KR100455250B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

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KR100455250B1
KR100455250B1 KR10-1999-0001731A KR19990001731A KR100455250B1 KR 100455250 B1 KR100455250 B1 KR 100455250B1 KR 19990001731 A KR19990001731 A KR 19990001731A KR 100455250 B1 KR100455250 B1 KR 100455250B1
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모리타이사오
도키자키히사시
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산요덴키가부시키가이샤
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • Y10S323/906—Solar cell systems

Abstract

태양전지의 발전전력을 유효하게 이용할 수 있는 태양광 발전장치를 얻기 위하여 태양광 발전장치의 인버터 회로의 기동직전에 MPPT제어를 행할 때 사용하는 가상 최적동작전압, MPPT최소전압, MPPT 최대전압, 저·고전압 변화폭 전환전압은 솔라패널의 출력전압에 의거하여 산출하고, 산출된 각 전압값에 의거하여 MPPT제어를 행한다.

Description

태양광 발전장치{sunlight power generation apparatus}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 특히 태양전지의 동작점을 최대전력점에 추미시키는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
태양광 발전장치에 사용되는 태양전지의 출력전압-출력전류특성은 도 4a의 표시와 같은 곡선으로 표시된다. 따라서, 태양전지의 출력전압-출력전력은 도 4b의 표시와 같은 곡선으로 표시된다. 즉, 태양전지의 출력전압이 0[V]에서 소정전압까지는 출력전력이 서서히 증가하고, 소정전압을 초과하는 출력전력은 서서히 감소한다. 상기 소정전압시에서 출력전력은 상기 태양전지의 최대전력이 되고, 상기 소정전압에서 태양전지의 동작점을 그 태양전지의 최대전력점(Pm)이라 한다.
이같은 특성을 갖는 태양전지에서 최대전력을 꺼내는 제어로서 태양전지의 동작점이 항상 최대전력점(Pm)을 추미하는 최대전력 추미제어(이하, MPPT(Maximum Power Point Tracking)제어라 함)가 알려져 있다.
이 MPPT제어는 태양전지의 동작전압 제어목표값이 되는 전압지령값을 일정시간 간격으로 미소변화시켜서, 이때의 태양전지의 출력전력을 계측하여 전회의 계측값과 비교하고, 항상 출력전력이 커지는 방향으로 상기 전압지령값을 변화시킴으로써 태양전지의 동작점을 최대 전력점(최적 동작점)에 접근시키는 것이다.
종래, 이같은 MPPT제어를 행할 경우, 태양전지 기동시에 태양전지의 동작점이 단시간에 최대전력점에 도달하도록, 사용하는 태양전지의 종류에 따라 가상최적 동작전압, MPPT 최소전압(VL) 및 MPPT 최대전압(VH)을 각각 고정값으로서 설정하고, MPPT 최소전압(VL)에서 MPPT 최대전압(VH)까지의 범위내에 있어서만 태양전지의 출력전력이 최대가 되도록 MPPT제어를 행하고 있었다.
그러나, 태양전지의 출력전압-출력전력 특성은 태양전지의 종류만으로 결정되는 것은 아니고, 계절변화 등에 따른 태양전지 주변온도의 변화나 일사량에 따라서도 변동한다. 즉, 도 5와 같이, 출력전압-출력전력 특성은 태양전지 주변 온도가 높아짐에 따라 최적동작전압이 작아지는 방향으로 변화된다. 또, 출력전압-출력전력 특성은 일사량이 많아지면 최적동작전압이 커지는 방향으로 변화된다.
그러나, 상기 종래의 MPPT 제어는 사용하는 태양전지의 종류에 따라 가상최적 동작전압, MPPT 최소전압(VL) 및 MPPT 최대전압(VH)을 고정값으로서 설정하고 있었기 때문에 태양전지 주변온도등에 따라서 고정값으로서 설정된 MPPT 최소전압(VL)에서 MPPT 최대전압(VH)까지의 범위내에 실제의 최적동작전압이 포함되지 않게될 경우가 있고, 이 경우, 태양전지의 발전전력을 유효하게 이용할 수 없는 문제점이 있었다.
또, 출력전압-출력전력 특성은 태양전지의 총면적에 따라서도 다르다. 일반적으로 태양광 발전장치를 설치할 경우, 복수의 태양전지 패널을 직렬로 접속하여, 소정의 출력전력이 얻어지도록 하고 있다. 그러나, 설치장소 넓이나 주변환경 등의 조건에 따라, 실제로 설치할 수 있는 태양전지 패널이 다르기 때문에, 그 출력전압-출력전력 특성도 크게 다를 경우가 있다. 그 때문에, 종래와 같이 가상 최적동작 전압등의 각종 데이터를 미리 고정값으로서 설정한 것으로서는, 실제로 설치된 태양전지의 발전전력을 유효하게 이용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 태양전지의 발전전력을 유효하게 이용할 수 있는 태양광 발전장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치는, 태양전지, 태양전지에서 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환수단, 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 태양전지의 가상최적 동작전압 및 제어전압 범위를 설정하는 설정수단, 및 가상 최적동작전압을 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 상기 전력변환수단을 기동한 후 제어전압 범위에 있어서 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 태양전지의 출력전압을 소정 전압변화폭으로 단계적으로 변화시키는 제어수단을 구비하고 있다.
본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치에 따르면 전력변환수단에 의해, 태양전지에서 출력된 직류전력이 교류전력으로 변환된다.
또, 설정수단에 의해 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 태양전지의 가상 최적동작전압 및 제어전압범위가 설정된다. 또, 이때의 제어전압범위는 가상 최적동작전압을 포함하는 범위로 된다.
또한, 제어수단에 의해, 상기 가상 최적동작전압을 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 전력변환수단이 기동된 후, 상기 제어전압범위에 있어서 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 태양전지의 출력전압이 소정 전압변화폭으로 단계적으로 변화된다. 따라서, 이 제어수단의 작용에 의해 상기 가상 최적동작전압 및 제어전압범위에 의거하여 태양전지의 동작점이 태양전지의 최대전력점을 추미하도록 MPPT제어가 행해진다.
이와 같이, 본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치에 따르면, 태양전지의 동작점이 태양전지의 최대전력점을 추미하도록 제어할 때에 사용하는 가상 최적동작전압 및 제어전압범위를 전력변환수단의 기동직전의 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하고 있기 때문에, 계절변화 등에 따른 일사량 태양전지 주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지 패널의 직렬 접속수에 응한 최적의 가상최적동작 전압 및 제어전압범위를 얻을 수 있고, 그 결과로 태양전지로부터의 출력전력을 효율좋게 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 제 2형태의 태양광 발전장치는, 본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치에 있어서, 설정수단은 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 제어전압 범위보다 좁은 범위이고 또한 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환범위를 설정하고, 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때에는 전압변환폭을 그 이외일 때와 비교하여 작게하는 것이다.
