KR100633996B1 - 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 그 방법 - Google Patents

태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

출력전력 변동량에 따라 최대전력점을 추종하는 기준전압을 가변시킬 변수의 값을 탄력적으로 조절하여 최대전력점을 빠른 속도로 추종한다.
태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하여 전압 변동량 검출부, 전류 변동량 검출부 및 전력 변동량 검출부가 각기 전압 변동량, 전류 변동량 및 전력 변동량을 검출하고, 상기 검출한 전류 변동량에 따라 제 1 변수 출력수단이 미리 설정된 제 1 기준변수에 따른 제 1 변수를 출력하며, 상기 검출한 전력 변동량에 따라 제 2 변수 출력수단이, 상기 전력 변동량에 따라 가변되는 제 2 기준변수에 따른 제 2 변수를 출력하며, 상기 검출한 전압 변동량에 따라 스위칭 수단이 상기 제 1 변수 또는 제 2 변수를 선택하며, 상기 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 기준전압 결정부가 이전에 결정된 기준전압에 가산하여 새로운 기준전압을 생성하며, 상기 생성한 새로운 기준전압에 따라 전력 추출부가 상기 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 최대 전력을 추출한다.
태양광발전, 태양광모듈, 최대전력점, 추종제어, 최대전력추종, MPPT,

Description

태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 그 방법{Apparatus and method for maximum power point tracking in the photovoltaic generation system}
도 1a는 태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전류의 특성곡선을 보인 그래프.
도 1b는 태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전력의 특성곡선을 보인 그래프.
도 2는 종래의 섭동 및 관측방법을 보인 신호흐름도.
도 3은 종래의 컨덕턴스 증가방법을 방법을 보인 신호흐름도.
도 4는 본 발명의 최대전력 추종장치의 구성을 보인 블록도.
도 5는 본 발명의 최대전력 추종방법을 보인 신호흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
400 : 태양광 모듈 410 : 전력 추출부
420 : 전압 변동량 검출부 430 : 전류 변동량 검출부
440 : 전력 변동량 검출부 450 : 제 1 변수 출력수단
451 : 전류 변동량 판단부 453 : 제 1 변수 결정부
460 : 제 2 기준변수 가변부 470 : 제 2 변수 출력수단
471 : 전력 변동량 판단부 473 : 제 2 변수 결정부
480 : 스위칭 수단 490 : 기준전압 결정부
본 발명은 태양광 모듈로 태양광을 입사 받아 전력을 추출하는 태양광 발전시스템에 있어서, 전력 추출부가 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 최대전력을 추출할 수 있도록 제어하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 방법에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 친환경적이고, 자원의 고갈이 없는 무한대의 에너지원들 중의 하나로서 새로운 대체에너지로 각광을 받고 있다. 반도체 기술의 성장과 전력전자 기술의 발전으로 태양광 발전시스템이 더욱 중요해지고 있다. 그러나, 태양광 발전시스템은 발전효율이 낮으므로 전력 추출부가 태양광 모듈에서 최대전력을 추출할 수 있도록 하는 최대전력추종(Maximum Power Point Tracking ; 이하, 'MPPT'라고 약칭함) 제어가 반드시 필요하다.
태양광 모듈에서의 최대전력을 추출할 수 있는 최대전력점은 일사량 및 표면온도 등의 환경조건에 따라 변하고, 동작점은 부하조건에 의해 결정된다. 따라서, 태양광 모듈로부터 최대전력을 추출하기 위하여 동작점이 최대전력점을 추종하도록 순시적으로 제어해야 할 필요성이 있다.
동작점이 최대전력점을 추종하도록 순시적으로 제어하는 MPPT는 태양광 발전시스템의 발전량에 직접적인 영향을 주는 요소로 매우 중요한 요소들 중의 하나이다.
태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전류의 특성곡선을 살펴보면, 도 1a에 도 시된 바와 같이 출력전압의 증가에 관계없이 출력전류가 일정하게 유지하다가 소정의 전압 이상이 되면, 출력전류가 급격하게 감소하기 시작하고, 출력전압이 소정의 한계전압(VT) 이상으로 되면, 출력전류가 발생되지 않는다.
그리고 태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전력의 특성곡선을 살펴보면, 도 1b에 도시된 바와 같이 출력전압의 증가에 따라 출력전력이 점차 증가하게 되고, 최대전력을 추출하는 최대전력점(Pmax) 이상에서는 출력전압의 증가에 따라 출력전력이 급격하게 감소되기 시작하고, 출력전압이 한계전압(VT) 이상으로 되면, 전력이 출력되지 않는다.
