KR20180024169A - 태양광 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이에 인가하여 태양광 발전 효율 저하를 방지하는 태양광 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하고, 상기 생성된 교류 전력을 전력계통에 전송하는 전력변환부 및 상기 태양전지 어레이의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하는지 여부에 따라 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 상기 전력변환부에 인가하거나 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 상기 태양전지 어레이에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 인버터{Photovoltaic inverter}
본 발명은 태양광 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이에 인가하여 태양광 발전 효율 저하를 방지하는 태양광 인버터에 관한 것이다.
주요 에너지원인 화석연료의 사용은 기후변화 등의 부작용이 초래되면서 그 사용에 대한 제약이 심화되고 있고 최근에는 석탄 및 석유의 고갈에 따라 신재생에너지가 각광 받고 있다. 이에 따라 친환경적인 전력 생산이 가능하고, 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 신재생에너지 발전 시스템의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.
그 중 태양광 발전 시스템은 에너지원의 다양화 및 분산화가 추진되는 현 상황에서 설치 위치에 제약이 적고 설치 규모를 필요에 따라 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있어 보급이 확대되고 있다. 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이 및 태양광 인버터를 필수 구성요소로 하는데 태양광 인버터는 태양전지 어레이에서 발전되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 역할을 수행한다.
일반적으로 태양전지 어레이는 접지된 금속 프레임에 설치되는데, 안정상의 이유로 태양전지 어레이의 출력단은 접지되지 않는다. 이에 따라, 금속 프레임과 태양전지 어레이 간의 전위차가 발생하고, 이러한 전위차가 지속되면 태양전지 어레이에서 생성된 일부 전자들이 금속 프레임을 통해 유출되는 분극(polarization)이 발생한다. 이러한 분극에 의해 발전 효율이 감소되는 현상을 PID(Potential Induced Degradation)라고 한다.
종래 PID를 개선하기 위한 대표적인 방법으로는 태양전지 어레이에 역전압을 인가하는 방법이 있다. 이하, 도 1을 참조하여 PID를 개선하기 위한 종래의 태양광 발전 시스템을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템에서 별도의 옵셋박스를 이용하여 태양전지 어레이에 역전압을 인가하는 모습을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(13), 태양광 인버터(10) 및 전력계통(14)을 포함하여 구성된다.
종래 태양광 인버터(10)는 DC 링크 커패시터(11) 및 전력변환부(12)를 포함한다. DC 링크 커패시터(11)는 태양전지 어레이(13)로부터 출력되는 직류 전압을 저장한다. 또한, 전력변환부(12)는 DC 링크 커패시터(11)에 저장된 직류 전압 교류 전력으로 변환하여 전력계통(14)에 공급한다.
종래의 PID 개선 방법에 따르면, 태양광 발전이 중단된 후 별도의 옵셋박스(20)를 이용하여 태양전지 어레이(13)에 태양광 발전시 인가되었던 전압과 극성이 반대인 역전압을 인가한다.
보다 구체적으로, 태양광 발전이 중단되면 전력변환부(12)와 전력계통(14) 간의 연결 및 태양전지 어레이(13)와 DC 링크 커패시터(11)간의 연결이 차단되고, DC 링크 커패시터(11)에 저장된 고전압은 급속 방전회로를 통해 방전된다.
그 다음, 태양전지 어레이(13)의 출력 단자는 반대 극성을 갖는 옵셋박스(20)의 단자에 각각 연결되고, 옵셋박스(20)는 태양전지 어레이(13)에 역전압을 인가하여 분극을 감소시킨다.
