KR101044190B1 - 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로 - Google Patents

태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되어 태양광 발전용 인버터의 제어전원을 공급하는 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 있어서, 상기 태양광 발전용 인버터의 입력단에 연결되는 분압저항(R1,R2), 상기 분압저항 R1의 입력 노드와 연결되는 방전저항(R3), 상기 분압저항 R1,R2의 중단 노드와 연결되는 릴레이 및 상기 릴레이의 구동에 의하여 제어되어 상기 방전저항(R3)에 전류를 흐르게 하기 위하여 방전저항(R3)의 출력 노드에 연결되는 MOSFET 스위치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로를 제공한다.
본 발명에 의하면, 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되는 보조전원의 온-오프 동작을 방지함으로써 보조전원의 수명을 연장하며, 태양광 인버터의 제어전원을 안정적으로 공급할 수 있으므로 오동작을 방지할 수 있으며, 기존 보조전원의 회로설계변경 없이 사용할 수 있다는 장점이 있다.
태양광 발전, 태양광 인버터, 방지회로, SMPS

Description

태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로{on-off protection Circuit of Switched-mode power supply in waiting state of Photovoltaic Inverter generation}
본 발명은 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일출/일몰시 보조전원(Switched-mode power supply:SMPS)자체 소비전력보다 낮은 태양광 모듈 발전영역에서 상기 보조전원을 동작시키지 않도록 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 태양광으로 발전된 직류 전기 에너지를 태양광 인버터에 공급하여 사용 전력으로 변환시켜 안정된 전원을 수요자에게 공급하는 시스템을 말한다.
도 1a은 종래 태양광 인버터의 블록구성도이다.
도 1a에서 보는 바와 같이, 태양광 인버터(100)는 쏠라셀을 포함하여 이루어 져 태양광을 이용하여 전압을 발전시키는 태양광 모듈(도시하지는 않음)에 의하여 생성된 전압을 DC/DC 컨버터(10)를 통하여 보조전원(30:SMPS)을 구동시키기 위한 직류전압으로 변환하며, 구동된 상기 보조전원(30:SMPS)에 의하여 DC/AC 인버터(30)에 제어전원(직류전압)을 공급함으로써 교류전압을 출력시키는 역할을 한다.
보조전원이 직류 입력(태양광 모듈 발전 전압)형인 경우 보조전원이 태양광 모듈 발전 전압 상승에 따라 동작하게 되므로 일출 시 일정전압 이상 확보되면 태양광 인버터에 제어전원을 공급할 수 있다. 또한 야간 시에는 보조전원이 오프(OFF) 되어 소비전력은 발생하지 않는다.
도 1b는 종래 태양광 인버터의 일출 시 일사량 변화에 따른 보조전원 동작상태도이다.
도 1b에서 보는 바와 같이, 태양광 모듈 발전 전압의 상승 및 하강에 따라 보조전원이 동작하게 된다. 일사량이 서서히 증가하는 일출 시 보조전원이 최초 동작(on)하게 되면 보조전원 소비전력이 태양광 모듈 발전 출력 전력보다 커 태양광 모듈 발전 전압이 보조전원 정지전압 이하로 순간 전압 강하된다. 이때, 보조전원은 오프된다. 한편 태양광 모듈 발전 전압이 다시 보조전원 동작 전압 이상으로 상승하면 보조전원이 재기동(on)하게 된다. 이러한 현상은 일사량이 충분히 확보될 때까지 보조전원의 온-오프는 반복하게 되며, 일몰 시에도 이와 같은 현상이 반복하게 된다.
즉 태양광 인버터에 제어전원을 공급하는 보조전원(SMPS)의 일출/일볼 시 일사량 부족에 따른 온-오프 동작을 반복함으로써 보조전원의 수명을 단축하게 되며, 이에 따라 태양광 인버터의 제어전원이 불안정하게 되므로 인버터 제어기의 오동작을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일출/일몰시 보조전원(SMPS)자체 소비전력보다 낮은 태양광 모듈 발전영역에서 상기 보조전원을 동작시키지 않도록 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로는 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되어 태양광 발전용 인버터의 제어전원을 공급하는 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 있어서, 상기 태양광 발전용 인버터의 입력단에 연결되는 분압저항(R1,R2), 상기 분압저항 R1의 입력 노드와 연결되는 방전저항(R3), 상기 분압저항 R1,R2의 중단 노드와 연결되는 릴레이 및 상기 릴레이의 구동에 의하여 제어되어 상기 방전저항(R3)에 전류를 흐르게 하기 위하여 방전저항(R3)의 출력 노드에 연결되는 MOSFET 스위치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 태양광 과잉에 의하여 상기 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 높은 경우, 릴레이가 구동되어 R2에 의한 분압전압이 MOSFET 스위치의 게이트에 전압을 인가하지 못하므로, 상기 MOSFET 스위치가 개방 되어 방전저항(R3)에 전류가 흐르지 않음으로써 보조전원장치를 온상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한 일출/일몰시 태양광 부족에 의한 태양광 인버터 발전대기상태로서, 상기 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 낮은 경우, 상기 릴레이에 의하여 R2에 의한 분압전압이 MOSFET 스위치의 게이트에 전압을 인가하여, 상기 MOSFET 스위치가 단락되어 방전저항(R3)에 전류가 흐름으로써 설정전압값보다 낮은 태양광 모듈 