이러한 특성을 가지는 태양광 모듈의 출력전류를 특성식으로 나타내면, 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112005005930411-pat00001
여기서, I는 태양광 모듈의 출력전류이고,
Figure 112005005930411-pat00002
는 태양광 기전류이며,
Figure 112005005930411-pat00003
는 역포화전류이며, q는 전자의 전하량이며, K는 볼쯔만 상수이며, A는 태양광 모듈의 pn 접합의 이상계수이며, T는 절대온도, Rs는 내부 직렬저항이다.
상기 수학식 1에서 내부저항 Rs는 무시될 수 있으므로 다음의 수학식 2로 간략화된다.
Figure 112005005930411-pat00004
한편, 태양광 모듈의 출력전력은 다음의 수학식 3과 같다.
P = VI
상기 수학식 2 및 수학식 3에서 출력전력을 전압에 대하여 미분하면, 수학식 4와 같다.
Figure 112005005930411-pat00005
상기 수학식 4를 이산식의 형태로 표현하면, 수학식 5와 같다.
Figure 112005005930411-pat00006
상기한 바와 같은 태양광 모듈에서 최대전력을 추출할 수 있도록 MPPT를 수행하는 종래의 기술로는 섭동 및 관측방법(perturbation and observation method)과, 컨덕턴스 증가방법(incremental conductance method)이 알려져 있다.
상기 섭동 및 관측방법은 도 2에 도시된 바와 같이 단계(200)에서 태양광 모듈에서 출력되는 출력전압(Vn) 및 출력전류(In)를 검출하고, 단계(202)에서 상기 검출한 출력전압(Vn) 및 출력전류(In)를 이용하여 출력전력(Pn = Vn × In)을 계산 함과 아울러 현재 출력전압(Vn) 및 출력전력(Pn)에서 이전에 검출한 출력전압(Vp) 및 출력전력(Pp)을 각기 감산하여 출력전압 변동량(△V) 및 출력전력 변동량(△P)을 계산한다.
다음 단계(204)에서 상기 계산한 출력전력 변동량(△P)이 '0'인지의 여부를 판단한다. 상기 단계(204)에서 출력전력 변동량(△P)이 '0'인 것은 현재 최대전력점을 추종하여 최대전력을 출력하고 있음을 나타내는 것으로서 최대전력점을 추종하는 기준전압(Vref)의 현재상태를 그대로 유지하고, 단계(206)에서 현재의 출력전압(Vn), 출력전류(In) 및 출력전력(Pn)을 이전의 출력전압(Vp), 출력전류(Ip) 및 출력전력(Pp)으로 치환한 후 단계(200)로 복귀하여 계속 최대전력점을 추정하도록 제어하는 동작을 반복한다.
그리고 상기 단계(204)에서 출력전력 변동량(△P)이 '0'이 아닌 것은 현재 최대전력점으로 전력을 출력하고 있지 않은 것으로서 단계(208)에서 출력전력 변동량(△P)이 '0'보다 큰 지의 여부를 판단한다.
상기 단계(208)에서 출력전력 변동량(△P)이 '0'보다 작은 것은 출력전력이 이전보다 감소되었음을 의미하는 것으로서 단계(210)에서 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 큰 지의 여부를 판단하여 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 클 경우에 단계(212)에서 기준전압(Vref)을 변수 α만큼 감소시키고, 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 크지 않을 경우에 단계(214)에서 기준전압(Vref)을 변수 α만큼 증가시킨 후 단계(206)에서 현재의 출력전압(Vn), 출력전류(In) 및 출력전력(Pn)을 이전의 출력전압(Vp), 출력전류(Ip) 및 출력전력(Pp)으로 치환한 후 단계(200)로 복귀하여 계 속 최대전력점을 추정하도록 제어하는 동작을 반복한다.
또한 상기 단계(208)에서 출력전력 변동량(△P)이 '0'보다 큰 것은 출력전력이 이전보다 증가되었음을 의미하는 것으로서 단계(216)에서 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 큰 지의 여부를 판단하여 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 크지 않을 경우에 단계(218)에서 기준전압(Vref)을 변수 α만큼 감소시키고, 출력전압 변동량(△V)이 '0'보다 클 경우에 단계(220)에서 기준전압(Vref)을 변수 α만큼 증가시킨 후 단계(206)에서 현재의 출력전압(Vn), 출력전류(In) 및 출력전력(Pn)을 이전의 출력전압(Vp), 출력전류(Ip) 및 출력전력(Pp)으로 치환한다.
