KR20140020390A - 역전압 방지 시스템 및 이를 이용한 역전압 방지 방법 - Google Patents

역전압 방지 시스템 및 이를 이용한 역전압 방지 방법 Download PDF

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KR20140020390A
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Abstract

역전압 방지 방법은 직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 복수개의 디바이스에서 각각의 디바이스마다 전류 보상을 수행하는 역전압 방지 장치를 각각 연결하는 단계; 및 각각의 역전압 방지 장치는 각각의 디바이스 중 하나 이상의 디바이스가 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받게 되면 보상 전류를 데미지를 받은 디바이스의 출력 전류로 공급하는 단계를 포함한다.
각각의 역전압 방지 장치는 각각의 디바이스에서 단락 전류를 측정하여 통합 제어부로 전송하고, 통합 제어부로부터 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류 중에서 최대 전류값을 피드백(Feedback) 받는 단계와, 최대 전류값과 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류의 차이 만큼을 보상 전류로 하여 데미지를 받은 디바이스의 출력 전류로 공급하는 단계를 포함한다.

Description

역전압 방지 시스템 및 이를 이용한 역전압 방지 방법{Reverse Voltage Protecting System and Method for Protecting Reverse Voltage Using the Same}
본 발명은 역전압 방지 방법에 관한 것으로서, 특히 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSC) 모듈의 각각의 염료감응 태양전지 셀에 전류 보상을 수행하는 역전압 방지 시스템 및 이를 이용한 역전압 방지 방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등 기술원(EPFL)의 마이크 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화 타타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.
염료감응 태양전지는 태양전지 셀을 복수개의 직렬 연결하여 모듈을 형성함으로써 광전 변환 효율을 향상시키는 기술을 개발하였다.
염료감응 태양전지는 역바이어스 발생시 매우 낮은 전압에서 브레이크다운(Breakdown) 현상이 발생한다. 이러한 염료감응 태양전지를 실용화하는 경우 염료감응 태양전지는 외적 환경에 의하여 모듈이 쉽게 손상될 수 있는 구조를 가지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 염료감응 태양전지 모듈은 각각의 셀에 바이패스 다이오드(Bypass Diode)를 적용하여 역바이어스 전압이 모듈에 미치는 영향을 해결하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 각각의 셀에 바이패스 다이오드를 연결한 일례를 나타낸 도면이다.
복수의 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)로 구성된 모듈은 셀을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결된 각각의 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)에 다이오드(10a, 12a, 14a)를 역병렬로 연결시킨다.
복수의 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)에 정상적으로 전압을 발생하는 경우, 복수의 다이오드(10a, 12a, 14a)는 역전압이 인가되므로 도통되지 못하여 전류가 흐르지 않고 복수의 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)을 통해 전류가 흐른다.
반면에, 복수의 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)은 외부 환경에 의한 모듈에서의 발전량(전류) 감소로 특정한 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)에서 정상적인 전류를 발생하지 못하는 경우, 특정한 염료감응 태양전지 셀에 대응하는 바이패스용 다이오드(10a, 12a, 14a)를 통해 전류가 흐르게 된다.
따라서, 정상적인 전류가 발생되지 못하는 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)은 바이패스용 다이오드(10a, 12a, 14a)의 정방향 전압 강하 이상의 역전압이 걸리지 않게 되어 역전압으로부터 염료감응 태양전지가 파손되는 것을 방지한다.
염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)은 발전량(전류)의 감소로 인한 역바이어스가 발생하는 경우, 바이패스용 다이오드(10a, 12a, 14a)가 작동되는데, 해당 염료감응 태양전지 셀이 발전에 기여하지 못하고 전체 염료감응 태양전지 모듈이 작동하는 문제점이 있다.
