KR101048207B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 단위 셀에서 최대 전력을 추출할 수 있는 태양전지 모듈에 관한 것으로서 태양광 전력 생성부에 구비된 복수 개의 태양전지 단위 셀들을 직렬 연결하고, 직렬 연결한 복수 개의 태양전지 단위 셀들을 균등한 개수로 구분하며, 균등 개수로 구분한 복수 개의 태양전지 단위 셀들에 각기 병렬로 다이오드를 접속하여 태양전지 단위 셀로 과전류가 흐르지 않도록 보호하며, MPPT(Maximum Power Point Tracking) 유닛을 구비하여 태양광 전력 생성부에서 생성하는 직류전력을 최대로 추출한다.
태양전지, MPPT, 직류/직류 컨버터, 다이오드, 단위 셀, 태양전지 모듈

Description

태양전지 모듈{Solar battery module}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 모듈은 복수 개의 태양전지 단위 셀들을 직렬 연결하고, 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀들은 입사되는 태양광에 따라 직류전력을 생성하고 있다.
상기 태양전지 단위 셀들은 입사되는 태양광의 세기에 따라 직류전류를 생성하는 것으로서 입사되는 태양광의 세기가 강한 태양전지 단위 셀들은 높은 세기의 단락전류를 생성하고, 입사되는 태양광의 세기가 약한 태양전지 단위 셀들은 낮은 세기의 단락전류를 생성한다.
그러나 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀들은 직렬 연결되어 있으므로 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀들 각각에는 상기 태양전지 모듈이 출력하는 전체 전류와 동일한 양의 전류가 흐르게 된다.
그러므로 입사되는 태양광의 세기가 약한 태양전지 단위 셀들은 자신이 생성하는 단락전류보다 많은 전류가 흐르게 되고, 그 많이 흐르는 전류는 열로 소비되어 열점(hot spot) 현상을 발생하게 된다.
상기 열점 현상은 태양전지 단위 셀을 파괴하거나 또는 태양전지 단위 셀의 내구성을 손상하게 된다.
그러므로 상기 직렬 연결되는 복수의 태양전지 단위 셀들을 소정의 개수씩 구분하고, 구분한 소정 개수의 태양전지 단위 셀들에 병렬로 다이오드를 구비하여 그 다이오드로 전류가 흐르게 함으로써 태양전지 단위 셀들이 손상되지 않도록 보호하고 있다.
그러나 상기 태양전지 단위 셀에 병렬로 다이오드를 구비함에 따라 태양전지 단위 셀은 보호가 되나, 태양전지 모듈에서 출력되는 직류전력의 양은 감소하게 된다. 즉, 태양전지 모듈에서 출력되는 전류의 세기가 감소하게 된다.
실제로 발전을 위하여 설치되는 태양광 발전 시스템은 복수 개의 태양전지 모듈을 직렬로 연결하여 인버터에서 요구하는 전압을 생성할 수 있도록 설계하고 있다.
이러한 설계에서 직렬 연결된 복수 개의 태양전지 모듈들 중에서 어느 하나의 태양전지 모듈에서 출력되는 전류가 감소될 경우에 전체 태양전지 모듈에서 출력되는 전류량이 감소되고, 전체 발전량이 감소되게 된다.
그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양전지 단위 셀을 보호하면서 태양전지 단위 셀들이 생성하는 전력을 최대로 출력할 수 있는 태양전지 모듈을 제 공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 태양전지 모듈은, 태양광을 입사 받아 직류전력을 생성하는 태양광 전력 생성부와, 상기 태양광 전력 생성부에서 최대 직류전력을 추출하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 유닛을 포함한다.
상기 태양광 전력 생성부는 직렬 연결되는 복수 개의 태양전지 단위 셀을 포함한다.
상기 복수 개의 태양전지 단위 셀들을 균등 개수로 구분하고, 구분한 각각의 균등 개수의 태양전지 단위 셀에 각기 병렬 연결되는 복수 개의 다이오드를 포함한다.
상기 MPPT 유닛은 태양광 전력 생성부가 생성한 직류 전력을 컨버팅하는 직류/직류 컨버터이다.
본 발명의 태양전지 모듈에 따르면, MPPT 유닛을 구비하여 직렬 연결된 복수 개의 태양전지 단위 셀에서 최대 전력을 추출할 수 있다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 100은 복수 개의 태양전지 모듈이다. 상기 복수 개의 태양전지 모듈(100)은 직렬로 연결되고, 그 직렬 연결된 복수 개의 태양전지 모듈(100)들 각각은 태양광을 입사 받아 직류전력을 생성한다.
부호 110은 인버터이다. 상기 인버터(110)는 상기 복수 개의 태양전지 모듈(100)이 출력하는 직류전력을 교류전력으로 변환한다.
이러한 태양광 발전 시스템에 있어서, 본 발명의 태양전지 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 입사되는 태양광에 따라 직류전력을 생성하는 태양광 전력 생성부(210)와, 상기 태양광 전력 생성부(210)가 생성하는 직류 전력을 최대로 추출 하면서 전력 변환하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 유닛(220)으로 구성된다.
