KR20170118384A - 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스 - Google Patents

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양범승
전종도
박인선
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주식회사 이엘티
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Abstract

본 발명은 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지모듈의 발전하는 도중에는 바이패스 다이오드와 같은 기능을 발휘하고, 검사를 위한 역전압 인가시에는 바이패스 다이오드의 기능을 제거할 수 있는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스는 전원이 공급될 시에는 상기 바이패스 라인을 단락 또는 개방되게 하는 단락모드로 동작하고, 전원이 차단될 시에는 상기 바이패스 라인을 개방되게 하는 개방모드로 동작하는 접속소자부와; 상기 접속소자부의 동작 전원에 대응되는 전원을 상기 접속소자부로 공급하거나 차단할 수 있게 된 스위칭조정부와; 상기 접속소자부의 동작모드를 표시할 수 있게 된 상태표시부와; 상기 태양전지모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변환하여 출력하는 마이크로 컨버터와; 상기 접속소자부 및 상기 마이크로 컨버터가 내장되는 케이스;를 구비한다.

Description

컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스{Solar cell module junction box with converter}
본 발명은 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지모듈의 발전하는 도중에는 바이패스 다이오드와 같은 기능을 발휘하고, 검사를 위한 역전압 인가시에는 바이패스 다이오드의 기능을 제거할 수 있는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
상기의 태양전지는 태양으로부터 지구에 전달되는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로서, 태양전지의 개발은 단결정 실리콘을 성장시키는 기술이 발달하면서 본격적으로 활기를 띠기 시작하여 다양한 원리와 구조를 가진 태양전지가 개발되고 있다.
태양전지의 최소 구조를 태양전지 셀(Cell)이라 하며, 복수의 태양전지 셀을 전기적으로 연결한 형태를 태양전지모듈(Module)이라 한다.
이러한 태양전지모듈은 일반적으로 모듈 기판상에 전도성을 갖는 리본(Ribbon)을 이용하여 태양전지 셀들을 직렬로 연결하여 형성한 태양전지 스트링(String)이 일정 개수 직렬 또는 병렬로 연결되어 형성된 어레이 구조로 구성된다. 아울러 태양전지모듈에는 각 태양전지 스트링에서 생산된 전력을 전도성을 갖는 버스 바(Bus Bar)를 통해 취합하여 특정 시스템 등과 같은 부하로 전달하기 위한 접속 단자들을 구비한 단자함(이하, 정션박스) 가 설치되어 있다.
상기 정션박스에는 그림자, 먼지 및 태양전지 셀 불량 등이 원인이 되어 발생하는 핫 스팟(Hot Spot)으로 인해 태양전지 셀이 손상되는 것을 방지하기 위한 바이패스 다이오드가 각 접속 단자 사이에 연결되어 있다.
복수의 태양전지 단위 셀들은 직렬 연결되어 있으므로 복수의 태양전지 단위 셀들 각각에는 태양전지모듈이 출력하는 전체 전류와 동일한 양의 전류가 흐르게 된다. 따라서, 입사되는 태양광의 세기가 약한 태양전지 단위 셀들은 자신이 생성하는 단락전류보다 많은 전류가 흐르게 되고, 이렇게 많이 흐르는 전류는 열로 소비되어 열점(hot spot) 현상을 발생하게 된다.
상기 열점 현상은 바이패스 다이오드를 연결하여 태양전지 단위 셀들이 손상되지 않도록 보호하고 있으나, 태양전지 단위 셀에 바이패스 다이오드를 연결함에 따라 태양전지모듈에서 출력되는 직류전력의 양은 감소하게 된다. 즉, 태양전지모듈에서 출력되는 전류의 세기가 감소하게 된다.
이와 같은 태양전지모듈은 제조 공정을 마친 후 제품 출하에 앞서, 모듈의 품질 정도를 검사하는 절차를 거치게 되는데, 이때 EL(Electroluminescence) 카메라 또는 IR(Infrared Rays) 카메라를 사용한 품질 검사 방식이 주로 사용된다.
EL 카메라 품질 검사 방식은 태양전지 셀이 전류를 공급받으면 빛을 발생하는 특성을 이용하여 태양전지모듈의 품질을 검사하는 방식이다.
이러한 EL 카메라 품질 검사 방식은 태양전지모듈의 접속 단자를 통해 전류를 공급한 다음, 태양전지모듈을 구성하는 태양전지 셀들의 빛의 강도를 EL 카메라 촬영을 통해 확인함으로써, 태양전지모듈의 품질을 검사하는 방식이다. 이때, 결함이 있는 태양전지 셀은 전류의 흐름이 원활하지 않아 정상적인 셀에 비해 약한 빛을 발산하게 된다.
그러나, 종래에는 상술한 바와 같은 EL 카메라 품질검사 방식을 이용하여 사용중인 상태의 태양전지모듈의 품질의 검사시, 스트링에 역전압을 인가하면 바이패스 다이오드에 의해 해당 스트링에 역전압이 제공되지 못하며 이를 위해 바이패스 다이오드를 분리해야하는 문제가 있다.
KR 10-2010-0072457 A KR 10-2011-0023008 A KR 10-2015-0085413 A KR 10-2015-0085412 A
