KR20150120984A - 전기 생성 전지들을 위한 전자 관리 시스템, 전기 생성 시스템, 및 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법 - Google Patents

전기 생성 전지들을 위한 전자 관리 시스템, 전기 생성 시스템, 및 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법 Download PDF

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KR20150120984A
KR20150120984A KR1020157022339A KR20157022339A KR20150120984A KR 20150120984 A KR20150120984 A KR 20150120984A KR 1020157022339 A KR1020157022339 A KR 1020157022339A KR 20157022339 A KR20157022339 A KR 20157022339A KR 20150120984 A KR20150120984 A KR 20150120984A
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Abstract

본 발명은 전기 생성 전지들(3)에 대한 전자 관리 시스템(5)과 관련되고, 이 시스템은:
n 개의 연관된 전기 생성 전지(3)에 접속될 전지 접속 단자들 - n은 양의 정수임 -;
m 개의 연관된 정적 컨버터(9)에 접속될 출력들 - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 -;
전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응되는 에너지 라우팅 모듈(13); 및
에너지 라우팅 모듈(13)을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛(15)을 포함한다.

Description

전기 생성 전지들을 위한 전자 관리 시스템, 전기 생성 시스템, 및 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법{ELECTRONIC MANAGEMENT SYSTEM FOR ELECTRICITY GENERATING CELLS, ELECTRICITY GENERATING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRONICALLY MANAGING ENERGY FLOW}
본 발명은 광기전력 생성기들과 같은 전기 생성 전지 분야와 관련되고, 더 구체적으로는 전기 생성 전지들을 위한 전자 관리 시스템, 전기 생성 시스템, 및 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법과 관련된다.
표준 광기전력 설비들은 개별적인 최대 전력 포인트 트래킹(Maximum Power Point Tracking: MPPT)을 수행할 수 있는 전형적으로 단지 하나의 입력 채널을 갖는 중앙집중화된 컨버터를 일반적으로 포함한다.
광기전력 모듈들은 전지들의 여러 개의 스트링들(예를 들어, 패널 내의 3개의 스트링)로 형성된다. 전지들의 스트링은 여러 개의 광기전력 전지들(예를 들어, 하나의 패널 내의 스트링당 32개의 전지)의 직렬 접속이다. 이러한 전지들의 스트링들은 광기전력 접합-박스 내에서 직렬 접속된다.
광기전력 접합 박스 내에서 이러한 스트링들의 각각에 바이패스 다이오드가 연관될 수 있다. 이러한 바이패스 다이오드들은 부분적 그늘짐(shadowing)(핫-스팟(hot-spot))이 발생할 때 광기전력 전지들의 손상을 방지하는 것을 목적으로 한다. 그 후 광기전력 모듈들은 전압을 상승시키고 중심 컨버터의 공칭 전압과 정합하기 위해 직렬 접속된다.
모듈들의 여러 스트링들은 마침내 중앙집중 컨버터의 공칭 전력과 정합하기 위해 병렬 접속될 수 있다.
이 구성에서, 굴뚝들, 나무들, 전력 라인들, 분진, 잔해물, 및 새똥(그리고 또한 제조 허용 오차(tolerance)에 기인한 패널들의 부정합, 노화, 기타 등등)에 의한 가려짐(shading)은 가려진 모듈 및 가려지지 않은 모듈들 모두에 상당한 전력 손실들을 유발할 수 있다.
더욱이, 평균적으로, 주거용 및 상업용 설비들은 그늘짐(shadowing) 문제들 및 불규칙한 지붕 형상들을 중심으로 설계되기 때문에, 그들이 가능한 것보다 25% 더 작다고 통상적으로 보고된다.
이 문제에 대한 해결책은 분산된 광기전력 시스템 아키텍처를 이용하는 것일 수 있다. 분산된 광기전력 시스템의 개념은 광기전력 모듈 규모(또는 심지어 광기전력 모듈들의 스트링 규모)에서 MPPT를 수행할 수 있는 마이크로-컨버터들 또는 마이크로-인버터들의 배치에 의해 가능하게 되었다.
그러나, 마이크로-컨버터들 또는 마이크로-인버터들의 이러한 연관은 광기전력 모듈들의 부분적 그늘짐 및 상이한 틸트 또는 배향 각도들과 관련되는 문제점들 중 단지 일부만 해결할 수 있다.
또한, 마이크로-컨버터의 개수가 증가하면 그러한 광기전력 패널들의 비용 상승을 초래한다.
미국 6 350 944는 재구성 가능한 타일을 가진 태양광 모듈과 관련된다.
이 문헌은 모듈형 어레이 스킴에서 모니터링 제어 및 재구성 회로를 가진 통합된 태양광 전력 생성 전지들의 시스템을 갖는 재구성 가능한 태양광 전지 패널을 기술한다. 복수의 태양광 전지가 인쇄 회로 보드 상에 패키징되어 태양광 모듈을 형성하며 이것은 또한 태양광 모듈 어레이 재구성가능 타일(solar module array reconfigurable tile, SMART) 모듈로서도 알려져 있다. 태양광 패널은 전기적으로 함께 접속되는 복수의 모듈로 구성된다. 인쇄 회로 보드는 태양광 전지들의 어레이에 대한 물리적 지지 구조이고, 태양광 전지 모듈을 구성하는 태양광 전지들 사이에 전기 접속 경로들을 제공한다. 모듈 상의 각각 태양광 전지는 태양광 전지들의 매트릭스의 일부이다. 복수의 모듈은 태양광 패널로 조립된다.
그러나, 이 문헌에서의 해결책은 스위칭뿐만 아니라 라우팅이 기판 상의 태양광전지들 사이에서 발생하기 때문에 번잡하고 비용이 높다. 또한, 에너지 흐름을 위한 라우팅 라인들뿐만 아니라, 트랜지스터들을 제어하기 위한 제어 라인들이 예상되어야 하기 때문에, 태양광 패널들의 비용을 더 높게 만들 것이다. 이 문헌은 태양광 패널과 컨버터의 접속에 대해 말이 없다.
WO2008076301은 재구성을 위해 플렉스 회로를 이용하는 광기전력 모듈을 개시한다.
이 문헌이 광기전력 전지들이 직렬로, 병렬로 접속될 수 있거나 또는 환경 조건들에 대해 분리될 수 있는 것을 개시하더라도, 단지 하나의 컨버터만이 이용된다. 따라서 재구성 및 그러므로 컨버터 용량들은 최적화된 방식에 이용되지 않는다.
WO2009060273은 광기전력 모듈들, 및 선택 및 제어 유닛이 광기전력 모듈들의 접속들의 조합들을 선택하고, 선택된 조합을 확립하도록 스위칭 유닛을 제어하는 인버터들을 포함하는 에너지 설비를 제어하기 위한 디바이스 및 그 운영 방법과 관련된다.