도 3은 종래의 컨덕턴스 증가방법을 방법을 보인 신호흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 단계(300)에서 태양광 모듈에서 출력되는 출력전압(Vn) 및 출력전류(In)를 검출하고, 단계(302)에서 상기 검출한 현재 출력전압(Vn) 및 출력전류(In)에서 이전에 검출한 출력전압(Vp) 및 출력전류(Ip)를 각기 감산하여 출력전압 변동량(△V) 및 출력전류 변동량(△I)을 계산함과 아울러 다음의 수학식 6과 같이 출력전력 변동값(△P)을 계산한다.
△P = In ＋ (△I/△V) × Vn
다음 단계(304)에서 상기 계산한 출력전압 변동량(△V)이 '0'인지의 여부를 판단하고, 판단 결과 출력전압 변동량(△V)이 '0'이 아닐 경우에 단계(306)에서 상기 계산한 출력전력 변동값(△P)이 '0'인지의 여부를 판단하고, 단계(308)에서 출력전력 변동값(△P)이 '0'보다 큰 지의 여부를 판단한다.
상기 단계(306)의 판단 결과 출력전력 변동값(△P)이 '0'일 경우에 현재 최대전력점을 추종하여 최대전력을 출력하고 있음을 나타내는 것으로서 최대전력점을 추종하는 기준전압(Vref)의 현재상태를 그대로 유지한다.
그리고 상기 단계(306)의 판단 결과 출력전력 변동값(△P)이 '0'이 아닐 경우에 현재 최대전력점을 추종하지 못하여 최대전력을 출력하지 못하고 있음을 나타내는 것으로서 상기 단계(308)에서 출력전력 변동값(△P)이 '0'보다 클 경우에 단계(310)에서 기준전압(Vref)에 변수 α만큼 감소시키고, 단계(308)에서 출력전력 변동값(△P)이 '0'보다 크지 않을 경우에 단계(310)에서 기준전압(Vref)에 변수 α만큼 증가시킨다.
또한 상기 단계(304)의 판단 결과 출력전압 변동량(△V)이 '0'일 경우에 단계(314)에서 상기 계산한 출력전류 변동값(△I)이 '0'인지의 여부를 판단하고, 단계(316)에서 출력전류 변동값(△I)이 '0'보다 큰 지의 여부를 판단한다.
상기 단계(314)의 판단 결과 출력전류 변동값(△I)이 '0'일 경우에 현재 최대전력점을 추종하여 최대전력을 출력하고 있음을 나타내는 것으로서 기준전압(Vref)의 현재상태를 그대로 유지한다.
그리고 상기 단계(314)의 판단 결과 출력전류 변동값(△I)이 '0'이 아닐 경우에 현재 최대전력점을 추종하지 못하여 최대전력을 출력하지 못하고 있음을 나타내는 것으로서 상기 단계(316)에서 출력전류 변동값(△I)이 '0'보다 크지 않을 경우에 단계(318)에서 기준전압(Vref)에 변수 α만큼 감소시키고, 단계(316)에서 출력전류 변동값(△I)이 '0'보다 클 경우에 단계(320)에서 기준전압(Vref)에 변수 α 만큼 증가시킨다.
이와 같이 하여 최대전력점을 추종하는 기준전압(Vref)이 결정되면, 단계(322)에서 상기 출력전압(Vn) 및 출력전류(In)를 이전 출력전압(Vp) 및 출력전류(Ip)로 치환한다.
이러한 종래의 MPPT 방법에서 상기 도 2에 도시된 섭동 및 관측방법은 구현하는 것이 매우 쉬우나 최대전력점의 근처에서 최대전력점을 추종하는 동작이 진동(oscillation)하는 현상이 발생한다.
그러므로 상기 섭동 및 관측방법보다 구현이 어려우나 최대전력점의 근처에서 최대전력점을 추종하는 동작이 진동하지 않는 도 3의 컨덕턴스 증가방법을 많이 사용하고 있다.