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 태양전지모듈의 발전하는 도중에는 바이패스 다이오드와 같은 기능을 발휘할 수 있도록 하고, EL 카메라품질 검사를 위해 역전압을 인가할 시에는 바이패스 다이오드의 기능을 제거함으로써 스트링에 역전압이 인가될 수 있도록 하는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스는 태양전지모듈을 구성하도록 서로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀을 각각 포함하고 서로 직렬 접속되는 제1스트링 내지 제N스트링 사이에 각각 접속되어 서로 인접하는 일 측의 스트링에서 타 측의 스트링으로 바이패스 라인을 형성하며, 전원이 공급될 시에는 상기 바이패스 라인을 단락 또는 개방되게 하는 단락모드로 동작하고, 전원이 차단될 시에는 상기 바이패스 라인을 개방되게 하는 개방모드로 동작하는 접속소자부와; 상기 접속소자부의 동작 전원에 대응되는 전원을 상기 접속소자부로 공급하거나 차단할 수 있게 된 스위칭조정부와; 상기 접속소자부의 동작모드를 표시할 수 있게 된 상태표시부와; 상기 태양전지모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변환하여 출력하는 마이크로 컨버터와; 상기 접속소자부 및 상기 마이크로 컨버터가 내장되는 케이스;를 구비하는 것을 특징 한다.
상기 접속소자부는 전계효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스는 태양전지모듈이 전력을 생산하는 도중에는 바이패스 다이오드와 같은 기능을 발휘할 수 있도록 하고, EL 카메라품질 검사를 위해 스트링에 역전압을 인가할 시에는 바이패스 다이오드의 기능을 제거함으로써 스트링에 역전압이 인가될 수 있도록 하는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스의 동작을 설명하기 위한 개략도.
도 3은 도 1에 도시된 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스의 동작을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스의 구성요소 및 제어계통을 나타낸 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스는 케이스(10)와, 접속소자부(20)와, 전원공급부(30)와, 스위칭조정부(40)와, 상태표시부(50)와, 마이크로 컨버터(60)를 구비한다.
본 실시 예에서는 도시된 바와 같이 복수의 태양전지 셀(C)이 2열로 직렬 접속된 태양전지 셀(C) 그룹을 하나의 스트링으로 설정하고, 총 3개의 스트링을 이용하여 하나의 태양전지모듈을 구성한 예를 도시하였다.
상기 케이스(10)는 태양전지모듈의 배면에 장착되는 것으로서, 태양전지모듈의 배면에 고정되고 내측에 장착공간부가 형성된 하부케이스(10)와, 하부케이스(10)의 일 측에 회동가능하게 결합되어 하부케이스(10)의 장착공간부를 개폐하기 위한 상부케이스(10)를 포함하여 구성되어 있다. 상기 하부케이스(10)에는 각 스트링과 연결되는 스트링연결선을 접속시킬 수 있게 제1스트링연결단자부(A), 제2-1스트링연결단자부(B), 제2-2스트링연결단자부(C), 제3스트링연결단자부(D)가 설치되어 있고, 후술하는 접속소자부(20) 및 마이크로 컨버터(60)가 내장 설치되어 있다.
상기 접속소자부(20)는 태양전지모듈을 구성하는 제1스트링(S1) 내지 제3스트링(S3) 사이에 각각 접속되어 서로 인접하는 일 측의 스트링에서 타 측의 스트링으로 바이패스 라인을 형성하는 것으로서, 제1스트링(S1)의 일 측 단부와 제1스트링(S1)의 타 측 단부 또는 제1스트링(S1)과 연결되는 제2스트링(S2)의 일 측 단부를 연결하는 제1접속소자부(21)와, 제2스트링(S2)의 일 측 단부와 제2스트링(S2)의 타 측 단부 또는 제2스트링(S2)과 연결되는 제3스트링(S3)의 일 측 단부를 연결하는 제2접속소자부(22)와, 제3스트링(S3)의 일 측 단부와 제3스트링(S3)의 타 측 단부를 연결하는 제3접속소자부(23)를 포함하여 구성되어 제1스트링(S1) 내지 제3스트링(S3) 사이에 바이패스 라인을 형성한다.
본 실시 예에서 상기 접속소자부(20)는 스트링의 개수와 대응되게 총 3개로 구성한 것을 적용하였으나, 이와 다르게 더 많은 개수를 적용할 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23)는 전원이 공급될 시에는 바이패스 라인을 단락 또는 개방되게 하는 단락모드로 동작하고, 전원이 차단될 시에는 바이패스 라인을 개방되게 하는 개방모드로 동작하도록 되어 있으며, 단락모드와 개방모드 동작은 후술하는 스위칭조정부(40)에 의해 선택될 수 있다.
상기 접속소자부(20)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET) 등을 포함할 수 있다.
상기 전원공급부(30)는 상기 접속소자부(20)에 전원을 공급하기 위한 것으로서 접속소자부(20)의 최소 동작전원 이상의 전원을 출력할 수 있게 되어 있다.
상기 스위칭조정부(40)는 접속소자부(20)의 동작 전원에 대응되는 전원을 접속소자부(20)로 공급하거나 차단할 수 있게 된 것으로, 일 측이 전원공급부(30)에 접속되고 타 측은 접속소자부(20)에 접속되어 있다. 상기 스위칭조정부(40)는 도시된 바와 같이 제1스트링(S1) 내지 제3스트링(S3) 사이에 설치되는 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23)의 동작모드를 선택할 수 있게 제1조작스위치 내지 제3조작스위치를 구비하며, 사용자가 각 조작스위치(41, 42, 43)를 조작함에 따라 해당 접속소자부(20)의 동작모드를 선택할 수 있다.
