KR101113958B1 - 전력정보를 이용한 태양광 추적시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 추적시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광의 위치를 추적하는 광센서를 이용하지않고, 태양전지판에서 부하로 출력되는 전력의 크기를 이용하여, 상기 태양전지판이 전력의 최대가 되는 고도각 및 방위각을 갖도록 제어함으로써, 광센서의 노화나 오동작에 의한 태양광 발전효율 저하를 방지한 전력정보를 이용한 태양광 추적시스템에 관한 것이다.
태양광 추적, 태양전지판, 인버터, 고도각, 방위각

Description

전력정보를 이용한 태양광 추적시스템{Photovoltaic tracker system using power information}
본 발명은 태양광 추적시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광의 위치를 추적하는 광센서를 이용하지않고, 태양전지판에서 부하로 출력되는 전력의 크기를 이용하여, 상기 태양전지판이 전력의 최대가 되는 고도각 및 방위각을 갖도록 제어함으로써, 광센서의 노화나 오동작에 의한 태양광 발전효율 저하를 방지한 전력정보를 이용한 태양광 추적시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템에서 발전 효율을 높이기 위한 방법으로는 높은 발전효율을 갖는 태양전지를 사용하는 방법, 인버터의 변환효율을 높이는 방법, 태양전지판의 방향을 항상 태양광이 입사되는 방향으로 바라보도록 태양광을 추적하는 방법 등이 있다.
그러나, 상기 방법들 중 태양전지의 발전효율을 높이는 방법은 기술적인 한계가 있고 발전단가를 매우 높이는 요인이 되므로 현재 다소 효용성이 떨어지는 문 제점이 있다.
따라서, 현재 태양광 발전 시스템의 발전효율을 높이기 위한 방법으로 인버터의 변환효율 높이거나 또는 태양광을 효율적으로 추적하기 위한 연구가 활발하다.
한편, 종래의 태양광을 추적하는 방법은 광량의 차이를 이용하여 태양광의 입사방향을 추적하는 광센서모듈을 이용하는 방법과 시간에 따른 태양의 지리적인 움직임을 프로그램을 이용하여 계산한 후, 태양의 이동궤적을 따라 태양전지판을 움직이게 하는 방법 등이 있다.
또한, 상기 광센서모듈을 사용하는 방법은 태양광의 밝기에 따라 태양광을 추적하므로, 특히, 일사량이 낮은 날에 프로그램 방식에 비하여 약 5%정도의 발전효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 광센서모듈을 사용하는 방법은 센서의 노화나 이물질 등으로 인한 오동작으로 발전효율을 저하시키는 단점이 있다.
본 발명자들은 태양광을 추적하기 위한 광센서를 이용하지않고 효율적으로 태양전지판이 태양광의 입사방향을 추적하게 하고자 연구 노력한 결과, 태양전지판에서 출력되는 전력의 크기와 시간에 따른 태양의 방위각 및 고도각을 복합적으로 이용하여 발전효율을 극대화할 수 있는 태양광 추적시스템의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 태양광을 추적하기 위한 광센서를 이용하지않고 태양전지판에서 출력되는 전력의 크기가 최대가 되는 방향으로 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시킬 수 있는 태양광 추적시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 시간에 따른 태양의 방위각 및 고도각을 계산하여 태양전지판의 초기 방위각 또는 고도각을 예상되는 태양의 방위각 및 고도각으로 초기화하여 태양광 발전효율을 높일 수 있는 태양광 추적시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양전지판에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환할 때 발생하는 스위칭손실을 최소화하여 태양광 발전효율을 극대화할 수 있는 태양광 추적시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광을 수광하여 직류전원을 출력하는 태양전지판, 상기 태양전지판에서 출력되는 직류전원을 입력받아 교류전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류전원을 계통전원에 연계하는 인버터, 상기 태양전지판을 회전시켜 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시키는 모터 및 상기 모터를 제어하여 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시키되, 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각이 상기 교류전원의 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 추종하도록 변화시키는 모터제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터제어기는 상기 교류전원의 전압 및 전류의 크기를 측정하는 전압/전류 측정부, 상기 전압/전류 센서부에서 측정된 전압 및 전류의 크기를 이용하여 전력량을 계산하는 전력량계산부 및 상기 태양전지판의 방위각을 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 단위 방위각만큼 움직이게 하거나, 상기 태양전지판의 고도각을 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 단위 고도각만큼 움직이게 하여, 상기 전력량계산부에서 계산된 전력량들을 서로 비교한 후, 상기 태양전지판이 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 갖도록 상기 모터를 구동하는 모터구동부를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터제어기는 상기 태양전지판의 고도각 및 방위각을 측정하는 센서부, 지피에스(GPS:Global Positioning System)신호를 수신하는 지피에스부 