상기 태양광 전력 생성부(210)는 직렬 연결되는 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)과, 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들을 균등한 개수로 구분하고, 균등 개수의 구분한 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1)(212-2)…(212-N)들 각각에 각기 병렬 연결되는 복수 개의 다이오드(214-1)(214-2)…(214-N)를 포함한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 태양전지 모듈(100)은 태양광 전력 생성부(210)에 구비된 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들 각각은 입사되는 태양광의 세기에 따라 소정 레벨의 직류전력을 생성한다.
상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들은 직렬 연결되어 있는 것으로서 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들이 각기 생성한 직류전력은 직렬로 결합되어 출력된다.
이 때, 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들은 입사되는 태양광의 세기에 따라 생성하는 직류전력의 크기는 서로 상이하다.
상기 입사되는 태양광의 세기가 강한 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들은 많은 전류를 출력하게 되고, 입사되는 태양광의 세기가 약한 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들은 적은 전류를 출력하게 된다.
상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)들은 직렬 연결 되어 있으므로 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1, 212-2, …, 212-N)로 흐르는 전류의 세기는 동일하다.
그리고 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1)(212-2)…(212-N)들 각각에는 병렬로 다이오드(214-1)(214-2)…(214-N)가 각기 병렬로 연결되어 상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1)(212-2)…(212-N)들로 과전류가 흐르지 않도록 보호한다.
예를 들면, 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1)에서 생성하는 전류가 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-2)에서 생성하는 전류보다 많을 경우에 잉여 분의 전류는 다이오드(214-2)로 흘러 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-2)이 손상되지 않도록 보호한다.
상기 복수 개의 태양전지 단위 셀(212-1)(212-2)…(212-N)들이 생성하는 직류전력은 MPPT 유닛(220)으로 입력된다.
그러면, 상기 MPPT 유닛(220)은 MPPT 기능을 수행하여 상기 태양광 전력 생성부(210)가 생성하는 전력을 최대로 추출한다.
상기 MPPT 유닛(220)은 예를 들면, 직류/직류 컨버터를 사용할 수 있다. 상기 직류/직류 컨버터는 상기 태양광 전력 생성부(210)에서 최대전력을 생성할 수 있도록 제어하는 MPPT 알고리즘이 포함되어 있는 것으로서 MPPT 알고리즘에 의해 상기 태양광 전력 생성부(210)에서 최대 전력이 추출되도록 직류/직류 컨버터가 제어된다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 태양광 발전 시스템의 구성을 보인 블록도, 및
도 2는 본 발명의 태양전지 모듈의 구성을 보인 블록도이다.

Claims (4)

  1. 직렬 연결되는 복수 개의 태양전지 단위 셀들이 태양광을 입사 받아 직류전력을 생성하는 태양광 전력 생성부;
    상기 태양광 전력 생성부에서 최대 직류전력을 추출하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 유닛; 및
    상기 복수 개의 태양전지 단위 셀들을 균등 개수로 구분하고, 구분한 각각의 균등 개수의 태양전지 단위 셀에 각각 병렬 연결되는 복수 개의 다이오드;를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 MPPT 유닛은;
    최대전력을 추출할 수 있는 MPPT 알고리즘이 포함되고, 상기 MPPT 알고리즘에 의해 상기 태양광 전력 생성부에서 최대 전력을 추출하는 직류/직류 컨버터인 태양전지 모듈.
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