KR20210047172A - 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반을 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내 값보다 크거나 작거나 문제가 생겼을 때 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 직·병렬 스위칭부를 통해 태양광 모듈 2장을 직렬과 병렬로 연결하여 인버터로의 입력전압이 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내가 되도록 접속반에서 제어한다. 이는 인버터 MPPT 설정 값 이내로 전압을 직렬과 병렬로 조절함으로써 발전효율을 극대화 할 수 있는 태양광 발전시스템에 있어서, 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반을 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반을 제어하는 방법 {A method of controlling direct and parallel junction panels to track the maximum power point of two solar modules}

본 발명은 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 전압을 감지하는 전압감지부를 통해 측정된 값이 제어부을 통해 입력되어 직·병렬 스위칭부를 제어할 때 입력전압이 MPPT 하한 값보다 작으면, 제어부에 설정된 인버터 MPPT의 상한 값과 하한 값을 위한 제어프로그램에 따라 스트링상의 어느 한 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반에서, 직·병렬 스위칭부를 통해 태양광 모듈 2장을 직렬로 연결하여 인버터로의 입력전압이 MPPT 설정 값 범위가 되도록, 각 직·병렬접속반의 제어부에서 자동으로 직·병렬 스위칭부를 제어한다. 또한 인버터로 입력될 때 입력전압이 MPPT 상한 값보다 크면, 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 제어부에 설정된 인버터 MPPT의 상한 값과 하한 값을 위한 제어프로그램에 따라 직·병렬 스위칭부를 통해 태양광 모듈 2장을 병렬로 연결하여 인버터로의 입력전압이 MPPT 설정 값 범위가 되도록 제어부에서 스트링 상에 있는 문제된 접속반을 제어한다. 이는 인버터 MPPT 설정 값 이내로 전압을 직렬과 병렬로 조절함으로써 발전효율을 극대화 할 수 있는 태양광 발전시스템에 있어서, 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반을 제어하는 방법에 관한 것이다.

태양광 발전(PV, Photovoltaic)은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식으로서 태양전지 셀(solar cell)의 p타입과 n타입 반도체가 접합된 PN 접합부에 태양 복사열이 조사되면(solar radiation) n-타입 반도체에 이동이 자유로운 (-)전하를 갖는 전자(electron), p-타입 반도체의 (+)전하를 갖는 정공(hole)을 생성하여 pn junction을 가로질러 전자의 이동에 따라 빌트-인 전기장을 생성하여 양전하와 음전하의 변동에 따라 전압과 전위가 발생된다. 태양전지 셀(solar cell)은 p-n접합부에서 광기전력 효과에 의해 (+), (-) 두 전극 간에 광기전력이 발생하여 DC 전류 및 DC 전압이 생성된다.

태양광 발전 장치에는 예상하지 못한 급격한 전압이나 전류가 발생하는 전자 쇼크에 의해 회로가 손상되는 문제점과, 또한 주위 환경 변화와 같은 기타 요인에 따른 태양광 모듈의 발전 특성 불균형 등을 방지하기 위한 여러 가지 보호 장치들을 구비하였다.

이러한 보호 장치에는 역방향으로 흐르는 전류를 차단하여 입/출력단의 회로를 보호하는 역전압 방지용 다이오드로 이루어진 역전압 방지 수단과, 태양 전지판을 통해 생성된 전력 전압과 전류를 검출하여 발전 상태의 정상여부를 감시하는 전압 및 전류 측정 센서와, 과전류를 차단하여 회로를 보호하는 과전류 보호용 퓨즈 등이 구성되어 있고, 주로 태양광 발전 장치와 부하 또는 중앙의 제어부 사이에 설치된 전압감지부에 구성되었다.

또한 태양전지판을 구성하는 각각의 모든 전지 셀의 수명은 동일하지 않다. 이러한 각각의 전지 셀 고장 발생 시 전체 또는 고장 셀이 포함된 집합부분의 발전효율이 현격히 저하된다. 또한 고장 셀의 발열은 전지판 전체에 대한 2차 고장의 원인이 되기도 한다.