이 문서가 그들의 작동 범위 내에서 컨버터들의 입력에 전류를 공급하기 위해 직렬/병렬 접속을 실현하기 위해 개시하지만, 이 문헌에서의 해결책은 PV 전지로부터 컨버터들의 출력까지 전체 체인을 효율적으로 고려하는 것을 허용하지 않는다.
본 발명은 적어도 부분적으로, 전술한 결점들을 완화하고, 특히 전력 변환을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 위해, 본 발명은 전기 생성 전지들에 대한 전자 관리 시스템을 제안하며, 이 시스템은,
n 개의 연관된 전기 생성 전지에 접속될 전지 접속 단자들 - n은 양의 정수임 -;
m 개의 연관된 정적 컨버터에 접속될 출력들 - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 -;
상기 전지 접속 단자들로부터 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응되는 에너지 라우팅 모듈; 및
상기 에너지 라우팅 모듈을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛을 포함한다.
컨버터들로의 동적 에너지 라우팅의 덕분에, 전력 변환이 최적화될 수 있다. 전자 관리 시스템은 많은 상이한 상황들에 적응하도록 호환적이다. 전자 관리 시스템은 전기 생성 전지들의 구성을 간섭하지 않고, 전기 생성 시스템에 간단한 방식으로 통합될 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 전자 제어 유닛은:
상기 전지 접속 단자에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 그룹 내의 제1 센서들; 및
상기 정적 컨버터들의 출력들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 제2 센서들을 포함하고,
상기 전자 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 센서들의 출력의 함수로 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성된다.
따라서, 한편으로 전지 접속 단자들에서의 센서 측정들과 다른 한편으로 정적 컨버터들의 출력을 고려하여, 전체적인 체인(전지, 에너지 라우팅 모듈, 컨버터들)이 고려될 수 있다. 따라서 본 발명은 (i) 컨버터들의 출력에서의 순간 전력 또는 (ii) 또는 컨버터들의 노화의 그룹 중의 적어도 하나의 파라미터를 최적화하도록 허용한다.
파라미터가 컨버터들의 순간 출력 전력이면, 최적화는 컨버터들의 순간 전력 출력을 최대화하는 것을 의미할 것이다.
파라미터가 컨버터들의 노화이면, 최적화는 예를 들어, 더 적은 스트레스를 유도하는 더 낮은 온도에서 기능시킴으로써 노화 효과를 줄이는 동작 상태에서 컨버터들을 작동시키는 것을 의미할 것이다.
또 다른 예로서, 전지 레벨에서의 출력 전력이 예를 들어, 그의 동작 범위에서 들어가도록 하나의 선택된 컨버터의 엔트리에 대해 최적화되었다면, 이것은 동작 동안, 컨버터의 온도가 상승하고 변환 효율이 감소하는 것일 수 있다. 이 경우에, 제어 유닛은 전지 접속 단자들에서의 전력이 여전히 동일하면서 컨버터의 출력에서 검출기들을 통하여 전력의 감소를 관찰할 것이다. 그 후 제어 유닛은, 그러한 경우에, 첫 번째 것과 병행하여 다른 컨버터 또는 제2 컨버터를 서비스 상태로 설정하기 위해 에너지 라우팅 모듈의 스위치들이 동적으로 재구성될 것이라고 추론하도록 프로그래밍된다. 시스템의 순간 전력 출력은 다시 증가할 것이고 전체적인 전력 출력이 최적화된다.
단독으로 또는 조합으로 취해진 다른 특성들에 따르면:
일 양태에 따르면, m은 n보다 작은 양의 정수이다.
이것은 특히 완전히 분산된 전력 변환 시스템과 비교하여 사용되는 컨버터의 개수를 최소화하고 전기의 전체적인 비용을 감소시키는 데 기여한다.
다른 양태에 따르면, 시스템은 적어도 2n 개의 전지 접속 단자와 적어도 2m 개의 출력을 포함한다.
일 양태에 따르면, 상기 에너지 라우팅 모듈은 상기 전지 접속 단자들과 상기 출력들 사이의 전기 접속 맵과, 상기 전지 접속 단자들 중 적어도 하나로부터의 그리고 이들 사이의 에너지를 상기 출력들 중 적어도 하나로 라우팅하기 위해 상기 전기 접속 맵에 배치된 스위치들을 포함한다.
상기 전기 접속 맵과 스위치들은 상기 출력들에서 상기 전지 접속 단자들의 몇몇 직렬 및/또는 병렬 접속들을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 양태에 따르면, 스위치들은 도통 상태에서 낮은 옴 저항을 갖는다.
상기 스위치들은 전자기계 스위치들, MOSFET 트랜지스터들, 또는 IGBT 스위치들일 수 있다.
전자 제어 유닛은 제어 파라미터의 변화시에 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성될 수 있고, 이 제어 파라미터는: 환경 온도, 적어도 하나의 광기전력 전지의 방사 조도, 적어도 하나의 컨버터의 컨버터 듀티 사이클, 장애 플래그, 생산된 전력 레벨을 포함하는 파라미터들의 그룹 중 적어도 하나의 파라미터일 수 있다.
다른 예에 따르면, 전자 제어 유닛은 주기적으로 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성된다.
추가의 예에 따르면, 전자 제어 유닛은 과거의 에너지 라우팅 구성들에 기초하여 추정되는 최적 전력 출력시에 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전자 제어 유닛은 전력 비용 함수의 최적화시에 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성될 수 있다.
상기 전자 제어 유닛은 상기 출력들의 동작의 주기를 교번시키도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 에너지 라우팅 모듈은 적어도 p 개의 보충 출력을 더 포함하고, p는 양의 정수이고 p≥1이며, 상기 보충 출력들은 상기 에너지 라우팅 모듈의 대응하는 p 개의 보충 입력 단자에 접속되어 상기 p 개의 출력과 상기 p 개의 입력 단자 사이에 루프 접속을 형성한다.
상기 루프 접속들 중 적어도 하나는 정적 컨버터를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 전기 생성 시스템과 관련되고, 이 시스템은:
적어도 n 개의 전기 생성 전지 - n은 양의 정수임 -;
적어도 m 개의 정적 컨버터 - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 -; 및
전술한 바와 같은 전자 관리 시스템을 포함하고, 상기 전자 관리 시스템은:
n 개의 연관된 전기 생성 전지에 접속된 전지 접속 단자들,
m 개의 연관된 정적 컨버터에 접속된 출력들;
상기 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응되는 에너지 라우팅 모듈; 및
상기 에너지 라우팅 모듈을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛을 포함한다.