그러나 상기한 종래의 기술들은 모두 최대전력점을 추종하기 위하여 최대전력점을 추종하는 기준전압(Vref)에 미리 설정된 값의 변수 α를 가산 또는 감산하는 것으로서 최대전력점을 추종함에 있어서 항상 일정한 속도로 추종하게 되고, 이로 인하여 외부 환경의 변동에 따라 빠른 속도로 변화하는 최대전력점의 변동에 빠른 속도로 응답하지 못하고, 이로 인하여 태양광 발전시스템의 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 출력전력 변동량에 따라 최대전력점을 추종하는 기준전압을 가변시킬 변수의 값을 탄력적으로 조절하여 최대전력점을 빠른 속도로 추종할 수 있도록 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 방법을 제공하 는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치는, 태양광을 입사 받아 전압 및 전류를 출력하는 태양광 모듈과, 기준전압에 따라 상기 태양광 모듈의 전압 및 전류에 따른 전력을 출력하는 전력 추출부와, 상기 태양광 모듈의 출력전압 변동량을 검출하는 전압 변동량 검출부와, 상기 태양광 모듈의 출력전류 변동량을 검출하는 전류 변동량 검출부와, 상기 태양광 모듈의 출력전압 및 출력전류에 따른 전력 변동량을 검출하는 전력 변동량 검출부와, 상기 전류 변동량 검출부가 검출하는 전류 변동량에 따라 제 1 기준변수에 따른 제 1 변수를 출력하는 제 1 변수 출력수단과, 상기 전력 변동량 검출부가 검출하는 전력 변동량에 따라 제 2 기준변수의 크기를 가변하는 제 2 기준변수 가변부와, 상기 전력 변동량 검출부가 검출하는 전력 변동량에 따라 상기 제 2 기준변수에 따른 제 2 변수를 출력하는 제 2 변수 출력수단과, 상기 전압 변동량 검출부의 검출신호에 따라 상기 제 1 변수 출력수단이 출력하는 제 1 변수 또는 상기 제 2 변수 출력수단이 출력하는 제 2 변수를 스위칭하여 선택하는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단이 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 현재 설정된 기준전압에 가산하여 상기 전력 추출부로 출력하는 기준전압 결정부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 스위칭 수단은, 상기 전압 변동량 검출부가 검출한 전압 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 1 변수 출력수단이 출력하는 제 1 변수를 스위칭하여 선택하고, 전압 변동량이 '0'이 아닐 경우에 상기 제 2 변수 출력수단이 출력하는 제 2 변수를 스위칭하여 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 변수 출력수단은, 상기 전류 변동량 검출부가 검출한 전류 변동량의 크기를 판단하는 전류 변동량 판단부와, 상기 전류 변동량 판단부의 판단신호에 따라 상기 제 1 기준변수의 극성을 조절하여 제 1 변수로 출력하거나 제 1 변수를 출력하지 않는 제 1 변수 결정부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제 2 변수 출력수단은, 상기 전력 변동량 검출부가 검출한 전력 변동량의 크기를 판단하는 전력 변동량 판단부와, 상기 전력 변동량 판단부의 판단신호에 따라 상기 제 2 기준변수의 극성을 조절하여 제 2 변수로 출력하거나 또는 제 2 변수를 출력하지 않는 제 2 변수 결정부로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 태양광 발전시스템의 최대전력 추종방법은, 태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하여 전압 변동량 검출부, 전류 변동량 검출부 및 전력 변동량 검출부가 각기 전압 변동량, 전류 변동량 및 전력 변동량을 검출하고, 상기 검출한 전류 변동량에 따라 제 1 변수 출력수단이 미리 설정된 제 1 기준변수에 따른 제 1 변수를 출력하며, 상기 검출한 전력 변동량에 따라 제 2 변수 출력수단이, 상기 전력 변동량에 따라 가변되는 제 2 기준변수에 따른 제 2 변수를 출력하며, 상기 검출한 전압 변동량에 따라 스위칭 수단이 상기 제 1 변수 또는 제 2 변수를 선택하며, 상기 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 기준전압 결정부가 이전에 결정된 기준전압에 가산하여 새로운 기준전압을 생성하며, 상기 생성한 새로운 기준전압에 따라 전력 추출부가 상기 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 최대 전력을 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 변수의 출력은, 상기 전류 변동량 판단부가 판단한 전류 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 1 변수를 출력하지 않고, 전류 변동량이 '0'보다 클 경우에 상기 제 1 기준변수의 극성을 플러스로 출력하며, 전류 변동량이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 1 기준변수의 극성을 마이너스로 출력하고, 상기 제 2 변수의 출력은, 상기 전력 