및 상기 지피에스 신호를 이용하여 금일 태양의 고도각 및 시간에 따른 방위각을 구하는 고도각/방위각 계산부를 더 포함하고, 상기 모터구동부는 상기 태양전지판이 상기 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 추종하게 하기 전에, 상기 태양전지판의 방위각 및 고도각이 상기 태양의 금일 고도각 및 일출 방위각과 일치하도록 상기 모터를 구동하여, 상기 태양전지판의 방위각 및 고도각을 초기화한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터구동부는 일정한 단위 시간을 주기로 하여, 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각이 시간에 따라 예상되는 태양의 방위각 또는 고도각에 일치하도록, 상기 모터를 구동한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인버터는 상기 직류전원을 단속(chopping)하여 전파정류된 정현파 형태의 컨버터출력전원을 출력하고, 입출력이 절연되는 플라이백 컨버터부 및 상기 플라이백 컨버터부에서 출력되는 컨버터출력전원을 일정한 주기로 부(-)의 방향으로 전환하여 정현파 형태의 인버터출력전원을 출력하는 인버터부를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 플라이백 컨버터부는 상기 직류전원을 변압하고 입출력이 절연되며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 포함하는 변압기, 상기 변압기와 상기 직류전원 사이에 연결되고, 상기 입력전원을 단속하여 상기 입력측 코일에 공급함으로써 상기 입력측 코일에 서로 반대 극성의 전압이 교대로 유도되게 하는 단속스위치, 일단이 상기 출력측 코일의 일단에 연결되고 상기 단속스위치가 '온'될 경우, 상기 출력측 코일에 전류가 흐르지 않게 하여, 상기 입력측 코일에 자화 인덕턴스에 의한 에너지가 축적되게 하고, 상기 단속스위치가 '오프'될 경우, 상기 출력측 코일에 전류가 흐르게 하여, 상기 입력측 코일의 축적된 에너지를 상기 출력측 코일로 전달되게 하는 정류다이오드 및 상기 출력측 코일의 타단 및 상기 정류다이오드의 타단에 연결되어 상기 에너지를 축적하여 상기 컨버터출력전원을 출력하는 출력커패시터를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인버터부는 일단이 상기 출력커패시터의 일단에 연결되는 제1 스위치, 일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터의 타단에 연결되는 제2 스위치, 일단이 상기 출력커패시터의 일단에 연결되는 제3 스위치 및 일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터의 타단에 연결되는 제4 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 사이단과 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 사이단이 상기 인버터출력전원의 출력단으로 사용되는 풀-브릿지 타입의 인버터부로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 동시에 '온'되거나 '오프'되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 동시에 '온'되거나 '오프'되되, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치와 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 서로 번갈아 '온', '오프'되며, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 상기 컨버터출력전원을 부(-)의 방향으로 변환하여 출력한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인버터부와 상기 계통전원 사이에 구비되고, 상기 직류전원의 단속에 의해 발생하는 상기 인버터출력전원의 주파수 리플을 제거하여 상기 교류전원을 출력하는 필터부를 구비한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 필터부는 상기 인버터부의 출력단 일단 및 상기 계통전원의 일단을 서로 연결하며, 서로 직렬로 연결되는 제1 필터용 인덕터 및 제2 필터용 인덕터 및 상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 사이단과 상기 계통전원의 타단을 연결하는 필터용 커패시터를 포함하는 LCL필터부로 구성된다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 태양광 추적시스템에 의하면, 태양광을 추적하기 위한 광센서를 이용하지않고 태양전지판에서 출력되는 전력의 크기가 최대가 되는 방향으로 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시키는 한편, 상기 태양전지판이 시간에 따른 실제 태양의 방위각 및 고도각을 주기적으로 추종할 수 있으므로 태양광 발전효율을 매우 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 추적시스템에 의하면, 태양전지판에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터의 스위칭손실을 최소화할 수 있으므로 태양광 발전효율을 극대화할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 모터제어기를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 인버터를 설명하기 위한 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템은 태양전지판(100), 인버터(200), 모터(300) 및 모터제어기(400)를 포함하여 이루어진다.
상기 태양전지판(100)은 태양광을 수광하여 빛의 세기에 따른 일정한 크기의 직류전원(Vin)을 출력한다.