종래의 대표적인 기술은 한국특허 제10-2011-0038975호(2011.04.15.) 에서 발명의 명칭 "태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치"가 개시되어 있다. 실시 도 3은 태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치에 적용된 태양전지모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치는 입사된 태양광을 직류전압의 전기에너지로 변환하여 실제 전력을 생산하는 태양전지모듈(10), 상기 태양전지모듈에서 출력되는 직류전압을 입력전압으로 하여 상용 교류전원으로 변화시켜 전력 수용가(30)의 각 부하에 전력을 공급하는 인버터(20), 상기 태양전지모듈(10)에서 출력되는 직류전압의 크기를 감지하는 출력전압 감지부(40), 상기 출력전압 감지부(40)에서 감지된 직류전압의 크기에 따라 후술하는 바와 같이 상기 태양전지모듈(10)에 구비된 스위치부(13)의 동작을 제어하는 출력전압 제어부(50)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 태양전지모듈(10)은 주(main) 태양전지모듈(11), 상기 주 태양전지모듈(11)과 별도로 구비된 보조 (auxiliary) 태양전지모듈(12), 및 상기 주 태양전지모듈(11)에 보조 태양전지모듈(12)을 직렬 또는 병렬 중 어느 하나로 선택적으로 연결하는 스위치부(13)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 태양전지모듈(10)은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력하는 여러 개의 태양전지 셀 (cell)(16)을 직병렬로 연결함으로써 적정한 출력전압 레벨과 전류량을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치는 상기 주 태양전지모듈(11)이 각각 적어도 하나의 태양전지 셀(16)이 직렬로 연결된 적어도 하나의 제1서브모듈(14)이 병렬로 연결되도록 구성하고, 상기 보조 태양전지모듈(12)은 각각 적어도 하나의 태양전지 셀(16)이 직렬로 연결된 제2서브모듈(15)이 상기 제1 서브모듈(14) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결되도록 구성하였다.

또한, 상기 스위치부(13)는 전기 릴레이, 또는 트랜지스터와 같은 반도체 스위칭 소자 등 동일한 기능을 수행하는 여러 가지 공지된 스위칭 소자를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.

본 실시예에서는 일예로서, 상기 주 태양전지모듈(11)은 각각 22개의 태양전지 셀(16)이 직렬로 연결된 12개의 제1서브모듈(14)이 병렬로 연결되어 구성되고, 상기 보조 태양전지모듈(12)은 각각 하나의 태양전지 셀(16)로 구성된 12개의 제2서브모듈(15)이 상기 제1서브모듈(14) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결되도록 구성하였다.

한편, 상기의 바와 같이 태양광 발전시스템이 설치된 지역의 일기 조건이 변화되어 일사량이 감소되거나 고온 현상으로 인하여 태양전지모듈(10)을 구성하는 태양전지 셀(16) 각각의 에너지 변환효율이 감소되는 경우 상기 인버터(20)는 내부 회로의 보호를 위하여 일정 시간(일예로서, 5분) 동안 저전압 트립이 발생되며, 이로 인하여 인버터(20)는 분산전원 연계기준에 의해 전력을 생산할 수 있는 자연조건임에도 불구하고 전력을 생산하지 못하여 전체적인 상기 태양광 발전의 에너지 효율이 감소하며, 상기 인버터 트립시 발생하는 서지 및 아크로 인하여 부하 내부 회로가 치명적인 손상을 입게 되는 문제점이 발생될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 이를 방지하기 위하여 상기 출력전압 제어부(50)가 상기 출력전압 감지부(40)에서 감지된 상기 태양전지모듈(10)의 출력전압의 크기에 따라 상기 스위치부(13)의 동작을 제어함으로써 상기 인버터 (20)의 입력전압(즉, 태양전지모듈(10)의 출력전압)을 인버터의 정상운전 범위로 유지하게 된다.

이를 구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 출력전압 제어부(50)는 상기 출력전압 감지부(40)에서 감지된 상기 직류 전원의 전압이 미리 설정된 설정값 이상이면 상기 주 태양전지모듈(11)과 보조 태양전지모듈(12)을 병렬로 연결 하도록 상기 스위치부(13)의 동작을 제어하게 된다.