따라서, 바이패스용 다이오드(10a, 12a, 14a)가 작동된 염료감응 태양전지 셀(10, 12, 14)은 최대 출력(Pmax)이 현저히 떨어지게 되고 이에 따라 모듈의 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
종래 기술은 염료감응 태양전지 모듈의 각각의 셀에 고가격의 바이패스 다이오드를 장착해야 하므로 모듈의 비용(Cost)을 증가시키는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 각각의 염료감응 태양전지 셀에 역전압 방지 장치를 연결하여 손상된 셀로 전류 보상을 수행하는 역전압 방지 시스템 및 이를 이용한 역전압 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 역전압 방지 시스템은,
직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 복수개의 디바이스; 및
각각의 디바이스에 연결되고 각각의 디바이스 중 하나 이상의 디바이스가 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받은 경우 데미지를 받은 디바이스로 전류 보상을 수행하는 한 개 이상의 역전압 방지 장치를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 역전압 방지 방법은,
직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 복수개의 디바이스에서 각각의 디바이스마다 전류 보상을 수행하는 역전압 방지 장치를 각각 연결하는 단계; 및
각각의 역전압 방지 장치는 각각의 디바이스 중 하나 이상의 디바이스가 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받게 되면 보상 전류를 데미지를 받은 디바이스의 출력 전류로 공급하는 단계를 포함한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 외부 환경에 의하여 역바이어스가 발생하는 염료감응 태양전지 셀에 부족분 만큼의 전류를 공급하여 역바이어스가 발생되지 않도록 하므로 모듈의 신뢰성 및 발전 효율을 높이는 효과가 있다.
본 발명은 각각의 염료감응 태양전지 셀에 컨버터를 연결하여 외부 환경에 의하여 발전량이 감소한 셀에 부족한 만큼의 전류를 공급하여 정상적인 모듈 동작을 유도하므로 저가격과 수명이 증가되는 모듈을 구현한다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 각각의 셀에 바이패스 다이오드를 연결한 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 모듈에서 역전압을 방지하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입력단과 출력단이 염료감응 태양전지 셀과 연결된 컨버터의 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 염료감응 태양전지 모듈에 바이패스 다이오드와 연결하는 경우 또는 컨버터를 연결하는 경우의 전류 전압 곡선을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 이용한 역전압 방지 방법을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로 전원 공급기는 외부에서 들어오는 전압을 내부 시스템에 맞게 변환하여 공급하는 장치이다. 이러한 전원 공급기의 예로서 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply)가 있다.
스위치 모드 파워 서플라이는 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어하는 장치이다. 이와 같은 스위치 모드 파워 서플라이의 대표적인 장치로 DC-DC 컨버터가 있다.
DC-DC 컨버터는 한 레벨의 DC 전압을 다른 레벨의 DC 전압으로 변환하는 소자로서, 벅(Buck) 또는 스텝 다운 컨버터, 부스트 컨버터, 플라이백 컨버터 등 다양하게 존재한다.
본 발명의 실시예에 따른 컨버터는 설명의 편의를 위해서 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 출력하는 벅 컨버터를 사용하는 것으로 가정한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 셀에서 역전압을 방지하는 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 셀을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입력단과 출력단이 염료감응 태양전지 셀과 연결된 컨버터의 회로를 나타낸 도면이다.
역전압 방지 장치는 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 출력하는 컨버터를 나타내고 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 복수개의 염료감응 태양전지를 셀로 기재하고 있지만
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 시스템은 복수개의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)을 직렬 또는 병렬로 연결하고, 각각의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에 전류 보상을 위한 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)를 각각 연결하며, 각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)에 통합 제어부(400)를 연결한다.
여기서, 염료감응 태양전지는 복수개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 것으로 표현하고 있지만, 이에 한정하지 않고 모듈이나 어레이를 하나의 단위로 보는 경우 본 발명의 실시예의 역전압 방지 시스템을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 염료감응 태양전지 셀은 직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 디바이스이면 어떠한 것도 적용할 수 있다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 출력단의 양극(+)과 음극(-)을 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 양극과 음극에 각각 연결하고 입력단의 양극과 음극을 전자 부하 장치(300)의 입력과 출력에 연결한다. 여기서, 전자 부하 장치(300)는 전력 모니터링 장치, 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 콘트롤러 등의 염료감응 태양전지 셀에 부하를 형성할 수 있는 장치이면 어떠한 장치도 가능하다.
입력 전압(Vin)은 접지 기준과 결합된 입력 커패시터(CA)(216)의 양단에 제공되며, 스위치(Q)(214)의 드레인 단자와 결합된다.
입력 전압(Vin)은 염료감응 태양전지 셀의 개수(N)와 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)와 연결된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 동작 전압(Operation Voltage, Vop)의 곱의 레벨을 공급하고 출력 전압(Vout)은 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 개방 전압의 레벨을 공급한다(Vout = Vop, Vin = N*Vop). 여기서, 동작 전압은 광량 및 부하에 따라 변동할 수 있다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)과 연결시 광원하에서 단락 전류가 측정된다.
