WO2022145907A1 - 스트링 단위로 균등 전압을 추종하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

스트링 단위로 균등 전압을 추종하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템 Download PDF

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WO2022145907A1
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solar cell
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박기주
이경문
박세희
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주식회사 스마트파워
박기주
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic power generation system, and more particularly, to a string optima that tracks a uniform voltage in a string unit using an output voltage or current value for each string of a solar cell array, and a photovoltaic power generation system to which the same is applied will be.
  • solar power generation has a disadvantage in that power production efficiency is low compared to a high power generation unit cost.
  • environmental demands such as reduction of fossil energy and pollution-free increase, many studies are currently underway to improve solar power generation efficiency.
  • the proportion of electric energy that can be converted from the energy received from the sun through solar cells is only about 15-20% of the total solar energy.
  • the voltage level of the solar cell array is proportional to the number of solar cell modules connected in series, and the current level of the solar cell array is proportional to the number of lines connected in parallel.
  • the photovoltaic device has a characteristic that the output of the solar cell changes nonlinearly in voltage and current according to the surrounding environment such as insolation, temperature, and clouds.
  • the most fundamental measure is to improve the efficiency by increasing the performance of the solar cell itself, but it is difficult to make a clear improvement with the current technology.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a photovoltaic device according to the prior art.
  • a photovoltaic device includes a solar cell array 10A in which a plurality of solar cell (PV) modules 10 are connected in series and in parallel, a connection panel 30 and an inverter It consists of (40).
  • PV solar cell
  • the solar cell module 10 converts sunlight into DC power and transmits it to the inverter 40 through the connection panel 30 , and the inverter 40 generates DC power generated through each solar cell module 10 . It serves to convert AC power to be connected to the grid.
  • the solar cell module 10 is connected in series and in parallel according to the capacity of the photovoltaic device, and the solar cell module 10 is connected in series to form one string 20, these strings These are connected in parallel to form a solar cell array 10A.
  • the connection panel 30 includes a string optima and a backflow prevention diode, the string optima collects the voltages of the solar cell array unit 10A, and from a plurality of solar cell arrays 10A through the backflow prevention diode power is integrated and supplied to the input terminal of the inverter 40 .
  • the photovoltaic power generation device transmits the power generated from each solar cell module 10 to the inverter 40 through the connection panel 30, and receives the MPPT from the inverter 40 controlled and developed.
  • the MPPT control is performed by the inverter 40, and performs a function of automatically tracking the maximum power point (MPP) as the operating point of the photovoltaic device.
  • MPP maximum power point
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0133413 discloses, a solar module for generating electrical energy from sunlight; a booster for raising the electrical energy from the solar module to an appropriate voltage level necessary for the operation of an inverter to be connected at a later stage; a switch unit connected in parallel with the booster; and an inverter configured to receive the output of the booster and convert it into AC power for transmission to a power system, etc. is disclosed.
  • the switch unit is electrically connected in parallel with the booster to form two paths between the photovoltaic module and the inverter.
  • Such a conventional photovoltaic device simply operates the switch unit when the booster is not in operation to lose energy. There is a problem in that it prevents an even voltage from being output.
  • the present invention further provides a string MPPT control that tracks a uniform voltage in a string unit by using the current value for each string of the solar cell array before the inverter control MPPT performed at the inverter stage of the solar power generation system.
  • a string MPPT control that tracks a uniform voltage in a string unit by using the current value for each string of the solar cell array before the inverter control MPPT performed at the inverter stage of the solar power generation system.
  • the present invention allows string optimizers corresponding to each of the solar cell strings to share the output current of each of the corresponding solar cell strings, and boost the output current of the solar cell string having a low output current based on the result. , to provide a string optima that can effectively solve the output imbalance of solar cells and enable stable electricity supply, and a solar power generation system to which the same is applied.
  • the present invention monitors the operating state of the photovoltaic system remotely through an external network and interworks with the monitoring system that controls the operation, thereby resolving regional imbalances in the solar power generation system's power generation. , and to provide a solar power generation system to which the same is applied.
  • the inverter when the inverter requests the following voltage of the string optimizer according to the MPP tracking for MPPT control, it boosts or bypasses the output voltage of each string optimizer by itself so that the output voltage is higher than the output voltage of the other string optimizers. It bypasses and boosts the output voltage when the output voltage is lower than that of other string optimizers to output an optimal equal voltage in line with the output voltage of other string optimizers. We want to provide a possible string optima.
  • the string optima provided by the present invention is connected to an output terminal of each of a plurality of solar cell strings constituting a photovoltaic system to boost and output the generated power of the corresponding solar cell string.
  • the input processing unit for receiving the power generated from the first solar cell string; a booster unit for boosting or bypassing the generated power input through the input processing unit and outputting it; an output processing unit for outputting the output of the booster to a rear end; and a main controller device for controlling the operation of the booster unit to follow a voltage corresponding to a maximum current value among current values sensed from the outputs of each of the plurality of solar cell strings as an equal voltage.
  • the solar power generation system includes a plurality of solar cell strings composed of a plurality of solar cell modules;
  • the solar cell string is connected to an output terminal of each of the plurality of solar cell strings so that an output of the corresponding solar cell string tracks a voltage corresponding to a maximum current value among current values of each of the plurality of solar cell strings as an equal voltage.
  • a plurality of string optimizers performing maximum power point tracking in units of battery strings; and an inverter that automatically tracks the maximum power point corresponding to the maximum current value, converts the result into AC power, and connects to the grid, wherein the string optima inputs generated power from an arbitrary first solar cell string.
  • a booster unit for boosting or bypassing the generated power input through the input processing unit and outputting it; an output processing unit for outputting the output of the booster to a rear end; and a main controller device for controlling the operation of the booster unit to follow a voltage corresponding to a maximum current value among current values sensed from the outputs of each of the plurality of solar cell strings as an equal voltage.
  • the string optimizer automatically controls a solar cell array including a plurality of solar cell modules and a plurality of solar cell strings, a connection panel including a plurality of string optimizers, and a maximum power point (MPP).
  • MPP maximum power point
  • the string optimizer used in a photovoltaic power generation system including an inverter tracking with The output voltage of the plurality of string optimizers connected in parallel is bypassed when the maximum output voltage is higher than the maximum output voltage, and when the output voltage is less than the maximum output voltage, the output voltage is boosted to output an equal voltage equal to the maximum output voltage of the string optimizer.
  • By further performing string MPPT control of has the effect of keeping it stable.
  • the present invention allows string optimizers corresponding to each of the solar cell strings to share the output current of each of the corresponding solar cell strings, and boost the output current of the solar cell string having a low output current based on the result. , it can effectively solve the output imbalance of the solar cell, and has the effect of enabling stable electricity supply.
  • the present invention has the effect of resolving regional imbalances in the solar power generation system generation power by monitoring the operating state of the solar power generation system at a remote location through an external network and interworking with the monitoring system that controls the operation. have.
  • the inverter when the inverter requests the following voltage of the string optimizer according to the MPP tracking for MPPT control, it boosts or bypasses the output voltage of each string optimizer by itself so that the output voltage is higher than the output voltage of the other string optimizers.
  • the efficiency of the string optimizer can be maximized to improve power generation efficiency.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a photovoltaic device according to an embodiment of the related art.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a string optima according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of an integrated control unit according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are graphs for explaining the performance improvement effect of the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a string optimizer capable of outputting an equal voltage according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a state in which a string optima capable of outputting an equal voltage is connected in parallel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • the photovoltaic power generation system includes a solar cell array 100 , a connection panel 200 including a string optima 210 , an inverter 300 , and a power system 400 . , and a monitoring system 500 .
  • the solar cell array 100 includes a plurality of solar cell strings 110 composed of a plurality of solar cell modules 111 .
  • connection panel 200 is connected between the solar cell array 100 and the inverter 300 , and the string optima 210 included in the connection panel 200 is connected between the output terminal of the solar cell string 110 and the inverter. , after boosting the generated power for each solar cell string 110 , output a uniform voltage, and follow the uniform voltage in a string unit by using the current value of each of the solar cell strings 110 .
  • a plurality of string optimizers 210 may be included in the connection panel 200 .
  • a plurality of current sensors 220 may be included in the connection panel 200 .
  • a maximum current value detection unit 230 may be included in the connection panel 200 .
  • the plurality of string optimizers 210 correspond to each of the plurality of solar cell strings 110, and by boosting the corresponding solar cell generation power, the maximum power point tracking (MPPT) is performed in units of the solar cell strings 110 . make it possible A more detailed description of the string optimizer 210 will be described later with reference to FIG. 3 .