기존의 태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치는, 태양전지모듈을 주(main) 태양전지 모듈과 보조 (auxiliary) 태양전지모듈로 별도로 분리하고 상기 태양전지 모듈의 전체 출력전압에 따라 상기 주 태양전지모듈과 보조 태양전지 모듈의 연결을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 제어함으로써 상기 태양전지 모듈의 전체 출력전압을 인버터의 정상운전 범위로 유지할 수 있기 때문에 종래 기술에 따른 태양광 발전시스템에서 발생되던 인버터의 저전압 트립 현상을 방지하여 전체적인 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다고 하나 과전압, 저전압을 초기에 제어하고 MPPT의 효과를 기대할 수 없다. 또한 이미 효율이 저하된 어레이를 통제하는 시스템으로, 보조 태양전지모듈을 별도로 분리하여 취급하는 시스템이기 때문에 제어도 어렵고 많은 비용이 소요되며, 효율성이 저하된다. 인버터로 입력될 때 입력전압이 MPPT 상한 값보다 크거나 작을 때, 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반에 설정된 인버터 MPPT의 상한 값과 하한 값을 위한 제어프로그램에 따라 스트링상의 어느 상기 접속반에서 문제가 발생할 경우, 문제가 발생한 접속반의 직·병렬 스위칭부를 통해 태양광 모듈 2장을 직렬과 병렬로 연결하여 인버터로의 입력전압이 MPPT 설정 값 범위가 되도록 접속반에서 스트링 상에 있는 문제된 접속반을 제어한다. 이는 인버터 MPPT 설정 값 이내로 태양광 모듈 2장의 전압을 직렬과 병렬로 조절함으로써 발전효율을 극대화 할 수 있는 태양광 발전시스템에 있어서, 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서,

본 발명의 목적은 태양광 모듈 2장의 직렬 및 병렬화를 통해 출력전압을 인버터 MPPT 범위로 유지함으로써, 기후변화 및 외부변화로 출력전압의 과전압과 저전압으로 인버터의 입력이 중단되는 현상을 방지하여 전체적인 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있는 태양광 발전시스템에 있어서, 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 실시예에 의한 본 발명의 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법의 해결수단은 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자를 통해 발전된 전압을 인버터로 송전되도록 스트링 상에 연결되는 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반, 제1 태양광 모듈과 제2 태양광 모듈의 출력을 인가받아 전압을 측정하는 전압감지부, 제1 태양광 모듈의 출력 전압을 감지하는 제1 센서와, 제2 태양광 모듈의 출력 전압을 감지하는 제2 센서 및 상기 제1 및 제2 센서가 각각 감지한 제1 태양광 모듈의 출력 전압 값 및 제2 태양광 모듈의 출력 전압 값을 비교하여 측정 전압 값을 설정 출력 전압 값과 동일하도록 상기 직·병렬 스위칭부를 제어하고, 상기 목적하는 설정 전압을 출력하도록 직·병렬 스위칭부를 제어하는 통신부를 포함한다.

본 실시예에 의한 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법은 제1 태양광모듈 및 제2 태양광모듈 목표 출력 전압 값을 설정하는 단계와, 센서로부터 수신한 제1 태양광모듈 및 제2 태양광모듈의 출력 전압 값들을 비교하는 단계와, 수신한 출력 전압 값들 중 설정 값에서 감지 값을 비교하여 전압 값을 연산하는 단계와, 목표 출력 전압 값에서 상기 전압 값을 감산한 결과로 목표 출력 전압 값을 업데이트하는 단계, 및 업데이트된 목표 출력 전압 값을 출력하도록 수신한 전압 값을 비교하여 출력하는 직·병렬 스위칭부를 제어하는 단계를 포함한다.

제어부는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 전압 측정값을 기초 데이터로 활용해서 태양광 모듈을 병렬과 직렬로 연결하여 인버터의 설정값인 MPPT 범위내로 전압 값을 조절하도록 연산한 후 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 직·병렬 스위칭부를 제어한다. 따라서 제어부는 기후변화에 따라 일사량이 변하는 경우 상기와 같은 프로세스를 거쳐 항상 인버터로 입력되는 전압 값을 인버터의 설정값인 MPPT 범위내로 유지하도록 한다.

본 발명은 일사량 변화 및 온도에 따른 출력 전압의 편차를 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하여 항상 인버터의 설정값인 MPPT 허용범위내로 유지할 수 있으므로 인버터의 종류나 용량에 따라 제어프로그램을 설정하면 태양광발전효율을 극대화 할 수 있다.