변동량 판단부가 판단한 전력 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 2 변수를 출력하지 않고, 전력 변동량이 '0'보다 클 경우에 상기 제 2 기준변수를 플러스로 출력하며, 전력 변동량이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 2 기준변수의 극성을 마이너스로 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제 2 기준변수는 미리 설정된 상수 값에 전력 변동량을 곱한 값인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도 4 및 도 5의 도면을 참조하여 본 발명의 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 최대전력 추종장치의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 태양광을 입사 받아 전압(Vn) 및 전류(In)를 출력하는 태양광 모듈(400)과, 기준전압(Vref)에 따라 상기 태양광 모듈(400)의 전압(Vn) 및 전류(In)에 따른 전력을 출력하는 전력 추출부(410)와, 상기 태양광 모듈(400)이 출력하는 전압(Vn)의 변동량을 검출하는 전압 변동량 검출부(420)와, 상기 태양광 모듈(400)이 출력하는 전류(In)의 변동량을 검출하는 전류 변동량 검출부(430)와, 상기 태양광 모듈(400)이 출력하는 전압(Vn) 및 전류(In)로 전력 변동량을 검출하는 전력 변동량 검출부(440)와, 상기 전류 변동량 검출부(430)가 검출하는 전류 변동량에 따라 제 1 기준변수(α)에 따른 제 1 변수를 출력하는 제 1 변수 출력수단(450)과, 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출하는 전력 변동량에 따라 제 2 기준변수(K×△P)의 크기를 가변하는 제 2 기준변수 가변부(460)와, 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출하는 전력 변동량에 따라 상기 제 2 기준변수(K×△P)에 따른 제 2 변수를 출력하는 제 2 변수 출력수단(470)과, 상기 전압 변동량 검출부(420)의 검출신호에 따라 상기 제 1 변수 출력수단(450)이 출력하는 제 1 변수 또는 제 2 변수 출력수단(470)이 출력하는 제 2 변수를 스위칭하여 선택하는 스위칭 수단(480)과, 상기 스위칭 수단(480)이 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 현재 설정된 기준전압(Vref)에 가산하여 상기 전력 추출부(410)로 출력하는 기준전압 결정부(490)로 구성하였다.
상기 제 1 변수 출력수단(450)은 상기 전류 변동량 검출부(430)가 검출한 전류 변동량의 크기를 판단하는 전류 변동량 판단부(451)와, 상기 전류 변동량 판단부(451)의 판단신호에 따라 상기 제 1 기준변수(α)의 극성을 조절 또는 제 1 기준변수(α)를 출력하지 않는 제 1 변수 결정부(453)로 구성하였다.
상기 제 2 변수 출력수단(470)은, 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출한 전력 변동량의 크기를 판단하는 전력 변동량 판단부(471)와, 상기 전력 변동량 판단부(471)의 판단신호에 따라 상기 제 2 기준변수의 극성을 조절 또는 제 2 기준변수를 출력하지 않는 제 2 변수 결정부(473)로 구성하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 최대전력 추종장치는 태양광 모듈(400)이 태양광을 입사 받아 전압(Vn) 및 전류(In)를 출력하고, 출력한 전류(In)가 전류 변동량 검출부(430)로 입력됨과 아울러 전압(Vn) 및 전류(In)가 전력 변동량 검출부(440)로 모두 입력된다.
그러면, 전류 변동량 검출부(430)는 입력되는 현재 전류(In)와, 바로 전에 태양광 모듈(400)에서 출력되어 입력된 이전 전류(Ip)의 레벨을 비교하여 전류 변동량(△I)을 검출한다. 그리고 전력 변동량 검출부(440)는 입력되는 현재 전압(Vn) 및 전류(In)에 따른 현재 전력(Pn)과 바로 전에 태양광 모듈(400)에서 출력되어 입력된 이전 전압(Vp) 및 전류(Ip)에 따른 이전 전력(Pp)의 레벨을 비교하여 전력 변동량(△P)을 검출한다.
이와 같은 상태에서 제 1 변수 출력수단(450)은 상기 전류 변동량 검출부(430)가 검출한 전류 변동량(△I)이 '0' 또는 '0'보다 큰 지의 여부를 판단하여 전류 변동량(△I)이 '0'일 경우에 제 1 변수 결정부(453)가 제 1 변수를 출력하지 않도록 하고, 전류 변동량(△I)이 '0'보다 클 경우에 상기 제 1 기준변수(α)를 제 1 변수(α)로 출력하며, 전류 변동량(△I)이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 1 기준변수(α)의 극성을 반전시켜 제 1 변수(－α)로 출력한다.
그리고 제 2 기준변수 가변부(460)는 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출한 전력 변동량(△P)에 미리 설정된 상수(K)를 곱하여 전력 변동량(△P)에 따라 가변되는 제 2 기준변수(K×△P)를 출력한다.
