KR101020813B1 - 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시키는 다수의 태양전지 어레이를 포함하는 태양전지 어레이 유닛; 상기 태양전지 어레이 유닛의 출력단에 연결되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력된 직류 전원을 입력으로 인가받아, 미리 설정된 출력전압으로 변환하여 출력하는 전압 조절 유닛; 상기 전압 조절 유닛의 출력단과 인버터의 입력단 사이에 설치되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로 역전류가 흐르는 것을 방지하는 DC 접속반; 상기 DC 접속반을 통하여 출력된 직류 전원을 인가받아 교류 전원으로 변환시킨 후 출력하는 인버터; 상기 태양전지 어레이 유닛, DC 접속반 및 인버터의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단하는 모니터링 유닛; 및 상기 태양전지 어레이 유닛, 전압 조절 유닛 및 인버터의 동작을 제어하는 제어유닛을 포함하며, 상기 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결되고, 상기 각 태양전지 어레이는 상호 직렬로 연결된 다수의 태양전지 모듈을 포함하며, 상기 전압 조절 유닛은 상기 제어유닛의 제어에 따라 출력전압의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치 및 그 제어방법이 제공된다.

Description

태양광 발전 장치 {SOLAR CELL GENERATING APPARATUS}

본 발명은 태양광 발전 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 어레이 유닛의 출력전압을 인버터의 최적 동작 전압에 적합하게 조절하여 출력하여 인버터의 가동 효율을 극대화할 수 있는 태양광 발전 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

태양광 발전은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되며, 태양광이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 비추어지면 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.

태양광 발전은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 장점이 있는 반면에 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전단가가 높은 단점이 있다.

태양 전지는 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것으로, 태양 전지의 최소단위를 셀이라고 한다. 태양광 발전 장치는 복수의 셀을 패키지화 태양 전지 모듈을 직,병렬로 연결시켜 구성한 태양 전지 어레이를 통하여 통하여 태양 에너지를 직류 전원으로 변환시켜서 수집하게 된다.

이때 태양전지 어레이는 사용 용도에 맞추어 태양전지 모듈을 10~30개씩 직렬 연결하고 또한 설치용량에 따라서 병렬로도 적정한 갯수를 연결하여 사용한다. 태양전지 어레이에서 음영 또는 모듈의 이상이 발생할 경우, 어레이의 최대 출력전력이 변한다. 즉, 태양전지 어레이에서 모듈들의 직렬회로 출력전압은 모든 모듈들의 전압의 합으로 나타내지만, 직렬회로의 출력전류는 개개의 모듈 상태에 따라 낮은 출력을 갖는 모듈의 전류 값에 의존한다. 반대로 병렬회로의 전체 출력전류는 각 모듈들의 전류의 합으로 나타내며, 전체 전압은 각 모듈들의 전압과 같다. 따라서 태양전지 어레이를 설계할 때 이러한 점을 고려하여 사용용도 또는 설치용량에 따라 태양전지 모듈을 직,병렬로 연결하여 태양전지 어레이를 구성하게 된다.

태양전지의 용량은 온도증가에 따라 전압은 현저하게 감소하는 반면, 단락전류는 미소하게 증가하는 특징을 갖고 있다. 따라서, 종래 기술에 따른 태양광 발전 장치의 경우, 기온이 상승하는 여름에는 태양 전지 모듈의 출력 전압강하로 인한 인버터의 최소 입력 전압 이상으로 설치하고, 기온이 하강하는 겨울에는 태양 전지 모듈의 출력 전압상승 때문에 인버터의 최대 입력 전압 이하가 되도록 태양 전지 모듈의 개수를 결정하여 설치하였다.