또한 본 발명은 태양광 모듈의 재질적 특성에 기인한 출력 값의 편차로 인해 발생되는 태양광모듈의 효율저하로 인한 인버터의 운전정지를 회피할 수 있고 기후변화로 인한 발전효율이 저하되는 문제를 근원적으로 해결할 수 있다.

상기 기후변화로 인한 일출과 일몰 시, 구름 등 외부환경에 의한 매우 낮은 전압 값에 대응하기 위해 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 통해 발전 전압 값을 인버터의 설정값인 MPPT 허용범위내로 꾸준히 유지하여 일출 후 발전개시부터 일몰 시 발전 종료까지 발전시간을 최대한 확보하여 발전효율을 높일 수 있다.

본 발명 위하여 예시된 실시 예의 도면에 대한 간단한 설명은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법의 구성을 나타내는 전체 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)의 제어부(300)의 제어 프로세스를 도시한 순서이며,
도 3는 대표적인 종래의 기술인 "태양광 발전시스템의 출력전압 제어장치" 전체구성을 나타내는 도면이다,
도 4는 본 발명에 따른 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 어레이 접속반(990)의 전체 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법의 구성을 나타내는 전체구성도를 실시예로 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명에 의한 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법을 구비한 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100)에 의해 생산한 전력을 양극(+) 단자와 음극(-) 단자를 통해 출력하는 태양광 모듈과 생성된 전력을 공급하는 전압감지부에 구성되고 상기 태양광 모듈의 양극(+) 단자 및 음극(-) 단자에 흐르는 절연저항을 검출하는 절연저항 전압감지부(200)와, 상기 전압감지부(200)에 구성되고 상기 태양광모듈의 양극(+) 및 음극(-) 단자에 흐르는 전압 및 전류를 검출하는 전압감지부(200)와, 상기 절연저항 전압감지부(200)로부터 검출된 절연저항을 제공받아 상기 태양광모듈의 이상 유무를 판단함과 더불어 상기 전압감지부(200)에서 검출된 전압/전류를 제공받아 상기 직·병렬 스위칭(500)의 동작 유무를 판단하는 제어부(300)와, 상기 제어부(300)의 제어를 받아 상기 직·병렬 스위칭부(500)가 동작할 때 상기 태양광모듈의 양극(+) 및 음극(-) 단자에 양(+) 전압을 인가하여 상기 태양광모듈들을 직렬과 병렬로 인가하는 통신부(600)를 포함하여 구성된다.

상기 절연저항 전압감지부(200)를 통해 검출된 절연저항의 정보를 근거로 상기 제어부(300)는 상기 태양광모듈의 누설전류를 파악할 수가 있다. 즉, 상기 절연저항 전압감지부(200)에서 검출된 절연저항에 대한 정보는 제어부(300)로 인가되고, 상기 제어부(300)에서 상기 절연저항 값을 분석하여 상기 태양광모듈의 누설전류를 검출하게 된다.

또한, 상기 태양광모듈의 출력단에는 전압감지부(200)가 구성되어 있는데, 상기 전압/전류 검출부에서 상기 태양광모듈의 전압 및 전류를 실시간으로 검출하고, 상기 전압감지부(200)에서 검출된 정보는 제어부(300)로 전달된다.

상기 제어부(300)는 상기 전압감지부(200)에서 검출된 정보를 분석하여 상기 태양광모듈의 발전상태를 분석하고 상기 태양광모듈이 발전되지 않을 때 상기 직·병렬 스위칭(500)에 제어신호를 인가하여 상기 태양광모듈의 양극(+) 단자 및 음극(-) 단자에 각각 양(+) 전압을 인가하여 상기 태양광모듈과 직·병렬 스위칭(500)의 사이에는 제어부(300)가 구성되는데, 상기 제어부(300)는 상기 전압감지부(200)에서 검출된 전압/전류 정보를 분석하여 상기 태양광모듈이 외부의 기후 변화로 전압이 낮아질 때 상기 릴레이 스위치(510)를 ON시켜 상기 직·병렬 스위칭(500)를 통해 상기 태양광모듈의 양극(+) 및 음극(-) 단자에 양(+) 전압이 인가되도록 한다.

상기 릴레이 스위치(510)의 출력단에는 상기 태양광모듈로부터 직·병렬 스위칭부(500)로 전류가 역류하는 것을 차단하기 역전류 방지용 다이오드(800)의 에노드에 각각 연결되어 있다.