특정 실시예에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은:
전지 접속 단자에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 그룹 내의 제1 센서들; 및
상기 정적 컨버터들의 출력들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 제2 센서들을 포함하고,
상기 전자 제어 유닛은 상기 제1 및 제2 센서의 출력의 함수로 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 동적으로 재구성하도록 구성된다.
어떤 실시예에 있어서, m은 n보다 작을 수 있다.
전기 생성 전지들은 광기전력 전지들, 여러 개의 광기전력 전지를 포함하는 광기전력 스트링들, 또는 전자화학 전지들, 또는 연료 전지들일 수 있다.
일 양태에 따르면, 상기 컨버터들은 MPPT 제어 유닛을 포함한다.
상기 m 개의 정적 컨버터는 상이한 전력 범위들 및/또는 변환 기술을 나타내는 적어도 2개의 컨버터 그룹으로 분리될 수 있다.
본 발명은 또한 적어도 n 개의 전기 생성 전지 - n은 양의 정수임 -과, 적어도 m 개의 정적 컨버터 - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 - 사이의 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법과 관련되고, 이 방법은 상기 전기 생성 전지들에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계들을 포함한다.
특정 실시예에서, 상기 방법은:
상기 전지 접속 단자들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 전지 값들을 검출하는 단계;
상기 정적 컨버터들의 출력들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 컨버터 값들을 검출하는 단계; 및
상기 전기 생성 전지들에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계 - 적어도 일부의 상기 출력들은 상기 전지 값들 및 상기 컨버터 값들의 함수로 상기 적어도 m 개의 정적 컨버터에 접속됨 -를 더 포함한다.
일 양태에 따르면, m은 n보다 작을 수 있다.
일 양태에 따르면, 상기 방법은 다음의 단계들:
작동중인 컨버터들과 장애 때문에 비작동중인 컨버터들 사이의 컨버터들의 동작 상태를 검출하는 단계; 및
상기 전기 생성 전지들에 접속된 2n 개의 전지 접속 단자로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 작동중인 컨버터들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 컨버터들의 동작 상태의 검출은 상기 정적 컨버터들의 출력들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 컨버터 값들의 검출에 기초한다.
다른 양태에 따르면, 상기 전기 생성 전지들은 광기전력 전지들이고, 상기 방법은 다음의 단계들:
특정 가려진 PV 전지들과 가려지지 않은 PV 전지들에서 적어도 두 개의 부류의 방사 조도 상태들 사이에 PV 전지들의 방사 조도 상태를 검출하는 단계; 및
동일한 부류의 방사 조도 상태의 PV 전지들만을 컨버터에 직렬로 접속하면서 상기 전기 생성 전지들에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 컨버터들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 상기 출력들의 동작의 주기는 각각의 컨버터에 의해 처리되는 에너지 및/또는 동작 시간을 동등하게 하기 위해 회전 방식으로 교번된다.
다른 장점들 및 특성들은 하기의 도들의 설명을 읽음으로써 드러날 것이며, 도들에 있어서:
도 1은 본 발명에 따른 전자 관리 시스템을 가진 전기 생성 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 도 1의 전자 관리 시스템의 전자 제어 유닛의 예를 도시한다.
도 3은 세 개의 PV 전지 및 두 개의 컨버터와 전자 관리 시스템을 가진 전기 생성 시스템의 예를 도시한다.
도 4a 내지 도 4l은 도 3의 전자 관리 시스템의 구성의 예들을 도시한다.
도 5는 DC 분산 PV 시스템을 위한 전자 관리 시스템의 가능한 실시예를 도시한다.
도 6은 AC 분산 PV 시스템을 위한 전자 관리 시스템의 가능한 실시예를 도시한다.
도 7은 다중-스트링 컨버터를 가진 전자 관리 시스템의 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 전자 관리 시스템, 및 컨버터들과 출력 컨버터 사이에 접속된 재구성 모듈을 가진 전기 생성 시스템의 실시예를 도시한다.
도 9는 도 3의 예와 유사한 전기 생성 시스템의 진화를 도시한다.
도 10은 도 3의 예와 유사한 전기 생성 시스템의 다른 진화를 도시한다.
도 11은 도 6의 예와 유사한 전기 생성 시스템의 다른 진화를 도시한다.
모든 도들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 지칭한다.
도 1은 전기 생성 전지들(3)(31, 32, 33,...3n; n은 양의 정수임)을 포함하는 전기 생성 시스템(1)을 개략적으로 도해한다.
그러한 전기 생성 전지들(3)은 광기전력 전지들(PV 전지들)일 수 있고, 광기전력 스트링들은 여러 PV 전지들, 전기화학 전지들, 연료 전지들, 또는 모듈형 전기 생성기의 임의의 부분을 포함한다.
하기 설명은 PV 전지들과 PV 스트링들에 대해 보다 구체적으로 집중하지만, 재생가능한 전기 에너지 또는 전기 저장 디바이스들의 다른 소스들을 배제하지 않는다.
무기 재료들의 경우에, 광기전력 전지는 실질적으로 반도체 재료로 형성된 다이오드(pin 또는 pn 접합)로 구성된다. 이 재료는 광 에너지를 흡수하는 특성을 가지며, 그 상당 부분은 전하 운반자들(전자들 및 정공들)에 전달될 수 있다. 다이오드(pin 또는 pn 접합) - 각각-옵션으로 비도핑 영역("진성" 영역이라고 불리고 pin 접합에서 "i"로 지지됨)에 의해 분리되는 타입 N과 타입 P의 두 개의 도핑 영역을 가짐 -의 구조에 의해, 광기전력 전지가 포함하는 전극들을 통해 전하 운반자들을 수집하기 위해, 전하 운반자들을 분리하는 것이 가능하다. 광기전력 전지에 의해 제공될 수 있는 전위차(개회로 전압, Voc) 및 최대 전류(단락 회로 전류 Isc)는 둘 다 전지의 조립의 구성 물질들 및 이 전지의 주변 조건들(분광 강도를 통한 조명, 온도...등을 포함함)에 의존한다.
유기 재료들의 경우에, 여기자들(excitons)이라고 불리는 전자-정공 쌍들이 생성되는 도너(donor) 및 억셉터(acceptor) 재료들의 개념을 더 참조하면 모델들은 실질적으로 상이하다. 최종 목적은 동일하게 유지된다: 전류를 수집 및 생성하기 위해 전하 운반자들을 분리하는 것.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기 생성 전지들(3)은 전자 관리 시스템(5)에 접속된다. 전자 관리 시스템(5)은 부하(7)에 직접적으로, 또는 정적 컨버터들(9)을 통해 간접적으로 접속된다.
부하(7)는 직접적 소비자, 저장 시스템, 또는 전력 그리드/네트워크일 수 있다.
