 DC/DC컨버터로 전력변환장치를 구성함으로써 ESS시스템 측 배터리의 충전에 따른 전압과 태양광발전(PV) 측 태양광패널의 온도에 따른 전력량간의 입출력 전압 차이에 의한 운전 제어를 통해 전력변환효율을 증대시킴과 더불어 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있도록 하면서 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터;를 포함하되, 상기 DC/DC컨버터는, 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은, 태양광발전모듈과 제1변압기에 연결되는 제1MOSFET회로부와, 제1MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제1변압기, 및 제1변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제1정류회로부를 포함하고; 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은, 태양광발전모듈과 제2변압기에 연결되는 제2MOSFET회로부와, 제2MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제2변압기, 및 제2변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제2정류회로부를 포함하며; 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부 각각은 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결한 구성이고, 상기 제1 및 제2 정류회로부는 4개의 다이오드를 연결한 구성인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1변압기와 제2변압기는 서로 다른 턴비를 갖는 구성인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기 턴비를 갖도록 구성하고. 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비를 갖고, 상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 제2변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 DC/DC컨버터 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전량이 적어서 MPPT 제어시 전압이 낮게 되고 배터리 측 충전량이 높을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전효율이 높게 발생되어 MPPT 제어시 전압 강하가 높지 않을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 태양광발전모듈에서의 발전효율이 높고 발전량이 많아서 높은 전력으로 충전이 요구되는 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리에 충전을 수행하되, 태양광발전모듈에서의 발전상태 또는 배터리에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 측 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광발전(PV)에서 발전된 전력을 ESS시스템 측 배터리에 충전하는 전력변환장치의 전력변환에 따른 효율을 향상시킬 수 있으며 전력손실을 줄일 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변압기의 턴비가 다른 2개의 변압기를 갖는 2개의 풀브릿지 DC/DC컨버터로 전력변환장치를 구성함으로써 ESS시스템 측 배터리의 충전에 따른 전압과 태양광발전(PV) 측 태양광패널의 온도에 따른 전력량간의 입출력 전압 차이에 의한 운전 제어를 통해 전력변환효율을 증대시킴과 더불어 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환부 측 효율을 증대시킬 수 있으며, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있고, 배터리 충전효율을 향상시킬 수 있는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 입출력 전압 차이가 크게 발생되어 전압차이에 의한 전력변환 손실이 큰 DC전력을 갖는 분야 중 태양광뿐만 아니라 풍력, 배터리 to 배터리 등의 입력전압이 변동되면서 배터리를 충전하는 충전기분야에서 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 높은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 낮은 변압기 턴비에서의 단독 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템에 있어 2개의 DC/DC컨버터모듈을 모두 사용하는 병렬 운전모드를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서, 태양광발전모듈(10)로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 ESS 배터리(20) 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리(20)에 충전하기 위한 DC/DC컨버터(100)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 DC/DC컨버터(100)는 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)로 2개를 구비하여 이들을 병렬 연결하는 풀브릿지 회로로 구성한다.
상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)은 각각 서로 다른 턴비를 갖는 제1 및 제2 변압기(112)(122)를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 태양광발전모듈(10)은 상기 DC/DC컨버터(100)의 입력 측에 연결되고, 상기 ESS 배터리(20)는 상기 DC/DC컨버터(100)의 출력 측에 연결되며, 태양광발전모듈(10)로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 직류 변환하여 ESS 배터리(20)로 충전하는 작업을 수행한다.
상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)은 각각 변압기(112)(122)를 포함하는 동일한 회로 구성을 갖되, 상기 제1 및 제2 변압기(112)(122) 측 입력과 출력에 대한 턴비를 서로 다르게 한 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각은 입력측이 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결 구성한 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에 매칭 연결되고, 출력측이 4개의 다이오드를 연결 구성한 제1 및 제2 정류회로부(113)(123)에 매칭 연결되게 구성할 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)는 태양광발전모듈(10)에 연결되고, 상기 제1 및 제2 정류회로부(113)(123)는 ESS 배터리(20)에 연결된다.
여기에서, 상기 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에서는 게이트 입력신호 제어(PWM 제어)를 통해 제1 및 제2 변압기(112)(122) 측 각각의 1차측과 2차측 출력비(턴수 출력)를 가변 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기(112) 턴비를 갖도록 구성할 수 있다.
상기 제2 DC/DC컨버터모듈(120)은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성할 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)은 제1변압기(112) 턴비에 있어 태양광발전모듈(10)에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리(20)에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비로 고정하는 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 제2 DC/DC컨버터모듈(120)은 제2변압기(122) 턴비에 있어 태양광발전모듈(10)에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리(20)에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비로 고정하는 구성을 갖게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 상술한 구성을 갖는 DC/DC컨버터(100) 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 태양광발전모듈(10)에서의 발전상태 또는 배터리(20)에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 동작을 갖게 할 수 있다.
이와 같은 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템은 아래와 같이 4가지 모드(Mode)로 구분하여 동작되게 처리할 수 있으며, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전량이 적어서 MPPT 제어시 전압이 낮게 되고 배터리(20) 측 충전량이 높을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 제2변압기에 비해 제1변압기(112)의 턴비가 높은 제1 DC/DC컨버터모듈(110)을 단독 동작할 수 있다.
도 3에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전효율이 높게 발생되어 MPPT 제어시 전압 강하가 높지 않을 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 제1변압기(112)에 비해 제2변압기(122)의 턴비가 낮은 제2 DC/DC컨버터모듈(120)을 단독 동작할 수 있다.
도 4에서 보여주는 바와 같이, 태양광발전모듈(10)에서의 발전효율이 높고 발전량이 많아서 높은 전력으로 충전이 요구되는 경우, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 모두를 동작시켜 병렬모드로 운전함에 의해 배터리에(20) 충전을 수행할 수 있다.