뿐만 아니라 상기 입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100)의 출력단에도 저전압 역전류 방지용 다이오드들(810)이 구성되어 있다.

상기 전압감지부(200)는 상기 태양광모듈의 양극(+) 단자와 음극(-) 단자를 통해 입력되는 이때 상기 전압/전류 전압감지부(200)에서 검출된 전압/전류(V/I)를 제공받아 제어부(300)는 설정전압(V)과 비교하여 설정전압(V) 이하일 때 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)의 전압을 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내로 제어해야 된다고 판단하여 상기 직·병렬 스위칭부(500)를 직렬로 동작하고, 만약 검출된 전압/전류(V/I)가 설정전압(V)보다 크면 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)의 전압을 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내로 제어해야 된다고 판단하여 상기 직·병렬 스위칭부(500)를 병렬로 동작하고,

계속해서, 상기 제어부(300)는 상기 직·병렬 스위칭(500)의 동작 시간(t)을 측정하고 전압변동에 따른 측정 기준 시간(t*)과 비교하여 동작 시간(t)이 측정 기준 시간(t*) 이상 일때 상기 릴레이 스위치(510)를 제어명령에 따라 ON동작하고, 동작 시간(t)이 측정 기준 시간(t*) 보다 작을 때 상기 직·병렬 스위칭(500)은 계속해서 OFF동작하게 된다.

본 발명에 따른 안전장치가 설치된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 통신으로 제어하는 접속반으로 이루어진 태양광 접속반 시스템의 구성도로, 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)와, 입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100)로부터 인가되는 입력 높은전압을 낮은 방형파 전압으로 변환하여 낮은 출력을 직·병렬접속반(900)의 회로부로 출력하는 정류부(400)와, 스트링상의 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(101)의 출력부에서 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(102)으로 입력되는 과정에서 발생하는 지락, 단락 등 사고 발생 시 과전압을 차단시키는 퓨즈 또는 PTC가 포함된 차단부(700)와, 스트링상에 있는 직·병렬 접속반(900)들을 신호로 제어하는 접속반(990)과 유선 및 무선으로 제어하는 통신부(600)를 포함한다.

상기의 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)은 스위칭(500)이 포함된 용어로, 입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100)에서 입력된 전압을 감지하여 제어부에 인가하는 전압감지부, 전압감지부에서 출력한 신호를 입력받아 제어신호를 직·병렬 스위칭부(500)로 출력하는 제어부, 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자로부터 인가되는 입력 전압/전류를 낮은 방형파 전압으로 변환하여 낮은 출력을 직·병렬 스위칭부에 있는 릴레이 스위치들(510)에 출력하는 정류부(400)와, 제어부(300)에 의해 직·병렬로 전환되는 직·병렬 스위칭부(500)로 구성되며, 각 직·병렬 스위칭부(500)에 있는 릴레이 스위치들(510)의 출력단자에 스트링상의 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(901)의 출력부에서 역전류가 입력되는 것을 방지하기 위한 고전압 역류방지 다이오드(800)의 에노드로 출력한다.

도 4는 본 발명에 의한 상기의 접속반(990)의 제어부는 전압감지부에 의해 측정된 전압과 전류를 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내에 해당하는 경우 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 스트링상 접속반(990)을 통하여 인버터에 전력을 전송하고, 각 스트링 상의 전압값과 전류값이 인버터의 MPPT 상한 값을 초과한 경우 병렬 화 시켜야 할 전압 값에 상응하는 전압을 상기의 프로그램에 의해 산정하고, 이 산정된 값을 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)를 이용하여 과전압을 제어함과 동시에 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내로 조절한다.

상기 태양광 스트링상 접속반(990)의 통신부는 제어신호에 따라 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 통신부(600)를 이용하여 직·병렬 스위칭부(500)를 제어하고, 이는 직렬과 병렬로 연결되어 있는 태양광 모듈 2장을 제어하기 위한 것이다.

상기 태양광 스트링상 접속반(990)의 전원장치는 어레이부로부터 높게 인가되는 입력 전압을 정류부를 통하여 낮은 방형파 전압으로 변환하여 낮은 출력을 태양광 스트링상 접속반(990)의 내부회로로 출력한다.