본 예에서, 정적 컨버터들(9)은 DC-DC 컨버터들이지만, 부하(7)에 따라 DC/AC 컨버터들이 또한 대신 이용될 수 있다.
각각의 컨버터는 PV 전지들(3)에 의해 생산된 전기 에너지를 수집하여 그것을 부하(7)에 전달하기 위해 최대 전력 포인트를 추적하기 위한 MPPT 제어 유닛(11)(또는 MPPT 즉, 최대 전력 포인트 추적자)과 연관된다.
부하(7)의 필요에 따라, 컨버터들(9)은 출력 전압의 증가 또는 감소 그리고/또는 출력 전압의 리플을 일으키도록 야기될 수 있다.
MPPT 제어 유닛들(11)은 최적 전압 값 Vopt에 대응하는 즉, 전력 특성의 최대 포인트에 대응하는 입력 전압을 획득하기 위해 컨버터들(9)을 제어하도록 설계된다.
최대 전력 포인트는 후술하는 바와 같이, 시간의 경과에 따른 여러 변수 파라미터들, 특히 현재의 태양광, PV 전지들의 온도, 또는 동작 상태에 있는 PV 전지의 개수에 의존한다.
이러한 방식으로, PV 전지들의 수율들은 특정 전지들의 오동작 또는 그늘짐에 의해 지나치게 악영향을 받지 않는다.
예를 들어, 최대 전력 포인트 추적 MPPT 제어는, 전자 관리 시스템(5)을 통해 PV 전지들(3)에 의해 그의 입력에 전달되는 전력에 대한 전압 변화의 영향을 식별하고 전력을 증가시키는 것으로서 식별되는 방향으로 전압의 시프트를 유발하는 알고리즘을 적용할 수 있다.
따라서, 이러한 알고리즘은 제1 전압에 대해 컨버터(9)에 의해 전달된 전력을 측정하고, 특정 시간 후에, 제1 전압보다 더 높은 제2 전압을 인가하고, 그 후 대응하는 전력을 측정하거나 평가하는 것으로 구성된다.
제2 전압에 대응하는 전력이 제1 전압에 대응하는 전력보다 더 높은 경우에, 알고리즘의 다음 단계는 한층 더 높은 제3 전압을 인가하는 것이다. 반대의 경우에, 제3 인가 전압은 제1 전압보다 감소된다. 그러므로, 점차 시스템은 최대 전력 포인트에 가능한 한 가까이 접근하기 위해 컨버터들(9)의 입력 단자들에의 전압을 지속적으로 적응시킬 수 있다. 다른 알고리즘들이 MPPT 제어를 위해 적용될 수 있다고 이해된다.
보다 구체적으로, 전자 관리 시스템(5)은 에너지 라우팅 모듈(13), 및 에너지 라우팅 모듈(13)을 제어하는 전자 제어 유닛(15)을 포함한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 PV 전지(3)는 에너지 라우팅 모듈(13)의 두 개의 대응하는 전지 접속 단자에 접속된 두 개의 단자를 갖는다.
나타내지 않은 대안에서는, 2개의 PV 전지가 에너지 라우팅 모듈(13)의 공통 전지 접속 단자를 공유하는 것이 가능하다.
그러므로, 본 실시예에서 에너지 라우팅 모듈(13)의 2n 개의 전지 접속 단자는 n 개의 연관된 전기 생성 전지(3)와 접속된다.
에너지 라우팅 모듈(13)은 연관된 정적 컨버터들(9)에 또는 직접적으로 부하(7)에 접속될 출력들을 갖는다. 현재 경우에, 라우팅 모듈은 2m 개의 출력을 갖고, m은 양의 정수이다.
그러나, 예를 들어, 홀수 개의 출력들을 갖는 것이 가능하다. 이것은 다중 레벨 컨버터를 이용할 때 흥미로울 수 있다.
본 경우에, m은 n보다 작고 적어도 m=2이며, 이는 더 적은 개수의 정적 컨버터를 허용한다. 그러나 다른 실시예들에서, 누군가는 본 발명의 이점을 잃지 않으면서 n 이상인 m을 고려할 수 있다.
에너지 라우팅 모듈(13)은 그것의 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 그것의 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응된다.
에너지 라우팅 모듈(13)은 에너지 라우팅 모듈(13)을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛(15)에 의해 제어된다.
"동적으로"란 제어 유닛(15)이 에너지 라우팅 모듈(13)의 상태를 때때로 고려할 것이고, 에너지 라우팅 모듈(13)의 상태를 변화시킬 제어 명령들을 적용할 수 있음을 의미한다. 그러므로, 전자 제어 유닛은 전기 생성 전지들로부터 정적 컨버터들로의 에너지 흐름을 최적화하기 위해 시간 기반 프로세스로서 지속적으로 에너지 라우팅 모듈(13)을 제어한다.
에너지 라우팅 모듈(13)의 특정적인 그러나 비제한적인 예가 도 3에 도시되는데, 이 도는 세 개의 PV 전지(3)(31, 32, 33) 및 두 개의 정적 컨버터(9)(91, 92)와 전자 관리 시스템(5)을 가진 전기 생성 시스템(1)의 예를 나타낸다.
이 예에서, 에너지 라우팅 모듈(13)은 여섯 개의 전지 접속 단자(Ik, k는 양의 정수임; 1≤k≤6임) 및 네 개의 출력(Ol, l은 양의 정수임; 1≤l≤4임)을 갖는다.
알 수 있는 바와 같이, 에너지 라우팅 모듈(13)은 각각의 전지 접속 단자 Ik가 각각의 출력 Ol에 전기적 접속들을 통해 접속될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 전지 접속 단자 Ik가 다른 전지 접속 단자 Ij에 - j는 j≠k인 정수임 - 접속될 수 있는 것도 허용하는, 상기 전지 접속 단자들과 상기 출력들 사이의 전기 접속 맵(17)을 포함한다.
그러므로 에너지 라우팅 모듈(13)의 전지 접속 단자는, 에너지/전류가 PV 전지(3)로부터 에너지 라우팅 모듈 내로 흘러가고 있다면 입력 단자로서 간주될 수 있고, 에너지/전류가 에너지 라우팅 모듈로부터 PV 전지(3)로 흘러가고 있다면 출력으로서 간주될 수 있다. 후자는 예를 들어, 2개의 PV 전지가 직렬 접속으로 놓인 때의 경우일 것이다.
다른 예들에서는, 더 적은 조합들이 구상될 수 있으므로, 전지 접속 단자가 다른 모든 전지 접속 단자들 또는 에너지 라우팅 모듈(13)의 출력들에 접속되는 것은 아닐 수 있다는 사실로 이어지는 것이 이해될 수 있다.