  • the current sensor 220 is connected to the output terminal of each of the string optimizers 210, measures a current value from the output of the corresponding string optimizer 210, and measures the measured current value (hereinafter referred to as a measured current value) It feeds back to the string optimizer 210 . At this time, the current sensor 220 outputs the measured current value as a voltage, but as illustrated in FIG. 2 , is connected to the output terminal of the string optimizer 210 , and the current from the output of the corresponding string optimizer 210 A value may be measured or provided in the string optimizer 210 .
  • the maximum current value detection unit 230 receives current values measured from the outputs of each of the plurality of solar cell strings 110 as input, and compares the input current values with the measured current value to detect the maximum current value. . To this end, the maximum current value detection unit 230 may output only the maximum current value by connecting the input current values and the measured current value in an OR concept. For example, the maximum current value detection unit 230 may be configured to output only a high voltage by connecting a diode such that a cathode and an anode are formed for each solar cell string 110 .
  • the integrated control unit 240 is connected to the plurality of string optimizers 210 through a communication network (eg, wired/wireless communication network), and integratedly manages operations of the plurality of string optimizers 210 .
  • a communication network eg, wired/wireless communication network
  • the inverter 300 automatically tracks the maximum power point from the uniform voltage output from each of the plurality of string optimizers 210 , converts the result into AC power, and connects to the power system 400 .
  • the monitoring system 500 communicates with the photovoltaic system through an external network (eg, wired/wireless Internet network, etc.), monitors the operation state of the photovoltaic system at a remote location, or controls the operation of the solar power system.
  • an external network eg, wired/wireless Internet network, etc.
  • the monitoring system 500 performs communication with a plurality of photovoltaic power generation systems through an external network, and the operation state of each photovoltaic power generation system, and the local environmental state (eg, in which the photovoltaic power generation system is built) , solar radiation, temperature, humidity, etc.), it is possible to control the amount of power generated by the solar power generation system by region.
  • the monitoring system 500 performs communication with the integrated control unit 230 to monitor the output efficiency of each of the solar cell strings 110 , and boosts the output of the solar cell string 110 whose output is relatively low. It is possible to control the operation of the corresponding string optima 210 to perform .
  • the monitoring system 500 communicates with the manager's portable terminal device (eg, smart phone, etc.) 600 through a wireless network (eg, WiFi network, etc.), and monitoring information and control information of the solar power generation system may be transmitted to the portable terminal device 600 or a control signal for controlling the corresponding solar power generation system may be generated and transmitted based on the manager's selection information transmitted through the portable terminal device 600 .
  • a wireless network eg, WiFi network, etc.
  • the string optima 210 includes an input processing unit 211 , a booster unit 212 , an output processing unit 213 , and a main controller unit (MCU) 214 . , a communication I/F 215 , a current sensor 216 , and a maximum current value detection unit 217 .
  • MCU main controller unit
  • the input processing unit 211 receives the generated power output from the solar cell string 110 .
  • the booster unit 212 boosts or bypasses the generated power input through the input processing unit 211 and outputs it.
  • the booster unit 212 may be controlled by the main controller unit (MCU) 214 , and the main controller unit (MCU) 214 is the current of the generated power output from the corresponding solar cell string 110 . After determining whether to boost by comparing the value with the current value of the generated power output from the other solar cell strings 110 in the vicinity, the booster unit 212 may be controlled.
  • the output processing unit 213 may output the output of the booster unit 212 to the rear end. That is, the output processing unit 213 may transmit the output of the booster unit 212 to the inverter 300 .
  • the main controller unit (MCU) 214 operates based on a preset processing algorithm to control the operation of the string optimizer 210 .
  • the main controller unit (MCU) 214 controls the maximum power point tracking (MPPT) per string.
  • MPPT maximum power point tracking
  • the main controller unit (MCU) 214 measures the output voltage and current of the corresponding solar cell string 110 from the generated power input through the input processing unit 211, and each of the plurality of solar cell strings
  • the operation of the booster unit 212 may be controlled so that a voltage corresponding to a maximum current value among current values sensed from the output follows the equal voltage.
  • the main controller unit (MCU) 214 includes a current value (hereinafter, referred to as a 'measured current value') measured from the current sensor 216 (or the current sensor 220 of FIG. 2 ), and the maximum current
  • the maximum current value detected by the value detection unit 217 may be received, and the operation of the booster unit 212 may be controlled based on the measured current value and the maximum current value to perform MPPT.
  • the maximum current value detection unit 217 like the maximum current value detection unit 230 mentioned in the description with reference to FIG. 2, the current values A measured from the output of each of the plurality of solar cell strings 110 ) is received as an input, and the maximum current value is detected by comparing the input current values with the measured current value.
  • the maximum current value detection unit 230 may output only the maximum current value by connecting the input current values and the measured current value in an OR concept.
  • the maximum current value detection unit 230 may be configured to output only a high voltage by connecting diodes such that a cathode and an anode are formed for each solar cell string 110 .
  • the main controller unit (MCU) 214 that has received the measured current value and the maximum current value compares the measured current value and the maximum current value, and the difference between the two values is a preset reference value (eg, 0.5A) If this is the case, MPPT is performed by controlling the booster unit 212 to boost the output of the corresponding solar cell string.
  • MCU main controller unit
  • the communication I/F 215 provides a communication interface for mutual communication so that each of the plurality of string optimizers 210 included in the connection panel 200 can share necessary information with each other. That is, the communication I/F 215 provides an interface for communication between the different string optimizers 210 connected to the output terminals of each of the different solar cell strings.
  • the main controller unit (MCU) 214 of each of the plurality of string optimizers 210 mutually shares current values sensed from the output of the corresponding solar cell string 110 through the communication I/F 215 . and the main controller unit (MCU) 214 may determine whether to boost the booster unit 212 based on the comparison result of the values.
  • first to n-th solar cell strings are included in a solar cell array, and first to n-th string optimas are connected to each of the first to n-th solar cell strings, the first to n-th strings
  • the MCUs ie, the first to nth MCUs
  • the optimizers share the first to nth current values sensed from the outputs of the corresponding first to nth solar cell strings through the communication I/F. And, it is possible to determine whether to boost based on the mutually shared current values.
  • the first to n-th current values are connected in an OR concept so that only a voltage corresponding to the largest current value is output, and thus the largest voltage among the voltages of the current to the output of each of the first to n-th solar cell strings. is shared by each MCU, and whether boosting is determined based on the maximum value, or whether boosting is determined by comparing respective current values.
  • the first MCU compares the voltage value with respect to the maximum current value mutually shared with other MCUs (ie, the second to nth MCU) and the voltage for the first current value that is its own current value,
  • the voltage for the current value (ie, the first current value) sensed from the output of the solar cell string (ie, the first solar cell string) is smaller than the voltage for the maximum current value, and the difference is a preset reference value (eg, , 0.5A) can be controlled to boost the output of the corresponding solar cell string.
  • the first MCU transmits the first current value sensed from the output of the corresponding first solar cell string to each of the other solar cell strings (ie, the second to nth solar cell strings) except the first solar cell string.
  • Boosting the output of the first solar cell string when the current values (ie, second to nth current values) sensed by each of the connected string optimizers (ie, second to nth string optimizers) are lower than a predetermined value or more can be controlled to do so.
  • the first current value is an average value of current values (ie, first to n-th current values) sensed by each of all the string optimizers (ie, first to n-th string optimizers).
  • current values ie, first to n-th current values
  • string optimizers ie, first to n-th string optimizers
  • the first current value is a minimum value among current values (ie, first to n-th current values) sensed by each of all the string optimizers (ie, first to n-th string optimizers). In the case of , it is possible to control to boost the output of the first solar cell string.
  • the first string optima may boost and output the output of the first solar cell string.
  • the integrated control unit 240 includes an internal communication internal communication interface unit (I/F) 241, a storage unit 242, an external network communication interface unit ( I/F) 243 , and a control unit 244 .
  • I/F internal communication internal communication interface unit
  • storage unit 242 storage unit
  • I/F external network communication interface unit
  • control unit 244 control unit
  • the internal communication interface unit (I/F) 241 provides a communication interface between devices inside the connection panel 200 .
  • the internal communication intercommunication interface unit (I/F) 241 provides a communication interface with the plurality of string optimizers 210 to receive status information of each of the plurality of string optimizers 210, but Each of the optimizers 210 may receive a detected current value from an output of a corresponding solar cell string.
  • the storage unit 242 stores data received from each of the control algorithm and the plurality of string optimizers 210 set in advance for integrated management of the operation of each of the plurality of string optimizers 210, but the plurality of string optimizers ( 210) may store the real-time measured current value received from each.