그러나, 종래 기술에 따른 태양광 발전 장치의 경우, 온도에 따른 출력 전압의 차이를 고려하여 태양 전지 모듈의 직렬 연결개수를 선정하였으나, 이렇게 한 번 선정된 직렬 연결개수를 조합하여 시공하면 추후에 주위 환경, 용량 변경 또는 인버터 변경 등의 다양한 요인으로 태양광 발전 장치에 변화가 생기더라도 태양 전지 모듈의 직렬 연결 개수를 변경하거나 재조합하는 것이 불가능하다는 문제점이 있었다. 또한, 인버터의 MPPT(maximum power point tracking)전압범위와 인버터의 최대 입력 전압을 고려하여 태양 전지 모듈의 직렬 연결 개수를 선택해야 하므로 출력이 낮아지고, 태양광 발전 장치의 효율이 낮아진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인버터의 가동 전압 범위를 고려하여 태양 전지 모듈의 연결을 설계하지 않고, 인버터에 미리 설정된 전압이 인가될 수 있도록 태양광 어레이 유닛으로터 출력되는 전압을 조절하여 인버터에 인가함으로써 효율 및 출력이 개선된 태양광 발전 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시키는 다수의 태양전지 어레이를 포함하는 태양전지 어레이 유닛; 상기 태양전지 어레이 유닛의 출력단에 연결되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력된 직류 전원을 입력으로 인가받아, 미리 설정된 출력전압으로 변환하여 출력하는 전압 조절 유닛; 상기 전압 조절 유닛의 출력단과 인버터의 입력단 사이에 설치되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로 역전류가 흐르는 것을 방지하는 DC 접속반; 상기 DC 접속반을 통하여 출력된 직류 전원을 인가받아 교류 전원으로 변환시킨 후 출력하는 인버터; 상기 태양전지 어레이 유닛, DC 접속반 및 인버터의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단하는 모니터링 유닛; 및 상기 태양전지 어레이 유닛, 전압 조절 유닛 및 인버터의 동작을 제어하는 제어유닛을 포함하며, 상기 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결되고, 상기 각 태양전지 어레이는 상호 직렬로 연결된 다수의 태양전지 모듈을 포함하며, 상기 전압 조절 유닛은 상기 제어유닛의 제어에 따라 출력전압의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치가 제공된다.

상기 제어 유닛은 상기 전압 조절 유닛의 출력 전압을 상기 인버터의 최적 동작 전압이 되도록 상기 전압 조절 유닛의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 각 태양전지 어레이에 연결된 다수의 스위칭부로 구성된 스위칭 유닛을 더 포함하며, 상기 각 스위칭부는 상기 각 태양전지 모듈과 상호 연결되어, 다양한 조합의 태양전지 모듈의 직렬 연결을 구현하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어유닛은 상기 모니터링 유닛으로부터 상기 태양전지 모듈의 고장 신호를 전달받으면, 이상이 발생한 태양전지 모듈을 상기 태양전지 어레이에서 제외시키도록 상기 스위칭 유닛을 동작시키는 것을 특징으로 한다.

상기 각 유닛의 현재 상태 또는 고장 발생 여부를 사용자에게 알려주는 경보 유닛을 더 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 모니터링 유닛으로부터 고장 발생 신호를 전달받으면, 상기 경보 유닛이 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 태양전지 어레이 유닛의 출력단과 상기 DC 접속반의 입력단 사이에 연결되며, 상기 제어유닛의 충전신호에 따라 상기 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력된 직류 전원을 인가받아 저장하고, 상기 제어유닛의 방전신호에 따라 상기 DC 접속반으로 기저장된 직류 전원을 공급하는 전원 저장 유닛을 더 포함한다.

상기 제어유닛은 상기 태양전지 어레이 유닛의 개방전압이 인버터 최소 입력 전압 보다 낮으면, 상기 전원 저장 유닛에 방전신호를 전달하고, 상기 제어유닛은 상기 인버터 가동이 중지되고, 상기 태양전지 어레이 유닛에서 직류 전원이 발생되는 동안에 상기 전원 저장 유닛에 충전신호를 전달한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 인터페이스 유닛을 이용하여 인버터 입력 전압을 미리 설정하는 단계; 태양전지 어레이 유닛이 작동되면, 모니터링 유닛을 통하여 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압을 측정하는 단계; 상기 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압과 인버터 입력 설정 전압을 비교하는 단계; 비교한 결과, 상기 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압이 상기 인버터 입력 설정전압 보다 큰 경우에는 전압 조절 유닛을 통해 상기 태양전지 어레이 유닛의 출력전압을 상기 인버터 입력 설정전압으로 변환시켜 출력하는 단계; 상기 전압 조절 유닛을 통해 변환된 출력전압을 인버터로 인가하는 단계; 및 상기 인버터에 부하가 연결되고, 연결된 부하에 전원을 공급하는 단계를 포함하는 태양광 발전 장치의 제어방법이 제공된다.

상기 비교 단계에서 비교한 결과, 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압이 인버터 입력 설정전압과 같거나 그 보다 작을 경우에는 상기 태양전지 어레이 유닛에서 출력되는 전원을 인버터에 인가하는 것을 특징으로 한다.

