KR100309556B1

KR100309556B1 - 태양전지최대출력발생장치

Info

Publication number: KR100309556B1
Application number: KR1019980041735A
Authority: KR
Inventors: 구자춘; 이임평; 정성인; 김현구; 성단근; 최순달
Original assignee: 윤덕용; 한국과학기술원
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2001-12-17
Also published as: KR20000024930A

Abstract

본 발명은 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 장치에 관한 것이며, 특히, 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 전압이 온도에 따라 선형적으로 변함에 따라 태양전지의 온도에 따른 태양전지의 출력 전압을 조정함으로써 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 태양전지 최대 출력 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 태양전지 어레이 및 상기 태양전지 어레이로부터 전류 및 전압을 입력받아 최대 전력을 생성하여 출력하기 위한 전력 조정기를 구비하고 있는 태양전지 최대 출력 발생 장치에 있어서, 상기 태양전지 어레이의 온도를 감지하기 위한 온도 감지기와, 상기 온도 감지기에 의해 감지된 온도치에 대응하는 전압치를 결정하는 온도 보상기 및, 상기 전압치에 따른 출력 전압 제어 신호를 상기 전력조정기로 출력하는 최적 전압 설정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생 장치가 제공된다.

Description

태양전지 최대 출력 발생 장치

본 발명은 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 장치에 관한 것이며, 특히, 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 전압이 온도에 따라 선형적으로 변함에 따라 태양전지의 온도에 따른 태양전지의 출력 전압을 조정함으로써 태양전지의 최대 출력을 발생시키기 위한 태양전지 최대 출력 발생 장치에 관한 것이다.

태양전지는 지상 발전 및 인공위성 등의 우주용 발전에 이용되는데, 발전의 효율을 증가시키기 위해서는 태양전지의 출력 전압이 최대 출력 전압에 설정되도록 하는 것이 중요하다.

종래기술에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치는 제 1 도에 도시된 바와 같이 전력 발생부(110) 및 최대 출력 발생 제어부(120)를 구비하고 있다.

그리고, 전력 발생부(110)는 태양전지 어레이(111), 전력 조정기(112) 및 부하(113)를 구비하고 있으며, 최대 출력 발생 제어부(120)는 전압 감지기(121), 전류 감지기(122), 전력 검출기(123), 전력 비교기(124), 최적 전력 판단기(125) 및 최적 전압 설정기(126)를 구비하고 있다.

이제, 종래기술에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전압 감지기(121)와 전류 감지기(122)에서 태양전지 어레이(111)의 출력 전류 및 전압을 측정하여 전력 검출기(123)로 출력하면, 전력 검출기(123)는 출력 전력을 검출하여 전력 비교기(124)로 출력한다.

그리고, 전력 비교기(124)는 검출된 전력과 이전에 발생한 전력을 비교하여, 비교 결과를 최적 전력 판단기(125)로 출력한다.

그러면, 최적 전력 판단기(125)에서는 비교 결과에 따라 최대 전력인지를 판단하여, 판단 결과를 최적 전압 설정기(126)로 출력하며, 판단 결과를 입력받은 최적 전압 설정기(126)는 최대 출력 발생 제어신호를 전력 조정기(112)로 출력하여 최대 출력이 발생되도록 한다.

그러나, 상기 종래기술에 따른 태양전지의 최대 출력 발생 장치는 전력 검출기(123), 최적 전력 판단기(125)를 구현하기 위한 복잡한 전자 회로를 포함해야 하기 때문에 고도의 신뢰성이 요구되는 우주용 전력 시스템이나 저가의 개발 비용이 요구되는 지상용 태양 전지를 이용한 발전 시스템에 적용하기에는 적합하지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지의 최대 출력 생성 전압이 온도에 따라 선형적으로 변함에 따라 저가의 신호 다이오드를 사용하여 태양 전지의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 태양 전지의 최대 출력을 발생시킬 수 있는 전압을 설정할 수 있는 태양전지 최대 출력 발생 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 태양전지 최대 출력 발생 장치의 일예시도이고,

도 2는 본 발명에 이용되는 태양전지의 온도에 따른 특성을 나타낸 그래프이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치의 구성을 나타낸 블록도이고,

도 4는 도 3에 도시된 최대 출력 발생 제어부의 상세 회로도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