  • External network communication interface unit (I/F) 243 provides an interface with an external network (eg, WiFi, etc.), but provides a communication interface between the monitoring system 500 and the integrated control unit 240 connected to the external network do.
  • the external network communication interface unit (I/F) 243 monitors the state information of each of the plurality of string optimizers 210 received through the internal communication interface unit (I/F) 241 monitoring system 500 . and may receive a control signal for controlling the operation of the plurality of string optimizers 210 from the monitoring system 500 and transmit it to the controller 244 .
  • the control unit 244 controls the operation of each of the plurality of string optimizers 210 based on the information stored in the storage unit 242 , and in particular, controls each of the string optimizers 210 to boost or follow the maximum power point. can do.
  • the control unit 244 predicts the power generation efficiency of each of the solar cell strings based on a comparison result of real-time measured current values received from each of the plurality of string optimizers 210 , and based on the result, the string optimizers Each boosting operation can be controlled.
  • the control unit 244 receives a real-time measured current value from each of the n string optimizers 210 , and uses the received values.
  • I/F internal communication interface unit
  • control unit 244 receives the remote control signal transmitted from the monitoring system 500 through the external network communication interface unit (I/F) 243, and based on the remote control signal, the string optima 210 Each operation can be controlled.
  • the photovoltaic power generation system of the present invention can be controlled by the monitoring system 500 that remotely monitors the operation of the photovoltaic power generation systems in each region, thereby resolving the power imbalance between regions.
  • FIG. 5 and 6 are graphs for explaining the performance improvement effect of the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention, and illustrate a PV graph of the photovoltaic power generation system when the voltages for each string are different, but FIG. 5 is a string It is a PV graph for explaining a result of uniform voltage tracking using a star voltage, and FIG. 6 is a PV graph for explaining MPPT in a string unit.
  • a solar cell string (string #1) having a maximum voltage (Vmp) of 696V and an open circuit voltage (Voc) of 848V, a maximum voltage (Vmp) of 566V, and an open circuit voltage (Voc) of 689V
  • Vmp maximum voltage
  • Voc open circuit voltage
  • Voc open circuit voltage
  • the inverter determines 696V, which is the maximum voltage (Vmp) of string #1, as the maximum power point (MPP), and the output voltage does not reach the open-circuit voltage (Voc) of string #2, so the output of string #2 is won't happen That is, in the conventional case, as illustrated in FIG. 5 , the string #1 and the string #2 having different voltages for each string are connected in parallel, and the maximum voltage (Vmp) of the string #1 and the string #2 has a difference of 130V or more. In the case of flying, the inverter generates power near the maximum point of 696mV of string #1, and string #2 does not generate power.
  • a solar cell string (string #1) having a maximum voltage (Vmp) of 696V and an open circuit voltage (Voc) of 848V, a maximum voltage (Vmp) of 620V, and an open circuit voltage (Voc) is
  • the inverter scans the voltage from 848V to MPPT, but by increasing the required current and lowering the voltage, MPPT control is performed, For this reason, the inverter determines 696V, which is the maximum voltage (Vmp) of the string #1, as the maximum power point (MPP).
  • MPP maximum power point
  • the present invention uses the current value for each output to follow the uniform voltage of the string unit, but the current value of each other through a connection line connected in an OR concept between string optimizers connected for each solar cell string, or through communication
  • all strings can participate in power generation as illustrated in FIG. 6 .
  • the present invention uses the current value for each string of the solar cell array to follow the equal voltage in string units, thereby solving the output imbalance of the solar cell according to environmental factors such as sunrise, sunset, cloud, ice and snow, and the maximum It has a feature that allows the output of the solar cell to be stably maintained in the insolation state.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically showing a string optimizer capable of outputting an equal voltage according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram showing a parallel connection of the string optimizer capable of outputting an equal voltage according to an embodiment of the present invention It is a configuration diagram.
  • the output voltage of each string optimizer is, Among the output voltages of the plurality of string optimizers connected in parallel, if the output voltage is greater than or equal to the maximum output voltage, the output voltage is bypassed, and if the output voltage is less than the maximum output voltage, the output voltage is boosted to output an equal voltage equal to the maximum output voltage of the string optimizer.
  • the string optima includes a backflow prevention diode (D), a booster unit (1), a switch unit (3), a comparator unit (5), a determination unit (7), and an oscillator unit (9). is composed
  • the backflow prevention diode D is installed between the input voltage PVin input terminal PVin+ and the output voltage PVout output terminal PVout+.
  • the booster unit 1 is installed between the input voltage PVin input terminal PVin+ and the reverse flow prevention diode D to boost or bypass the input voltage PVin. Based on the boosting of the input voltage PVin, an equal voltage equal to the maximum output voltage among the output voltages of a plurality of string optimizers connected in parallel is output.
  • the switch unit 3 turns on/off between the booster unit 1 and the oscillation unit 9 to be described below.
  • the switch unit 3 is a power switching device such as an FET, an IGBT, or an SCR.
  • the comparator 5 compares the input voltage PVin input to the booster unit 1 with the output voltage PVout of the output terminal of the reverse flow prevention diode to turn the switch unit 3 on/off, the booster unit 1
  • the switch unit 3 When the input voltage PVin input to ) is higher than the output voltage PVout of the output terminal of the backflow prevention diode D, the switch unit 3 is turned off, and the input voltage PVin+ input to the booster unit 1 is reversed. If it is lower than the output voltage PVout- of the output terminal of the prevention diode D, the switch unit 3 is turned on.
  • the determination unit 7 compares the output voltage PVout+ of the booster unit 1 with the maximum output voltage among the output voltages of a plurality of string optimizers connected in parallel, and when the output voltage PVout+ of the booster unit 1 is low, The boosting output is determined, and the PWM control signal is outputted from the oscillator 9 accordingly.
  • the oscillation unit 9 generates a PWM pulse according to the PWM control signal of the determination unit 7 and outputs it to the booster unit 1 through the switch unit 3 .
  • the inverter (not shown) requests a tracking voltage according to MPP tracking, for example, 700V for MPPT control.
  • the comparator 5 compares the input voltage PVin+ input to the booster 1 and the output voltage PVout+ of the output terminal of the backflow prevention diode D.
  • the maximum output voltage among the output voltages of the plurality of string optimas connected in parallel is applied to the output terminal of the backflow prevention diode D, and the comparison unit 5 compares them.
  • the comparator 5 is the switch unit (3) is turned off to bypass the input voltage PVin+ input to the booster unit 1 as it is and output it.
  • the determination unit 7 turns off the oscillation unit 9 when the switch unit 3 is turned off in the comparison unit 5 .
  • the comparator 5 determines the boosting according to the difference of 100V, and the switch unit (3) turn on
  • the determination unit 7 determines the boosting output by the difference of 100V, and outputs the PWM control signal accordingly.
  • the PWM control signal of the determination unit 7 is applied to the oscillation unit 9 to generate a PWM pulse, and when the PWM pulse is output to the booster unit 1 through the switch unit 3, 100V in the booster unit 1 Outputs 700V by boosting the input voltage (PVin+) by the difference of .
  • a voltage of 700V is output through the output terminal of the backflow prevention diode D, which is equal to 700V, which is the output voltage of the neighboring string optimizer, and eventually the optimal equal voltage equal to the output voltage of the neighboring string optimizer is output.
  • the efficiency of the string optimizer can be maximized to improve the power generation efficiency.

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Abstract

본 발명의 태양광 발전 시스템은 다수의 태양전지 모듈로 구성된 다수의 태양전지 스트링들; 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양전지 스트링의 출력이 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 태양전지 스트링 단위로 최대 전력점 추종을 수행하는 다수의 스트링 옵티마들; 및 상기 최대 전류값에 대응한 최대 전력점을 자동으로 추적하고, 그 결과를 AC 전력으로 변환하여 계통에 연계하는 인버터를 포함하되, 상기 스트링 옵티마는 임의의 제1 태양전지 스트링으로부터 발전전력을 입력받는 입력 처리부; 상기 입력 처리부를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력하는 부스터부; 상기 부스터부의 출력을 뒷단으로 출력하는 출력 처리부; 및 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 부스터부의 동작을 제어하는 메인 컨트롤러 장치를 포함함으로써, 환경 요소(예컨대, 일출, 일몰, 구름, 빙설 등)에 따른 태양전지의 출력 불균형을 해소하고, 태양 전지의 최대 출력(예컨대, 최대 일사량 상태에서의 출력)을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

스트링 단위로 균등 전압을 추종하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양전지 어레이의 스트링별로 출력전압 또는 전류값을 이용하여 스트링 단위로 균등 전압을 추종하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 높은 발전단가에 비해 전력 생산 효율이 낮은 단점이 있다. 그러나 화석 에너지의 감소와 무공해라는 환경적인 요구가 증가함에 따라 현재에는 태양광 발전 효율 개선에 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 태양으로부터 받은 에너지를 태양전지를 통해 변환할 수 있는 전기에너지의 비율은 전체 태양에너지의 약 15~20%에 불과하다.