본 발명의 제 2형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치의 설정수단에 의해 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또 상기 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환 범위가 설정된다.
또, 제어수단에 의해, 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에, 그 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때에는 전압변화값이 그 이외일 때와 비교하여 작게된다.
이와 같이, 본 발명의 제 2형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 1형태의 태양광 발전장치와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에 태양전지의 출력전압이 가상 최적동작전압 부근인 전환범위내의 값일 때는 전압변화폭을 그 이외일 때와 비교하여 작게하고 있기 때문에, 태양전지의 동작점을 단시간에 최대전력점으로 이행할 수 있고, 또한 상기 전환범위를 전력변환수단의 기동직전에 있어서의 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하고 있기 때문에, 계절변화 등에 따른 일사량, 태양전지 주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지 패널의 직렬 접속수에 응한 최적의 전환범위를 설정할 수 있다.
또, 본 발명의 제 3형태의 태양광 발전장치는, 본 발명의 제 1 또는 제 2형태의 태양광 발전장치에 있어서, 설정수단은 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 제어전압 범위내의 값인 고정전압을 설정하고 제어수단은 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정범위보다 작은 경우에 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하는 것이다.
본 발명의 제 3형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 1 또는 제 2형태의 태양광 발전장치의 설정수단에 의해 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위내의 값인 고정전압이 설정된다.
또, 제어수단에 의해, 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력보다 작은 경우에 태양전지의 출력전압이 상기 고정전압으로 된다.
이와 같이, 본 발명의 제 3형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 1 또는 제 2형태의 태양광 발전장치와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에, 동작이 불안정한 저전력 출력시 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하고 있기 때문에, 저전력 출력시부터 고전력 출력시에 이르기까지 안정된 동작으로 발전할 수 있다.
본 발명의 제 4, 제 5 형태의 태양광 발전장치는, 태양전지, 태양전지에서 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환수단, 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 태양전지의 가상 최적동작전압, 제어전압범위 및 고정전압을 설정하는 설정수단, 가상 최적동작전압을 태양전지의 출력전압 목표값으로 하여 전력변환수단을 기동한 후, 제어전압범위에 있어서의 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 태양전지의 출력전압을 소정의 전압변화폭으로 단계적으로 변화시키는 제 1모드와 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력 보다 작을 경우에 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하는 제 2모드를 갖는 제어수단, 및 재설정수단을 구비한다. 단, 본 발명의 제 4형태의 태양광 발전장치의 재설정수단은 태양전지의 출력전력이 안정되어 있지 않은 경우에는 설정되어 있는 태양전지의 가상 최적동작전압 및 제어전압범위의 적어도 한쪽을 소정값만큼 증가시키는 재설정 수단이고, 본 발명의 제 5형태의 태양광 발전장치의 재설정 수단은 태양전지의 출력전력의 상태에 응하여 전력변환수단의 동작을 정지한 후에, 가상 최적동작전압 및 상기 제어전압범위의 적어도 한쪽을 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 다시 설정하는 재설정수단이다.
본 발명의 제 4, 제 5형태의 태양광 발전장치에 따르면, 전력변환수단에 의해 태양전지에서 출력된 직류전력이 교류전력으로 변환된다.
또, 설정수단에 의해, 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 태양전지의 가상 최적동작전압, 제어전압범위 및 고정전압이 설정된다. 또, 이때의 제어전압범위는 가상 최적동작전압을 포함하는 범위로 된다.
또, 제어수단에 의해, 가상 최적동작전압을 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 전력변환수단이 기동된 후, 상기 제어전압범위에 있어서 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 태양전지의 출력전압이 소정 전압 변환폭으로 단계적으로 변화되는 제 1모드와 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력보다 작은 경우에 태양전지의 출력전압이 상기 고정전압으로 되는 제 2모드중 어느 한쪽이 행해진다. 따라서, 제 1모드의 작용에 의해 상기 가상 최적동작전압 및 제어전압범위에 의거하여 태양전지의 동작점이 그 태양전지의 최대전력점을 추미하도록 MPPT제어가 행해지고, 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력보다 작은 경우에는 제 2모드가 실행되어 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하는 소위 정전압제어가 행해진다.
본 발명의 제 4형태의 태양광 발전장치는, 재설정수단에 의해 태양전지의 출력전력이 안정되지 않은 경우에는 설정되어 있는 가상 최적동작전압 및 제어전압범위의 적어도 한쪽이 소정값만큼 증가된다. 즉 도 4a와 같이 태양전지의 출력전력이 안정되지 않을 때는 태양전지의 출력전압이 낮을 때이고, 이때에 가상 최적동작전압 및 제어전압범위는 실제의 최대전력점(Pm; 도 4b참조)보다 좌측(출력전압이 낮은 방향)에 위치하고 있으므로 이들 값의 적어도 한쪽을 소정값만큼 증가함으로써 출력전력이 안정되는 방향으로 이동시키고 있는 것이다.
또, 본 발명의 제 5형태의 태양광 발전장치는 재설정 수단에 의해 태양전지의 출력전력의 상태에 응하여 전력변환수단의 동작이 정지된 후에, 가상 최적동작전압 및 제어전압범위중 적어도 한쪽이 태양전지의 출력전압에 의거하여 다시 설정된다. 즉, 기후변화나 조석과 낮과의 기온변화 등에 따라 태양전지 주변의 온도가 급격히 변화될 경우, 이에 따라 태양전지의 출력전압-출력전력 특성(도 5참조)이 급격히 변화되어, 전력변환수단의 기동직전에 설정한 가상 최적동작전압 및 제어전압범위에 의거한 MPPT제어로는 안정된 출력전력이 얻어지지 않는 경우가 있다. 이같은 상태의 경우에, 전력 변환수단의 동작을 정지한 후에 태양전지의 출력전압에 의거하여 가상 최적동작전압 및 제어전압범위중 적어도 한쪽을 다시 설정함으로써 이같은 결함을 해소할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 4, 제 5형태의 태양광 발전장치에 의하면 태양전지의 동작점이 태양전지의 최대전력점을 추미하도록 제어할 때에 사용하는 가상최적동작전압 및 제어전압범위를 전력변환수단의 기동직전의 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하기 때문에 계절변화 등에 따른 일사량, 태양전지 주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지패널의 직렬접속수에 따른 최적의 가상최적 동작전압 및 제어전압범위를 설정할 수 있다. 또한 본 발명의 제4형태의 태양광 발전장치는 태양전지의 출력전력이 안정되지 않을 경우에는 설정되어 있는 가상 최적동작전압 및 제어전압범위중 적어도 한쪽을 소정값만큼 증가하고 있으므로 출력전력을 안정화할 수 있음과 함께 일반적으로 동작이 불안정한 저전력 출력시에는 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하는 정전압제어가 행해진다.