통합 제어부(400)는 각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)와 연결되어 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에서 측정된 단락 전류를 주기적으로 수신하고, 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류 중에서 최대 전류값을 각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)로 전송한다.
제어부(210)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)로부터 단락 전류를 측정하여 통합 제어부(400)로 전송하고, 통합 제어부(400)로부터 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류 중에서 최대 전류값을 피드백(Feedback) 받는다.
제어부(210)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)로부터 단락 전류를 주기적으로 측정하고 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류 중에서 최대 전류값과 비교하여 일정 기준치 범위 이상이 차이가 나는 경우, 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)이 발전량이 감소된 손상된 셀로 판단하여 손상된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에서 측정한 단락 전류를 손상 전류(Ibad)로 설정한다. 여기서, 손상된 셀은 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받은 디바이스로서, 이러한 데미지를 영구적으로 가져가는 영구적 데미지 뿐만 아니라 이물질이 묻게 되는 경우와 같이 발전량이 적어지는 일시적 데미지를 포함한다.
제어부(210)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류 중에서 최대 전류값과 손상 전류의 차이 만큼의 보상 전류(Io)를 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 출력 전류로 출력하도록 스위치(214)의 드레인과 소스 단자 및 인덕터(212)를 제어한다.
다시 말해, 제어부(210)는 태양광을 집광하여 전압 값과 전류 값을 출력하는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)로부터 단락 전류를 측정하여 해당 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)이 정상 셀(Good Cell)인지 손상된 셀(Bad Cell)인지 판단한다.
예를 들면, 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)은 정상 셀의 전류량이 10A라 가정하면, 측정된 출력 전류가 8A가 되면 손상된 셀로 판단하게 된다.
제어부(210)는 정상 셀의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 전류량에서 손상된 셀의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 전류량의 차이 만큼의 전류량을 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)와 연결된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 출력 전류로 공급한다.
염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)은 10A가 출력되어야 정상 셀인데, 발전량의 감소로 8A가 흐르게 되면, 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 보상 전류인 2A를 해당 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)로 공급하여 10A 전류량을 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 출력 전류로 흐르게 된다.
컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 외부 환경에 의하여 발전량이 감소한 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에 부족한 전류량을 공급하여 정상 작동하도록 함으로써 바이패스용 다이오드 없이 해당 염료감응 태양전지 셀과 전체 모듈의 정상적인 동작을 유도하게 되는 것이다.
제어부(210)는 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)의 입력 전압과 출력 전압 및 출력 전류를 결정하게 되면, 아래의 [수학식 1]과 같이 입력 전류(Ii)를 계산한다.
Figure pat00001
여기서, Io는 컨버터의 출력 전류, Vout는 컨버터의 출력 전압, Ii는 컨버터의 입력 전류, Vin는 컨버터의 입력 전압, a는 컨버터의 효율을 나타낸다. a=1인 경우,
Figure pat00002
하다.
출력 전류, 출력 전압, 입력 전류, 입력 전압은 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에서의 광량에 따라 유기적으로 변동될 수 있다.
컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)가 동작하는 동안, 스위치(214)가 온일 때, 전류는 스위치(214)의 드레인과 소스 단자 및 인덕터(L)(212)를 통해 입력 전압단으로부터 출력 전압단으로 흐른다.
인덕터(212)를 흐르는 전류에 의해 인덕터(212)에 전기 에너지가 저장된다.
스위치(214)의 온 시간은 인덕터(212) 및 출력 커패시터(219)의 성분 값들에 의해 제한되거나 제어부(210)의 기설정된 설정값에 의해 제한되어 인덕터(212)의 양단의 전압(VL)이 스위치(214)의 온 시간동안 일정하다.
스위치(214)가 온인 동안 스위치(214)의 소스 단자에 접속한 인덕터(L)(212)의 단자는 입력 전압을 유지한다.
스위치(214)의 소스 단자와 결합된 다이오드(D)(218)의 캐소드에서의 전압은 다이오드(218)가 역바이어스되어 스위치(214)가 온일 때 전도되지 않는다. 이는 다이오드(218)의 애노드가 접지와 접속되기 때문이다.
스위치(214)가 오프될 때, 인덕터(212) 양단의 전압은 인덕터(212)를 지나는 전류의 연속성이 유지되도록 극성을 반전시킨다.