또한 제 2 변수 출력수단(470)은 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출한 전력 변동량(△P)이 '0' 또는 '0'보다 큰 지의 여부를 판단하여 전력 변동량(△P)이 '0'일 경우에 제 2 변수를 출력하지 않도록 하고, 전력 변동량(△P)이 '0'보다 클 경우에 상기 제 2 기준변수(K×△P)를 제 2 변수(α)로 출력하며, 전력 변동량(△P)이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 2 기준변수(K×△P)의 극성을 반전시켜 제 2 변수(－K×△P)로 출력한다.
한편, 태양광 모듈(400)이 출력하는 현재 전압(Vn)이 전압 변동량 검출부(420)로 입력되는 것으로 전압 변동량 검출부(420)는 상기 입력되는 현재 전압(Vn)과, 바로 전에 태양광 모듈(400)로부터 입력된 이전 전압(Vp)의 레벨을 비교하여 전압 변동량(△V)을 검출하여 스위칭 신호를 발생하고, 발생한 스위칭 신호는 스위칭 수단(480)에 인가되어 스위칭 수단(480)이 스위칭된다. 즉, 전압 변동량 검출부(420)는 전압 변동량(△V)이 '0'인지의 여부를 판단하여 전압 변동량(△V)이 '0'일 경우에 스위칭 수단(480)의 가동단자가 일측 고정단자(a)에 접속되게 하고, 전압 변동량(△V)이 '0'이 아닐 경우에 스위칭 수단(480)의 가동단자가 타측 고정단자(b)에 접속되게 하여 상기 제 1 변수 출력수단(450)에서 출력되는 제 1 변수와 상기 제 2 변수 출력수단(470)에서 출력되는 제 2 변수가 스위칭 수단(480)을 통해 선택적으로 기준전압 결정부(490)로 입력되어 이전에 결정된 기준전압(Vref)의 레벨을 조절하고, 그 레벨을 조절한 기준전압(Vref)이 전력 추출부(410)로 입력되어 전력 추출부(410)가 기준전압(Vref)에 따라 태양광 모듈(400)에서 최대 전력을 추출하게 된다.
즉, 본 발명은 전압 변동량 검출부(420)가 검출한 전압 변동량(△V)이 '0'이고, 또한 전류 변동량 검출부(430)가 검출한 전류 변동량(△I)이 '0'일 경우 또는 전압 변동량(△V)이 '0'은 아니나 전력 변동량 검출부(440)가 검출한 전력 변동량( △P)이 '0'일 경우에 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)을 그대로 출력하여 전력 추출부(410)가 태양광 모듈(400)에서 최대 전력을 추출하게 한다.
그리고 전압 변동량 검출부(420)가 검출한 전압 변동량(△V)이 '0'이고, 전류 변동량 검출부(430)가 검출한 전류 변동량(△I)이 '0'이 아닐 경우에 전류 변동량(△I)의 증가 또는 감소에 따라 제 1 기준변수(α)의 극성을 조절한 후 기준전압(Vref)의 레벨을 조절하여 전력 추출부(410)가 태양광 모듈(400)의 최대전력점을 일정한 속도로 추종하면서 최대 전력을 추출하게 한다.
또한 전압 변동량 검출부(420)가 검출한 전압 변동량(△V)이 '0'이 아닐 경우에 전력 변동량(△P)에 따라 가변되는 제 2 기준변수(K×△P)를 발생하고, 전력 변동량(△P)의 증가 또는 감소에 따라 제 2 기준변수(K×△P)의 극성을 조절한 후 기준전압(Vref)의 레벨을 조절하여 전력 추출부(410)가 태양광 모듈(400)의 최대전력점을 전력 변동량(△P)에 따른 빠른 속도로 추종하면서 최대 전력을 추출하게 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 최대전력 추종방법을 보인 신호흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 단계(500)에서 태양광 모듈(400)에서 현재 출력되는 전압(Vn) 및 전류(In)를 전압 변동량 검출부(420), 전류 변동량 검출부(430) 및 전력 변동량 검출부(440)가 각기 검출하여 단계(502)에서 전압 변동량 검출부(420)가 상기 현재 전압(Vn)에서 이전 전압(Vp)을 감산하여 전압 변동량(△V)을 검출하고, 전류 변동량 검출부(430)가 현재 전류(In)에서 이전 전류(Ip)를 감산하여 전류 변동량(△I) 을 검출하며, 전력 변동량 검출부(440)가 현재 전압(Vn) 및 전류(In)과 이전 전압(Vp) 및 전류(Ip)를 이용하여 상기한 수학식 6으로 전력 변동량(△P)을 검출한다.