그러나, 종래의 방법에 의하면 PID 개선을 위해 태양광 인버터 외에 별도로 설치되는 옵셋박스를 이용함으로써, 태양광 발전 시스템을 구성하는데 과다한 비용이 소모되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 방법에 의하면 PID 개선을 위해 태양광 발전 시스템의 외부에서 공급되는 전원을 이용함으로써, DC 링크 커패시터에 저장된 잔류 에너지를 효율적으로 활용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이에 인가함으로써, 태양광 발전 효율 저하를 방지할 수 있는 태양광 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지 어레이의 출력 전압의 크기, 구동 시간, 분극도 등에 기초하여 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압 또는 역전압의 인가 방향을 결정함으로써, 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있는 태양광 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 별도의 역전압 인가 모듈을 이용하지 않고, 태양전지 어레이와 DC 링크 커패시터를 연결하는 스위치만을 제어하여 태양전지 어레이에 역전압을 인가함으로써, 태양광 발전 시스템을 구성하는데 있어서 비용을 절감할 수 있는 태양광 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지 어레이로부터 출력되는 개방전압을 방전시키지 않고 태양전지 어레이의 분극을 감소시키는데 이용함으로써, 태양광 발전의 잔류 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 태양광 인버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하고, 상기 생성된 교류 전력을 전력계통에 전송하는 전력변환부 및 상기 태양전지 어레이의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하는지 여부에 따라 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 상기 전력변환부에 인가하거나 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 상기 태양전지 어레이에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이에 인가함으로써, 태양광 발전 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 태양전지 어레이의 출력 전압의 크기, 구동 시간, 분극도 등에 기초하여 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압 또는 역전압의 인가 방향을 결정함으로써, 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 별도의 역전압 인가 모듈을 이용하지 않고, 태양전지 어레이와 DC 링크 커패시터를 연결하는 스위치만을 제어하여 태양전지 어레이에 역전압을 인가함으로써, 태양광 발전 시스템을 구성하는데 있어서 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 태양전지 어레이로부터 출력되는 개방전압을 방전시키지 않고 태양전지 어레이의 분극을 제거하는데 이용함으로써, 태양광 발전의 잔류 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템에서 별도의 옵셋박스를 이용하여 태양전지 어레이에 역전압을 인가하는 모습을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터가 태양전지 어레이 및 전력계통과 연결된 모습을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부가 태양전지 어레이 및 DC 링크 커패시터 사이에 연결되는 모습을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터가 태양전지 어레이에 연결되도록 구성된 회로를 도시한 도면.
도 6은 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압이 전력변환부에 인가되도록 구성된 회로를 도시한 도면.
도 7은 DC 링크 커패시터가 태양전지 어레이로부터 출력되는 개방전압을 저장하도록 구성된 회로를 도시한 도면.
도 8은 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압이 태양전지 어레이에 인가되도록 구성된 회로를 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)는 DC 링크 커패시터(110), 전력변환부(120), 제어부(130) 및 스위칭부(140)를 포함하여 구성된다. 도 2에 도시된 태양광 인버터(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 및 삭제될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)가 태양전지 어레이(310) 및 전력계통(320)과 연결된 모습을 도시한 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 태양광 인버터(100)와 이를 구성하는 DC 링크 커패시터(110), 전력변환부(120), 제어부(130) 및 스위칭부(140)를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 링크 커패시터(110)는 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 직류 전압을 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, DC 링크 커패시터(110)는 태양전지 어레이(310)로부터 출력되어 스위칭부(140)를 통해 전송된 직류 전압을 저장할 수 있다. 스위칭부(140)는 태양전지 어레이(310)로부터 출력된 직류 전압이 전송되는 전송로를 형성할 수 있는데 이에 대해서는 후술하도록 한다.
여기서 태양전지 어레이(310)는 태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 하나 이상의 태양전지 패널을 직렬 또는 병렬로 이어놓은 집합체를 포함할 수 있다. 이러한 태양전지 어레이(310)는 입사되는 태양광의 빛 에너지를 변환하여 직류 전압의 형태로 출력할 수 있다.
DC 링크 커패시터(110)는 후술하는 전력변환부(120)에 전압을 공급하기 위하여 태양전지 어레이(310)로부터 출력된 직류 전압을 일정 크기 이상의 전압으로 저장할 수 있다. 이를 위해, DC 링크 커패시터(110)와 태양전지 어레이(310) 사이에는 승압 회로인 DC/DC 컨버터, 스위칭 레귤레이터 등이 추가될 수 있다. 이 때, DC 링크 커패시터(110)는 DC/DC 컨버터, 스위칭 레귤레이터 등의 출력 전압을 평활화 하여 일정 크기 이상의 직류 전압을 저장할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환부(120)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하고, 생성된 교류 전력을 전력계통(320)에 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 전력변환부(120)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환할 수 있다. 또한, 전력변환부(120)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 승압하기 위한 DC/DC 컨버터 등을 더 포함할 수 있다. 이 때, 전력변환부(120)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 승압된 직류 전압을 교류 전류로 변환할 수 있다.