110 : 전력 발생부 111 : 태양전지 어레이

112 : 전력 조정기 113 : 부하

300 : 최대 출력 발생 제어부

310 : 온도 감지기 311~31n : 다이오드

320 : 온도 보상기

321, 322, 323, 324, 332, 333, 334 : 저항

330 : 최적 전압 설정기 331 : 비교기

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 태양전지 어레이 및 상기 태양전지 어레이로부터 전류 및 전압을 입력받아 최대 전력을 생성하여 출력하기 위한 전력조정기를 구비하고 있는 태양전지 최대 출력 발생 장치에 있어서, 상기 태양전지 어레이의 온도를 감지하기 위한 온도 감지기와, 상기 온도감지기에 의해 감지된 온도치에 대응하는 전압치를 결정하는 온도 보상기 및, 상기 전압치에 따른 출력 전압 제어 신호를 상기 전력 조정기로 출력하는 최적 전압 설정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생 장치가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 2는 본 발명에 이용되는 태양전지의 온도에 따른 특성을 나타낸 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 태양전지의 온도에 따른 특성은, 낮은 온도에서는 낮은 레벨의 전류에 높은 레벨의 전압을 출력하는 것이 가능하고, 높은 온도에서는 높은 레벨의 전류에 낮은 레벨의 전압을 출력하는 것이 가능함을 알 수 있다.

즉, 태양전지는 온도가 상승함에 따라 높은 레벨의 전류를 일정한 전압 영역안에서 출력이 가능함을 알 수 있고, 태양전지의 온도가 떨어짐에 따라 낮은 레벨의 전류를 일정한 전압 영역에서 출력이 가능함을 알 수 있다.

따라서, 태양전지의 최대 출력을 발생하기 위해서는 태양전지 어레이의 온도가 상승함에 따라 출력 전압을 낮추어 줄 필요가 있으며, 태양전지 어레이의 온도가 낮아짐에 따라 출력 전압을 높여줄 필요가 있음을 알 수 있다.

즉, 온도의 변화에 따른 최대 출력 전압을 조정할 필요가 있다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치는, 전력 발생부(110) 및 최대 출력 발생 제어부(300)를 구비하고 있다.

그리고, 전력 발생부(110)는 태양전지 어레이(111), 전력 조정기(112) 및 부하(113)를 구비하고 있으며, 최대 출력 발생 제어부(300)는 온도 감지기(310), 온도 보상기(320) 및 최적 전압 설정기(330)를 구비하고 있다.

이제, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 최대 출력 발생 장치의 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 최대 출력 발생 제어부(300)의 온도 감지기(310)는 태양전지 어레이(111)의 태양전지 셀과 전기적으로 절연되게 부착되어 태양전지 어레이(111)의 온도를 감지하여, 온도 감지값을 온도 보상기(320)로 출력한다.

그러면, 온도 감지값을 입력받은 온도 보상기(320)는 입력받은 온도 감지값에 대응하는 전압치를 결정하여 최적 전압 설정기(330)로 출력하며, 온도 감지값에 대응하는 전압치를 입력받은 최적 전압 설정기(330)는 현재 태양전지 에레이(111)의 출력 전압과 태양전지 어레이(111)의 변화된 온도에 따라 요구되는 최적 출력 전압을 비교하여, 비교 결과에 따른 최대 전력 제어 신호를 전력 조정기(112)로 출력한다.

그리고, 전력 조정기(112)는 태양전지 어레이(111)로부터 입력되는 전류 및 전압을 최적 전압 설정기(330)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 최대 출력이 발생되도록 전압을 조정하여 출력한다.

도면에서, 도 4는 도 3에 도시된 최대 출력 발생 제어부의 상세 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 최대 출력 발생 제어부의 상세 회로는, 다수개의 다이오드가 직렬로 연결되어 있는 온도 감지회로(310), 외부로부터 인가되는 기준전압 V_cc와 온도 감지회로(310)의 다이오드 출력단 사이에 연결되어 있는 저항 R1(321), 외부로부터 인가되는 기준전압 V_cc와 온도 감지회로(310)의 다이오드 입력단과 연결되어 있는 저항 R4(324), 온도 감지회로(310)의 다이오드 출력단과 접지 사이에 연결되어 있는 저항 R2(322), 온도 감지회로(310)의 다이오드 출력단과 접지 사이에 연결되어 있는 저항 R3(323), 태양전지 어레이(111)의 출력단에 연결되어 있는 저항 R5(332), 온도 감지회로(310)의 다이오드 입력단에 비반전단자가 연결되고, 저항 R5(332)에 반전단자가 연결되어 있는 비교기(331), 저항 R5(332) 및 비교기(331)의 반전단자와 접지 사이에 연결되어 있는 저항 R6(333) 및 저항 R5(332) 및 비교기(331)의 반전단자와 접지 사이에 연결되어 있는 저항 R7(334)을 구비하고 있다.

이 때, 상기 비교기(331)는 연산 증폭기로 구성될 수 있다.