구체적으로, 태양광 발전을 일으키는 태양전지(solar cell)의 출력은 매우 작으므로 필요한 출력을 얻기 위해, 태양전지를 여러 개를 직렬로 연결하여 태양전지 모듈(PV Module, PhotoVoltanic Module)을 구성하고 상기 태양전지 모듈을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양전지 어레이(PV Array)를 구성한다.
태양전지 어레이의 전압 크기는 직렬 연결된 태양전지 모듈 개수에 비례하며, 태양전지 어레이의 전류 크기는 병렬 연결된 선로의 개수에 비례한다.
한편, 태양광 발전 장치는 태양전지의 출력이 주변 환경에 따라 출력 값이 달라지기 때문에 여타의 발전 방식보다 안정적인 전기 공급이 어렵다.
다시 말하면, 태양광 발전 장치는 태양전지의 출력이 일사량, 온도, 구름 등의 주변 환경에 따라 전압과 전류가 비선형적으로 변화하는 특성을 가지고 있다.
이러한 태양전지의 낮은 효율 및 불안정한 전력공급을 개선하기 위해서는 태양전지 자체의 성능을 높여 효율을 개선하는 것이 가장 근본적인 대책이지만 현재까지의 기술로는 뚜렷한 개선이 어려운 실정이다.
그러므로 태양광 발전의 경쟁력을 높이기 위해서는 발전 장치의 성능을 높여 효율을 개선하는 것도 중요하지만, 태양광 발전의 효율을 유지하기 위해 최대 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 시스템이 요구되며, 최대 출력을 생산하기 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking, 최대 전력점 추종) 제어가 필수적이다.
도 1은 종래 기술에 의한 태양광 발전 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 태양광 발전 장치는, 다수의 태양전지(PV) 모듈(10)이 직렬과 병렬로 연결되어 이루어진 태양전지 어레이(10A)와, 접속반(30) 및 인버터(40)로 구성된다.
상기 태양전지 모듈(10)은 태양광을 DC 전력으로 변환하여 접속반(30)을 통해 인버터(40)로 전송하며, 상기 인버터(40)는 각 태양전지 모듈(10)을 통해 생성된 DC 전력을 계통에 연계할 수 있도록 AC 전력으로 변환해주는 역할을 한다.
여기서, 태양광 발전 장치의 용량에 따라 태양전지 모듈(10)이 직렬과 병렬로 연결되는데, 상기 태양전지 모듈(10)이 직렬로 연결되어 하나의 스트링(20, string)이 구성되고, 이들 스트링이 병렬로 연결되어 태양전지 어레이(10A)가 구성된다.
상기 접속반(30)은 스트링 옵티마와 역류 방지 다이오드를 포함하여 이루어지는데, 스트링 옵티마는 태양전지 어레이부(10A)의 전압을 취합하고, 상기 역류 방지 다이오드를 통한 다수의 태양전지 어레이(10A)로부터의 전력을 통합하여 인버터(40)의 입력단으로 공급한다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 태양광 발전 장치는 각 태양전지 모듈(10)로부터 생산된 전력을 상기 접속반(30)을 통해 상기 인버터(40)로 전송되고, 상기 인버터(40)에서 MPPT를 제어하여 발전하고 있다.
한편, 상기 MPPT 제어는 인버터(40)에서 이루어지는데, 태양광 발전 장치의 동작점으로 최대 전력점(MPP)을 자동으로 추적하는 기능을 수행한다.
그러나 이러한 종래의 태양광 발전 장치는 인버터에서 MPPT 제어시, 스트링 옵티마의 출력 전압이 서로 균등하지 않고, 이로 인해 효율이 상대적으로 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2013-0133413호에는, 태양광으로부터 전기 에너지를 생성하는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈로부터의 전기 에너지를 후단에 연결될 인버터의 동작을 위해 필요한 적절한 전압 레벨로 상승시키기 위한 부스터; 상기 부스터와 병렬로 연결된 스위치부; 및 상기 부스터의 출력을 입력받아 전력 계통 등에 전달하기 위한 교류 전원으로 변환하기 위한 인버터로 구성된 태양광 발전 장치가 개시되어 있다.
상기 특허에 의하면, 스위치부는 상기 부스터와 전기적으로 병렬 연결되어, 태양광 모듈과 인버터 사이의 2개의 경로를 형성하는데, 이러한 종래의 태양광 발전 장치는 단순히 부스터가 미동작시 스위치부를 동작시켜 에너지 손실을 방지할 뿐 균등한 전압을 출력하지 못하는 문제점이 있다.
따라서 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 인버터단에서 이루어지는 인버터 제어 MPPT 이전에, 태양전지 어레이의 스트링별 전류값을 이용하여 스트링 단위로 균등전압을 추종하는 스트링 MPPT 제어를 더 수행함으로써, 환경 요소(예컨대, 일출, 일몰, 구름, 빙설 등)에 따른 태양전지의 출력 불균형을 효과적으로 해소하고, 태양 전지의 최대 출력(예컨대, 최대 일사량 상태에서의 출력)을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양전지 스트링들 각각에 대응한 스트링 옵티마들이 대응된 태양전지 스트링들 각각의 출력 전류를 상호 공유하고, 그 결과에 의거하여 출력 전류가 낮은 태양전지 스트링의 출력 전류를 부스팅하도록 함으로써, 태양전지의 출력 불균형을 효과적으로 해결할 수 있으며, 안정적인 전기 공급이 가능하도록 하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 외부 망을 통해 원격지에서 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링하고, 그 동작을 제어하는 모니터링 시스템과 연동함으로써, 태양광 발전 시스템 발전 전력의 지역별 불균형을 해소할 수 있도록 하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 인버터에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 스트링 옵티마의 추종 전압을 요청하면, 각각의 스트링 옵티마에 출력 전압을 자체적으로 부스팅하거나 바이패스하여 출력 전압이 다른 스트링 옵티마의 출력 전압보다 높으면 바이패스시키고, 다른 스트링 옵티마보다 출력 전압이 낮으면 출력 전압을 부스팅하여 다른 스트링 옵티마의 출력 전압과 맞춰 최적 균등 전압을 출력함으로써 스트링 옵티마의 효율을 극대화시켜 발전 효율을 향상시키도록 하는 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 스트링 옵티마는, 태양광 발전 시스템을 구성하는 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양전지 스트링의 발전전력을 부스팅하여 출력하는 스트링 옵티마에 있어서, 임의의 제1 태양전지 스트링으로부터 발전전력을 입력받는 입력 처리부; 상기 입력 처리부를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력하는 부스터부; 상기 부스터부의 출력을 뒷단으로 출력하는 출력 처리부; 및 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 부스터부의 동작을 제어하는 메인 컨트롤러 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에서 제공하는 태양광 발전 시스템은 다수의 태양전지 모듈로 구성된 다수의 태양전지 스트링들; 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 태양전지 스트링의 출력이 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 태양전지 스트링 단위로 최대 전력점 추종을 수행하는 다수의 스트링 옵티마들; 및 상기 최대 전류값에 대응한 최대 전력점을 자동으로 추적하고, 그 결과를 AC 전력으로 변환하여 계통에 연계하는 인버터를 포함하되, 상기 스트링 옵티마는 임의의 제1 태양전지 스트링으로부터 발전전력을 입력받는 입력 처리부; 상기 입력 처리부를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력하는 부스터부; 상기 부스터부의 출력을 뒷단으로 출력하는 출력 처리부; 및 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 부스터부의 동작을 제어하는 메인 컨트롤러 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스트링 옵티마는, 복수의 태양전지 모듈과 복수의 태양전지 스트링으로 이루어지는 태양전지 어레이와, 복수의 스트링 옵티마가 구비되는 접속반 및 최대 전력점(MPP)을 자동으로 추적하는 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에 사용되는 상기 스트링 옵티마로서, 각각의 상기 스트링 옵티마는, 상기 인버터에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 추종 전압을 요청하면, 각각의 스트링 옵티마의 출력 전압이, 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압 이상이면 바이패스시키고, 최대 출력 전압 미만이면 출력 전압을 부스팅하여 상기 스트링 옵티마의 최대 출력 전압과 동일한 균등 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 시스템의 인버터단에서 이루어지는 인버터 제어 MPPT 이전에, 태양전지 어레이의 스트링별 전류값을 이용하여 스트링 단위로 균등전압을 추종하는 스트링 MPPT 제어를 더 수행함으로써, 환경 요소(예컨대, 일출, 일몰, 구름, 빙설 등)에 따른 태양전지의 출력 불균형을 효과적으로 해소하고, 태양 전지의 최대 출력(예컨대, 최대 일사량 상태에서의 출력)을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 스트링들 각각에 대응한 스트링 옵티마들이 대응된 태양전지 스트링들 각각의 출력 전류를 상호 공유하고, 그 결과에 의거하여 출력 전류가 낮은 태양전지 스트링의 출력 전류를 부스팅하도록 함으로써, 태양전지의 출력 불균형을 효과적으로 해결할 수 있으며, 안정적인 전기 공급이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외부 망을 통해 원격지에서 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링하고, 그 동작을 제어하는 모니터링 시스템과 연동함으로써, 태양광 발전 시스템 발전 전력의 지역별 불균형을 해소할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 인버터에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 스트링 옵티마의 추종 전압을 요청하면, 각각의 스트링 옵티마에 출력 전압을 자체적으로 부스팅하거나 바이패스하여 출력 전압이 다른 스트링 옵티마의 출력 전압보다 높으면 바이패스시키고, 다른 스트링 옵티마보다 출력 전압이 낮으면 출력 전압을 부스팅하여 다른 스트링 옵티마의 출력 전압과 맞춰 최적 균등 전압을 출력함으로써 스트링 옵티마의 효율을 극대화시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 일실시 예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스트링 옵티마에 대한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예예 따른 통합 제어부에 대한 개략적인 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 성능 개선 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마가 병렬 연결된 모습을 나타낸 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(100), 스트링 옵티마(210)를 포함하는 접속반(200), 인버터(300), 전력계통(400), 및 모니터링 시스템(500)을 포함할 수 있다.