또, 본 발명의 제 5형태의 태양광 발전장치는 태양전지의 출력전력의 상태에 응하여 전력변환수단의 동작을 정지한 후에 가상 최적동작전압 및 제어전압범위의적어도 한쪽을 태양전지의 출력전압에 의거하여 다시 설정하고 있으므로, 출력전력을 안정화 할 수 있음과 동시에, 일반적으로 동작이 불안정한 전전력 출력시 태양전지의 출력전압을 고정전압으로 하는 정전압제어가 행해진다. 따라서 본 발명의 제 4, 제 5형태의 태양광 발전장치는 저전력 출력시부터 고전력출력시에 이르기까지 안정된 동작으로 발전할 수 있고, 이 결과로서 태양전지로부터의 출력전력을 효율좋게 이용할 수 있다.
본 발명의 제 6, 제 7형태의 태양광 발전장치는, 본 발명의 제 4, 제 5형태의 태양광 발전장치에 있어서, 설정수단은 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 제어전압범위의 하한값보다 작은 판정기준전압을 설정하고, 재설정 수단은 태양전지의 출력전압이 판정기준전압보다 작은 경우에 태양전지의 출력전력이 안정되어 있지 않다고 판정하는 것이다. 또한, 본 발명의 제 7형태의 태양광 발전장치는 상기 가상 최적동작전압 및 상기 제어전압범위중 적어도 한쪽의 재설정을 행한다.
본 발명의 제 6, 7형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 4, 5형태의 태양광 발전장치에 있어서의 설정수단에 의해 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 제어전압범위의 하한값보다 작은 판정기준전압이 설정되고, 재설정수단에 의해 태양전지의 출력전압이 판정기준 전압보다 작은 경우에 태양전지의 출력전력이 안정되지 않았다고 판단된다.
또한, 본 발명의 제 7형태의 태양광 발전장치는 가상 최적동작전압 및 제어전압범위중 적어도 한쪽의 재설정이 행해진다.
이같이, 본 발명의 제 6,7형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 4, 5형태의 태양광 발전장치와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에 판정기준전압을 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하고 있으므로 계절변화 등에 따른 일사량, 태양전지주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지 패널의 직렬접속수에 따른 최적의 판정기준전압을 설정할 수 있고 또, 이같이 편리하게 설정된 판정기준전압과 태양전지의 출력전압을 비교하는 것만으로 태양전지의 출력전력이 안정되어 있는지 여부를 판단하고 있으므로 용이하고 정확하게 그 판단을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 8형태의 태양광 발전장치는, 본 발명의 제 4,5,6,7형태의 태양광 발전장치에 있어서, 설정수단은 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환범위를 설정하고, 제어수단은 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때는 전압변화폭을 그 이외일 때와 비교하여 작게한다.
본 발명의 제 8형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 4,5,6,7형태의 태양광 발전장치의 설정수단에 의해 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위 보다 좁은 범위이고 또 상기 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환범위가 설정된다.
또, 제어수단에 의해 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 그 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때는 전압변화폭이 그 이외일때와 비교하여 작게 된다.
이와 같이, 본 발명의 제 8형태의 태양광 발전장치에 따르면, 본 발명의 제 4,5,6,7형태의 태양광 발전장치와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에 태양전지의 출력전압이 가상 최적동작전압 부근인 전환범위내의 값일 때는 전압변화폭을 그 이외일 때와 비교하여 작게하고 있으므로 태양전지의 동작점을 단시간에 최대전력점으로 이행할 수 있고, 또, 상기 전환범위를 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하고 있으므로 계절변화 등에 따른 일사량, 태양전지주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지 패널의 직렬접속수에 따른 최적의 전환범위를 설정할 수 있다.
도 1은 각 실시형태에 관한 태양광 발전장치의 개략구성을 나타내는 블록도,
도 2는 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치의 작용을 나타내는 흐름도,
도 3은 제 2실시형태에 관한 태양광 발전장치의 작용을 나타내는 흐름도,
도 4a는 태양전지의 출력전압-출력전류 특성도,
도 4b는 최대전력 추미(追尾)제어의 설명에 사용하는 태양전지의 출력전압-출력전력 특성도,
도 5는 태양전지주변 온도를 파라미터로 한 경우 태양전지의 출력전압-출력전력 특성도,
도 6은 제 3실시예에 관한 태양광 발전장치의 작용을 나타내는 흐름도,
도 7은 도 6의 흐름도에 있어서 불안정 검출루틴의 흐름을 나타내는 흐름도,
도 8은 도 6의 흐름도에 있어서 불안정 검출루틴의 흐름을 나타내는 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 태양광 발전장치의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
(제 1실시형태)
도 1은 본 발명에 관한 태양광 발전장치를 상용전력계통에 연계하여 부하에 전력을 공급하는 계통연계 시스템으로 적용할 경우의 전체구성을 나타내는 블록도이다. 상기 도면 표시와 같이, 본 실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에는 마이크로컴퓨터(14)(이하 마이컴이라 함)가 설치되어 있다. 이 마이컴(14)에는 IGBT구동회로(16)를 통하여 인버터회로(18)가 접속되어 있다.
인버터회로(18)에는 태양전지에 의해 구성된 솔라패널(12)에 의해 발전된 전력(직류전력)이 콘덴서(19), 승압회로(20) 및 콘덴서(21)를 통하여 공급된다. 태양광을 흡수하는 솔라패널(12)은 가령 틀안에 복수의 모듈을 세트하고, 건물지붕 등의 태양광에 조사되는 장소에 설치된다. 또, 마이컴(14)이 본 발명의 설정수단 및 제어수단에 상당하고, 인버터회로(18) 및 승압회로(20)가 본 발명의 전력변환수단에 상당한다.
인버터회로(18)는 마이컴(14)에 의해 제어되어 IGBT 구동회로(16)에서 공급되는 스위칭신호에 응하여 솔라패널(12)에서 콘덴서(19), 승압회로(20) 및 콘덴서(21)를 통하여 공급되는 직류전력을 상용전력과 같은 주파수(가령 50Hz 또는 60Hz)로 PWM이론에 의거한 교류전력으로 변환하는 역할을 가지고 있다.
이 인버터회로(18)에서 교류로 변환된 전력은 초크트랜스(22) 및 콘덴서(24)를 통하여 분전반(26)에 공급되고, 분전반(26)에서 상용전력으로서 상용전력계통(48)으로 출력된다. 이때, 인버터회로(18)에서 출력된 교류전력은 초크트랜스(22) 및 콘덴서(24)를 통과함으로써 정현파의 교류전력으로 출력된다. 또, 분전반(26)에는 부하(46)가 접속되어 있고, 부하(46)는 태양광 발전장치(10)에서 공급된 전력 또는 상용전력계통(48)에서 공급된 전력의 어느 한쪽을 사용하여 작동한다.