인버터 인가 전압이 인버터 입력 설정전압의 허용오차 범위 이내에서 일치하는지 비교하는 단계; 비교한 결과, 일치하지 않는 경우 전압 조절 유닛을 통하여 인버터에 인가되는 전압을 인버터 입력 설정전압으로 변환하여 인버터에 공급하는 단계; 인버터 인가 전압이 인버터 최소 입력 전압 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 판단 결과, 인버터 인가 전압이 인버터 최소 입력 전압 이하로 낮아지면 인버터 가동을 중지하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 태양 전지 어레이 유닛의 출력 전압을 인버터의 최적의 동작 전압에 맞게 변환한 후 DC 접속반을 통하여 인버터에 제공함으로써, 인버터의 가동시작 시간은 단축시키고, 가동중지 시간을 연장시켜서 인버터의 효율을 보다 개선시킬 수 있게 된다.

인버터의 MPPT 전압범위, 인버터의 최소 입력 및 최대 입력 전압범위를 고려하지 않고 태양 전지 모듈의 직렬 연결 개수를 설계할 수 있게되어, 설계상의 제약이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 고장이 발생한 태양 전지 모듈만을 태양전지 어레이에서 제외시킴으로써 출력향상을 기대할 수 있다.

또한, 모니터링 유닛을 통하여 각각의 태양 전지 모듈의 이상 유무, DC 접속반의 이상 유무, 인버터의 이상 유무 및 전송 선로의 이상 유무를 확인할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 태양전지 어레이 유닛과 전압 조절 유닛의 개략적인 블록도이며, 도 2b는 도 1에 도시된 DC 접속반의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 제어방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지 어레이 유닛과 스위칭 유닛의 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이며, 도 2a는 도 1에 도시된 태양전지 어레이 유닛과 전압 조절 유닛의 개략적인 블록도이며, 도 2b는 도 1에 도시된 DC 접속반의 개략적인 구성도이다.

도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 어레이 유닛(100), 전압 조절 유닛(200), DC 접속반(300), 모니터링 유닛(400), 인버터(500), 제어유닛(600) 및 인터페이스 유닛(미도시)을 포함한다.

태양전지 어레이 유닛(100)은 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시킨다. 이러한 태양전지 어레이 유닛(100)은 다수의 태양전지 어레이(110, 120,...,)를 포함한다. 본 실시예에서 태양전지 어레이 유닛(100)은 총 m개의 태양전지 어레이 즉, 제1 태양전지 어레이(110), 제2 태양전지 어레이(120),...,제m 태양전지 어레이로 구성되며, 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결된다.

각 태양전지 어레이는 다수의 태양전지 모듈을 포함한다. 각 태양전지 어레이의 구성요소인 다수의 태양전지 모듈은 상호 직렬로 연결되어 구성된다. 각 태양전지 어레이의 구성은 동일한 바, 제1 태양전지 어레이(110)의 구성을 살펴보면, 제1 태양전지 어레이(110)는 n개의 태양전지 모듈(S₁₁, S₁₂, S₁₃,...,S_1N-2, S_1N-1, S_1N)이 상호 직렬로 연결된다. 태양전지 모듈은 태양전지 셀을 패키지화한 것으로서, 태양전지 셀은 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지이며, 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사하며 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것이다.

이러한 태양전지 모듈은 태양전지의 재료에 따라서 단결정, 다결정 및 박막형으로 구분된다. 단결정 태양전지 모듈은 실리콘을 단결정으로 성장 시킨 후 자르고 연마하여 웨이퍼로 만든 후 전극을 연결하여 제조하는데, 제조공정이 복잡하고 제조 온도가 높아 대량의 전력소모가 발생하나 효율이 높은 장점이 있다. 다결정 태양전지 모듈은 캐스트법 실리콘의 덩어리를 녹인 액체를 주형속에서 서서히 식힌 다음 굳힌 후, 작은 결정을 여러 개 모아 연마하여 전극을 연결하여 제조하는 데, 효율 및 가격은 중간 정도이다. 박막형 태양전지 모듈은 진공내에 원료가스를 유입하고, 방전을 일으켜 원료가스를 분해하고, 분해된 실리콘을 200 ~ 300℃로 가열된 투명 전극을 지닌 기판위에 적층시켜 PN 접합을 형성하고 반사방지막과 전극을 형성하여 제조된다. 박막형 태양전지 모듈은 효율이 가장 낮으며, 상대적으로 제조비용이 낮다.