상기 상태표시부(50)는 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23)의 동작모드를 각각 표시할 수 있게 된 것으로서, 제1LED(51), 제2LED(52), 제3LED(53)를 포함하며, 각 접속소자부(20)가 단락모드로 동작하는 경우에는 녹색의 빛을 방출하고, 개방모드로 동작하는 경우에는 적색의 빛을 방출하도록 되어 있다. 상기 상태표시부(50)는 사용자의 조작에 의해 스위칭조정부(40)에서 발생하는 신호를 수신하고, 수신된 신호에 따라 녹색이나 적색의 빛을 방출하도록 제1LED(51) 내지 제3LED(53)의 발광 동작을 각각 제어하도록 되어 있다.
상기 마이크로 컨버터(60)는 상기 태양전지모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변환하여 출력하도록 된 것으로서, 상기 마이크로 컨버터(60)는 태양전지모듈로부터 발생하는 전력으로부터 추종한 최대전력점 기반 듀티 제어신호에 따라 전력 제어신호를 발생하는 디지털 처리부, 디지털 처리부에 태양전지모듈에서 발생하는 전력을 제공하고 디지털 처리부로부터 발생한 전력 제어신호에 따라 외부 전계효과 트랜지스터의 게이트 제어신호를 생성하는 아날로그 처리부로 이루어진 전력 제어기를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 디지털 처리부는 아날로그 처리부로부터 전달되는 태양전지모듈의 검출 전압 및 전류를 필터링 및 평균화하는 필터와, 필터에 의해 평균화된 태양전지모듈의 전압 및 전류를 통해 전력을 계산 및 계산한 전력을 기초로 최대전력점(MPP)을 추종하여 태양전지모듈 전압 기준치를 발생하는 최대전력점 추종부와, 최대전력점 추종부로부터 발생한 태양전지모듈 전압 기준치와 실제 태양전지모듈의 전압이 동일해지도록 듀티 제어신호를 출력하는 듀티 컨트롤러 및 듀티 제어신호에 따라 펄스폭변조(PWM) 신호를 발생하는 PWM신호 발생기와, 필터에서 평균화된 전압 및 전류 데이터를 주기적으로 출력하는 타이머를 포함한다.
상기 아날로그 처리부는 태양전지모듈에서 발생하는 아날로그 전압 및 전류를 디지털 전압 및 전류 데이터로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환기, 디지털 처리부에서 발생한 PWM신호에 따라 외부 전계효과트랜지스터(FET)의 게이트 제어신호를 생성하는 FET구동기를 포함한다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 사용자가 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23) 각각을 단락모드로 동작되도록 스위칭조정부(40)의 제1조작스위치 내지 제3조작스위치를 조작한 상태에서는 제1스트링(S1) 내지 제3스트링(S3)에서 생산된 전력이 모두 합산된 형태의 전력이 마이크로 컨버터(60) 측으로 제공된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 제2스트링(S2)에 포함된 태양전지 셀(C)의 일부가 구름에 가려 태양전지 셀(C)에 음영이 발생하는 경우, 제1스트링(S1)과 제3스트링(S3)이 제2접속소자부(22)에 연결되므로 제1스트링연결단자부(A)로부터 제1스트링(S1), 제2-1스트링연결단자부(B), 제2접속소자부(22), 제2-2스트링연결단자부(C), 제3스트링(S3), 제3스트링연결단자부(D)를 경유하는 회로가 형성되며, 이를 통해 제1스트링(S1)과 제3스트링(S3)에서 생산되는 전력이 마이크로 컨버터(60) 측으로 제공된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제3스트링(S3)에 포함된 태양전지 셀(C)의 일부가 구름에 가려 태양전지 셀(C)에 음영이 발생하는 경우, 제1스트링(S1)과 제2스트링(S2)이 제3접속소자부(23)에 연결되므로 제1스트링연결단자부(A)로부터 제1스트링(S1), 제2스트링(S2), 제2-2스트링연결단자부(C), 제3접속소자부(23), 제3스트링연결단자부(D)를 경유하는 회로가 형성되며, 이를 통해 제1스트링(S1)과 제2스트링(S2)에서 생산되는 전력이 마이크로 컨버터(60) 측으로 제공된다.
한편, 태양전지모듈의 전계 발광(Electroluminescence) 검사 즉, 태양전지모듈에 역전압을 인가하여 태양전지셀을 발열시킴으로써 태양전지 셀(C)의 상태를 검사하기 위해 사용자가 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23) 각각을 개방모드로 동작되도록 스위칭조정부(40)의 제1조작스위치 내지 제3조작스위치를 조작하면, 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23)에 전원 공급이 차단되고 이는 제1접속소자부(21) 내지 제3접속소자부(23)가 각 바이패스 라인을 개방되게 하는 상태로 제1스트링(S1) 내지 제3스트링(S3)이 서로 직렬 연결된다. 이때, EL 카메라 촬영을 통해 확인함으로써, 태양전지모듈의 품질을 검사할 수 있다. 이때, 결함이 있는 태양전지 셀(C)은 전류의 흐름이 원활하지 않아 정상적인 셀에 비해 약한 빛을 발산하게 된다.
상기 태양전지모듈의 손상을 검사하기 위한 방법으로서 온도차에 의해 손상여부를 검사할 수 있는 IR 카메라 검사방식을 적용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 : 케이스 20 : 접속소자부
21 : 제1접속소자부 22 : 제2접속소자부
23 : 제3접속소자부 30 : 전원공급부
40 : 스위칭조정부 41 : 제1조작스위치
42 : 제2조작스위치 43 : 제3조작스위치
50 : 상태표시부 51 : 제1LED
52 : 제2LED 53 : 제3LED
60 : 마이크로 컨버터 A : 제1스트링연결단자부
B : 제2-1스트링연결단자부 C : 제2-2스트링연결단자부
D : 제3스트링연결단자부 S1 : 제1스트링
S2 : 제2스트링 S3 : 제3스트링