또한, 에너지 라우팅 모듈은 상기 전지 접속 단자들 Ik 중 적어도 하나로부터의 또는 그 사이의 에너지를 상기 출력들 Ol 중 적어도 하나로 라우팅하기 위해 전기 접속 맵(17) 내에 배치된 스위치들 S(15개의 스위치들(Sp), p는 양의 정수임; 1≤p≤15)를 포함한다.
예를 들어, 스위치 S15가 닫히면, 입력 I1은 출력 O1에 접속된다.
그러나, 스위치 S15가 닫히고, S13과 S14는 열리고, S8은 닫히고, S7과 S9는 열리고, S3은 닫힐 때, PV 전지(31, 32)는 정적 컨버터(91)로의 출력들(O1과 O2)에 직렬 접속된다.
그러므로 전기 접속 맵(17)과 상기 스위치들 S는 상기 출력들에서 에너지 라우팅 모듈(13)의 상기 전지 접속 단자들의 여러 직렬 및/또는 병렬 접속들을 제공하도록 구성된다.
스위치들 S는 도통 상태에서, 예를 들어 10 mΩ 미만의 낮은 옴 저항을 갖는다.
스위치들 S는 전자기계식 스위치들, MOSFET 트랜지스터들 또는 IGBT 스위치들일 수 있다.
이제 전자 제어 유닛(15)의 예를 더 상세히 도시하는 도 2를 참조한다. 전자 제어 유닛(15)은 예를 들어 전지 접속 단자들의 전압 및/또는 전류 값들을 의미하는 전지 값들을 검출하기 위해 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 전지 접속 단자들에서의 전압 및/또는 전류 센서들 같은 제1 센서들(21)을 적어도 포함한다.
본 명세서에서 상기에서 예로서 언급된 바와 같이 상이한 파라미터들을 측정하는 여러 센서들(21)이 있을 수 있다는 것은 말할 나위도 없다.
전자 제어 유닛(15)은 예를 들어 정적 컨버터들의 출력들의 전압 및/또는 전류 값들을 의미하는 컨버터 값들을 검출하기 위해 정적 컨버터들(9)의 출력들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 제2 센서들(22)을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 전자 제어 유닛(15)은 예를 들어, 순간 전력 출력을 최대화하기 위해 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들 S를 전지 값들 및 컨버터 값들의 함수로 동적으로 재구성하도록 구성된다.
제1 센서(21) 및 제2 센서(22)의 덕택에, 생성된 에너지가 최적화되어 정적 컨버터들(9)로 라우팅되고 에너지 생성 시스템(1)의 출력에서 최대 전력 출력이 달성될 수 있다.
예를 들어 전지들에서 생성된 전력과 컨버터들에서의 전력 출력을 비교하여, 컨버터들의 노화 및 그들의 특성들의 변화가 고려될 수 있다.
다른 가능한 양태는 또한 온도 상승의 경우에, 정적 컨버터 레버(9)에서의 전력 변환 효율의 손실일 수 있다. 이 경우에, 제어 유닛(15)은 예를 들어, 전지 레벨에서 안정적인 전력 출력을 검출하면서 그와 동시에 정적 컨버터 출력에서 전력 출력 감소를 검출한다. 그 후 제어 유닛(15)은 예를 들어, 첫 번째 것과 병렬로 또는 그 대신에 다른 정적 컨버터(9)를 동작하게 설정하도록 구성된다.
스위치 S의 구성 또는 재구성은 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치 S의 스위칭 상태 또는 위치(통과 상태/차단 상태)를 제어한다는 것을 의미한다.
전자 제어 유닛(15)은 또한 메모리 및 거기에 설치된 소프트웨어 프로그램을 포함하는 마이크로프로세서 등과 같은 프로세싱 유닛(23), 마이크로프로세서로부터 수신된 명령어들에 따라 상기 스위치들 S를 구동하기 위한 구동 유닛(25)을 더 포함한다.
전자 제어 유닛(15)은 제어 파라미터의 변화시에 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들 S의 위치를 동적으로 재구성하도록 구성된다. 이것은 일반적으로 소프트웨어 및 적합화된 최적화 알고리즘을 통해 구현된다.
스위치 위치들의 재구성을 트리거할 수 있는 파라미터는, 다른 예들 중에서도, 환경 온도, 적어도 하나의 광기전력 전지의 방사 조도, 적어도 하나의 컨버터의 컨버터 듀티 사이클, 임의의 장애 플래그, 생산된 전력의 전체 레벨일 수 있다. 이것은 예를 들어, 적어도 하나의 전지(3)에 대한 그늘짐 효과를 고려하는 것을 허용한다.
대안에 따르면, 그의 프로세싱 유닛(23)을 가진 전자 제어 유닛(15)은 주기적으로, 예를 들어, 5분마다 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들 S를 동적으로 재구성하도록 구성된다.
이것은 전력 출력을 최적화하기 위해 스위칭 구성을 정기적으로 업데이트하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 대안에 따르면, 전자 제어 유닛(15)은 과거 에너지 라우팅 구성들에 기초하여 추정되는 최적 전력 출력에 따라 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들을 재구성하도록 구성된다. 이 경우에, 전자 제어 유닛(15)은 예를 들어, 미래의 상황들에 대해 최적의 스위칭 구성들을 예상하기 위해 내부 메모리 또는 데이터베이스 또는 진화하는 모델에서 적어도 하나의 센서(21)의 측정값들 및/또는 환경 조건들 및/또는 전달된 출력 전력을 보호한다.
다른 대안에 따르면, 전력 비용 함수 소프트웨어가 프로세싱 유닛(23)에 구현되고, 전자 제어 유닛(15)은 그러한 전력 비용 함수 루틴에 따라 상기 에너지 라우팅 모듈의 스위치들을 재구성하도록 구성된다.
또 다른 대안에 따르면, 전자 제어 유닛(15)은 예를 들어, 회전식 프로세스에서, 상기 출력들의 동작의 주기를 교번시키고 따라서 정적 컨버터들(9)의 동작 시간을 교번시키도록 구성된다. 이것은 특히 그러한 컨버터들의 수명을 증가시키기 위해, 정적 컨버터들(9)의 동작 시간을 매끄럽게 하고 동등하게 하는 것을 목적으로 한다.
그러므로 본 해결책은 전기 생성 전지들 간의 스위칭을 동적으로 재구성하는 것을 허용하므로, 에너지 라우팅 모듈(13)의 출력에서 컨버터들(9)의 입력들로의 전류 및/또는 전압에 대해 최적으로 적응하는 것을 허용하고, 따라서 컨버터들(9)에 대한 최선의 동작 조건들을 달성하는 것을 허용한다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
이러한 동적 재구성은 예를 들어, 적어도 n 개의 전기 생성 전지(3)와 적어도 m 개의 정적 컨버터(9) - 적어도 m=2임 - 사이의 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법으로서, 전기 생성 전지들에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계를 포함하는 방법을 소프트웨어로 구현함으로써 달성된다.