전압 조절 유닛(200)은 태양전지 어레이 유닛(100)의 출력단에 연결되며, 태양전지 어레이 유닛(100)으로부터 출력된 직류 전원을 입력으로 인가받아, 미리 설정된 출력전압으로 변환하여 출력한다. 전압 조절 유닛(200)은 제어유닛(600)의 제어에 따라 출력전압의 조절이 가능하며, 본 실시예의 경우 전압 조절 유닛의 출력 전압을 인버터(500)의 최적 동작 전압으로 설정하였으며, 이는 사용자에 의해서 설정 가능하다.

DC 접속반(300)은 전압 조절 유닛(200)의 출력단과 인버터(500)의 입력단 사이에 설치되며, DC 접속반(300)은 태양전지 어레이 유닛(100)으로 역전류가 흐르는 것을 방지한다. DC 접속반(300)은 예상치 못한 급격한 전압이나 전류가 태양전지 어레이 유닛(100)으로 인가되는 것을 방지하여 태양전지 어레이 유닛(100)을 보호하는 기능을 수행한다. 이러한 DC 접속반(300)은 역방향으로 흐르는 전류를 차단하여 입력단의 회로를 보호하는 역전압 방지부(310)와 과전류를 차단하여 회로를 보로하는 과전류 보호용 퓨즈(320)를 포함한다.

인버터(500)는 DC 접속반(300)을 통하여 출력된 직류 전원을 인가받아 교류 전원으로 변환시킨 후 출력한다. 인버터(500)를 통하여 출력된 교류 전원은 인버터(500)에 연결된 부하(650)에 제공된다.

모니터링 유닛(400)은 태양전지 어레이 유닛(100)의 출력단에서 출력되는 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여, 이상유무를 판단하고, DC 접속반(300)의 입,출력단의 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단한다. 또한, 인버터(500) 입력단의 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하고, 인버터(500) 출력단의 교류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단한다.

제어 유닛(600)은 태양광 발전 장치의 각 구성요소 즉, 태양전지 어레이 유닛(100), 전압 조절 유닛(200), DC 접속반(300), 모니터링 유닛(400) 및 인버터(500)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.

본 발명의 실시예와 같이 태양광 발전 장치를 구성하게 되면, 태양 전지 어레이 유닛의 출력 전압을 인버터의 최적의 동작 전압에 맞게 변환한 후 DC 접속반을 통하여 인버터에 제공할 수 있으며, 그 결과 인버터의 가동시작 시간은 단축시키고, 가동중지 시간을 연장시켜서 인버터의 전체 가동시간을 연장할 수 있게 되어 효율을 보다 개선시킬 수 있게 된다. 또한, 인버터의 MPPT 전압범위, 인버터의 최소 입력 및 최대 입력 전압범위를 고려하지 않고 태양 전지 모듈의 직렬 연결 개수를 설계할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 제어방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 우선 사용자는 인터페이스 유닛을 이용하여 인버터 입력 전압을 미리 설정하는 과정을 수행한다(S10). 이때, 인버터 입력 설정 전압은 인버터의 용량을 고려하여 인버터가 최적 효율을 발휘할 수 있는 인터터 최적 동작 전압으로 설정한다.

태양전지 어레이 유닛이 작동되면, 모니터링 유닛을 통하여 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압을 측정한다(S20). 이때, 개방 전압이란 태양전지에 아무 것도 연결하지 않는 상태 즉, 부하가 연결되지 않은 상태에서 태양전지의 양단에 발생하는 전압을 나타낸다.

측정된 개방 전압은 제어 유닛으로 전달되고, 제어 유닛은 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압과 인버터 입력 설정 전압을 비교하는 과정을 수행한다(S30).

S30 과정을 통하여 비교한 결과, 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압이 인버터 입력 설정전압 보다 큰 경우에는 전압 조절 유닛을 통해 태양전지 어레이 유닛의 출력전압을 인버터 입력 설정전압으로 변환시켜 출력시킨다(S40). 전압 조절 유닛은 태양전지 어레이 유닛으로부터 인가된 직류전원을 사용자에 의해 설정된 인버터 입력 설정 전압에 맞게 출력시키는 기능을 수행한다. 전압 조절 유닛을 통해 변환된 출력전압을 인버터로 인가한다(S50). 그리고 나서, 인버터가 작동되며, 인버터에 부하가 연결되고, 연결된 부하에 전원을 공급하게 된다(S70). 즉, 인버터에는 인버터 입력 설정전압이 인가되고, 인버터는 인가된 직류 전원을 교류 전원을 변환하여, 인버터에 연결된 부하에 변환된 교류 전원을 공급한다.