다음 단계(504)에서 상기 전압 변동량 검출부(420)가 검출한 전압 변동량(△V)이 '0'인지의 여부를 판단하여 '△V=0'이 아닐 경우에 스위칭 수단(480)의 가동단자를 타측 고정단자(b)에 접속시킨다.
이와 같은 상태에서 전력 변동량 판단부(471)는 단계(506)(508)에서 상기 전력 변동량 검출부(440)가 검출한 전력 변동량(△P)이 '△P=0' 또는 '△P＞0'인지의 여부를 판단하여 '△P=0'일 경우에 제 2 변수 결정부(473)가 제 2 변수를 출력하지 않도록 하여 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)을 그대로 유지하게 하고, '△P＞0'일 경우에 제 2 변수 결정부(473)가 제 2 기준변수(K×△P)를 제 2 변수(K×△P)로 출력하며, 그 출력한 제 2 변수(K×△P)는 단계(510)에서 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)에 가산하여 새로운 기준전압(Vref＋K×△P)을 생성하며, '△P＜0'일 경우에는 제 2 변수 결정부(473)가 제 2 기준변수(K×△P)의 극성을 반전시켜 제 2 변수(－K×△P)를 출력하며, 그 출력한 제 2 변수(－K×△P)는 단계(512)에서 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)에 가산하여 새로운 기준전압(Vref－K×△P)을 생성하며, 이와 같이 생성한 기준전압은 전력 추출부(410)에 전달되어 전력 추출부(410)가, 전력 변동량(△P)의 레벨에 따라 가변되는 제 2 변수(±K×△P)에 따른 빠른 속도로 최대전력점을 추종하면서 최대전력을 추출할 수 있도록 한다.
그리고 상기 단계(504)에서 상기 전압 변동량 검출부(420)가 검출한 전압 변 동량(△V)이 '0'인지의 여부를 판단하여 '△V=0'일 경우에 스위칭 수단(480)의 가동단자를 일측 고정단자(a)에 접속시킨다.
이와 같은 상태에서 전류 변동량 판단부(451)는 단계(514)(516)에서 상기 전류 변동량 검출부(430)가 검출한 전류 변동량(△I)이 '△I=0' 또는 '△I＞0'인지의 여부를 판단하여 '△I=0'일 경우에 제 1 변수 결정부(453)가 제 1 변수를 출력하지 않도록 하여 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)을 그대로 유지하게 하고, '△I＞0'일 경우에 제 1 변수 결정부(453)가 제 1 기준변수(α)를 제 1 변수(α)로 출력하며, 그 출력한 제 1 변수(α)는 단계(518)에서 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)에 가산하여 새로운 기준전압(Vref＋α)을 생성하며, '△I＜0'일 경우에는 제 1 변수 결정부(453)가 제 1 기준변수(α)의 극성을 반전시켜 제 1 변수(－α)를 출력하며, 그 출력한 제 1 변수(－α)는 단계(520)에서 기준전압 결정부(490)가 이전에 결정된 기준전압(Vref)에 가산하여 새로운 기준전압(Vref－α)을 생성하며, 이와 같이 생성한 기준전압은 전력 추출부(410)에 전달되어 전력 추출부(410)가 제 1 변수(±α)에 따른 일정한 속도로 최대전력점을 추종하면서 최대전력을 추출할 수 있도록 한다.