따라서, 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900) 별 스트링은 태양광 스트링상 접속반(990)과 병렬로 연결되므로 인버터로의 입력전압 값은 항상 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내로 송전될 수 있다.

이에 대해서는 이하의 제어방법의 설명부분에서 보다 상세히 설명될 것이다.

상기 태양광 스트링상 접속반(990)의 어레이에는 퓨즈가 결합된다. 상기의 퓨즈는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 어레이에서 과전압이 발생되었을 때 과전압으로부터 어레이를 보호하기 위한 것으로, 퓨즈는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 어레이와 차단기 사이의 선로에서 과전압이 발생되는 경우 자동으로 용단(溶斷)되고, 퓨즈는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 선로에서 차단기로 입력되는 선로에 과전압이 발생되면 자동으로 용단되어 인버터를 보호한다.

도 2는 본 발명에 따른 제어부(300)의 제어 프로세스를 도시한 순서도, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.

발전 용량의 설계에 따라 도 1에 도시된 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 설치 갯수와 그에 따른 인버터의 용량은 제조자 혹은 사용자의 선택에 따라 변경될 수 있으므로 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

이하에서는 설명의 편의와 이해도를 높이기 위해 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)에서 출력되는 전압을 "출력전압"이라 칭하고, 인버터로 입력되는 전압을 "입력전압"라 칭한다. 또한 인버터의 MPPT 설정값은 인버터 사양에 따라 미리 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)에 설정된 것으로 전제한다.

본 실시예에 의한 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900)을 제어하는 방법은 제1 태양광모듈 및 제2 태양광모듈 목표 출력 전압 값을 설정하는 단계와, 센서로부터 수신한 제1 태양광모듈 및 제2 태양광모듈의 출력 전압 값들을 비교하는 단계와, 수신한 출력 전압 값들 중 설정 값에서 감지 값을 비교하여 전압 값을 연산하는 단계와, 목표 출력 전압 값에서 상기 전압 값을 감산한 결과로 목표 출력 전압 값을 업데이트하는 단계, 및 업데이트된 목표 출력 전압 값을 출력하도록 수신한 전압 값을 비교하여 출력하는 직·병렬 스위칭부를 제어하는 단계를 포함한다.

제어부는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 전압 측정값을 기초 데이터로 활용해서 태양광 모듈을 병렬과 직렬로 연결하여 인버터의 설정값인 MPPT 범위내로 전압 값을 조절하도록 연산한 후 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반의 직·병렬 스위칭부를 제어한다. 따라서 제어부는 기후변화에 따라 일사량이 변하는 경우 상기와 같은 프로세스를 거쳐 항상 인버터로 입력되는 전압 값을 인버터의 설정값인 MPPT 범위내로 유지하도록 한다.

판단결과, 출력전압이 인버터의 MPPT 설정값보다 낮은 경우, 제어부(300)는 전압 연산 프로그램을 이용하여 MPPT 설정값 범위을 충족시킬 수 있는 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 병렬의 수를 연산한 후 통신장치를 통해 해당 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 병렬 스위치를 순차적으로 병렬스위치를 구성한다.

상기와 달리 모든 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)를 직렬로 연결하였음에도 불구하고 입력전압이 인버터의 기존 전압값에 미달되는 경우 이 값을 인버터의 최저 설정 값인 MPPT 범위 이상까지 발전을 대기하고, 태양광 모듈의 전압이 상승하여 전체 직렬로 연결된 태양광 모듈의 출력 전압이 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위를 초과 될 경우 바로 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)를 인버터의 최대 설정 값인 MPPT 범위 이내가 되도록 병렬화 시킨다.

태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 통신부는, 각 직·병렬접속반(900)의 통신기능에 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 직·병렬접속반(990)의 전압/전류 상태를 측정하여 출력하는 전압/전류감지부와, 상기 전압/전류감지부로부터 상기 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 상태 정보를 각각 입력받아 이를 취합하여 외부의 PC 및 핸드폰의 모니터링 장치인 태양광 접속반 시스템(990)으로 유/무선으로 전송하는 통신기능을 갖는 제어부와, 태양광 접속반 시스템(990)의 통신부를 제어하는 제어부의 출력신호에 따라 모듈1과 모듈2을 직렬과 병렬로 전환하는 직·병렬컨버터접속반 통신부(600)를 포함하여 이루어진다.