또, 마이컴(14)에는 발전전류 검출회로(28), 발전전압 검출회로(30), 전류검출회로(32), 및 계통전압의 제로크로스 입력회로(34), U상 전압검출회로(U상 계통전압검출회로; 36) 및 V상 전압검출회로(V상계통 전압검출회로; 38)가 접속되어 있다.
마이컴(14)은 제로크로스 입력회로(34), U,V상 전압검출회로(36,38)에 의해상용전력의 전압, 위상을 검출하고, 이 검출결과에 의거하여 IGBT 구동회로(16)를 제어하여 인버터회로(18)의 출력전력의 위상 및 주파수가 상용전원과 일치하도록 스위칭신호를 발생시킨다.
이와 동시에, 마이컴(14)은, 발전전류검출회로(28) 및 발전전압 검출회로(30)에 의해 각각 검출된 솔라패널(12)의 출력전류 및 출력전압에 의거하여 솔라패널(12)의 출력전력 및 전력변화량을 산출하고, 그 산출결과에 의거하여 MPPT제어를 행한다.
또, 마이컴(14)은 상용전력이 정전하고 있는지 여부를 판정하며, 정전시에는 콘덴서(24)의 분전반(26)측에 설치되어 있는 계통컨덕터(40)의 접점을 개방하여 인버터회로(18)를 상용전력에서 분리(해열)하도록 되어 있다. 이때는 인버터회로(18)의 스위칭 동작도 정지된다. 즉, 마이컴(14)은 상용전력의 정전을 검출하면 구동회로(42)를 통하여 계통컨덕터(40)의 릴레이코일(40A)을 구동하도록 되어 있다.
또, 마이컴(14)은 전류검출회로(32)의 검출결과에서 출력전력을 계측하도록 되어 있다.
이 마이컴(14)에는 또한 EEPROM(44)이 접속되어 있다.
이 EEPROM(44)에는 도시하지 않은 계통연계 보호장치의 정정값, 태양광 발전장치(10)의 운전상태를 나타내는 운전데이터등이 기억되어 있다. 마이컴(14)은 EEPROM(44)에 기억되어 있는 데이터에 의거하여 각 기기의 작동을 제어하도록 되어 있다. EEPROM(44)은 전기적으로 데이터 판독 및 기록이 가능하고, 마이컴(14)의 제어에 의해 태양광 발전장치(10) 기동시에는 필요한 데이터가 판독되고, 태양광 발전장치(10) 작동시에는 필요에 따라 데이터 기록이 행해진다.
다음에 도 2를 참조하여 이상과 같이 구성된 태양광 발전장치(10)의 MPPT제어시의 작용에 대하여 설명한다. 또, 도 2는 MPPT제어시에 마이컴(14)에 있어서 실행되는 제어프로그램의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
우선, 스텝(100)에서는 발전전압 검출회로(30)에서 입력된 솔라패널(12)의 출력전압(Vp)에 의거하여 다음 수학식 1 내지 수학식 5에 의해 가상 최적동작전압(VA), MPPT 최소전압(VL), MPPT최대전압(VH), 가상최적동작전압(VA) 보다 전압이 낮은 저전압 변화폭 전환전압(VCL), 및 가상 최적동작전압(VA) 보다 전압이 높은 고전압 변화폭 전환전압(VCH)을 산출한다.
또한, 상기 각 식에 있어서의 정수(定數; 0.80, 0.70, 0.90, 0.75, 0.85)는 사용하는 태양전지의 종류 등에 따라 설정한 값이고, 본 발명은 이들 값에 한정되는 것은 아니다. 상기 MPPT 최소전압(VL)에서 MPPT 최대전압(VH)까지의 범위가 본 발명의 제어전압 범위에 상당하고, 저전압 변화폭 전환전압(VCL)에서 고전압 변화폭 전환전압(VCH)까지의 범위가 본 발명의 전환범위에 상당한다.
다음의 스텝(102)에서는 솔라패널(12)의 전회의 출력전력(PS)의 값을 영으로 설정하고, 다음의 스텝(120)에서는 솔라패널(12)의 목표출력전압(VO)으로서 상기 스텝(100)에 있어서 산출한 가상 최적동작전압(VA)을 설정하고, 다음의 스텝(122)에서는 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 목표출력전압(VO)이 되도록 인버터회로(18; IGBT 구동회로(16))의 ON튜티를 제어한다.
다음의 스텝(124)에서는 소정시간(본 실시형태에서는 2초∼4초정도)의 경과 대기를 행하고, 다음의 스텝(126)에서는 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 저전압변화폭 전환전압(VCL)보다 크고 또 고전압변화폭 전환전압(VCH)보다 작은지 여부를 판정하고, 긍정판정일 경우는 스텝(128)으로 이행하여 전압변화폭(VX)에 2를 대입한 후에 스텝(132)으로 이행한다. 한편, 스텝(126)의 판정이 부정판정일 경우는 스텝(130)으로 이행하여 전압변화폭(VX)에 4를 대입한 후에 스텝(132)으로 이행한다.
스텝(132)에서는 솔라패널(12)의 출력전압(VP) 및 출력전류(IP)에서 솔라패널(12)의 출력전력(PE(=VP×IP))을 산출하고, 다음의 스텝(136)에서는 출력전력(PE)에서 전회의 출력전력(PS)을 감산함으로써 전력변화량(△P)을 산출하고, 다음의 스텝(138)에서는 스텝(132)에서 산출한 출력전력(PE)을 전회의 출력전력(PS)으로서 설정한다.
다음의 스텝(140)에서는 전력변화량(△P)이 0보다 큰지 여부를 판정하고, 클 경우는 스텝(142)으로 이행하여 목표출력전압(VO)에 전압변화폭(VX)을 가산한 것이 MPPT 최대전압(VH)보다 큰지 여부를 판정하고, 크지 않을 경우는 스텝(144)에 있어서 목표출력전압(VO)을 전압변화폭(VX)만큼 증가시킨 후에 스텝(122)으로 복귀한다. 한편, 스텝(142)의 판정 결과, 목표출력전압(VO)에 전압변화폭(VX)을 가산한 것이 MPPT 최대전압(VH)보다 크다고 판정될 경우는 스텝(144)을 실행하지 않고 스텝(122)으로 복귀한다. 즉, 스텝(140) 내지 스텝(144)에서는 전력변화량(△P)이 증가경향에 있을 경우에 출력전력을 더욱 증가시키기 위하여 MPPT 최대전압(VH)을 상한으로 하여 목표출력전압(VO)을 전압증가폭(VX)만큼 증가시키고 있다.