한편, 전력계통(320)은 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력계통(320)은 일반 가정에서부터 대규모 산업 설비에 이르기까지 전력을 소비하는 모든 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(130)는 판단 결과에 기초하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 전력변환부(120)에 인가할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 판단 결과에 기초하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이(310)에 인가할 수 있다.
여기서 태양전지 어레이(310)의 구동값은, 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 직류 전압의 크기, 태양전지 어레이(310)의 구동시각, 태양전지 어레이(310)의 구동시간 및 태양전지 어레이(310)의 분극도(intensity of polarization) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 구동시각은 태양전지 어레이(310)가 현재 구동되고 있는 시각을 의미하고, 구동시간은 태양전지 어레이(310)가 구동을 시작한 시점으로부터 현재까지의 연속적인 시간을 의미한다.
예를 들어, 현재 시간이 오후 2시 30분 일 때 오전 10시부터 구동된 태양전지 어레이(310)의 구동시각은 오후 2시 30분이고, 태양전지 어레이(310)의 구동시간은 4시간 30분이다. 한편, 분극도[C/m2]는 단위면적당 분극 전하의 양 또는 단위면적당 유기되는 전기쌍극자모멘트의 밀도를 나타낸 수치이다.
한편, 구동조건은 태양전지 어레이(310)가 구동되기 위한 조건으로서, 태양전지 어레이(310)의 구동값에 따라 설정될 수 있다. 보다 구체적으로, 태양전지 어레이(310)의 구동값이 태양전지 어레이(310)에서 출력되는 직류 전압의 크기이면 구동조건은 태양전지 어레이(310) 구동을 위한 전압의 범위일 수 있다. 예를 들어, 태양전지 어레이(310)에서 출력되는 직류 전압의 크기가 600[V]이고, 구동조건인 전압의 범위는 400[V] 이상일 수 있다. 이 때, 600[V]는 400[V] 이상이므로 태양전지 어레이(310)의 구동값은 구동조건을 만족할 수 있다.
태양전지 어레이(310)의 구동값이 태양전지 어레이(310)의 구동시각이면 구동조건은 태양전지 어레이(310)의 구동 시작 시각 및 종료 시각일 수 있다. 예를 들어, 태양전지 어레이(310)의 구동시각이 오후 5시 30분이고, 구동조건인 태양전지 어레이(310)의 구동 시작 시각 및 종료 시각은 각각 오전 10시 및 오후 6시일 수 있다. 이 때, 오후 5시 30분은 오전 10시와 오후 6시 사이의 시각이므로 태양전지 어레이(310)의 구동값은 구동조건을 만족할 수 있다.
태양전지 어레이(310)의 구동값이 태양전지 어레이(310)의 구동시간이면 구동조건은 태양전지 어레이(310)의 최대 구동시간일 수 있다. 예를 들어, 태양전지 어레이(310)의 구동시간이 12시간이고, 구동조건인 태양전지 어레이(310)의 최대 구동시간은 10시간일 수 있다. 이 때, 12시간은 최대 구동시간인 10시간을 초과하므로 태양전지 어레이(310)의 구동값은 구동조건을 만족하지 않을 수 있다.
태양전지 어레이(310)의 구동값이 태양전지 어레이(310)의 분극도이면 미리 설정된 구동조건은 태양전지 어레이(310)의 구동을 위한 분극도의 범위일 수 있다. 예를 들어, 태양전지 어레이(310)의 구동을 위한 분극도의 범위는 특정 분극도 미만으로 설정될 수 있고, 이러한 분극도의 범위는 태양전지의 성능 및 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 태양전지 어레이(310)의 구동값을 측정하기 위한 전압 센서, 타이머, 분극 측정 장치 등을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하면 제어부(130)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 전력변환부(120)에 인가할 수 있다. 반면에, 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이(310)에 인가할 수 있다. 여기서 역전압은 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압과 크기는 같고 극성이 반대인 전압을 의미한다. 예를 들어, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압이 +500[V]이면, 역전압은 -500[V]이다.