또한, 상기 태양전지판(100)은 가상의 제1 수평축을 중심으로 회전하여 상기 태양전지판(100)의 고도각을 조절하거나, 상기 제1 수평축에 수직인 제2 수평축을 중심으로 회전하여 상기 태양전지판(100)의 방위각을 조절할 수 있는 지지대(도시 하지 않음)에 의해 지지된다.
상기 인버터(200)는 상기 태양전지판(100)에서 출력되는 직류전원(Vin)을 교류전원(Vo)으로 변환하여 계통전원(10)에 연계해주며, 부하에 전원을 공급한다.
또한, 상기 인버터(200)는 플라이백 컨버터부(210), 인버터부(220) 및 필터부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 플라이백 컨버터부(210)는 상기 직류전원(Vin)을 단속(chopping)하여 전파정류된 정현파 형태의 컨버터출력전원(V1)을 출력한다.
또한, 상기 플라이백 컨버터부(210)는 상기 컨버터출력전원(V1)이 상기 직류전원(Vin)과 절연되도록 한다.
또한, 상기 플라이백 컨버터부(210)는 변압기(211), 단속 스위치(212), 정류다이오드(213) 및 출력커패시터(214)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 변압기(211)는 상기 직류전원(Vin)을 변압하고, 상기 직류전원(Vin)과 상기 컨버터출력전원(V1)을 절연하며, 입력측 코일(211a) 및 출력측 코일(211b)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 단속 스위치(212)는 상기 직류전원(Vin)과 상기 입력측 코일(211a) 사이에 연결되고, 상기 직류전원(Vin)을 단속(chopping)하여 상기 입력측 코일(211a)에 공급함으로써, '온' 또는 '오프'시에 상기 입력측 코일(211a)에 서로 반대 극성의 전압이 교대로 유도되게 한다.
또한, 상기 단속 스위치(212)는 상기 직류전원(Vin)을 일정한 듀티비로 '온' 또는 '오프'하여 상기 컨버터출력전원(V1)이 반파 정류된 정현파 형태의 전압으로 출력되도록 한다.
즉, 상기 단속 스위치(212)는 아래에서 설명할 출력커패시터(214)에 정현파 중, 정(+)의 반파만이 연속적으로 출력되도록 상기 직류전원(Vin)을 단속한다.
또한, 상기 정류다이오드(213)는 상기 단속스위치(212)가 '온'될 경우, 상기 출력측 코일(211b)에 전류가 흐르지 않도록, 일단이 상기 출력측 코일(211b)에 일단에 연결된다. 다시 말해서, 상기 정류다이오드(213)는 애노드가 상기 출력측 코일(211b)의 일단에 연결된다. 그러나, 상기 정류다이오드(213)는 캐소드가 상기 출력측 코일(211b)의 타단에 연결되어, 상기 단속스위치(212)가 '온'될 경우, 상기 출력측 코일(211b)에 전류가 흐르지 않도록 할 수도 있다.
또한, 상기 정류다이오드(213)는 상기 단속스위치(212)가 '오프'될 경우, 상기 출력측 코일(211b)에 전류가 흐르게 하여 상기 입력측 코일(211)에 축적된 에너지를 상기 출력측 코일(211b)로 전달되게 한다.
또한, 상기 출력커패시터는(214)는 상기 출력측 코일(211b)의 타단 및 상기 정류다이오드(213)의 타단, 즉, 상기 정류다이오드(213)의 캐소드에 연결되며, 상기 에너지를 축적하여, 상기 컨버터출력전원(V1)을 출력한다.
또한, 상기 인버터부(220)는 상기 플라이백 컨버터부(210)에서 출력되는 컨 버터 출력전원(V1)을 일정한 주기로 부(-)의 방향으로 극성을 전환하여 정현파 형태의 인버터출력전원(V2)을 출력한다.
다시 말해서, 상기 인버터부(220)는 상기 컨버터출력전원(V1)의 홀수주기 번째의 반파 또는 짝수주기 번째의 반파를 부(-)의 방향으로 전환하여, 상기 컨버터 출력전원(V1)이 정현파 형태의 전원이 되도록 한다.