도시한 바에 의하면, 병렬 연결된 구성이고 제1변압기와 제2변압기 측 각각의 턴비를 일정하게 고정시킨 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC컨버터모듈(120)을 모두 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 2개의 병렬 연결된 구조를 갖는 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120)을 도 4의 예시에서와 같이 복합적으로 동작시켜 배터리(20)에 충전을 수행하되, 태양광발전모듈(10)에서의 발전상태 또는 배터리(20)에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 제1변압기와 제2변압기 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 형태로 운전할 수 있다.
즉, 하이브리드 모드로 운전을 제어할 수 있다.
이때, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈(110)과 제2 DC/DC 컨버터모듈(120) 각각에 있어 제1 및 제2 MOSFET회로부(111)(121)에서의 게이트 입력신호 제어로 제1 및 제2 변압기(112)(122) 각각의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어할 수 있다.
이를 통해, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 측 충전효율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템을 통해서는 변압기의 턴비 매칭을 이용한 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 출력점 추적) 제어기술을 전력변환장치에 접목함으로써 전압변동이 높은 고전압 태양광발전 ESS시스템 측 배터리의 충전 효율을 높일 수 있으며, 특히 충전시 전압차가 크게 변동되는 태양광발전 ESS시스템에 있어 전력변환장치 측 효율을 증대시킬 수 있고, 저전력으로 동작될 때와 전압차가 크거나 작을 때 발생되는 손실을 최소화할 수 있으며, 태양광발전(PV)에서의 풀 파워(full power) 발전을 유도할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등은 본 발명의 기술적 권리범위 내에 해당한다 할 것이다.
10: 태양광발전모듈 20: ESS 배터리
100: DC/DC컨버터 110: 제1 DC/DC컨버터모듈
111: 제1MOSFET회로부 112: 제1변압기
113: 제1정류회로부 120: 제2 DC/DC컨버터모듈
121: 제2MOSFET회로부 122: 제2변압기
123: 제2정류회로부

Claims (11)

  1. 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서,
    태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터; 를 포함하되,
    상기 DC/DC컨버터는,
    제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며, 제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하고,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전량을 MPPT 제어시 저하되는 최저전압을 기준으로 하고 출력은 배터리 SOC(충전상태) 기준 100%일 때의 전압을 턴비로 제1변압기 턴비를 갖도록 구성하고,
    상기 제2 DC/DC컨버터모듈은 태양광 발전시 최대전압과 출력은 SOC(충전상태) 80% 구간의 전압으로 제2변압기 턴비를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈은,
    태양광발전모듈과 제1변압기에 연결되는 제1MOSFET회로부와, 제1MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제1변압기, 및 제1변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제1정류회로부를 포함하고;
    상기 제2 DC/DC컨버터모듈은,
    태양광발전모듈과 제2변압기에 연결되는 제2MOSFET회로부와, 제2MOSFET회로부에 입력측이 연결되고 출력측이 배터리에 연결되는 제2변압기, 및 제2변압기의 출력측과 배터리에 연결되는 제2정류회로부를 포함하며;
    상기 제1 및 제2 MOSFET회로부 각각은 4개의 MOSFET에 매칭시켜 다이오드 및 콘덴서를 연결한 구성이고,
    상기 제1 및 제2 정류회로부는 4개의 다이오드를 연결한 구성인 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1변압기와 제2변압기는 서로 다른 턴비를 갖는 구성인 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈은,
    제1변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 8의 턴비를 갖고,
    상기 제2 DC/DC컨버터모듈은,
    제2변압기 턴비에 있어 태양광발전모듈에 연결되는 입력 측 : ESS 배터리에 연결되는 출력 측 = 1 : 3의 턴비를 갖는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 DC/DC컨버터 측 입출력 특성에 따라서 전압차이 만큼 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 어느 하나를 독립적으로 단독 운전 또는 2개 모두를 병렬 운전하도록 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    MPPT 제어에 의해 배터리 충전을 수행하되,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 높은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리 충전을 수행하는 방법, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 중 변압기 턴비가 낮은 어느 하나를 단독 동작시켜 배터리에 충전을 수행하는 방법, 태양광발전모듈에서의 발전상태 및 배터리에서의 충전상태에 따라, 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 모두를 동작시켜 배터리 충전을 수행하는 방법 중에서 선택하여 충전을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 태양광발전(PV)을 이용하여 배터리를 충전하는 태양광발전 ESS(Energy Storage System; 에너지저장장치) 시스템에 있어서,
    태양광발전모듈로부터 생산된 전기에너지(DC; 직류)를 공급받아 배터리 측 충전 가능한 DC(직류)로 변환하여 배터리에 충전하기 위한 DC/DC컨버터; 를 포함하되,
    상기 DC/DC컨버터는,
    제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈로 2개를 구비하여 병렬 연결 및 풀브릿지 회로로 구성하며,
    제1 DC/DC컨버터모듈은 제1변압기를 포함하고, 제2 DC/DC 컨버터모듈은 제2변압기를 포함하고,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈을 복합적으로 동작시켜 배터리에 충전을 수행하되,
    태양광발전모듈에서의 발전상태 또는 배터리에서의 충전상태에 따라 상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 DC/DC컨버터모듈과 제2 DC/DC 컨버터모듈 측 각각에 있어 게이트 입력신호 제어로 각 변압기의 1차측 턴수 출력 대 2차측 턴수 출력을 가변 제어하되, 양측 출력비를 1 : 9 내지 9 : 1 범위로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 ESS시스템용 MPPT 제어시스템.
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