전압의 플라이백(Flyback)은 다이오드(212)의 캐소드에서 전압을 접지 이하로 강하시켜 다이오드(212)가 전도되게 순방향 바이어싱된다.
따라서, 스위치(214)가 온인 동안 인덕터(212)에 저장된 전기 에너지는 다이오드(218) 및 인덕터(212)를 지나는 전류로서 출력 전압으로 전달된다.
제어부(210)는 스위치(214)의 온 또는 오프 시점을 출력 전압의 전압 레벨에 의해 결정한다. 스위치(214)의 온 일 때, 전류는 입력단에서 출력단으로 흐른다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 부하 장치(300)는 정상 셀인 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 전류량인 Igood에서 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)의 입력 전류(Ii)를 뺀 전류량이 입출력 되는데, 입력 전류 값이 매우 작기 때문에 손상된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)이 발생하더라도 전류 보상을 통해 정상적인 모듈 동작이 가능한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)의 관점에서 보면, 각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 입력단이 직렬로 연결된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 전체 모듈과 연결되며, 출력단이 보상 전류를 출력하는 한 개의 손상된 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)과 연결되는 것이다.
도 5의 (a)는 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지 셀의 바이패스 다이오드를 연결하면 바이패싱(Bypassing) 구간과 넌-바이패싱(Non-Bypassing) 구간으로 구분되어 전류 전압 곡선이 나타난다.
바이패스 다이오드를 적용한 종래 기술은 전류 보상 적용시 전류 전압 곡선이 일그러진 곡선으로 극대값이 두 개가 나타난다.
종래 기술은 바이패스 다이오드 적용시 극대값이 두 개가 나타나므로 최대 전력을 찾기 위한 알고리즘이 복잡해지고 최대 전력을 찾지 못하는 경우도 발생할 수 있다. 예를 들면, 도 5의 (a)와 같이, 넌-바이패싱 구간의 봉우리가 아닌 바이패싱 구간의 봉우리를 최대 전력으로 인식할 수 있는 문제점이 있다.
도 5의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)를 연결하면, 단일의 전류 전압 곡선이 나타나고 전류 보상 적용시 단일의 극대값이 나타나므로 최대 전력을 기존의 알고리즘을 적용하여 간단하게 구할 수 있다.
다음, 도 6을 참조하여 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 셀을 이용한 역전압 방지 방법을 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 장치를 구비한 염료감응 태양전지 셀을 이용한 역전압 방지 방법을 나타낸 도면이다.
염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)은 복수개를 직렬로 연결하고, 각각의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)은 전류 보상을 위한 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)를 각각 연결한다(S100, S102).
즉, 제1 염료감응 태양전지 셀(100a)의 양극과 음극을 제1 컨버터(200a)의 출력단의 양극과 음극에, 제2 염료감응 태양전지 셀(100b)의 양극과 음극을 제2 컨버터(200b)의 출력단의 양극과 음극에, 제3 염료감응 태양전지 셀(100c)의 양극과 음극을 제3 컨버터(200c)의 출력단의 양극과 음극에, 제4 염료감응 태양전지 셀(100d)의 양극과 음극을 제4 컨버터(200d)의 출력단의 양극과 음극에 각각 연결한다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)의 입력단의 양극을 전자 부하 장치(300)의 입력으로, 음극을 전자 부하 장치(300)의 출력과 연결한다.
제1 염료감응 태양전지 셀(100a)의 양극을 전자 부하 장치(300)의 입력으로, 제4 염료감응 태양전지 셀(100d)의 음극을 전자 부하 장치(300)의 출력과 연결한다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)과 연결시 광원 하에서 각 셀의 단락 전류를 주기적으로 측정한다(S104).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 개수와 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 동작 전압의 곱을 입력 전압으로, 염료감응 태양전지 셀의 동작 전압을 출력 전압으로 설정한다(S106).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 통합 제어부(400)로부터 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류 중에서 최대 전류값을 수신한다(S108).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류와 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 최대 전류값과 비교하여 동일한지 판단한다(S110).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류와 최대 전류값이 동일한 경우, 특정한 셀에 전류 보상 출력을 수행하지 않고 직렬로 연결된 복수개의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)에 전류가 흐른다(S112).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류와 최대 전류값이 동일하지 않은 경우, 최대 전류값과 측정한 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 단락 전류의 차이 만큼의 보상 전류(Io)를 각각의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 출력 전류로 공급한다(S114).