다음 단계(522)에서는 태양광 모듈(400)에서 현재 출력한 전압(Vn) 및 전류(In)를 전압 변동량 검출부(420), 전류 변동량 검출부(430) 및 전력 변동량 검출부(440)가 각기 이전 전압(Vp) 및 이전 전류(Ip)로 치환하고, 다음에 태양광 모듈(400)에서 출력되는 전압(Vn) 및 전류(In)에 따라 상기한 동작을 반복 수행하여 전력 추출부(410)가 태양광 모듈(400)의 최대전력점을 추종하면서 최대전력을 추출할 수 있도록 한다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 태양광 모듈에서 출력되는 전압이 변동되지 않을 경우에 전력 변동량에 따라 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하는 속도를 가변시킴으로써 주위환경의 변화에 빠르게 반응하면서 최대전력점을 추종하여 태양광 에너지를 최대한 추출할 수 있고, 이로 인하여 시스템의 효율이 향상되며, 또한 태양광 모듈의 최대전력점 부근에서의 최소 변동량으로 제어할 수 있어 최대전력점 부근에서 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 태양광을 입사 받아 전압 및 전류를 출력하는 태양광 모듈;
    기준전압에 따라 상기 태양광 모듈의 전압 및 전류에 따른 전력을 출력하는 전력 추출부;
    상기 태양광 모듈의 출력전압 변동량을 검출하는 전압 변동량 검출부;
    상기 태양광 모듈의 출력전류 변동량을 검출하는 전류 변동량 검출부;
    상기 태양광 모듈의 출력전압 및 출력전류에 따른 전력 변동량을 검출하는 전력 변동량 검출부;
    상기 전류 변동량 검출부가 검출하는 전류 변동량에 따라 제 1 기준변수에 따른 제 1 변수를 출력하는 제 1 변수 출력수단;
    상기 전력 변동량 검출부가 검출하는 전력 변동량에 따라 제 2 기준변수의 크기를 가변하는 제 2 기준변수 가변부;
    상기 전력 변동량 검출부가 검출하는 전력 변동량에 따라 상기 제 2 기준변수에 따른 제 2 변수를 출력하는 제 2 변수 출력수단;
    상기 전압 변동량 검출부의 검출신호에 따라 상기 제 1 변수 출력수단이 출력하는 제 1 변수 또는 상기 제 2 변수 출력수단이 출력하는 제 2 변수를 스위칭하여 선택하는 스위칭 수단; 및
    상기 스위칭 수단이 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 현재 설정된 기준전압에 가산하여 상기 전력 추출부로 출력하는 기준전압 결정부로 구성된 태양광 발 전시스템의 최대전력 추종장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은;
    상기 전압 변동량 검출부가 검출한 전압 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 1 변수 출력수단이 출력하는 제 1 변수를 스위칭하여 선택하고, 전압 변동량이 '0'이 아닐 경우에 상기 제 2 변수 출력수단이 출력하는 제 2 변수를 스위칭하여 선택하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변수 출력수단은;
    상기 전류 변동량 검출부가 검출한 전류 변동량의 크기를 판단하는 전류 변동량 판단부; 및
    상기 전류 변동량 판단부의 판단신호에 따라 상기 제 1 기준변수의 극성을 조절하여 제 1 변수로 출력하거나 제 1 변수를 출력하지 않는 제 1 변수 결정부로 구성됨을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 변수 출력수단은;
    상기 전력 변동량 검출부가 검출한 전력 변동량의 크기를 판단하는 전력 변동량 판단부; 및
    상기 전력 변동량 판단부의 판단신호에 따라 상기 제 2 기준변수의 극성을 조절하여 제 2 변수로 출력하거나 또는 제 2 변수를 출력하지 않는 제 2 변수 결정 부로 구성됨을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종장치.
  5. 태양광 모듈에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하여 전압 변동량 검출부, 전류 변동량 검출부 및 전력 변동량 검출부가 각기 전압 변동량, 전류 변동량 및 전력 변동량을 검출하는 단계;
    상기 검출한 전류 변동량에 따라 제 1 변수 출력수단이 미리 설정된 제 1 기준변수에 따른 제 1 변수를 출력하는 단계;
    상기 검출한 전력 변동량에 따라 제 2 변수 출력수단이, 상기 전력 변동량에 따라 가변되는 제 2 기준변수에 따른 제 2 변수를 출력하는 단계;
    상기 검출한 전압 변동량에 따라 스위칭 수단이 상기 제 1 변수 또는 제 2 변수를 선택하는 단계;
    상기 선택한 제 1 변수 또는 제 2 변수를 기준전압 결정부가 이전에 결정된 기준전압에 가산하여 새로운 기준전압을 생성하는 단계; 및
    상기 생성한 새로운 기준전압에 따라 전력 추출부가 상기 태양광 모듈의 최대전력점을 추종하여 최대 전력을 추출하는 단계로 이루어지는 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 변수의 출력은;
    상기 전류 변동량 판단부가 판단한 전류 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 1 변수를 출력하지 않고, 전류 변동량이 '0'보다 클 경우에 상기 제 1 기준변수의 극 성을 플러스로 출력하며, 전류 변동량이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 1 기준변수의 극성을 마이너스로 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 변수의 출력은;
    상기 전력 변동량 판단부가 판단한 전력 변동량이 '0'일 경우에 상기 제 2 변수를 출력하지 않고, 전력 변동량이 '0'보다 클 경우에 상기 제 2 기준변수를 플러스로 출력하며, 전력 변동량이 '0'보다 작을 경우에 상기 제 2 기준변수의 극성을 마이너스로 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종방법.
  8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 기준변수는;
    미리 설정된 상수 값에 전력 변동량을 곱한 값인 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 최대전력 추종방법.
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