발전 전압에 의한 전력은 상기 방전저항에서 소비되어 보조전원장치를 오프상태로 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 MOSFET 스위치의 게이트에 인가되는 전압을 제한하기 위하여 분압저항 R2와 병렬로 연결되는 제너다이오드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 의하면, 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되는 보조전원의 온-오프 동작을 방지함으로써 보조전원의 수명을 연장하며, 태양광 인버터의 제어전원을 안정적으로 공급할 수 있으므로 오동작을 방지할 수 있으며, 기존 보조전원의 회로설계변경 없이 사용할 수 있다는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명은 태양광 발전용 인버터의 입력단에 연결되는 분압저항(R1,R2), 상기 분압저항 R1의 입력 노드와 연결되는 방전저항(R3), 상기 분압저항 R1,R2의 중단 노드와 연결되는 릴레이(210) 및 상기 릴레이의 구동에 의하여 제어되어 상기 방전저항(R3)에 전류를 흐르게 하기 위하여 방전저항(R3)의 출력 노드에 연결되는 MOSFET 스위치(220)를 포함한다.
도 3을 참조하여, 일사량이 높아 태양광 과잉에 의하여 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 높은 경우 보조전원장치의 온-오프 방지회로의 작동에 대하여 설명한다. 여기서 상기 설정전압값은 릴레이를 구동시키기 위한 전압으로 변경가능하며, 보조전원장치의 24V전원이 출력되면 설정전압값에 따라 릴레이를 구동시키나, 아래에서는 본 발명의 일실시예로 24V의 전원이 출력되면 릴레이가 구동되는 것으로 설명한다.
먼저 릴레이(210)는 보조전원장치(30)의 24[V] 전원에 의해 동작되어 개방되므로 MOSFET 스위치(220)는 동작하지 않는다. 즉 릴레이(210)가 구동되어(릴레이는 접점5에 접속됨) R2에 의한 분압전압이 MOSFET 스위치(220)의 게이트에 전압을 인가하지 못하므로, 상기 MOSFET 스위치(220)가 개방되어 방전저항(R3)에 전류가 흐르지 않음으로써 보조전원장치(30)를 온상태로 유지시킨다.
보조전원장치(30)의 소비전력보다 태양광 모듈 발전 전력이 클 때까지 보조전원장치(30)는 온상태를 유지한다. 태양광 인버터(100)는 정상 운전 상태가 되며, 이 경우 온-오프 방지회로(200)의 분압저항 R1과 R2를 통해 I2전류가 흐르지만 수 K옴 저항이므로 소비되는 전력은 무시할 수 있다.
도 4를 참조하여, 일출/일몰시 태양광 부족에 의하여 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 낮은 경우 보조전원장치의 온-오프 방지회로의 작동에 대하여 설명한다.
먼저 일몰 시 일사량이 서서히 감소하므로 태양광 모듈 발전 전력이 서서히 감소하여 보조전원장치(30)의 소비전력보다 적게 되면 보조전원장치(30)는 오프되며, 태양광 인버터(100)는 운전을 정지하게 되어 발전 대기 상태가 된다.
보조전원장치(30)의 24[V] 전원도 오프되므로 릴레이(210)는 복귀(릴레이는 접점4에 접속됨)하게 되며, 이후 분압저항 R1과 R2에 의해 분압된 전압이 MOSFET 스위치(220)의 게이트에 인가되므로 MOSFET 스위치(220)가 단락되어 방전저항(R3)를 통해 I3 전류가 흐르게 된다.
여기서 방전저항(R3)를 통해 소비되는 전력은 보조전원장치(30) 소비전력보다 약간 크도록 설정하게 된다. 따라서, 태양광 모듈 발전 전압에 의한 전력이 보조전원장치(30) 소비전력보다 적게 발전되는 영역에서는 모두 방전저항(R3)를 통해 소비하게 된다. 태양광 모듈 발전 전압이 MOSFET 스위치(220)를 구동시킬 수 있는 최소 전압까지 하강하게 되면, MOSFET 스위치(220)는 개방되므로 방전저항(R3)를 통한 소비전력은 발생되지 않는다. 한편 분압저항 R1과 R2에 의해 분압된 태양광 모듈 발전 전압은 제너다이오드에 의해 전압이 제한되므로 MOSFET 스위치(220)를 보호할 수 있다.
다음으로 일사량이 서서히 증가하는 일출 시에는 일사량 증가에 따라 태양광 모듈 발전 전압이 상승하게 된다. 상승된 전압에 의해 MOSFET 스위치(220)가 구동되므로(현재 릴레이는 접점4에 접속되어 있는 상태임) 방전저항(R3)를 통해 태양광 모듈 발전 전력을 소비하게 된다.
일사량이 더욱 증가하여 방전저항(R3)에서 소비되는 전력보다 더 큰 태양광 모듈 발전 전압의 출력이 발생되면 보조전원장치(30)가 작동된다. 보조전원장치(30)의 24[V] 전압에 의해 릴레이(210)가 동작(릴레이는 접점5에 접속됨)되어 MOSFET 스위치(220)를 구동하기 위한 게이트에 전압을 인가하지 못하므로 MOSFET 스위치(220)는 개방되어 방전저항(R3)를 통해 소비되는 전력은 발생되지 않는다.
분압저항(R3)에서 소비되는 전력측면에서 살펴보면, 태양광 인버터(100)가 정상 운전할 경우, MOSFET 스위치(220)는 개방되어 방전저항(R3)를 통해 소비되는 전력은 발생되지 않으며, 또한 방전저항(R3)를 통해 소비되는 전력은 태양광 발전이 중지되는 발전 대기 상태에서 소비되는 전력이므로 전체 발전 효율에는 영향이 없다.
따라서 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되는 보조전원의 온-오프 동작을 방지함으로써 보조전원의 수명을 연장하며, 태양광 인버터의 제어전원을 안정적으로 공급할 수 있으므로 오동작을 방지할 수 있으며, 기존 보조전원장치의 회로설계변경 없이 적용할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1a은 종래 태양광 인버터의 블록구성도,
도 1b는 종래 태양광 인버터의 일출 시 일사량 변화에 따른 보조전원 동작상태도,
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10:DC/DC 컨버터 20:DC/AC 인버터
30:보조전원(SMPS)장치 100:태양광 인버터
200:온-오프 방지회로 210:릴레이
220:MOSFET 스위치