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 단계 S114를 수행한 후, 단계 S104로 진행하여 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d)의 역전압 방지 프로세스를 반복적으로 수행한다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 전술한 [수학식 1]를 이용하여 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)의 입력 전류(Ii)를 결정한다.
각각의 컨버터(200a, 200b, 200c, 200d)는 복수개의 염료감응 태양전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d) 중 손상된 셀로 보상 전류를 공급하여 손상된 셀을 정상 작동되도록 함으로써 정상적인 모듈 동작을 유도한다.
본 발명의 실시예에 따른 역전압 방지 방법은 염료감응 태양전지 모듈에서 이루어지는 것으로 예시하고 있지만 이에 한정하지 않고 연료전지, 이차전지, 태양전지, 수력발전, 풍력발전 등 에너지 발전 시스템과 관련된 셀/모듈의 역바이어스 해결 방법으로 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100a: 제1 염료감응 태양전지 셀
100b: 제2 염료감응 태양전지 셀
100c: 제3 염료감응 태양전지 셀
100d: 제4 염료감응 태양전지 셀
200a: 제1 컨버터
200b: 제2 컨버터
200c: 제3 컨버터
200d: 제4 컨버터
210: 제어부
212: 인덕터
214: 스위치
216: 입력 커패시터
218: 다이오드
219: 출력 커패시터
300: 전자 부하 장치
400: 통합 제어부

Claims (9)

  1. 직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 복수개의 디바이스; 및
    상기 각각의 디바이스에 연결되고 상기 각각의 디바이스 중 하나 이상의 디바이스가 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받은 경우 상기 데미지를 받은 디바이스로 전류 보상을 수행하는 한 개 이상의 역전압 방지 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치와 연결되어 상기 각각의 역전압 방지 장치로부터 상기 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류를 수신한 후, 상기 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류 중에서 최대 전류값을 상기 각각의 역전압 방지 장치로 피드백(Feedback)하는 통합 제어부
    를 더 포함하는 역전압 방지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 상기 각각의 디바이스의 단락 전류를 주기적으로 측정하고 상기 통합 제어부로부터 수신한 상기 최대 전류값과 상기 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류의 차이 만큼의 보상 전류를 상기 각각의 디바이스의 출력 전류로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 출력단의 양극(+)과 음극(-)을 상기 각각의 디바이스의 양극과 음극에 각각 연결하고, 입력단의 양극과 음극을 부하의 입력과 출력에 연결하는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 상기 복수개의 디바이스의 개수(N)와 상기 각 디바이스의 동작 전압(Operation Voltage, Vop)의 곱으로 입력 전압을 설정하고, 상기 각 디바이스의 동작 전압을 출력 전압으로 설정하며, 아래의 [수식 1]를 이용하여 입력 전류가 결정되는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
    [수식 1]
    Figure pat00003

    여기서, Io는 상기 보상 전류, Vout는 상기 역전압 방지 장치의 출력 전압, Ii는 상기 역전압 방지 장치의 입력 전류, Vin는 상기 역전압 방지 장치의 입력 전압, a는 컨버터의 효율을 나타내고, a=1인 경우,
    Figure pat00004
    .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 출력하는 컨버터인 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 출력단이 전류 보상을 수행하는 하나의 데미지를 받은 디바이스와 연결되며, 입력단이 상기 각각의 디바이스를 포함한 전체 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 시스템.
  8. 직렬 또는 병렬로 연결되어 전류가 흐르는 복수개의 디바이스에서 상기 각각의 디바이스마다 전류 보상을 수행하는 역전압 방지 장치를 각각 연결하는 단계; 및
    상기 각각의 역전압 방지 장치는 상기 각각의 디바이스 중 하나 이상의 디바이스가 물리적 또는 화학적으로 데미지(Damage)를 받게 되면 보상 전류를 상기 데미지를 받은 디바이스의 출력 전류로 공급하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각각의 역전압 방지 장치는,
    상기 각각의 디바이스에서 단락 전류를 측정하여 통합 제어부로 전송하고, 상기 통합 제어부로부터 상기 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류 중에서 최대 전류값을 피드백(Feedback) 받는 단계;
    상기 최대 전류값과 상기 각각의 디바이스에서 측정된 단락 전류의 차이 만큼을 상기 보상 전류로 하여 상기 데미지를 받은 디바이스의 출력 전류로 공급하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 역전압 방지 방법.
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