한편, 스텝(140)의 판정결과, 전력변화량(△P)이 0보다 크지 않다고 판정될 경우는 스텝(146)으로 이행하여 전력변화량(△P)이 0보다 작은지 여부를 판정하고,작지 않다고 판정될 경우, 즉 전력변화량(△P)이 0일 경우는 목표출력전압(VO)을 변화하지 않고 스텝(122)으로 복귀하고 전력변화량(△P)이 0보다 작다고 판정될 경우는 스텝(148)으로 이행하여 목표출력전압(VO)에서 전압변화폭(VX)을 감산한 것이 MPPT 최소전압(VL) 보다 작은지 여부를 판정하고, 작지않을 경우는 스텝(150)에 있어서 목표출력전압(VO)을 전압변화폭(VX)만큼 감소시킨 후에 스텝(122)으로 복귀한다.
한편, 스텝(148)의 판정결과, 목표출력전압(VO)에서 전압변화폭(VX)을 감산한 것이 MPPT최소전압(VL)보다 작다고 판정될 경우는 스텝(150)을 실행하지 않고 스텝(122)으로 복귀한다. 즉, 스텝(146) 내지 스텝(150)에서는 전력변화량(△P)이 감소경향에 있는 경우에 출력전압을 반대로 증가시키기 위하여 MPPT 최소전압(VL)을 하한으로 하여 목표출력전압(VO)을 전압증가폭(VX)만큼 감소시키고 있다.
이후, 상기와 같이 스텝(122) 내지 스텝(150)의 처리를 반복함으로써 MPPT최소전압(VL)에서 MPPT 최대전압(VH)까지의 범위내에 있어서 MPPT제어가 행해진다.
이와 같이, 본 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 MPPT 제어를 행할 때의 가상최적 동작전압(VA), MPPT 최소전압(VL), 및 MPPT 최대전압(VH)을 인버터회로(18)의 기동직전의 솔라패널(12)의 출력전압(VP)에 의거하여 산출하고 있으므로 계절변화 등에 따른 솔라패널(12)주변의 온도변화 등에 응한 최적의 범위내에 있어서 MPPT제어를 행할 수 있고, 이 결과로서 솔라패널(12)로부터 출력전력을 효율좋게 이용할 수 있다.
또, 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 저·고 전압변화폭 전환전압(VCL및 VCH)을 적용하여 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 VCL보다 낮은 값, 또는 VCH보다 높은 값일 경우는 전압변화폭을 크게하고, 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 가상최적동작전압(VA)부근인 VCL에서 VCH범위에 있는 경우는 그 이외의 경우와 비교하여 전압변화폭을 작게하여 솔라패널(12)의 동작점을 단시간에 최대전력점으로 이행할 수 있다.
또한, 본 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 저·고전압 변화폭 전환전압(VCL, VCH)을 인버터회로(18)기동직전의 솔라패널(12)의 출력전압(VP)에의거하여 산출하고 있으므로, 계절변화 등에 따른 솔라패널(12)주변의 온도변화 등에 따른 최적의 저·고 전압변화폭 전환전압(VCL,VCH)을 설정할 수 있다.
(제 2실시형태)
상기 제 1실시형태는 태양광 발전장치(10)가 MPPT제어만을 행할 경우의 실시형태였으나 제 1실시형태는 상기 제 1실시형태의 태양광 발전장치(10)에 대하여 솔라패널(12)의 출력전력이 저전력일 경우에 정전압제어를 행한 것이다. 따라서, 제 2실시형태에 있어서의 마이컴(14)(도 1참조)은 MPPT제어모드(추미제어모드) 및 정전압 제어모드의 2개의 제어모드를 구비하고 있다. 또한 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치의 구성은 상기 제 1실시형태에 관한 태양광 발전장치(10; 도 1참조)와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
다음에, 도 3을 참조하여 제 2실시형태에 관한 태양광 발전장치의 작용을설명한다. 또, 도 3은 마이컴(14)에 있어서 실행되는 제어프로그램의 흐름을 나타내는 흐름도이고, 도 2표시의 흐름도와 같은 부분에 대해서는 동일 부호를 부기하여 그 설명을 생략한다.
우선, 스텝(100')에서는 발전전압 검출회로(30)에서 입력된 솔라패널(12)의 출력전압(VP)에 의거하여 상기 (1)식 내지 (5)식, 및 다음(6)식에 의해 가상 최적동작전압(VA), MPPT최소전압(VL), MPPT 최대전압(VH), 가상최적동작전압(VA)보다 전압이 낮은 저전압 변화폭 전환전압(VCL), 가상 최적동작전압(VA)보다 전압이 높은 고전압 변화폭 전환전압(VCH) 및 일정제어전압(VF)을 산출한다.
또한, 상기 수학식 6식에 있어서의 정수(0.80)는 다른 식과 동일하게, 사용하는 태양전지의 종류 등에 따라 설정된 값이고 본 발명은 이 값에 한정되는 것은 아니다. 상기의 일정제어전압(VF)이 본 발명의 고정전압에 상당한다.
그후, 스텝(102)을 실행한 후, 다음의 스텝(104)에서는 솔라패널(12)의 출력전압(VP) 및 출력전류(IP)에서 솔라패널(12)의 출력전력 PE(=VP×IP)을 산출하고, 다음의 스텝(106)에서는 출력전력(PE)이 소정전력(가령 1KW)보다 작은지 여부를 판정하고 작은 경우는 스텝(108)으로 이행하여 정전압 제어모드로 설정한다. 또한, 스텝(108)의 정전압 제어모드가 본 발명의 제 2모드에 상당한다.
다음의 스텝(110)에서는 솔라패널(12)의 목표출력전압(VO)으로서 상기 스텝 (100')에 있어서 산출한 일정제어전압(VF)을 설정하고, 다음의 스텝(112)에서는 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 목표출력전압(VO)이 되도록 인버터회로(18)(IGBT 구동회로(16)의 ON듀티를 제어한다.
다음의 스텝(114)에서는 상기 스텝(104)과 동일하게 솔라패널(12)의 출력전압(VP) 및 출력전류(IP)에서 솔라패널(12)의 출력전력(PE)을 산출하고, 다음의 스텝 (116)에서는 출력전력(PE)이 상기 소정전력보다 작은지 여부를 판정하고, 작은 경우는 스텝(114)에 복귀하고, 작지 않은 경우는 후기의 스텝(118)으로 이행한다. 즉, 스텝(116)의 판정처리에 의해 솔라패널(12)의 출력전력(PE)이 소정전력 이상이 되기까지 정전압 제어가 행해진다.
한편, 상기 스텝(106)의 판정결과, 출력전력(PE)이 소정전력보다 작지 않다고 판정된 경우는 스텝(118)으로 이행하여 추미제어모드로 설정한다. 또한, 이 추미제어모드가 본 발명의 제 1모드에 상당한다.