태양전지 어레이(100)는 다수의 태양 전지 모듈(111)로 구성된 다수의 태양전지 스트링들(110)을 포함한다.
접속반(200)은 태양전지 어레이(100)와 인버터(300) 사이에 연결되며, 접속반(200)에 포함된 스트링 옵티마(210)는 태양전지 스트링(110)의 출력단과 인버터 사이에 연결되어, 태양전지 스트링(110)별 발전전력을 부스팅한 후, 균등전압을 출력하되, 태양전지 스트링(110)들 각각의 전류값을 이용하여 스트링 단위로 상기 균등전압을 추종하도록 한다.
이를 위해, 접속반(200) 내에는 다수의 스트링 옵티마(210), 다수의 전류 센서(220), 최대전류값 검출부(230), 및 통합 제어부(240)를 포함할 수 있다.
다수의 스트링 옵티마(210)들은 다수의 태양전지 스트링(110)들 각각에 대응되어, 대응된 태양전지 발전전력을 부스팅함으로써, 태양전지 스트링(110) 단위로 최대 전력점 추종(MPPT)을 수행할 수 있도록 한다. 이러한 스트링 옵티마(210)에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술할 것이다.
전류센서(220)는 스트링 옵티마(210)들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 스트링 옵티마(210)의 출력으로부터 전류값을 측정하고, 상기 측정된 전류값(이하, 측정 전류값이라 칭함)을 스트링 옵티마(210)로 피드백한다. 이 때, 전류센서(220)는 상기 측정된 전류값을 전압으로 출력하되, 도 2에 예시된 바와 같이, 스트링 옵티마(210)의 출력단에 연결되어, 대응된 스트링 옵티마(210)의 출력으로부터 전류값을 측정하거나, 스트링 옵티마(210) 내부에 구비될 수 있다.
최대전류값 검출부(230)는 다수의 태양전지 스트링(110)들 각각의 출력으로부터 측정된 전류값들을 입력으로 받고, 상기 입력된 전류값들과 상기 측정 전류값을 비교하여 최대 전류값을 검출한다. 이를 위해, 최대전류값 검출부(230)는 상기 입력된 전류값들 및 측정 전류값을 OR개념으로 연결하여, 최대 전류값만을 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어, 최대전류값 검출부(230)는 각각의 태양전지 스트링(110) 별로 캐소드(cathode)와 애노드(anode)가 형성되도록 다이오드를 연결하여, 높은 전압만 출력되도록 구성할 수 있다.
통합 제어부(240)는 다수의 스트링 옵티마(210)들과 통신망(예컨대, 유/무선 통신망)으로 연결되어, 다수의 스트링 옵티마(210)들의 동작을 통합 관리한다. 이러한 통합 제어부(240)에 대한 보다 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술할 것이다.
인버터(300)는 상기 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각에서 출력되는 균등전압으로부터 최대 전력점을 자동으로 추적하고, 그 결과를 AC 전력으로 변환하여 전력 계통(400)으로 연계한다.
모니터링 시스템(500)은 외부 망(예컨대, 유/무선 인터넷 망 등)을 통해 태양광 발전 시스템과 통신하고, 원격지에서 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링하거나, 태양광 발전 시스템의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 시스템(500)은 외부 망을 통해 다수의 태양광 발전 시스템들과 통신을 수행하고, 각 태양광 발전 시스템별 동작 상태, 및 해당 태양광 발전 시스템이 구축된 지역별 환경 상태(예컨대, 일사량, 온도, 습도 등)를 고려하여, 지역별로 태양광 발전 시스템의 발전 전력량 등을 제어할 수 있다.
특히, 모니터링 시스템(500)은 통합 제어부(230)와 통신을 수행하여, 태양전지 스트링(110)들 각각의 출력 효율을 모니터링하고, 그 출력이 상대적으로 낮은 태양전지 스트링(110) 출력에 대하여 부스팅을 수행하도록 대응된 스트링 옵티마(210)의 동작을 제어할 수 있다.
이 때, 모니터링 시스템(500)은 무선망(예컨대, WiFi 망 등)을 통해, 관리자의 휴대 단말장치(예컨대, 스마트 폰 등)(600)와 통신하며, 태양광 발전 시스템의 모니터링 정보 및 제어 정보를 휴대 단말장치(600)로 전송하거나, 휴대 단말장치(600)를 통해 전달된 관리자의 선택 정보에 의거하여 대응된 태양광 발전 시스템을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스트링 옵티마에 대한 개략적인 블록도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 스트링 옵티마(210)는 입력 처리부(211), 부스터부(212), 출력 처리부(213), 메인 컨트롤러 장치(MCU) (214), 통신 I/F(215), 전류센서(216), 및 최대전류값 검출부(217)를 포함한다.
입력 처리부(211)는 태양전지 스트링(110)에서 출력되는 발전전력을 입력받는다.
부스터부(212)는 입력 처리부(211)를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력한다. 이를 위해, 부스터부(212)는 메인 컨트롤러 장치(MCU) (214)의 제어를 받을 수 있으며, 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 대응된 태양전지 스트링(110)에서 출력되는 발전전력의 전류값을 주변의 다른 태양전지 스트링(110)에서 출력되는 발전전력의 전류값과 비교하여 부스팅 여부를 결정한 후, 부스터부(212)를 제어할 수 있다.
출력 처리부(213)는 부스터부(212)의 출력을 뒷단으로 출력할 수 있다. 즉, 출력 처리부(213)은 부스터부(212)의 출력을 인버터(300) 측으로 전달할 수 있다.
메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 스트링 옵티마(210)의 동작을 제어하기 위해 미리 설정된 처리 알고리즘에 의거하여 동작한다. 특히, 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 스트링 단위의 최대 전력점 추종(MPPT)를 제어한다. 이를 위해, 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 입력 처리부(211)를 통해 입력된 발전 전력으로부터 대응된 태양전지 스트링(110)의 출력 전압 및 전류를 측정하고, 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압이 상기 균등 전압을 추종하도록 부스터부(212)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 전류센서(216)(또는, 도 2의 전류센서(220))로부터 측정된 전류값(이하, ‘측정 전류값’이라 칭함)과, 최대전류값 검출부(217)에서 검출된 최대전류값을 전달받아, 상기 측정 전류값 및 상기 최대 전류값에 의거하여 부스터부(212)의 동작을 제어하여 MPPT할 수 있다. 이 때, 최대전류값 검출부(217)는, 도 2를 참조한 설명에서 언급한 최대전류값 검출부(230)와 같이, 다수의 태양전지 스트링(110)들 각각의 출력으로부터 측정된 전류값들(A)을 입력으로를 받고, 상기 입력된 전류값들과 상기 측정 전류값을 비교하여 최대 전류값을 검출한다. 이를 위해, 최대전류값 검출부(230)는 상기 입력된 전류값들 및 측정 전류값을 OR개념으로 연결하여, 최대 전류값만을 출력하도록 할 수 있다. 예를 들어, 최대전류값 검출부(230)는 각각의 태양전지 스트링(110) 별로 캐소드(cathode)와 애노드(anode)가 형성되도록 다이오드를 연결하여, 높은 전압만 출력되도록 구성할 수 있다.