Claims (4)

  1. 태양광 모듈 발전 전압에 의하여 구동되어 태양광 발전용 인버터의 제어전원을 공급하는 보조전원장치의 온-오프 방지회로에 있어서,
    상기 태양광 발전용 인버터의 입력단에 연결되는 분압저항(R1,R2),
    상기 분압저항 R1의 입력 노드와 연결되는 방전저항(R3),
    상기 분압저항 R1,R2의 중단 노드와 연결되는 릴레이 및
    상기 릴레이의 구동에 의하여 제어되어 상기 방전저항(R3)에 전류를 흐르게 하기 위하여 방전저항(R3)의 출력 노드에 연결되는 MOSFET 스위치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    태양광 과잉에 의하여 상기 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 높은 경우, 릴레이가 구동되어 R2에 의한 분압전압이 MOSFET 스위치의 게이트에 전압을 인가하지 못하므로, 상기 MOSFET 스위치가 개방되어 방전저항(R3)에 전류가 흐르지 않음으로써 보조전원장치를 온상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    일출/일몰시 태양광 부족에 의한 태양광 인버터 발전대기상태로서, 상기 태양광 모듈 발전 전압이 상기 릴레이를 구동하기 위한 설정전압값보다 낮은 경우, 상기 릴레이에 의하여 R2에 의한 분압전압이 MOSFET 스위치의 게이트에 전압을 인가하여, 상기 MOSFET 스위치가 단락되어 방전저항(R3)에 전류가 흐름으로써 설정전압값보다 낮은 태양광 모듈 발전 전압에 의한 전력은 상기 방전저항에서 소비되어 보조전원장치를 오프상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 MOSFET 스위치의 게이트에 인가되는 전압을 제한하기 위하여 분압저항 R2와 병렬로 연결되는 제너다이오드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터 발전대기 상태에 따른 보조전원장치의 온-오프 방지회로.
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