이후, 상기 제 1실시형태와 동일하게, 스텝(120)내지 스텝(132)의 처리를 행한 후, 다음의 스텝(134)에서는 솔라패널(12)의 출력전력(PE)이 상기 소정전력보다 작은지 여부의 판정을 행하고, 작은 경우는 스텝(108)으로 이행하여 상기 정전압 제어모드를 실행하고, 작지 않은 경우는 스텝(136)으로 이행하고 이후, 상기 제 1실시형태와 동일하게 스텝(136) 내지 스텝(150)을 처리한다.
이와 같이, 본 제 2실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 상기 제 1실시형태와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에 동작이 불안정한 저전력 출력시에는 정전압 제어를 행하게하고 있으므로 저전력 출력시에서 고전력출력시에 이르기까지 안정된 동작으로 발전할 수 있다.
또, 상기 각 실시형태에서는 MPPT제어시에 있어서의 전압변화폭(VX)을 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 전압변화폭 전환전압(VCL에서 VCH)까지의 범위내에 있는 경우에 2[V]로 하고, 범위외일 경우에 4[V]로 할 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 이들 전압변화폭의 값은 솔라패널(12)의 설치환경 등에 따라 적절히 변경할 수 있다.
또, 상기 각 실시형태에서는 인버터회로(18)의 기동직전에 산출하는 가상 최적동작전압(VA)등의 전압을 인버터회로(18)의 출력전압(VP)에 대하여 정수를 승산함으로써 산출할 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 가령 인버터회로(18)의 출력전압(VP)에서 소정값을 감산함으로써 산출하는 형태로 하여도 된다.
(제 3실시형태)
본 제 3실시형태는, 상기 제 2실시형태의 정전압 제어모드에 있어서, 태양광 발전장치(10)의 동작이 불안정한 경우, 불안정한 동작을 해소하기 위한 제어를 행하게 한 것이다. 또, 본 제 3실시형태에 관한 태양광 발전장치의 구성은 상기 제 1, 2실시형태에 관한 태양광 발전장치(10; 도 1참조)와 대략 동일하나, 마이컴(14)는 본 발명의 설정수단, 제어수단에 첨가하여 또한 본 실시형태의 재설정수단에 상당한다. 다음에, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 3실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)의 작용에 대하여 설명한다. 또한, 도 6은 마이컴(14)에 있어서 실행되는 제어프로그램의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
우선, 스텝(100")에서는 발전 전압검출회로(30)에서 입력된 솔라패널(12)의 출력전압(VP)에 의거하여 상기 (1)식 내지 (6)식 및 다음 (7)식에 의해 가상 최적동작전압(VA), MPPT최소전압(VL), MPPT최대전압(VH), 일정제어전압(VF), 불안정 검출전압(VE), 가상최적 동작전압(VA) 보다 전압이 낮은 저전압 변화폭 전환전압(VCL) 및 가상 최적동작전압(VA)보다 전압이 높은 고전압 변화폭 전환전압(VCH)을 산출한다.
또, 상기 수학식 7식에 있어서의 정수(0.60)는 사용하는 태양전지의 종류 등에 따라 설정한 값이고, 본 발명은 이를 값으로 한정되는 것은 아니다. 상기 불안정 검출전압(VE)이 본 발명의 판정기준전압에 상당한다.
그후, 제 2실시형태와 동일하게 스텝(102, 104, 106)으로 이행하고, 스텝(106)에서는 출력전력(PE)이 소정전력(가령 1KW)보다 작은지 여부를 판정하고, 작은 경우는 스텝(108)으로 이행하여 정전압 제어모드로 설정된다.
다음에 제 2실시형태와 동일하게, 스텝(110,112)을 실행하고, 다음의 스텝(113)에서는 태양광 발전장치(10)가 불안정한 동작을 행하고 있는지 여부를 검출하는 도 7표시의 불안정 검출루틴을 실행한다.
불안정 검출루틴의 스텝(200)에서는 초기설정으로서 불안정 동작회수(HN)로 0을 설정하고, 다음의 스텝(202)에서는 불안정한 동작이 발생했는지 여부를 판정한다. 이때의 불안정한 동작판정은 발전전압 검출회로(30)에서 입력된 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 상기 스텝(100)에 있어서 산출한 불안정 검출전압(VE)보다 낮은지 여부에 의거하여 판정한다. 즉, 도 4a와 같이 태양전지는 출력전압(VP)이 최적동작점보다 작을수록 동작이 불안정하게(출력전압(VP)이 변동하기 쉽다)되므로, 출력전압(VP)이 불안정 검출전압(VE)보다 낮은 경우에 동작이 불안정하다고 판정하는 것이다.
스텝(202)의 판정결과, 불안정 동작이 발생하지 않았다고 판정된 경우는 아무것도 하지 않고 본 불안정검출 루틴을 종료한다.
한편, 스텝(202)의 판정결과 불안정 동작이 발생했다고 판정된 경우는 스텝(204)으로 이행하여 불안정 동작회수(HN)를 1만 증가시키고, 다음의 스텝(206)에서는 마이컴(14)에 내장된 도시하지 않은 타이머를 동작한다.
다음의 스텝(208)에서는 제 1소정시간(본 실시형태에서는 5초)의 경과 대기를 행하고, 다음의 스텝(210)에서는 상기 스텝(202)과 동일한 방법으로 불안정 동작이 발생했는지 여부를 판정하고, 불안정동작이 발생한 경우는 스텝(212)으로 이행하여 불안정 동작회수(HN)를 1만 증가한 후에 스텝(214)으로 이행하고, 불안정동작이 발생하지 않은 경우는 스텝(212)을 실행하지 않고 스텝(214)으로 이행한다.
스텝(214)에서는 불안정 동작회수(NH)가 제 1소정값(본 실시형태에서는 5)보다 큰지 여부를 판정하고, 크지 않은 경우는 스텝(216)으로 이행하여 스텝(206)에 있어서 시작한 타이머의 계시가 제 2소정시간(본 실시형태에서는 50초)을 경과했는지 여부를 판정하고, 경과하지 않은 경우는 스텝(208)으로 복귀하고 경과한 경우는 본 불안정 검출루틴을 종료한다.
한편, 스텝(214)의 판정결과, 불안정 동작회수(HN)가 상기 제 1소정값 보다 클 경우는 스텝(218)으로 이행하여 상기 스텝(100")(도 6참조)에 있어서 산출한 모든 전압값에 대하여 제 2소정값(본 실시형태에서는 4)를 가산한 후에 본 불안정 검출루틴을 종료한다.
또한, 도 8표시의 다른 형태의 불안정 검출루틴과 같이, 스텝(214)의 판정결과, 불안정 동작회수(HN)가 상기 제 1소정값보다 클 경우는 스텝(219)으로 이행하여 인버터회로(18)를 게이트블록상태(인버터회로(18)의 동작을 정지한 상태)로 한후, 스텝(220)에 있어서, 상기 스텝(100")(도 6참조)에 있어서 산출한 모든 전압값을 다시 산출한 후 불안정 검출루틴을 종료하여도 된다.