한편, S30과정을 통하여 비교한 결과, 태양전지 어레이 유닛의 개방 전압이 인버터 입력 설정전압과 같거나 그 보다 작을 경우에는 전압 조절 유닛을 동작시키지 않고, 태양전지 어레이 유닛에서 출력되는 전원을 그대로 인버터에 인가한다(S60). 그리고 나서, S70 과정으로 진행된다.

인버터 가동중에도 인버터 인가 전압 즉, 전압 조절 유닛 및 DC 접속반을 통하여 출력되는 전압이 인버터 입력 설정전압과 허용오차 범위 이내에서 일치하는지 비교하는 과정을 수행한다(S80).

S80 과정을 통하여 비교한 결과, 인버터 인가 전압이 인버터 입력 설정전압과 일치하지 않는 경우, 즉 인버터 인가 전압이 인버터 입력 설정전압 보다 큰 경우에는 전압 조절 유닛을 통하여 인버터에 인가되는 전압을 인버터 입력 설정전압으로 변환시켜 출력시킨다(S90). 한편 비교한 결과 인버터 인가 전압이 인버터 입력 설정전압과 허용오차 범위 이내에서 일치하는 경우에는 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력되는 전압을 그대로 인버터에 공급한다(S100).

그리고, 인버터 인가 전압이 인버터 최소 입력 전압 즉, 인버터를 가동시키기 위하여 필요한 최소 전압 이하인지 여부를 판단하는 과정을 수행한다(S110). 본 실시예에서는 S110 과정이 S80 과정 이후에 수행되는 것으로 설명하고 있으나, S80 과정과 동시에 수행될 수도 있다.

S110 과정을 통하여 비교한 결과, 인버터 인가 전압이 인버터 최소 입력 전압 이하로 낮아지면 인버터 가동을 중지하고(S120), 그렇지 않은 경우에는 S80과정으로 진행된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시된 태양전지 어레이 유닛과 스위칭 유닛의 개략적인 블록도이다. 본 발명의 제2 실시예는 태양전지 모듈의 이상유무를 감시하고, 태양전지 모듈에 이상이 검출된 경우에는 이상이 발생된 태양전지 모듈만을 제거할 수 있도록 구성한 실시예로서, 이러한 기능 및 그에 따른 구성만이 상이하며 나머지 구성은 유사한 바 이하에서는 상이한 기능 및 구성을 위주로 상술한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 어레이 유닛(100), 전압 조절 유닛(200), DC 접속반(300), 모니터링 유닛(400), 인버터(500), 제어유닛(600) 및 스위칭 유닛(700)을 포함한다.

태양전지 어레이 유닛(100)은 태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시킨다. 이러한 태양전지 어레이 유닛(100)은 다수의 태양전지 어레이(110, 120,...,)를 포함한다. 본 실시예에서 태양전지 어레이 유닛(100)은 총 m개의 태양전지 어레이 즉, 제1 태양전지 어레이(110), 제2 태양전지 어레이(120),...,제m 태양전지 어레이로 구성되며, 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결된다. 각 태양전지 어레이는 다수의 태양전지 모듈을 포함한다. 각 태양전지 어레이의 구성요소인 다수의 태양전지 모듈은 상호 직렬로 연결되어 구성된다.

스위칭 유닛(700)은 다수의 스위칭부를 포함하며, 각 스위칭부는 각 태양전지 어레이에 연결된다. 본 실시예에서 스위칭 유닛(700)은 제1 스위칭부(710), 제2 스위칭부(720)..., 제m 스위칭부로 구성되며, 제1 스위칭부(710)는 제1 태양전지 어레이(110)에 포함되며, 제2 스위칭부(720)는 제2 태양전지 어레이(120)에 포함되고, 제m 스위칭부는 제m 태양전지 어레이에 포함된다. 각 스위칭부는 각 태양전지 모듈과 상호 연결되어, 다양한 조합의 태양전지 모듈의 직렬 연결을 구현할 수 있다.