이제, 도 3에 도시된 최대 전력 발생 제어부의 상세 회로도의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 온도 감지회로(310)의 다이오드(311~31n)는 그 물성적 특성상 전압-전류 특성은 온도의 변화에 따라 변하며, 문턱전압도 온도에 따라 선형적으로 변한다.

따라서, 다수개의 다이오드(311~31n)를 직렬로 연결하면, 온도가 상승함에 따라 직렬 연결된 다수개의 다이오드(311~31n)의 양단 전압도 변화가 있으며, 그 변화는 온도가 올라가면 전압이 감소하고, 온도가 내려가면 전압이 증가한다.

그러면, 온도 보상기(320)의 저항 R1~R4(321, 322, 323, 324)는 이러한 전압의 변화에 따라 일정한 보상 전압, 즉 변화된 온도치에 대응하는 전압치를 발생시켜 비교기(331)의 비반전단자로 출력한다.

그리고, 최적 전압 설정기(330)에 있는 저항 R5~R7(332, 333, 334)은 태양전지 어레이(111)가 출력하는 출력전압을 입력받아 전압 분배하여 그 결과를 비교기(331)의 반전단자로 출력한다.

상기 비교기(331)는 온도 보상기(320)의 출력 전압과 최적 전압 설정기(330)의 저항 R5~R7(332, 333, 334)을 통하여 분배된 전압을 입력받아 그 차이를 증폭하여 전력 조정기(112)의 제어 신호로 출력한다.

그 결과, 태양전지 어레이(111)의 출력 전압은 항상 최적 출력 전압을 유지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 저항 R2(322)와 저항 R3(323)를 병렬로 연결하고, 저항 R6(333)과 저항 R7(334)를 병렬로 연결하는 이유는, 고정저항을 사용하므로 모든 저항 값이 존재하지 않기 때문이다.

그리하여 탸양전지 최적 출력 전압과 태양전지 어레이(111)의 변화된 온도에 따른 최적 출력 전압의 변화량(=제작된 태양전지 어레이에 따라 상수값의 온도 계수)을 정밀하게 맞출 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 태양전지 최대 출력 발생 장치는 저가의 다이오드, 저항 등을 사용한 간단한 회로로 태양전지 어레이의 출력전압이 온도에 따라 설정된 최대 출력을 발생할 수 있도록 제어할 수 있어서 회로의 신뢰성을 증대시키고 개발 비용을 절감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 태양전지 최대 출력 발생 장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

전력을 생성하는 태양전지 어레이 및 상기 태양전지 어레이로부터 전류 및 전압을 입력받아 최대 전력을 출력하는 전력 조정기를 구비하고 있는 태양전지 최대 출력 발생장치에 있어서, 상기 태양전지 어레이의 온도변화에 대응하는 출력 전압을 발생하는 온도 감지기; 상기 온도 감지기에 기준 전압(Vcc)을 인가하고 상기 온도 감지기로부터의 출력 전압을 소정값으로 조정하는 조정수단을 통해 최적 전압 설정기의 제1 입력전압을 출력하는 온도 보상기; 및 상기 태양전지 어레이로부터의 출력전압을 소정값으로 조정하는 조정수단을 통해 제2 입력전압을 생성하고, 상기 제1 입력전압 및 상기 제2 입력전압을 각각 입력으로 갖는 비교기를 통해 상기 제1 및 제2 입력전압이 동일하게 설정되도록 하는 출력 전압 제어신호를 상기 전력 조정기로 출력하는 최적 전압 설정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 보상기의 조정수단은: 한 단은 상기 기준 전압이 인가되고 타 단은 상기 온도 감지기의 출력단 및 입력단과 각각 연결된 제1 저항(321) 및 제4 저항(324); 및 서로 병렬로 연결되어 있고, 한 단은 각각 상기 온도 감지기의 출력단과 연결되어 있고 타 단은 각각 그라운드와 연결되어 있는 제2 저항(322) 및 제3 저항(323)으로 구성되어 있고, 상기 온도 감지기의 입력단과 연결된 상기 제4 저항의 타 단을 통해 상기 비교기로 입력되는 제1 입력전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 최적 전압 설정기의 조정수단은: 한 단은 상기 태양전지 어레이의 출력과 연결되어 있고 타 단은 상기 비교기의 제2 입력전압이 인가되는 단자와 연결된 제5 저항(332); 및 서로 병렬로 연결되어 있고, 한 단은 각각 상기 비교기의 제2 입력전압이 인가되는 단자와 연결되고 타 단은 각각 그라운드와 연결되어 있는 제6 저항(333) 및 제7 저항(334)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 감지기는 다수의 다이오드가 직렬 연결되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 최대 출력 발생장치.