즉, 상기 인버터부(220)는 상기 컨버터출력전원(V1)을 단지 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 변환만을 하기 때문에 상기 인버터출력전원(V2)을 검출하여 피드백하지 않고서도 상기 인버터출력전원(V2)을 단위 역률화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 인버터부(220)는 네 개의 스위치가 브릿지 형태로 연결된 풀-브릿지 타입으로 구성되며, 더욱 자세하게는, 일단이 상기 출력커패시터(214)의 일단에 연결되는 제1 스위치(221), 일단이 상기 제1 스위치(221)의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터(214)의 타단에 연결되는 제2 스위치(222), 일단이 상기 출력커패시터(214)의 일단에 연결되는 제3 스위치(223) 및 일단이 상기 제3 스위치(223)의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터(214)의 타단에 연결되는 제4 스위치(224)를 포함하고, 상기 제1 스위치(221) 및 상기 제2 스위치(222)의 사이단과 상기 제3 스위치(223) 및 상기 제4 스위치(224)의 사이단은 상기 인버터출력전원(V2)의 출력단으로 사용된다.
또한, 상기 인버터부(220)의 동작과정을 간단히 살펴보면, 먼저, 상기 제1 스위치(221) 및 제4 스위치(224)가 동시에 '온'되고, 상기 컨버터출력전원(V1)은 극성변화 없이 정(+)의 방향으로 출력된다. 다음, 상기 제1 스위치(221) 및 제4 스위치(224)가 '오프'되고, 상기 제2 스위치(222) 및 상기 제3 스위치(223)가 동시에 '온'되어, 상기 컨버터출력전원(V1)의 극성을 부(-)의 방향으로 반전하여 출력함으로써, 상기 컨버터출력전원(V1)이 정현파 형태의 상기 인버터출력전원(V2)으로 출력되도록 해준다.
즉, 상기 제1 스위치(221) 및 제4 스위치(224)와 상기 제2 스위치(222) 및 상기 제3 스위치(223)는 번갈아 '온', '오프'되는 것이다.
따라서, 상기 인버터부(220)는 단순히 상기 컨버터출력전원(V1)의 극성만을 변화시켜주므로 스위칭 손실을 매우 줄일 수 있는 것이다.
또한, 상기 필터부(230)는 상기 인버터출력전원(V2) 필터링하여 계통전원(10)에 연계할 교류전원(Vo)을 출력하고, 상기 단속스위치(212)의 단속동작에 의해 발생한 주파수 리플을 제거한다.
또한, 상기 필터부(230)는 상기 인버터부(220)의 출력단 일단 및 상기 계통전원(10)의 일단을 서로 연결하며, 서로 직렬로 연결되는 제1 필터용 인덕터(231) 및 제2 필터용 인덕터(232) 및 상기 제1 필터용 인덕터(231) 및 상기 제2 필터용 인덕터(232)의 사이단과 상기 계통전원(10)의 타단을 연결하는 필터용 커패시터(233)를 포함하는 LCL 타입의 필터부로 구성하였다.
상기 모터(300)는 상기 태양전지판(100)을 상기 제1 수평축 또는 상기 제2 수평축을 중심으로 회전시켜, 상기 태양전지판(100)의 방위각 및 고도각을 변화시킨다.
그러나, 상기 모터(300)는 상기 태양전지판(100)의 방위각만을 변화시킬 수 있도록 구성될 수도 있다. 그 이유는 상기 태양전지판(100)의 고도각에 의한 발전효율차이는 미미하기 때문에 상기 태양전지판(100)의 일축 회전하도록 하여 제작비용을 감소시킬 수 있기 때문이다.
상기 모터제어기(400)는 상기 모터(300)를 회전시켜, 상기 태양전지판(100)의 방위각 또는 고도각을 변화시키되, 상기 태양전지판(100)의 방위각 또는 고도각이 상기 교류전원(Vo)의 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 추종하도록 상기 모터(300)를 회전시킨다.
또한, 상기 모터제어기(400)는 전압/전류 측정부(410), 전력량계산부(420), 센서부(430), 지피에스부(440), 고도각/방위각 계산부(450) 및 모터구동부(460) 를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 전압/전류 측정부(410)는 전압센서 또는 전류센서를 포함하며, 상기 인버터(200)에서 출력되는 교류전원(Vo)의 전압 및 전류의 크기를 측정한다.
또한, 상기 전력량계산부(420)는 상기 전압/전류 측정부(410)에서 계산된 전압 및 전류의 크기를 이용하여 전력량을 계산한다.
또한, 상기 센서부(430)는 상기 태양전지판(100)의 고도각 또는 방위각을 측 정한다.
또한, 상기 지피에스부(440)는 상기 태양전지판(100)의 설치된 위치의 위도정보, 경도정보, 날짜정보를 포함하는 지피에스(GPS:Global Positioning system)신호를 수신한다.