Claims (2)

  1. 태양전지모듈을 구성하도록 서로 직렬 접속되는 복수의 태양전지 셀을 각각 포함하고 서로 직렬 접속되는 제1스트링 내지 제N스트링 사이에 각각 접속되어 서로 인접하는 일 측의 스트링에서 타 측의 스트링으로 바이패스 라인을 형성하며, 전원이 공급될 시에는 상기 바이패스 라인을 단락 또는 개방되게 하는 단락모드로 동작하고, 전원이 차단될 시에는 상기 바이패스 라인을 개방되게 하는 개방모드로 동작하는 접속소자부와;
    상기 접속소자부의 동작 전원에 대응되는 전원을 상기 접속소자부로 공급하거나 차단할 수 있게 된 스위칭조정부와;
    상기 접속소자부의 동작모드를 표시할 수 있게 된 상태표시부와;
    상기 태양전지모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변환하여 출력하는 마이크로 컨버터와;
    상기 접속소자부 및 상기 마이크로 컨버터가 내장되는 케이스;를 구비하는 것을 특징 하는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속소자부는 전계효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 일체형 태양전지모듈 정션박스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220063516A (ko) 2020-11-10 2022-05-17 주식회사 더블유피 태양전지 모듈용 정션박스 일체형 출력보상 장치
KR20220100391A (ko) 2021-01-08 2022-07-15 목포대학교산학협력단 태양전지 모듈용 정션박스 일체형 출력보상 장치

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