상기 측정 전류값과, 최대 전류값을 전달받은 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 상기 측정 전류값과 상기 최대 전류값을 비교하고, 상기 두 값의 차이가 미리 설정된 기준값(예컨대, 0.5A) 이상인 경우 대응된 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 부스터부(212)를 제어하여 MPPT한다.
통신 I/F(215)는 접속반(200)에 포함된 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각이 필요한 정보를 서로 공유할 수 있도록, 상호간에 통신을 위한 통신 인터페이스를 제공한다. 즉, 통신 I/F(215)는 서로 다른 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결된 다른 스트링 옵티마(210)들 상호간에 통신을 위한 인터페이스를 제공한다. 다시 말해, 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각의 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 통신 I/F(215)를 통해 대응된 태양전지 스트링(110)의 출력으로부터 감지된 전류값들을 상호 공유할 수 있고, 메인 컨트롤러 장치(MCU)(214)는 그 값들의 비교 결과에 의거하여 부스터부(212)의 부스팅 여부를 결정할 수 있게 된다.
예를 들어, 태양전지 어레이에 제1 내지 제n 태양전지 스트링들이 포함되고, 상기 제1 내지 제n 태양전지 스트링들 각각에 제1 내지 제n 스트링 옵티마들이 연결된 경우, 상기 제1 내지 제n 스트링 옵티마들 각각의 MCU들(즉, 제1 내지 제n MCU들)은 통신 I/F를 통해, 대응된 제1 내지 제n 태양전지 스트링들의 출력으로부터 감지된 제1 내지 제n 전류값들을 상호 공유하고, 상기 상호 공유한 전류값들에 의거하여 부스팅 여부를 결정할 수 있다.
이 때, 상기 제1 내지 제n 전류값들은 가장 큰 전류값에 해당하는 전압만 출력되도록 OR 개념으로 연결되어 있어, 제1 내지 제n 태양전지 스트링 각각의 출력에 대한 전류의 전압 중 가장 큰 전압을 각 MCU들이 공유하고, 상기 최대값을 기준으로 부스팅 여부를 결정하거나, 각각의 전류값들의 비교에 의해 부스팅 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 MCU는 다른 MCU들(즉, 제2 내지 제n MCU)과 상호 공유한 최대 전류값에 대한 전압값과 자신의 전류값인 제1 전류값에 대한 전압을 비교하여, 대응된 태양전지 스트링(즉, 제1 태양전지 스트링)의 출력으로부터 감지된 전류값(즉, 제1 전류값)에 대한 전압이 상기 최대 전류값에 대한 전압보다 작되, 그 차이가 미리 설정된 기준값(예컨대, 0.5A)을 초과하는 경우 대응된 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 제어할 수 있다.
또는, 제1 MCU는 대응된 제1 태양전지 스트링의 출력으로부터 감지된 제1 전류값이 제1 태양전지 스트링을 제외한 다른 태양전지 스트링들(즉, 제2 내지 제n 태양전지 스트링들) 각각에 연결된 스트링 옵티마들(즉, 제2 내지 제n 스트링 옵티마들) 각각에서 감지한 전류값들(즉, 제2 내지 제n 전류값들) 보다 소정값 이상 낮은 경우 제1 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 제어할 수 있다.
또는, 제1 MCU는 상기 제1 전류값이 상기 모든 스트링 옵티마들(즉, 제1 내지 제n 스트링 옵티마들) 각각에서 감지한 전류값들(즉, 제1 내지 제n 전류값들)의 평균값 보다 소정값 이상 낮은 경우 제1 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 제어할 수 있다.
또는, 제1 MCU는 상기 제1 전류값이 상기 모든 스트링 옵티마들(즉, 제1 내지 제n 스트링 옵티마들) 각각에서 감지한 전류값들(즉, 제1 내지 제n 전류값들) 중 최소값인 경우 제1 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 예시된 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 스트링 옵티마는 상기 제1 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하여 출력하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예예 따른 통합 제어부에 대한 개략적인 블록도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 통합 제어부(240)는 내부 통신 내부통신 인터페이스부(I/F)(241), 저장부(242), 외부망 통신 인터페이스부(I/F)(243), 및 제어부(244)를 포함한다.
내부 통신 내부통신 인터페이스부(I/F)(241)는 접속반(200) 내부 장치들간의 통신 인터페이스를 제공한다. 특히, 내부 통신 내부통신 인터페이스부(I/F)(241)는 다수의 스트링 옵티마(210)들과의 통신 인터페이스를 제공하여, 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각의 상태 정보를 수신하되, 스트링 옵티마(210)들 각각이 대응된 태양전지 스트링의 출력으로부터 감지된 전류값을 수신할 수 있다.
저장부(242)는 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각의 동작을 통합 관리하기 위해 미리 설정된 제어 알고리즘, 및 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각으로부터 수신된 데이터들을 저장하되, 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각으로부터 수신된 실시간 측정 전류값을 저장할 수 있다.
외부망 통신 인터페이스부(I/F)(243)는 외부망(예컨대, WiFi 등)과의 인터페이스를 제공하되, 외부망으로 연결된 모니터링 시스템(500)과 통합 제어부(240) 사이의 통신 인터페이스를 제공한다. 특히, 외부망 통신 인터페이스부(I/F)(243)는 내부 통신 인터페이스부(I/F)(241)를 통해 수신된 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각의 상태정보를 모니터링 시스템(500)으로 전달하고, 모니터링 시스템(500)으로부터 다수의 스트링 옵티마(210)들의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 수신하여 제어부(244)로 전달할 수 있다.
제어부(244)는 저장부(242)에 저장된 정보에 의거하여, 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각의 동작을 제어하되, 특히, 스트링 옵티마(210)들 각각의 부스팅 또는 최대 전력점 추종을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(244)는 다수의 스트링 옵티마(210)들 각각으로부터 수신된 실시간 측정 전류값들의 비교 결과에 의거하여 태양전지 스트링들 각각의 발전 효율을 예측하고, 그 결과에 의거하여 상기 스트링 옵티마들 각각의 부스팅 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 접속반(200)에 n개의 스트링 옵티마(210)들이 포함된 경우, 제어부(244)는 n개의 스트링 옵티마(210)들 각각으로부터 실시간 측정 전류값을 수신하고, 그 수신된 값들을 비교하여 태양전지 스트링 각각의 발전 효율을 예측하되, 상기 실시간 측정 전류값들 전체의 평균값 보다 소정 값 이상 낮은 전류값이 측정되는 태양전지 스트링, 또는 상기 실시간 측정 전류값이 전체 실시간 측정 전류값들 중 최소인 태양전지 스트링의 발전 효율이 낮은 것으로 예측하고, 발전 효율이 낮은 태양전지 스트링의 출력을 부스팅하도록 하는 제어할 수 있다. 즉, 제어부(244)는 상기 제어를 위한 제어신호를 생성하여 내부 통신 인터페이스부(I/F)(241)를 통해 대응된 스트링 옵티마(210)로 전송할 수 있다.
또한, 제어부(244)는 외부망 통신 인터페이스부(I/F)(243)를 통해, 모니터링 시스템(500)으로부터 전달된 원격 제어신호를 수신하고, 상기 원격 제어신호에 의거하여 스트링 옵티마(210)들 각각의 동작을 제어할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 태양광 발전 시스템은, 지역별 태양광 발전 시스템들의 동작을 원격지에서 모니터링하는 모니터링 시스템(500)의 제어를 받을 수 있음으로써, 지역간 전력 불균형을 해소할 수 있는 특징이 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 성능 개선 효과를 설명하기 위한 그래프로서, 스트링별 전압이 다른 경우 태양광 발전 시스템의 PV 그래프를 예시하되, 도 5는 스트링별 전압을 이용한 균등전압 추종 결과를 설명하기 위한 PV 그래프이고, 도 6은 스트링 단위의 MPPT를 설명하기 위한 PV 그래프이다.