또한, 상기 고도각/방위각 계산부(450)는 상기 지피에스 신호를 이용하여 금일 태양의 고도각 및 시간에 따른 방위각을 계산한다.
더욱 자세하게는 상기 고도각/방위각 계산부(450)는 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 금일 태양의 고도각 및 시간에 따른 방위각 그리고 일출시간 및 일몰시간을 계산한다.
Figure 112009056991272-pat00001
Figure 112009056991272-pat00002
여기서, α는 고도각, Φ는 방위각을 나타내고, δ는 적위, φ는 위도 ω는 시간각을 의미한다.
또한, 상기 일출시간 및 일몰시간은 고도각이 0인 시간각과, 태양이 정 남쪽에 위치하는 남중고도 시간을 이용하여 구할 수 있다.
또한, 상기 모터구동부(460)는 상기 태양전지판(100)의 방위각을 정(+)의 방 향 또는 부(-)의 방향으로 단위 방위각만큼 움직이게 하거나, 상기 태양전지판(100)의 고도각을 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 단위 고도각만큼 움직이게 하고, 상기 전력량계산부(420)에서 계산되는 전력량을 서로 비교하여, 상기 태양전지판(100)이 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 갖도록 상기 모터(300)를 회전시킨다.
예를 들어, 상기 모터구동부(460)는 상기 태양전지판(100)의 초기 방위각이 0도일 경우 상기 태양전지판(100)을 1도 또는 -1도로 방위각을 변화시켜, 변화된 방위각에서의 전력량이 상기 초기 방위각에서의 전력량보다 크다면, 상기 태양전지판(100)이 상기 변화된 방위각을 유지하도록 하고, 상기 변화된 방위각에서의 전력량이 상기 초기 방위각에서의 전력량보다 적다면 상기 태양전지판(100)을 상기 초기 방위각으로 돌아오게 한다.
즉, 상기 모터구동부(460)는 상기 태양전지판(100)이 최대 전력을 추종하며 회전하도록 상기 모터(300)를 제어하는 것이다.
또한, 상기 모터구동부(460)는 상기 태양전지판(100)이 최대 전력을 추종하도록 상기 모터(300)를 제어하기 전에, 상기 태양전지판(100)의 방위각 및 고도각이 태양의 금일 고도각 및 금일 일출 방위각과 일치하도록 상기 태양전지판(100)의 방위각 및 고도각을 초기화한다.
또한, 상기 모터구동부(460)는 일정한 단위 시간을 주기로 하여, 상기 태양전지판(100)이 시간에 따라 예상되는 태양의 고도각 및 방위각에 일치하도록 상기 모터(300)를 구동한다.
즉, 상기 모터구동부(460)는 상기 단위 시간 동안은 상기 태양전지판(100)이 최대 전력을 추종하도록 상기 모터(300)를 제어하고, 상기 단위 시간 후에는 상기 태양전지판(100)의 고도각 및 방위각이 예상되는 태양의 고도각 및 방위각에 일치하도록 상기 모터(300)를 제어하는 것이다.
다시 말해서 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템은 상기 고도각/방위각 계산부(450)에서 계산되는 태양의 고도각 및 방위각을 이용하는 프로그램 방법과 최대 전력을 추종하는 방법을 혼용하여 전력변환효율을 극대화한 태양광 추적시스템이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템은 먼저, 상기 지피에스부(440)가 지피에스 신호를 수신하고(S1000), 다음, 상기 고도각/방위각 계산부(450)는 상기 지피에스 신호를 이용하여 금일 태양의 고도각 및 시간에 따른 방위각과 일출 시간 및 일몰 시간을 계산한다.
다음, 일출시간이 되면(S2000), 상기 모터구동부(460)는 상기 모터(300)를 제어하여 상기 태양전지판(100)의 방위각 및 고도각이 금일 태양의 일출 방위각 및 고도각과 일치하도록 상기 태양전지판(100)의 위치를 초기화한다.
다음, 상기 전압/전류 측정부(410)는 상기 인버터에서 출력되는 교류전 원(Vo)을 측정하여 전력량을 계산하고, 상기 모터 구동부(460)는 상기 태양전지판(100)이 최대 전력을 생산할 수 있는 방위각 또는 고도각을 추종하도록 상기 모터(300)를 회전시킨다(S5000). 또한, 이 과정은 단위 시간 동안 이루어진다(S4000).