모니터링 유닛(400)은 태양전지 어레이 유닛(100)의 출력단에서 출력되는 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단한다. 또한, 각 태양전지 모듈의 이상 유무를 검출하여 문제가 발생한 태양전지 모듈을 검출하면, 검출 결과를 제어유닛(600)으로 전달한다. 제어유닛(600)은 모니터링 유닛(400)으로부터 태양전지 모듈의 고장 신호를 전달받으면, 이상이 발생한 태양전지 모듈을 태양전지 어레이에서 제외시키도록 스위칭유닛(700)에 스위칭유닛 제어신호를 전송한다. 스위칭유닛(700)은 제어유닛으로부터 수신한 스위칭유닛 제어신호에 따라 문제가 발생한 태양전지 모듈을 태양전지 어레이의 직렬 연결에서 제외시킨다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면 고장이 발생한 태양 전지 모듈만을 태양전지 어레이에서 제외시킴으로써 전체적인 출력향상을 기대할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다. 본 발명의 제3 실시예는 모니터링 유닛을 통하여 각각의 태양 전지 모듈의 이상 유무, DC 접속반의 이상 유무, 인버터의 이상 유무 및 전송 선로의 이상 유무를 확인하고, 만약 이상이 발견된 경우 사용자에게 알려주는 기능을 추가한 실시예로서, 이와 같이 추가된 기능 및 그에 따른 구성만이 상이하며 나머지 구성은 위의 실시예들과 유사한 바 이하에서는 상이한 기능 및 구성을 위주로 상술한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 어레이 유닛(100), 전압 조절 유닛(200), DC 접속반(300), 모니터링 유닛(400), 인버터(500), 제어유닛(600) 및 경보 유닛(800)을 포함한다.

모니터링 유닛(400)은 태양전지 어레이 유닛(100)의 출력단에서 출력되는 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여, 이상유무를 판단하고, DC 접속반(300)의 입,출력단의 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단한다. 또한, 인버터(500) 입력단의 직류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하고, 인버터(500) 출력단의 교류 전원의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단한다. 모니터링 유닛(400)에서 판단한 결과는 제어 유닛(600)으로 전달되며, 제어 유닛(600)은 각 유닛에서 고장이 발생한 경우 경보 유닛(800)이 작동되도록 제어한다. 경보 유닛(800)은 고장이 발생한 유닛, 현재 상태 등의 정보를 사용자에 전달함과 동시에 현재 고장이 발생했다는 사실을 다양한 형태로 사용자에게 알려준다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 개략적인 블록도이다. 본 발명의 제4 실시예는 태양전지 어레이 유닛의 개방전압이 인터버 최소 입력전압 이하일 때 인버터의 가동 개시시간을 앞당기기 위하여 전원 저장부에 저장된 전원을 이용하는 실시예로서, 이와 같이 추가된 기능 및 그에 따른 구성만이 상이하며 나머지 구성은 위의 실시예들과 유사한 바 이하에서는 상이한 기능 및 구성을 위주로 상술한다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 어레이 유닛(100), 전압 조절 유닛(200), DC 접속반(300), 모니터링 유닛(400), 인버터(500), 제어유닛(600) 및 전원 저장 유닛(950)을 포함한다.

전원 저장 유닛(950)은 태양전지 어레이 유닛(100)의 출력단과 DC 접속반(300) 입력단 사이에 연결되며, 제어유닛(600)의 충전신호에 따라 태양전지 어레이 유닛(100)으로부터 출력된 직류 전원을 인가받아 저장한다. 그리고, 제어유닛(600)의 방전신호에 따라 DC 접속반(300)으로 저장된 직류 전원을 공급한다.

제어유닛(600)은 태양전지 어레이 유닛의 개방전압이 인버터 최소 입력 전압 보다 낮으면 전원 저장 유닛(950)에 방전신호를 전달하여 전원 저장 유닛(950)에 저장된 직류 전원을 DC 접속반(300)에 공급하도록 제어한다. 이때 제어유닛(600)은 DC 접속반(300)을 통하여 인버터(500)에 인가되는 전압이 인버터 최소 입력 전압보다 크게 되도록 전원 저장 유닛(950)에서 DC 접속반(300)으로 공급되는 직류 전원의 양을 조절한다. 그 결과, DC 접속반(300)을 통하여 인버터에 인가되는 전압은 인버터 최소 입력 전압 보다 크게 되어, 인버터가 가동된다.