이와 같이, 본 발명은 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이(310)에 인가함으로써, 태양광 발전시 증가하였던 태양전지의 분극을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 태양광 발전 효율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 태양전지 어레이(310)의 다양한 구동값에 기초하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압 또는 역전압의 인가 방향을 결정함으로써, 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(130)는 스위칭부(140)를 제어함으로써 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 전력변환부(120)에 인가하거나, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양전지 어레이(310)에 인가할 수 있다. 이하에서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 제어부(130)에 의해 제어되는 스위칭부(140)를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부가 태양전지 어레이 및 DC 링크 커패시터 사이에 연결되는 모습을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(140)는 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자 또는 네거티브 단자와 연결시킴으로써 전송로를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 스위칭부(140)는 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자(+)와 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자(+) 사이에 연결되는 제1 스위치, 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자(-)와 DC 링크 커패시터(110)의 네거티브 단자(-) 사이에 연결되는 제2 스위치, 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자(+)와 DC 링크 커패시터(110)의 네거티브 단자(-) 사이에 연결되는 제3 스위치 및 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자(-)와 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자(+) 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다.
제1 스위치 내지 제4 스위치는 제어부(130)의 제어신호에 의해 턴 온 또는 턴 오프 되는 소자로 GTO(Gate turn-off thyristor), BJT(Bipolar junction transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 등의 스위칭 소자를 이용하여 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)가 태양전지 어레이(310)에 연결되도록 구성된 회로를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 태양광 인버터(100)는 제1 스위치 내지 제4 스위치로 구성되는 스위칭부(140), DC 링크 커패시터(110) 및 전력변환부(120)가 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 공유하여 구성될 수 있다.
태양광 인버터(100)의 포지티브 단자는 제1 스위치 및 제4 스위치를 통해 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자에 각각 연결될 수 있다. 또한, 태양광 인버터(100)의 네거티브 단자는 제2 스위치 및 제3 스위치를 통해 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자 및 포지티브 단자에 각각 연결될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 제어부(130)는 제1 스위치 내지 제4 스위치를 제어하여 태양전지 어레이(310)와 DC 링크 커패시터(110) 사이의 전송로를 형성할 수 있다.
전력변환부(120)는 PWM 제어와 같은 스위칭 제어를 통해 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 교류 전류로 변환하여 교류 전력을 생성할 수 있다. 이러한 스위칭 제어를 위해 전력변환부(120)는 다수의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 또한, 전력변환부(120)는 생성된 교류 전력을 전력계통(320)에 전송하기 위하여 전력계통(320)과 연결되는 차단기를 더 포함할 수 있다.
도 6은 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압이 전력변환부(120)에 인가되도록 구성된 회로를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 제어부(130)는 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하면, 제1 스위치 및 제2 스위치를 턴 온 제어하고 제3 스위치 및 제4 스위치를 턴 오프 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 태양전지 어레이(310)가 구동되기 위한 조건이 만족되면 제어부(130)는 제1 스위치 및 제2 스위치를 턴 온 제어하고 제3 스위치 및 제4 스위치를 턴 오프 제어하여 전송로를 형성할 수 있다. 다시 말해, 태양전지 어레이(310)가 구동되기 위한 조건이 만족되면 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자는 각각 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자에 연결될 수 있다.