그러므로, 전기 생성 시스템(1)에서, 완전히 분산된 아키텍처들에서처럼 하나의 컨버터를 하나의 전기 생성 전지(3)와 연관시키는 것을 회피하면서 그늘짐 효과들에 대해 응답하는 것을 허용하기 위해 컨버터의 개수가 감소 및 최적화될 수 있다. 전술한 전자 관리 시스템(5)의 덕택으로, m 개의 정적 컨버터(9)가 예를 들어, 상이한 전력 범위들(동일한 전력 변환 기술을 이용하거나 이용하지 않음)을 나타내는 컨버터들(9)의 적어도 2 개의 그룹으로 분리되는 것도 또한 가능하고 구상된다. 그러므로 하나의 그룹의 컨버터들은 다른 그룹들의 컨버터들과 상이하고, 따라서 특정의/특화된 사용들에 대해 전용화된다.
이것은 예를 들어, 도 3에서, 컨버터들(9) 중 하나가 예를 들어, 다른 컨버터(9)의 공칭 전력의 절반을 가질 수 있다는 것을 의미하므로, 또한 어떤 추가적 비용 감소 및 성능의 향상을 가져온다.
다른 예는 여러 특화된 컨버터들을 풀링(pooling)할 때의 것일 수 있다. DC/DC 컨버터들의 풀의 예를 들면, 일부는 단지 벅크(buck)(특히 전압을 감소시킴)만 될 수 있고, 다른 것들은 단지 부스트(특히 전압을 증가시킴)만 될 수 있고, 다른 것은 벅크/부스트(전압을 증가 또는 감소시킬 수 있음)될 수 있어서, 어떤 추가적 비용 감소 및 성능의 향상을 허용한다.
또한, 전술한 전자 관리 시스템(5)은, 컨버터들(9) 중 하나의 장애의 경우에, 전지들(3)로부터 작동중인 컨버터들(9)로의 에너지의 리라우팅이 임의의 손실 없이도 전력 출력을 유지할 수 있기 때문에, 전기 생성 시스템(1)을 더 강건하게 한다.
사실상, 프로세싱 유닛(23)에서 구현되는 최적화 알고리즘은 작동중인 컨버터들과 장애 또는 기능장애 때문에 비작동중인 컨버터들 사이의 컨버터들(9)의 동작 상태가 검출되고, 그러한 장애 검출에 응답하는 방법을 포함할 수 있다.
그 후 최적화 알고리즘은 전기 생성 전지들(3)에 접속된 2n 개의 전지 접속 단자로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 작동중인 동작 상태에 있는 컨버터들(9) 쪽으로 동적으로 라우팅하기 위해 에너지 라우팅 모듈들(13)의 스위치들 S를 동적으로 구동한다. 그러므로 전지들(3)에 의해 생성되는 어떤 전력도 손실되지 않을 수 있다.
도 4a 내지 도 4l은 도 3의 단순화된 도들이고, 본 발명의 더 양호한 이해를 가능하게 하는 에너지 라우팅 모듈(13)의 가능한 스위칭 구성들의 예들을 도시한다. 이러한 도들에서, 하나의 PV 전지(3) 위의 구름은 그러한 전지가 그늘짐 효과에 의해 영향을 받는다는 것을 의미한다.
도 4a와 도 4b에서, 모든 PV 전지들(3)은 직렬로 접속되지만, 양쪽 구성들 중 어느 쪽에서든 단지 하나의 정적 컨버터(9)만이 이용된다.
도 4c에서, 모든 PV 전지들(3)이 직렬로 접속되고 양쪽 컨버터(9)는 병행적으로 이용된다.
도 4d, 도 4e, 및 도 4f에서, 그늘은 세 개의 PV 전지(3) 중 하나(도 4d의 33; 도 4e의 32; 도 4f의 31)에 영향을 미친다. 그늘에 의해 영향을 받은 PV 전지(3)는 분리되고 하나의 컨버터(9)에 접속되는데 반해 영향을 받지 않은 다른 PV 전지들(3)은 다른 컨버터(9)에 직렬로 접속됨으로써, 최적의 전력 수확을 보장한다.
도 4g, 도 4h, 및 도 4i에서, 그늘은 세 개의 PV 전지들(3) 중 두 개에 영향을 미친다. 그늘에 의해 영향을 받지 않은 PV 전지(3)는 분리되고 하나의 컨버터(9)에 접속되는데 반해 영향을 받은 다른 PV 전지들(3)은 다른 컨버터(9)에 직렬로 접속된다. 이러한 구성은 이 상황의 방사 조도에 또한 더 효율적이다.
보다 일반적으로 말해서, 프로세싱 유닛(23)에서 구현되는 최적화 알고리즘은 PV 전지들(3)의 방사 조도 상태가 특히, 가려진 전지들과 가려지지 않은 전지들 사이에서, 또는 상이한 부류들의 방사 조도 상태들에서 검출되는 경우의 방법을 포함할 수 있다.
그 후, 최적화 알고리즘은 동일한 부류의 방사 조도 상태의 또는 방사 조도 상태의 동일한 부류에 속하는 PC 셀들(3)만을 컨버터(9)에 직렬로 접속하면서 전기 생성 전지들(3)에 접속된 2n 개의 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 컨버터들(9) 쪽으로 라우팅하기 위해 에너지 라우팅 모듈들(13)의 스위치들 S를 동적으로 구동한다.
도 4j, 4k, 및 도 4l에서, 그늘은 세 개의 PV 전지들(3) 모두에 영향을 미친다.
도 4j 및 도 4k에서, 모든 PV 전지들(3)은 직렬로 접속되지만, 단지 하나의 정적 컨버터(9)가 양쪽 구성들의 어느 쪽에 또한 사용된다.
도 4l에서, 모든 PV 전지들(3)은 직렬로 접속되고 양쪽 컨버터(9)가 병행적으로 이용된다.
기능하는 동안, 제어 유닛(15)은 예를 들어, 아침에, 태양 전력이 아직 최대로 되지 않을 때, 도 4a와 도 4b에 도시된 구성들 사이에서 주기적으로(예를 들어, 5분마다) 구동한다. 태양이 뜰 때, 제어 유닛(15)은 센서(21)에 의해 방사 조도의 상승을 검출하고, 에너지 라우팅 모듈(15)을 도 4c에 도시된 구성으로 구동한다.