본 불안정 검출루틴에서는, 불안정동작이 발생된 경우는 그 시점에서 상기 제 2소정시간이 경과하기까지 사이에 상기 제 1소정시간 경과하여 다시불안정 동작이 발생된 경우에만 불안정 동작회수(HN)를 증가시킨다. 따라서, 불안정 동작이 상기 제 2소정시간보다 긴 시간이 경과한 시간 간격으로 단발적으로 발생할 경우는 불안정 동작회수(HN)의 값은 2이상으로 증가되는 일은 없다.
이상에 의해 불안정 동작루틴이 종료하면 제 2실시형태와 동일하게 다음의 스텝(114, 116)(도 6참조)으로 이행하고, 출력전력(PE)이 상기 소정전력 보다 작을 경우는 스텝(113)으로 복귀하고, 작지 않은 경우는 스텝(118)로 이행한다. 즉, 스텝(116)의 판정처리에 의해 솔라패널(12)의 출력전력(PE)이 소정전력 이상이 되기까지 상기 불안정 검출루틴을 반복실행하면서 정전압 제어가 행해진다.
한편, 상기 스텝(106)의 판정결과, 출력전력(PE)이 소정전력보다 작지 않다고 판정된 경우는 스텝(118)으로 이행하여 추미제어모드(MPPT제어모드)로 설정한다.
이후, 상기 제 2실시형태와 동일하게 스텝(118) 내지 스텝(150)(도 3참조)을 실행한다. 혹은 도 6과 같이 스텝(140)이후의 처리를 하기와 같이 행하여도 된다.
즉, 스텝(140)에서는 전력변화량(△P)이 0보다 큰지 여부를 판정한 후, 클 경우는 스텝(142)으로 이행하여 목표출력전압(VO)을 전회와 같은 방향으로 전압변화폭(VX)만큼 변화(증가 또는 감소)시킨 후에 스텝(160)으로 이행한다.
한편, 스텝(140)에 있어서 전력변화량(△P)이 0보다 크지 않다고 판정된 경우는 스텝(146)으로 이행하여 전력변화량(△P)이 0보다 작은지 여부를 판정하고, 작은 경우는 스텝(148)으로 이행하여 목표출력전압(VO)을 전회와는 반대 방향으로 전압변화폭(VX)만큼 변화(증가 또는 감소)시킨 후에 스텝(160)으로 이행한다. 또, 상기 스텝(142) 및 스텝(148)을 최초에 실행할 경우는 목표출력전압(VO)을 증가시키는 방향 및 감소시키는 방향중의 어느 방향으로 변화시켜도 된다.
스텝(160)에서는 목표출력전압(VO)이 MPPT 최소전압(VL)보다 크고, 또 MPPT 최대전압(VH)보다 작은지 여부의 판정을 행하고, 부정판정의 경우는 스텝(162)에 있어서 목표출력전압(VO)을 원래의 값(스텝(142) 또는 스텝(148)을 실행하기 전의 값)으로 복귀후에 스텝(122)으로 돌아가고, 긍정판정의 경우는 스텝(162)의 처리를 실행하지 않고 스텝(122)으로 돌아간다.
한편, 스텝(146)에 있어서 전력변화량(△P)이 0보다 작지 않다고 판정될 경우, 즉 전력변화량(△P)이 0일 경우는 목표출력전압(VO)을 변화하지 않고 스텝(122)으로 돌아간다.
즉, 스텝(140) 내지 스텝(162)에서는 전력변화량(△P)이 증가경향으로 있을 경우에는 출력전력(PE)을 더욱 증가시키기 위하여 MPPT 최소전압(VL)을 하한으로 하고 MPPT 최대전압(VH)을 상한으로 하여 목표출력전압(VO)을 전회와 같은 방향으로 전압변화폭(VX)만큼 변화시키고, 전력변화량(△P)이 감소경향으로 있을 경우는 출력전력(PE)을 반대로 증가시키기 위하여 MPPT 최소전압(VL)을 하한으로하고 MPPT 최대전압(VH)을 상한으로 하여 목표출력전압(VO)을 전회와는 반대방향으로 전압변화폭(VX)만큼 변화시키고 있다. 또, 전력변화량(△P)이 0일 경우는 동작점이 최대전력점과 일치하고 있다고 간주하여 목표출력전압(VO)을 변화시키지 않는다.
이 이후, 상기와 같이 스텝(122) 내지 스텝(162)의 처리를 반복함으로써 MPPT 최소전압(VL)에서 MPPT 최대전압(VH)까지의 범위내에 있어서 MPPT 제어가 행해짐과 동시에 솔라패널(12)의 출력전력(PE)이 상기 소정전력보다 작아졌을 경우는 정전압 제어모드로 이행한다.
이와 같이 본 실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 상기 제 1, 2실시형태와 같은 효과를 가져올 수 있음과 동시에 동작이 불안정한 경우는 가상 최적동작전압(VA), MPPT 최소전압(VL) 및 MPPT 최대전압(VH)등의 값을 제 2소정값(본 실시형태에서는 4)만큼 증가시키고 있으므로 가상최적 동작전압(VA), MPPT 최소전압(VL) 및 MPPT 최대전압(VH)등의 값이 최대전력점(Pm; 도 4b참조)보다 좌측(출력전압(VO)이 낮은 방향)에 위치하고 있는 것에 기인하여 발생한 불안정동작을 동작이 안정되는 방향으로 수정할 수 있다.
또, 불안정 검출루틴으로 도 8표시의 서브루틴을 사용할 경우는 인버터회로(18)의 동작을 정지한 후에 가상 최적동작전압(VA), MPPT 최소전압(VL), MPPT 최대전압(VH)등의 값을 다시 산출하고 있으므로 솔라패널(12)의 주변온도가 급격히 변화한 것등에 기인하여 발생한 불안정 동작을 해소할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 저·고 전압변화폭 전환전압(VCL및 VCH)을 적용하고, 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 VCL보다 낮은 값, 또는 VCH보다 높은 값일 경우는 전압변화폭을 크게하고, 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 가상 최적동작전압(VA)부근인 VCL에서 VCH범위내에 있는 경우는 그 이외의 경우와 비교하여 전압변화폭을 작게하여 솔라패널(12) 동작점을 단시간에 최대전력점으로 이행할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 저·고 전압변화폭 전환전압(VCL및 VCH)을 인버터회로(18) 기동직전의 솔라패널(12)의 출력전압(VP)에 의거하여 산출하고 있으므로 계절변화 등에 따른 솔라패널(12)주변의 온도변화등에 따른 최적의 저·고 전압변화폭 전환전압(VCL및 VCH)을 설정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 태양광 발전장치(10)에서는 동작이 불안정한 저전력 출력시에는 정전압제어를 행하게 하고 있으므로 저전력 출력시에서 고전력 출력시에 이르기까지 안정된 동작으로 발전할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 동작이 불안정할 경우에 스텝(100")에 있어서 산출한 모든 전압값을 제 2소정값만큼 증가할 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 가령 일정제어전압(VF), 불안정 검출전압(VE)에 대하여는 증가시키지 않는 형태로 하여도 된다.