이에 따라, DC 링크 커패시터(110)는 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 직류 전압(VDC)을 저장할 수 있다. 한편, 전력변환부(120)는 스위칭 소자의 스위칭 제어를 통해 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압(VDC)을 교류 전력으로 변환하고, 차단기를 통해 교류 전력을 전력계통(320)에 전송할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 링크 커패시터(110)가 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 개방전압(Vopen)을 저장하도록 구성된 회로를 도시한 도면이다. 도 8은 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 역전압이 태양전지 어레이(310)에 인가되도록 구성된 회로를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 전력변환부(120)는 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 전력계통(320)에 전송되는 교류 전력을 차단할 수 있다. 보다 구체적으로, 전력변환부(120)는 태양전지 어레이(310)가 구동되기 위한 조건이 만족되지 않으면 차단기를 턴 오프 제어하여 태양광 인버터(100)와 전력계통(320)간의 연결을 차단할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, DC 링크 커패시터(110)는 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 개방전압(Vopen)을 저장할 수 있다. 보다 구체적으로, 상술한 바와 같이 전력변환부(120)가 차단기를 턴 오프 제어하여 태양광 인버터(100)와 전력계통(320)간의 연결을 차단하면 태양광 인버터(100) 내부 회로는 개방회로일 수 있다. 이에 따라, 태양전지 어레이(310)의 출력 전압은 개방전압(Vopen)일 수 있고, DC 링크 커패시터(110)는 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 개방전압(Vopen)을 저장할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제어부(130)는 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동 조건을 만족하지 않으면, 제1 스위치 및 제2 스위치를 턴 오프 제어하고 제3 스위치 및 제4 스위치를 턴 온 제어할 수 있다. 다시 말해, 태양전지 어레이(310)가 구동되기 위한 조건이 만족되지 못하면 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자는 각각 DC 링크 커패시터(110)의 네거티브 단자 및 포지티브 단자에 연결될 수 있다.
이 때, 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자에서 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자로 강하되는 전압은 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압 VDC의 역전압인 -VDC일 수 있다. 따라서, 역전압이 인가 되는 경우 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자는 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자보다 낮은 전위를 가질 수 있다.
한편, 태양전지 어레이(310)의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않는 경우, 상술한 바와 같이 태양광 인버터(100) 내부 회로는 개방회로일 수 있다. DC 링크에 저장된 직류 전압(VDC)는 개방전압(Vopen)과 동일할 수 있고, 태양전지 어레이(310)의 포지티브 단자에서 태양전지 어레이(310)의 네거티브 단자로 강하되는 전압은 -Vopen일 수 있다.
이와 같이, 개방전압(Vopen)의 역전압을 태양전지 어레이(310)에 인가하기 위해서는 제어부(130)가 스위칭부(140)를 제어하기 이전에 도 7에 도시된 바와 같이 전력변환부(120)가 차단기를 개방하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로, 전력변환부(120)가 차단기를 개방하면 개방전압(Vopen)이 DC 링크 커패시터(110)에 저장된다. 그 후, 제어부(130)가 스위칭부(140)를 제어하여 도 8에 도시된 바와 같은 전송로를 형성하면 개방전압(Vopen)의 역전압이 태양전지 어레이(310)에 인가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 별도의 역전압 인가 모듈을 이용하지 않고, 태양전지 어레이(310)와 DC 링크 커패시터(110)를 연결하는 스위치만을 제어하여 태양전지 어레이(310)에 역전압을 인가함으로써, 태양광 발전 시스템을 구성하는데 있어서 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 태양전지 어레이(310)로부터 출력되는 개방전압을 방전시키지 않고 태양전지 어레이(310)의 분극을 감소시키는데 이용함으로써, 태양광 발전의 잔류 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

  1. 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터;
    상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하고, 상기 생성된 교류 전력을 전력계통에 전송하는 전력변환부; 및
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 미리 설정된 구동조건을 만족하는지 여부에 따라 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 상기 전력변환부에 인가하거나 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 상기 태양전지 어레이에 인가하는 제어부를 포함하는 태양광 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 어레이의 구동값은
    상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전압의 크기, 상기 태양전지 어레이의 구동시각, 상기 태양전지 어레이의 구동시간 및 상기 태양전지 어레이의 분극도 중 적어도 하나를 포함하는 태양광 인버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하면 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 상기 전력변환부에 인가하고, 상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 상기 태양전지 어레이에 인가하는 태양광 인버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 어레이의 포지티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 태양전지 어레이의 네거티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 태양전지 어레이의 포지티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제3 스위치 및 상기 태양전지 어레이의 네거티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하는 스위칭부를 더 포함하는 태양광 인버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하면, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 온 제어하고 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 턴 오프 제어하고,
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 턴 오프 제어하고 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 턴 온 제어하는 태양광 인버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환부는
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 상기 전력계통에 전송되는 상기 교류 전력을 차단하는 태양광 인버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 DC 링크 커패시터는
    상기 태양전지 어레이의 구동값이 상기 미리 설정된 구동조건을 만족하지 않으면 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 개방전압을 저장하는 태양광 인버터.
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