구름이 PV 전지들(31, 32, 33) 중 하나를 연속해서 그늘지게 할 것이고, 이것은 제어 유닛(15) 및 그의 센서들(21)에 의해 검출될 것이라고 가정하자. 이 경우에, 제어 유닛(15)은 에너지 라우팅 모듈(13)을 도 4f, 4e, 4d.... 등에 도시된 구성들로 연속해서 구동한다.
따라서 누구든 전기 생성 전지들(3)의 실제적 전력 생성 조건들의 함수로 최적의 전압/전류 범위를 컨버터들(9)의 입력들에 공급하도록 해주는 에너지 관리 시스템(5)의 이점을 쉽게 이해한다.
도 5 내지 도 10은 전기 생성 시스템(1)의 특정 예들을 도시한다.
도 5는 n 개의 PV 전지, 및 각각 연관된 MPPT 제어 유닛(11)을 갖는 m 개의 DC/DC 컨버터(9)를 갖는 DC 분산형 PV 시스템과 관련된다. DC/DC 컨버터들(9)의 출력들은 결합기 박스(30)에 접속되고 그 출력은 DC/AC 컨버터(32)에 접속된다. 결합기 박스(30) 내에서의 컨버터들(9)의 고정된 직렬 또는 병렬 접속들이 고려될 수 있다. DC/AC 컨버터(32)의 출력들은 부하(7)에 접속된다.
도 6은 n 개의 PV 전지, 및 각각 연관된 MPPT 제어 유닛(11)을 갖는 m 개의 DC/AC 컨버터(9)를 갖는 AC 분산형 PV 시스템과 관련된다. DC/AC 컨버터들(9)의 출력들은 공통 출력 라인들을 통해 부하(7)에 접속된다.
도 7은 n 개의 PV 전지를 가진 PV 시스템과 관련되며, 에너지 라우팅 모듈(13)의 m 개의 출력은 부하(7)에 접속된 출력들을 갖는 DC/AC 다중스트링 컨버터(9)의 대응하는 입력들에 접속된다.
도 8은 n 개의 PV 전지를 가진 시스템과 관련되는데, m 개의 DC/DC 컨버터(9)는 각각 연관된 MPPT 제어 유닛(11)을 갖는다. DC/DC 컨버터들(9)의 출력들은 본 출원인의 소유의 WO2010/070621에 기술한 바와 같이 재구성 모듈(35)에 접속되고, 재구성 모듈의 출력은 출력 DC/AC 컨버터(37)에 접속되며, 이 컨버터는 부하(7)에 접속된다.
컨버터들(9)의 출력들의 동적으로 재구성 가능한 직렬 및/또는 병렬 접속들은 재구성 모듈(35)로 간주되어, DC/DC 컨버터(9) 고장의 경우에 신뢰성을 향상시킨다. 예를 들어, 유지관리가 필요 없는 시스템 애플리케이션들(임베디드 시스템, 원격 또는 액세스 불가능한 시스템...)을 고려하면, 변환 스테이지에서의 리던던시를 통해 향상된 신뢰성 및 더 긴 수명이 달성될 수 있다. 따라서 누구든 예를 들어, 컨버터 또는 마이크로-컨버터의 기본 개수를 감소시키면서 더 적은 컨버터를 이용하여 동일 레벨의 신뢰성을 달성하기 위해, 재구성 모듈(35)을 통해 전기 생성 전지들(3)과, 출력 DC/AC 컨버터에 접속된 정적 컨버터들(9) 사이에 전자 라우팅 모듈(13)을 도입하는 본 발명의 활용을 이용할 수 있다. 또한, 이 경우에, 그리고 여기서 전술한 바와 같이, 디폴트 컨버터(9)에 접속된 기능적 전기 생성 전지(3)에 의해 생산된 전력은 작동중인 동작 상태에 있는 컨버터들(9)로의 에너지 흐름을 리라우팅함에 의해 재생된다.
도 9는 에너지 라우팅 모듈(13)이 에너지 라우팅 모듈(13)의 대응하는 2p 개의 입력 단자에 접속된 적어도 2p 개의 출력을 더 포함하여 - p는 p≥1인 양의 정수임(현재 경우에는 p=1) -, 상기 2p 개의 출력 단자와 상기 2p 개의 입력 단자 사이의 루프 접속(40)을 형성한다는 사실에 의해 도 1에 도시된 실시예와는 상이하다.
내부적으로, 라우팅 모듈(13)은 도 3의 라우팅 모듈의 예와 유사할 것이고, 생성된 에너지를, 전지 접속 단자들로부터 그리고 이들 사이에서 상기 출력들 쪽으로 다중 라우팅뿐만 아니라, 출력으로부터 상기 입력 단자들로 그리고 거기서부터 다른 출력 단자들로 리라우팅하는 것도 허용하면서, 예를 들어, 다른 전지 접속 단자들로부터 생성된 에너지와 결합시키는 스위치들이 내부에 배치되어 있는 전기 접속 맵(17)을 갖는다.
이것은 전기 생성 전지들(3)의 결합들의 가능성들을 증가시키도록 해준다. 특히, 이것은 전기 생성 전지들(3)의 그룹들을 그룹화하도록 해준다.
도 10의 실시예는 정적 컨버터들(9)의 출력들이 부하(7)에 접속되지 않고 에너지 라우팅 모듈(13)의 대응하는 입력 단자들에 접속된다는 사실에 의해 도 1의 실시예와는 상이하다. 다시 말하면, 도 10의 실시예에 관하여, 에너지 라우팅 모듈(13)은 두 개의 루프 접속들(40)을 포함하고, 그 각각은 그것의 MPPT 제어 유닛(11)을 가진 정적 컨버터(9)를 포함한다.
이 구성의 덕택으로, 도 8의 실시예에 관하여 기술된 것과 같은 기능이 달성될 수 있다. 또한, 동적 마스터-슬레이브 구성들은 최적화된 전력 변환을 위해 실현될 수 있다.
도 11의 실시예는 정적 컨버터들(9) 중 하나(99)는 다중-레벨 컨버터라는 사실에 의해 도 6의 실시예와는 상이하다. 그러므로, 컨버터(99)에 대해, 에너지 라우팅 모듈(13)의 3개의 출력이 다중-레벨 컨버터(99)의 각각의 엔트리들에 접속된다.
다중레벨 컨버터의 예는 ScienceDirect Solar Energy 84 (2010) 1175-1186 "Direct power control of gird connected PV systems with three level NPC inverter"에 특히 도 3(b)와 관련하여 개시되어 있다. 그러한 구성은 그리드에의 직접 접속에 유리할 수 있다.
본 발명은 컨버터들(9)의 필요한 개수를 감소시키고 전기 생성 시스템(1)의 신뢰성을 향상시킴에 있어서 시스템의 비용을 감소시키면서 전기 생성 전지들(3)의 출력에서의 에너지/전력의 적응적이고 동적인 리라우팅을 통해 전기 생성 전지들(3)로부터의 전력 수확의 최적화를 허용한다.