그리고, 제어유닛(600)은 인버터 가동이 중지되고, 태양전지 어레이 유닛(100)에서 직류 전원이 발생되는 동안에 전원 저장 유닛(950)에 충전신호를 전달하여, 태양전지 어레이 유닛(100)에서 생성된 직류 전원을 전원 저장 유닛(950)에 저장하도록 제어한다.

이와 같은 구성에 의하면, 인버터의 가동이 불가한 조건일 때는 태양전지 어레이 유닛(100)에서 생성된 직류 전원을 전원 저장 유닛(950)에 저장하고, 이렇게 저장된 직류 전원 이용하여 인버터의 가동 시간을 연장시킬 수 있다. 그 결과, 인버터 가동 효율은 증대되며, 태양광 발전 장치의 에너지 이용 효율 역시 증대된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 태양광 발전 장치 및 그 제어방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100 : 태양전지 어레이 유닛
200 : 전압 조절 유닛
300 : DC 접속반
400 : 모니터링 유닛
500 : 인버터
600 : 제어유닛
650 : 부하
700 : 스위칭 유닛
800 : 경보 유닛

Claims (10)

1. 태양광 발전 장치에 있어서,
   태양으로부터 입사되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력시키는 다수의 태양전지 어레이를 포함하는 태양전지 어레이 유닛;
   상기 태양전지 어레이 유닛의 출력단에 연결되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력된 직류 전원을 입력으로 인가받아, 미리 설정된 출력전압으로 변환하여 출력하는 전압 조절 유닛;
   상기 전압 조절 유닛의 출력단과 인버터의 입력단 사이에 설치되며, 상기 태양전지 어레이 유닛으로 역전류가 흐르는 것을 방지하는 DC 접속반;
   상기 DC 접속반을 통하여 출력된 직류 전원을 인가받아 교류 전원으로 변환시킨 후 출력하는 인버터;
   상기 태양전지 어레이 유닛, DC 접속반 및 인버터의 전압, 전류 및 전력을 검출하여 이상유무를 판단하는 모니터링 유닛;
   상기 태양전지 어레이 유닛, 전압 조절 유닛 및 인버터의 동작을 제어하는 제어유닛; 및
   상기 태양전지 어레이 유닛의 출력단과 상기 DC 접속반의 입력단 사이에 연결되며, 상기 제어유닛의 충전신호에 따라 상기 태양전지 어레이 유닛으로부터 출력된 직류 전원을 인가받아 저장하고, 상기 제어유닛의 방전신호에 따라 상기 DC 접속반으로 기저장된 직류 전원을 공급하는 전원 저장 유닛을 포함하며,
   상기 태양전지 어레이들은 상호 병렬로 연결되고, 상기 각 태양전지 어레이는 상호 직렬로 연결된 다수의 태양전지 모듈을 포함하며, 상기 전압 조절 유닛은 상기 제어유닛의 제어에 따라 출력전압의 조절이 가능하고,
   상기 제어유닛은 상기 태양전지 어레이 유닛의 개방전압이 인버터 최소 입력 전압 보다 낮으면, 상기 전원 저장 유닛에 방전신호를 전달하고, 상기 제어유닛은 상기 인버터 가동이 중지되고, 상기 태양전지 어레이 유닛에서 직류 전원이 발생되는 동안에 상기 전원 저장 유닛에 충전신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 유닛은 상기 전압 조절 유닛의 출력 전압을 상기 인버터의 최적 동작 전압이 되도록 상기 전압 조절 유닛의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 각 태양전지 어레이에 연결된 다수의 스위칭부로 구성된 스위칭 유닛을 더 포함하며, 상기 각 스위칭부는 상기 각 태양전지 모듈과 상호 연결되어, 다양한 조합의 태양전지 모듈의 직렬 연결을 구현하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어유닛은 상기 모니터링 유닛으로부터 상기 태양전지 모듈의 고장 신호를 전달받으면, 이상이 발생한 태양전지 모듈을 상기 태양전지 어레이에서 제외시키도록 상기 스위칭 유닛을 동작시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 각 유닛의 현재 상태 또는 고장 발생 여부를 사용자에게 알려주는 경보 유닛을 더 포함하며,
   상기 제어유닛은 상기 모니터링 유닛으로부터 고장 발생 신호를 전달받으면, 상기 경보 유닛이 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images