도 5를 참조하면, 최대전압(Vmp)이 696V이고, 개방전압(Voc)이 848V인 태양전지 스트링(스트링 #1)과, 최대전압(Vmp)이 566V이고, 개방전압(Voc)이 689V인 태양전지 스트링(스트링 #2)이 병렬로 연결된 경우, 인버터는 848V에서 MPPT로 전압을 스캐닝하되, 요구 전류를 올리면서 전압을 낮춤으로써, MPPT 제어를 한다. 이 때, 인버터는 스트링 #1의 최대전압(Vmp)인 696V를 최대 전력점(MPP)으로 판단하게 되고, 스트링 #2의 개방전압(Voc)까지 출력전압이 도달하지 않아 스트링 #2의 출력이 발생하지 않게 된다. 즉, 종래의 경우, 도 5에 예시된 바와 같이, 스트링별 전압이 다른 스트링 #1과 스트링 #2이 병렬로 연결되고, 스트링 #1과 스트링 #2의 최대전압(Vmp)이 130V 이상 차이가 날 경우, 스트링 #1의 최대점인 696mV 근처에서 인버터가 발전하고, 스트링 #2는 발전하지 않는다.
한편, 도 6을 참조하면, 최대전압(Vmp)이 696V이고, 개방전압(Voc)이 848V인 태양전지 스트링(스트링 #1)과, 최대전압(Vmp)이 620V이고, 개방전압(Voc)이 755V인 태양전지 스트링(스트링 #2)이 병렬로 연결된 경우, 도 5의 예에서와 같이, 인버터는 848V에서 MPPT로 전압을 스캐닝하되, 요구 전류를 올리면서 전압을 낮춤으로써, MPPT 제어를 하고, 이로 인해, 인버터는 스트링 #1의 최대전압(Vmp)인 696V를 최대 전력점(MPP)으로 판단하게 된다. 하지만, 도 6의 예에서, 스트링 #2는 출력전압이 스트링 #1 보다 낮지만, 스트링 #1의 전류가 10A인 최대전압(Vmp) 지점에서, 스트링 #2에는 대략 4A의 전류가 흐른다. 따라서, 스트링 #2의 스트링에 대한 MPPT 출력을 보내 줌으로써, 스트링 #2에서도 Vmp로 최대 발전을 할 수 있도록 한다. 즉, 도 6과 같이 출력전압이 서로 다른 스트링 #1과 스트링 #2를 병렬 연결하여 스트링 #1의 최대점인 Vmp 696V 부근에서 인버터가 발전할 경우, 본 발명을 적용하면, 스트링 #1 뿐만 아니라, 스트링 #2도 최대전압 620V(Vmp)에서 부스팅하여 696V로 발전함으로써, 최대 전력을 추종할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 각각의 출력에 대한 전류값을 이용하여 스트링 단위의 균등 전압을 추종하도록 하되, 태양전지 스트링별로 연결된 스트링 옵티마들 간에 OR 개념으로 연결된 연결라인, 또는 통신을 통해 서로의 전류값을 상호 공유하고, 출력효율이 떨어지는 스트링의 출력을 부스팅하도록 함으로써, 도 6에 예시된 바와 같이 모든 스트링들이 발전에 참여할 수 있게 되는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명은 태양전지 어레이의 스트링별 전류값을 이용하여 스트링 단위로 균등전압을 추종하도록 함으로써, 일출, 일몰, 구름, 빙설 등과 같은 환경 요소에 따른 태양 전지의 출력 불균형을 해소하고, 최대 일사량 상태에서의 태양전지의 출력을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 특징이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마가 병렬 연결된 모습을 나타낸 구성도이다.
도 7 및 도 8은 참조하면, 본 발명에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마는 인버터(미도시)에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 추종 전압을 요청하면, 각각의 스트링 옵티마의 출력 전압이, 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압 이상이면 바이패스시키고, 최대 출력 전압 미만이면 출력 전압을 부스팅하여 상기 스트링 옵티마의 최대 출력 전압과 동일한 균등 전압을 출력한다.
스트링 옵티마는 도 7에 도시된 바와 같이 역류 방지 다이오드(D)와, 부스터부(1)와, 스위치부(3)와, 비교부(5)와, 판단부(7) 및 발진부(9)로 구성된다.
역류 방지 다이오드(D)는 입력 전압(PVin) 입력단(PVin+)과 출력 전압(PVout) 출력단(PVout+) 사이에 설치된다.
부스터부(1)는 입력 전압(PVin) 입력단(PVin+)과 역류 방지 다이오드(D) 사이에 설치되어 입력 전압(PVin)을 부스팅시키거나 바이패스시키는 데, 발진부(9)로부터 공급되는 PWM 펄스에 기초하여 입력 전압(PVin)을 부스팅시켜 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압과 동일한 균등 전압을 출력한다.
스위치부(3)는 부스터부(1)와 하기에서 설명할 발진부(9) 사이를 온오프시킨다. 이때, 스위치부(3)는 FET, IGBT, SCR와 같은 전력 스위칭 소자이다.
비교부(5)는 부스터부(1)로 입력되는 입력 전압(PVin)과 상기 역류 방지 다이오드의 출력단의 출력 전압(PVout)을 비교하여 스위치부(3)를 온오프시키는 데, 부스터부(1)로 입력되는 입력 전압(PVin)이 역류 방지 다이오드(D)의 출력단의 출력 전압(PVout)보다 높으면 스위치부(3)를 오프시키고, 부스터부(1)로 입력되는 입력 전압(PVin+)이 역류 방지 다이오드(D)의 출력단의 출력 전압(PVout-)보다 낮으면 스위치부(3)를 온시킨다.
판단부(7)는 부스터부(1)의 출력 전압(PVout+)과 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압값을 비교하여 부스터부(1)의 출력 전압(PVout+)이 낮으면 부스팅 출력을 결정하고, 이에 따른 PWM 제어 신호를 발진부(9)에서 출력한다.
발진부(9)는 판단부(7)의 PWM 제어 신호에 따라 PWM 펄스를 발생시켜 스위치부(3)를 통해 부스터부(1)로 출력한다.
이하, 본 발명에 따른 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
인버터(미도시)에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 추종 전압, 예를 들어 700V를 요청한다.
그러면, 비교부(5)는 부스터부(1)로 입력되는 입력 전압(PVin+)과 역류 방지 다이오드(D)의 출력단의 출력 전압(PVout+)을 비교한다.
이때, 역류 방지 다이오드(D)의 출력단에는 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압이 걸리게 되어 비교부(5)에서 이를 통해 비교한다.
즉, 입력 전압(PVin+)이 700V이고, 역류 방지 다이오드(D)의 출력단에 걸리는 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압(PVout+)이 700V인 경우 비교부(5)는 스위치부(3)를 오프시켜 부스터부(1)로 입력된 입력 전압(PVin+)을 그대로 바이패스시켜 출력한다.
그리고, 판단부(7)는 비교부(5)에서 스위치부(3)를 오프시키면 발진부(9)를 오프시킨다.
반대로, 입력 전압(PVin+)이 600V이고, 역류 방지 다이오드(D)의 출력단에 걸리는 출력 전압(PVout+)이 700V인 경우 비교부(5)는 100V의 차이에 따라 부스팅을 결정하여 스위치부(3)를 온시킨다.
이와 동시에 판단부(7)는 100V의 차이만큼 부스팅 출력을 결정하고, 이에 따른 PWM 제어 신호를 출력한다.
그러면, 발진부(9)에 판단부(7)의 PWM 제어 신호가 인가되어 PWM 펄스를 발생시키고, PWM 펄스를 스위치부(3)를 통해 부스터부(1)로 출력하면 부스터부(1)에서 100V의 차이만큼 입력 전압(PVin+)을 부스팅시켜 700V를 출력한다.
이로 인해 역류 방지 다이오드(D)의 출력단을 통해 700V의 전압이 출력되고, 이는 이웃하는 스트링 옵티마의 출력 전압인 700V와 동일하게 되어 결국 이웃하는 스트링 옵티마의 출력 전압과 동일한 최적 균등 전압을 출력한다.
따라서, 본 발명은 스트링 옵티마에서 최적 균등 전압을 출력하기 때문에 스트링 옵티마의 효율을 극대화시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
태양광 발전 시스템에 적용할 수 있음.