도 6 내지 도 11에서, 제2 센서들(22)은 간단화를 위해 자발적으로 생략되었지만 이러한 도들은 이 제2 센서들(22)이 존재하는 것처럼 또는 존재하지 않는 것처럼 이해될 수 있다.

Claims (25)

  1. 전기 생성 전지들(3)에 대한 전자 관리 시스템(5)으로서,
    n 개의 연관된 전기 생성 전지(3)에 접속될 전지 접속 단자들 - n은 양의 정수임 -;
    m 개의 연관된 정적 컨버터(9)에 접속될 출력들 - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 -;
    상기 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응되는 에너지 라우팅 모듈(13); 및
    상기 에너지 라우팅 모듈(13)을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛(15)을 포함하는, 전자 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(15)은:
    상기 전지 접속 단자에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 그룹 내의 제1 센서들(21); 및
    상기 정적 컨버터들의 출력들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 제2 센서들(22)을 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 상기 제1 및 제2 센서들(21, 22)의 출력의 함수로 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 (i) 상기 컨버터들의 출력에서의 순간 전력 또는 (ii) 상기 컨버터들의 노화의 그룹 중 적어도 하나의 파라미터를 최적화하기 위해 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    m은 n보다 작은 양의 정수인, 전자 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 2n 개의 전지 접속 단자와 적어도 2m 개의 출력을 포함하는, 전자 관리 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 라우팅 모듈(13)은 상기 전지 접속 단자들과 상기 출력들 사이의 전기 접속 맵(17)과, 상기 전지 접속 단자들 중 적어도 하나로부터의 그리고 이들 사이의 에너지를 상기 출력들 중 적어도 하나로 라우팅하기 위해 상기 전기 접속 맵에 배치된 스위치들(S)을 포함하는, 전자 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기 접속 맵(17)과 상기 스위치들(S)은 상기 출력들에서 상기 전지 접속 단자들의 몇몇 직렬 및/또는 병렬 접속들을 제공하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 제어 파라미터의 변화시에 상기 에너지 라우팅 모듈(15)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 주기적으로 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 과거의 에너지 라우팅 구성들에 기초하여 추정되는 최적 전력 출력시에 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 전력 비용 함수의 최적화시에 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 상기 출력들의 동작의 주기를 교번시키도록 구성되는, 전자 관리 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 라우팅 모듈(13)은 적어도 p 개의 보충 출력을 더 포함하고, p는 양의 정수이고 p≥1이며, 상기 보충 출력들은 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 대응하는 p 개의 보충 입력 단자에 접속되어 상기 p 개의 보충 출력과 상기 p 개의 보충 입력 단자 사이에 루프 접속(40)을 형성하는, 전자 관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 루프 접속들(40) 중 적어도 하나는 정적 컨버터(9)를 포함하는, 전자 관리 시스템.
  15. 전기 생성 시스템(1)으로서,
    적어도 n 개의 전기 생성 전지(3) - n은 양의 정수임 -;
    적어도 m 개의 정적 컨버터(9) - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 -; 및
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 전자 관리 시스템(5)을 포함하고, 상기 전자 관리 시스템(5)은:
    n 개의 연관된 전기 생성 전지(3)에 접속된 전지 접속 단자들,
    m 개의 연관된 정적 컨버터(9)에 접속된 출력들;
    상기 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 라우팅하도록 적응되는 에너지 라우팅 모듈(13); 및
    상기 에너지 라우팅 모듈을 동적으로 제어하도록 적응되는 전자 제어 유닛(15)을 포함하는, 전기 생성 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(15)은:
    전지 접속 단자에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 그룹 내의 제1 센서들(21); 및
    상기 정적 컨버터들의 출력들에서의 전압 및/또는 전류 센서들을 포함하는 제2 센서들(22)을 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛(15)은 상기 제1 및 제2 센서(21, 22)의 출력의 함수로 상기 에너지 라우팅 모듈(13)의 스위치들(S)을 동적으로 재구성하도록 구성되는, 전기 생성 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    m은 n보다 작은 양의 정수인, 전기 생성 시스템.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 m 개의 정적 컨버터(9)는 상이한 전력 범위들 및/또는 변환 기술을 나타내는 적어도 2 개의 컨버터 그룹으로 분리되는, 전기 생성 시스템.
  19. 적어도 n 개의 전기 생성 전지(3) - n은 양의 정수임 -과, 적어도 m 개의 정적 컨버터(9) - m은 적어도 m=2인 양의 정수임 - 사이의 에너지 흐름을 전자적으로 관리하기 위한 방법으로서,
    상기 전기 생성 전지들(3)에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계들을 포함하고, 적어도 일부의 상기 출력들은 상기 적어도 m 개의 정적 컨버터에 접속되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전지 접속 단자들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 전지 값들을 검출하는 단계;
    상기 정적 컨버터들의 출력들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 컨버터 값들을 검출하는 단계; 및
    상기 전기 생성 전지들(3)에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 출력들 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계 - 적어도 일부의 상기 출력들은 상기 전지 값들 및 상기 컨버터 값들의 함수로 상기 적어도 m 개의 정적 컨버터에 접속됨 -를 더 포함하는, 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    m은 n보다 작은, 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음의 단계들:
    작동중인 컨버터들과 장애 때문에 비작동중인 컨버터들(9) 사이의 컨버터들(9)의 동작 상태를 검출하는 단계; 및
    상기 전기 생성 전지들(3)에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 작동중인 컨버터들(9) 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 컨버터들(9)의 동작 상태의 검출은 상기 정적 컨버터들의 출력들의 전압 및/또는 전류 값들을 포함하는 컨버터 값들의 검출에 기초하는, 방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 생성 전지들(3)은 다음의 단계들:
    특정 가려진 PV 전지들(3)과 가려지지 않은 PV 전지들(3)에서 적어도 두 개의 부류의 방사 조도 상태들 사이에 PV 전지들(3)의 방사 조도 상태를 검출하는 단계; 및
    동일한 부류의 방사 조도 상태의 PV 전지들(3)만을 컨버터(9)에 직렬로 접속하면서 상기 전기 생성 전지들(3)에 접속된 전지 접속 단자들로부터의 그리고 이들 사이의 에너지 흐름들을 상기 컨버터들(9) 쪽으로 동적으로 라우팅하는 단계
    을 포함하는 광기전력 전지들인, 방법.
  25. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력들의 동작의 주기는 각각의 컨버터(9)에 의해 처리되는 동작 시간 및/또는 에너지를 동등하게 하기 위해 회전 방식으로 교번되는, 방법.
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