또, 도 8표시의 불안정검출 루틴을 사용할 경우는, 동작이 불안정일 경우에 스텝(100")에 있어서 산출한 모든 전압값을 다시 산출할 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 가령, 일정제어전압(VF), 불안정 검출전압(VE)에 대해서는 다시 산출하지 않는 형태로 하여도 된다.
또, 본 실시형태에서는 정전압 제어시에 동작이 불안정한지 여부를 판정할 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, MPPT 제어시에 판정하는 형태로 하여도 된다.
또, 본 실시형태에서는 MPPT 제어시에 있어서의 전압변화폭(VX)을 솔라패널(12)의 출력전압(VP)이 저전압 변화폭 전환전압(VCL)에서 고전압 변화폭 전환전압(VCH)까지 범위내에 있을 경우에 2[V]로하고, 범위외에 있을 경우에 4[V]로 하는 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이들 전압변화폭 값은 솔라패널(12)의 설치환경, 계절등에 따라 적절히 변경할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 인버터회로(18)의 기동직전에 산출하는 가상최적동작전압(VA)등의 전압을 인버터회로(18)의 출력전압(VP)에 대하여 정수를 승산함으로써 산출할 경우에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 가령 인버터회로(18)의 출력전압(VP)에서 소정값을 감산함으로써 산출하는 형태로 하여도 된다.
또한, 본 실시형태에서 적용한 각 정수(도 6의 제 1 및 제 2의 소정시간, 제 1 및 제 2의 소정값 등)는 솔라패널(12)의 설치환경, 계절등에 따라 적절히 변경할 수 있다.
태양전지의 동작점이 태양전지의 최대전력점을 추미하도록 제어할 때에 사용하는 가상 최적동작전압 및 제어전압범위를 전력변환수단의 기동직전에 태양전지의 출력전압에 의거하여 설정하고 있기 때문에, 계절변화 등에 따른 일사량 태양전지 주변의 온도변화나 실제로 설치되는 태양전지 패널의 직렬 접속수에 응한 최적의 가상 최적동작전압 및 제어전압범위를 얻을 수 있고, 그 결과로 태양전지로부터의 출력전력을 효율좋게 이용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 태양전지,
    상기 태양전지로부터 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통에 공급하는 전력변환수단,
    상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 태양전지의 가상 최적동작전압 및 제어전압범위를 산출하여 설정하는 설정수단, 및
    상기 가상 최적동작전압을 상기 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 상기 전력변환수단을 기동한 후, 상기 제어전압범위에 있어서 상기 태양전지로부터 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 상기 태양전지의 출력전압을 소정의 전압변화폭으로 단계적으로 변화시키는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고, 또한 상기 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환범위를 설정하고,
    상기 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 상기 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때에는 상기 전압변화폭을 그 이외일 때와 비교하여 작게하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압 범위내의 값인 고정전압을 설정하고,
    상기 제어수단은 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전압을 상기 고정전압으로 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압 범위내의 값인 고정전압을 설정하고,
    상기 제어수단은 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전압을 상기 고정전압으로 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  5. 태양전지,
    상기 태양전지에서 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환수단,
    상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 태양전지의 가상 최적동작전압, 제어전압범위 및 고정전압을 설정하는 설정수단,
    상기 가상 최적동작전압을 상기 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 상기 전력변환수단을 기동한 후, 상기 제어전압 범위에 있어서 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 상기 태양전지의 출력전압을 소정의 전압변화폭으로 단계적으로 변화시키는 제 1모드와 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력 보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전압을 상기 고정전압으로 하는 제 2모드를 갖는 제어수단, 및
    상기 태양전지의 출력전력이 안정되어 있지 않은 경우에는 설정되어 있는 상기 태양전지의 가상 최적동작전압 및 제어전압 범위중의 적어도 한쪽을 소정값만큼 증가시키는 재설정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위의 하한값보다 작은 판정기준전압을 설정하고, 상기 재설정수단은 상기 태양전지의 출력전압이 상기 판정기준전압보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전력이 안정되어 있지 않다고 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또한 상기 가상 최적동작전압을 포함하는 범위인 전환범위를 설정하고, 상기 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 상기 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때는 상기 전압변화폭을 그 이외일때와 비교하여 작게하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또한 상기 가상최적 동작전압을 포함하는 범위인 전환범위를 설정하고, 상기 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 상기 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때는 상기 전압변화폭을 그 이외일때와 비교하여 작게하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  9. 태양전지,
    상기 태양전지에서 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환수단,
    상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 태양전지의 가상 최적동작전압, 제어전압범위 및 고정전압을 설정하는 설정수단,
    상기 가상 최적동작전압을 상기 태양전지의 출력전압의 목표값으로 하여 상기 전력변환수단을 기동한 후, 상기 제어전압 범위에 있어서 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 커지는 방향으로 상기 태양전지의 출력전압을 소정의 전압변화폭으로 단계적으로 변화시키는 제 1모드와 상기 태양전지에서 출력된 직류전력이 소정전력 보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전압을 상기 고정전압으로 하는 제 2모드를 갖는 제어수단, 및
    상기 태양전지의 출력전력의 상태에 따라 상기 전력변환수단의 동작을 정지한 후에, 상기 가상최적동작전압 및 상기 제어전압범위중의 적어도 한쪽을 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 다시 설정하는 재설정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위의 하한값보다 작은 판정기준전압을 설정하고,
    상기 재설정수단은 상기 태양전지의 출력전압이 상기 판정기준전압보다 작은 경우에 상기 태양전지의 출력전력이 안정되어 있지 않은 상태라고 판단하여 상기 가상 최적동작전압 및 상기 제어전압범위중의 적어도 한쪽을 재설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또 상기 가상 최적동작전압을 포함한 범위인 전환범위를 설정하고,
    상기 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 상기 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때에는 상기 전압변환폭을 그 이외일때와 비교하여 작게하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 설정수단은 상기 전력변환수단의 기동직전에 상기 태양전지의 출력전압에 의거하여 상기 제어전압범위보다 좁은 범위이고 또 상기 가상 최적동작전압을 포함한 범위인 전환범위를 설정하고,
    상기 제어수단은 상기 태양전지의 출력전압을 단계적으로 변화시킬 때에 상기 출력전압이 상기 전환범위내의 값일 때에는 상기 전압변환폭을 그 이외일때와 비교하여 작게하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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