Claims (16)

  1. 태양광 발전 시스템을 구성하는 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력단과 인버터 사이에 연결되어, 균등전압을 출력하는 스트링 옵티마에 있어서,
    임의의 제1 태양전지 스트링으로부터 발전전력을 입력받는 입력 처리부;
    상기 입력 처리부를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력하는 부스터부;
    상기 부스터부의 출력을 뒷단으로 출력하는 출력 처리부; 및
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압이 상기 균등 전압을 추종하도록 상기 부스터부의 동작을 제어하는 스트링 단위의 최대 전력점 추종(MPPT)을 수행하는 메인 컨트롤러 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트링 옵티마.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트링 옵티마는
    상기 출력 처리부의 출력으로부터 전류값을 측정하는 전류센서; 및
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 측정된 전류값들을 입력으로 받고, 상기 입력된 전류값들과 상기 전류센서에서 측정한 전류값(이하, 측정 전류값이라 칭함)을 비교하여 최대 전류값을 검출하는 최대전류값 검출부를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 최대 전류값과 상기 측정 전류값에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스트링 옵티마.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 측정 전류값과 상기 최대 전류값을 비교하고,
    상기 두 값의 차이가 미리 설정된 기준값 이상인 경우 상기 측정 전류값을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 스트링 옵티마.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스트링 옵티마는
    서로 다른 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결된 다른 스트링 옵티마들과 통신을 위한 인터페이스를 제공하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 통신부를 통해, 상기 스트링 옵티마에 대응된 태양전지 스트링의 출력으로부터 측정된 측정 전류값을, 상기 다른 스트링 옵티마들과 공유하고, 상기 스트링 옵티마에 대응된 태양전지 스트링의 출력으로부터 측정된 측정 전류값과, 상기 다른 스트링 옵티마들로부터 수신된 측정 전류값들의 비교 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 스트링 옵티마.
  5. 태양광 발전 시스템에 있어서,
    다수의 태양전지 모듈로 구성된 다수의 태양전지 스트링들;
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결되어 대응된 태양전지 스트링의 출력이 상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압을 균등 전압으로 추종하도록 상기 태양전지 스트링 단위로 최대 전력점 추종(MPPT)을 수행하는 다수의 스트링 옵티마들; 및
    상기 다수의 스트링 옵티마들 각각에서 출력되는 균등전압으로부터 최대전력점을 자동으로 추적하고, 그 결과를 AC 전력으로 변환하여 계통에 연계하는 인버터를 포함하되,
    상기 스트링 옵티마는
    임의의 제1 태양전지 스트링으로부터 발전전력을 입력받는 입력 처리부;
    상기 입력 처리부를 통해 입력된 발전전력을 부스팅하거나 바이패스하여 출력하는 부스터부;
    상기 부스터부의 출력을 뒷단으로 출력하는 출력 처리부; 및
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 감지된 전류값들 중 최대 전류값에 대응한 전압이 상기 균등 전압을 추종하도록 상기 부스터부의 동작을 제어하는 스트링 단위의 최대 전력점 추종(MPPT)을 수행하는 메인 컨트롤러 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스트링 옵티마는
    상기 출력 처리부의 출력으로부터 전류값을 측정하는 전류센서; 및
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 측정된 전류값들을 입력으로 받고, 상기 입력된 전류값들과 상기 전류센서에서 측정한 전류값(이하, 측정 전류값이라 칭함)을 비교하여 최대 전류값을 검출하는 최대전류값 검출부를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 최대 전류값과 상기 측정 전류값에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 태양광 발전 시스템은
    상기 스트링 옵티마들 각각의 출력단에 연결되어, 대응된 스트링 옵티마의 출력으로부터 전류값을 측정하고, 상기 측정된 전류값(이하, 측정 전류값이라 칭함)을 상기 스트링 옵티마로 피드백하는 전류 센서; 및
    상기 다수의 태양전지 스트링들 각각의 출력으로부터 측정된 전류값들을 입력으로 받고, 상기 입력된 전류값들과 상기 측정 전류값을 비교하여 최대 전류값을 검출하는 최대전류값 검출부를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 최대 전류값과 상기 측정 전류값에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 측정 전류값과 상기 최대 전류값을 비교하고,
    상기 두 값의 차이가 미리 설정된 기준값 이상인 경우 상기 측정 전류값을 부스팅하도록 상기 부스터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 스트링 옵티마는
    서로 다른 태양전지 스트링들 각각의 출력단에 연결된 다른 스트링 옵티마들과 통신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러 장치는
    상기 통신부를 통해, 상기 스트링 옵티마에 대응된 태양전지 스트링의 출력으로부터 측정된 측정 전류값을, 상기 다른 스트링 옵티마들과 공유하고, 상기 스트링 옵티마에 대응된 태양전지 스트링의 출력으로부터 측정된 측정 전류값과, 상기 다른 스트링 옵티마들로부터 수신된 측정 전류값들의 비교 결과에 의거하여 상기 부스터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 태양광 발전 시스템은
    상기 다수의 스트링 옵티마들과 통신망으로 연결되어, 상기 다수의 스트링 옵티마들의 동작을 통합 관리하는 통합 제어부를 더 포함하고,
    상기 통합 제어부는
    상기 다수의 스트링 옵티마들과의 통신 인터페이스를 제공하고, 상기 다수의 스트링 옵티마들 각각의 상태 정보를 수신하는 내부 통신 인터페이스부;
    상기 다수의 스트링 옵티마들 각각의 동작을 통합 관리하기 위해 미리 설정된 제어 알고리즘, 및 상기 다수의 스트링 옵티마들 각각으로부터 수신된 데이터들을 저장하되, 상기 다수의 스트링 옵티마들 각각으로부터 수신된 실시간 측정 전류값을 저장하는 저장부; 및
    상기 저장부에 저장된 정보에 의거하여, 상기 스트링 옵티마들 각각의 부스팅 또는 최대 전력점 추종을 제어하되, 상기 실시간 측정 전류값들의 비교 결과에 의거하여 상기 스트링 옵티마들 각각의 부스팅 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 태양광 발전 시스템은
    외부 망을 통해 원격지에서 상기 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링하고, 상기 태양광 발전 시스템의 동작을 제어하는 모니터링 시스템을 더 포함하고,
    상기 통합 제어부는
    상기 모니터링 시스템과 통신하는 외부망 통신 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 외부망 통신 인터페이스부는
    상기 내부 통신 인터페이스부를 통해 수신된 상기 다수의 스트링 옵티마들 각각의 상태정보를 상기 모니터링 시스템으로 전달하고, 상기 모니터링 시스템으로부터 상기 다수의 스트링 옵티마들의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 수신하여 상기 제어부로 전달하고,
    상기 제어부는
    상기 제어신호에 의거하여 상기 스트링 옵티마들 각각의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  13. 복수의 태양전지 모듈과 복수의 태양전지 스트링으로 이루어지는 태양전지 어레이와, 복수의 스트링 옵티마가 구비되는 접속반 및 최대 전력점(MPP)을 자동으로 추적하는 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에 사용되는 상기 스트링 옵티마로서,
    각각의 상기 스트링 옵티마는,
    상기 인버터에서 MPPT 제어를 위해 MPP 추종에 따른 추종 전압을 요청하면, 각각의 스트링 옵티마의 출력 전압이, 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력 전압 중 최대 출력 전압 이상이면 바이패스시키고, 최대 출력 전압 미만이면 출력 전압을 부스팅하여 상기 스트링 옵티마의 최대 출력 전압과 동일한 균등 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스트링 옵티마는,
    입력 전압(PVin) 입력단과 출력 전압(PVout) 출력단 사이에 설치되는 역류 방지 다이오드와;
    상기 입력 전압(PVin) 입력단과 상기 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 입력 전압(PVin)을 부스팅시키거나 바이패스시키는 부스터부와;
    상기 부스터부와 발진부 사이를 온오프시키는 스위치부와;
    상기 부스터부로 입력되는 입력 전압(PVin)과 상기 역류 방지 다이오드의 출력단의 출력 전압(PVout)을 비교하여 상기 스위치부를 온오프시키는 비교부와;
    상기 부스터부의 출력 전압(PVout)과 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압을 비교하여 상기 부스터부의 출력 전압이 낮으면 부스팅 출력을 결정하고, 이에 따른 PWM 제어 신호를 출력하는 판단부; 및
    상기 판단부의 PWM 제어 신호에 따라 PWM 펄스를 발생시켜 상기 스위치부를 통해 상기 부스터부로 출력하는 발진부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 부스터부는,
    상기 발진부로부터 공급되는 PWM 펄스에 기초하여 입력 전압(PVin)을 부스팅시켜 병렬 연결되는 복수의 스트링 옵티마의 출력전압 중 최대 출력 전압과 동일한 균등 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 부스터부로 입력되는 입력 전압(PVin)이 상기 역류 방지 다이오드의 출력단의 출력 전압(PVout)보다 높으면 상기 스위치부를 오프시켜, 상기 스위치부로 입력되는 입력 전압(PVin)이 상기 역류 방지 다이오드의 출력단의 출력 전압(PVout)보다 낮으면 상기 스위치부를 온시키는 것을 특징으로 하는 균등 전압 출력이 가능한 스트링 옵티마.
PCT/KR2021/019882 2020-12-31 2021-12-24 스트링 단위로 균등 전압을 추종하는 스트링 옵티마, 및 이를 적용한 태양광 발전 시스템 WO2022145907A1 (ko)

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