상기 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(990)의 통신기능을 갖는 제어부와 상기 어레이 진단 태양광 접속반 시스템(990)의 통신부은 유·무선 통신 라인을 통해 통신한다.

따라서, 본 발명에 따르면 관리자가 외부의 모니터링 태양광 접속반 시스템(990)에서 어레이에 포함된 모든 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 상태를 손쉽게 파악할 수 있으며, 이에 따라 해당 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)의 이상 상태 확인 시 즉각적인 보수를 통해 발전 효율을 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자
101: 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반
102: 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반
103: 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반
200: 전압감지부 300: 제어부
400: 정류부 500: 직·병렬 스위칭부
510: 직·병렬 스위칭부에 있는 릴레이 스위치들
600: 통신부 700: 차단부
800: 출력부에 있는 고전압 역류방지 다이오드부
810; 입력부에 있는 저전압 역류방지 다이오드부
900: 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반
990: 스트링상에 있는 직·병렬 접속반(900)들을 통신으로 제어하는 접속반

Claims (4)

1. 상기 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(900);
   입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100):
   입사된 태양광 모듈1과 모듈2의 각 (+), (-) 입력단자(100)에서 입력된 전압을 감지하여 제어부에 인가하는 전압감지부(200);
   전압감지부에서 출력한 신호를 입력받아 제어신호를 직·병렬 스위칭부로 출력하는 제어부(300);
   높은 전압을 낮은 방형파 전압으로 변환하여 낮은 출력을 직·병렬접속반(900)의 회로부로 출력하는 정류부(400);
   제어부에 의해 직렬과 병렬로 전환시키는 직·병렬 스위칭부(500);
   스트링상에 있는 직·병렬 접속반(900)들을 통신으로 제어하는 접속반(990)과 유선 및 무선으로 제어하는 통신부(600);
   스트링상의 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(101)의 출력부에서 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(102)으로 입력되는 과정에서 발생하는 지락, 단락 등 사고 발생 시 과전압을 차단시키는 퓨즈 또는 PTC가 포함된 차단부(700);
   스트링상의 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬 접속반(101)의 출력부에서 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(102)의 직·병렬 스위칭부(500)에 있는 릴레이 스위치들(510)로 역전류가 입력되는 것을 방지하기 위한 고전압 역류방지 다이오드(800);
   을 포함하는 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반을 제어하는 방법에 관한 것이다
2. 상기 1항에 있어서
   태양광 모듈 2장의 최대 전력 점 추적을 위한 직·병렬접속반을 인버터의 MPPT 설정값보다 높거나 낮은 경우, 제어부(300)는 전압 연산 프로그램을 이용하여 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 분석하여 연산한 후 제어부를 통해 해당 각 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반(900)을 병렬과 직렬화 되어 있는 직·병렬 스위칭부(500)를 순차적으로 인버터 MPPT 설정값 범위을 충족시킬 수 있도록 동작;
   하도록 구성한다.
   
3. 상기 2항에 있어서
   태양광 모듈 2장의 최대 전력 점 추적을 위한 직·병렬접속반과 스트링상에 연결되어 있는 직·병렬접속반(900)들을 인버터의 MPPT 설정값보다 높게 나오도록 태양광모듈들을 인버터 최대입력값 보다 높도록 2개 이상 연결해야된다. 이는 인버터의 MPPT 설정값보다 높게 나오도록 연결되어야 전압을 병렬과 직렬로 조절하기 위함이다. 만약에 인버터 최대입력값 보다 높으면 병렬화 시키고 전압이 낮으면 직렬화 시킨다. 예를 들면 인버터허용전압이 700V가 최대값이면 보통은 640V에 맞추어 스트링을 구성하나 본 발명을 이루기 위해서는 700V이상이 생산되도록 2개이상의 태양광모듈을 추가하도록 구성한다;
   를 특징을 가진 태양광 모듈 2장의 최대 전력 점을 추적하는 직·병렬접속반을 제어하는 방법에 관한 것이다
   
4. 상기 1항에 있어서
   스트링상에 있는 직·병렬 접속반(900)들을 통신으로 제어하는 접속반(990)과 유선 및 무선으로 제어하는 통신부(600);
   

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