다음, 상기 단위시간이 흐르고 상기 모터 구동부(460)는 상기 태양전지판(100)의 방위각 및 고도각이 현재 예상되는 태양의 방위각 및 고도각과 일치하도록, 다시 말해서, 상기 태양전지판(100)이 태양의 방위각 및 고도각을 추종하도록 상기 모터(300)를 회전시킨다(S6000).
다음, 일몰시간이 될 때까지 최대 전력을 생산할 수 있는 방위각 또는 고도각을 추종하는 단계(S5000)와 현재 예상되는 태양의 방위각 및 고도각을 추종하는 단계(S6000)를 반복하며 계통전원에 연계할 교류전원(Vo)을 생산한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 모터제어기를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 인버터를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적시스템의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:태양전지판 200:인버터
210:플라이백 컨버터부 211:변압기
212:단속 스위치 213:정류다이오드
214:출력 커패시터 220;인버터부
221,222,223,224:스위치 230:필터부
231,232:필터용 인덕터 233:필터용 커패시터
300:모터 400:모터제어기
410:전압/전류 측정부 420:전력량 계산부
430:센서부 440:지피에스부
450:고도각/방위각 계산부 460:모터 구동부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 태양광을 수광하여 직류전원을 출력하는 태양전지판;
    상기 태양전지판에서 출력되는 직류전원을 입력받아 교류전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류전원을 계통전원에 연계하는 인버터;
    상기 태양전지판을 회전시켜 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시키는 모터; 및
    상기 모터를 회전시켜 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각을 변화시키되, 상기 태양전지판의 방위각 또는 고도각이 상기 교류전원의 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 추종하도록 변화시키는 모터제어기;를 포함하고,
    상기 모터제어기:는
    상기 교류전원의 전압 및 전류의 크기를 측정하는 전압/전류 측정부;
    상기 전압/전류 센서부에서 측정된 전압 및 전류의 크기를 이용하여 전력량을 계산하는 전력량계산부; 및
    상기 태양전지판의 방위각을 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 단위 방위각만큼 움직이게 하거나, 상기 태양전지판의 고도각을 정(+)의 방향 또는 부(-)의 방향으로 단위 고도각만큼 움직이게 하여, 상기 전력량계산부에서 계산된 전력량들을 서로 비교한 후, 상기 태양전지판이 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 갖도록 상기 모터를 구동하는 모터구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터제어기:는
    상기 태양전지판의 고도각 및 방위각을 측정하는 센서부;
    지피에스(GPS:Global Positioning System)신호를 수신하는 지피에스부; 및
    상기 지피에스 신호를 이용하여 금일 태양의 고도각 및 시간에 따른 방위각을 구하는 고도각/방위각 계산부;를 더 포함하고,
    상기 모터구동부는 상기 태양전지판이 상기 전력량이 최대가 되는 방위각 또는 고도각을 추종하게 하기 전에, 상기 태양전지판의 방위각 및 고도각이 상기 태양의 금일 고도각 및 일출 방위각과 일치하도록 상기 모터를 구동하여, 상기 태양전지판의 방위각 및 고도각을 초기화하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터구동부는 일정한 단위 시간을 주기로 하여, 상기 태양전지판의 방 위각 또는 고도각이 시간에 따라 예상되는 태양의 방위각 또는 고도각에 일치하도록, 상기 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인버터:는
    상기 직류전원을 단속(chopping)하여 전파정류된 정현파 형태의 컨버터출력전원을 출력하고, 입출력이 절연되는 플라이백 컨버터부; 및
    상기 플라이백 컨버터부에서 출력되는 컨버터출력전원을 일정한 주기로 부(-)의 방향으로 전환하여 정현파 형태의 인버터출력전원을 출력하는 인버터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라이백 컨버터부:는
    상기 직류전원을 변압하고 입출력이 절연되며, 입력측 코일 및 출력측 코일을 포함하는 변압기;
    상기 변압기와 상기 직류전원 사이에 연결되고, 상기 직류전원을 단속하여 상기 입력측 코일에 공급함으로써 상기 입력측 코일에 서로 반대 극성의 전압이 교대로 유도되게 하는 단속스위치;
    일단이 상기 출력측 코일의 일단에 연결되고 상기 단속스위치가 '온'될 경우, 상기 출력측 코일에 전류가 흐르지 않게 하여, 상기 입력측 코일에 자화 인덕턴스에 의한 에너지가 축적되게 하고, 상기 단속스위치가 '오프'될 경우, 상기 출력측 코일에 전류가 흐르게 하여, 상기 입력측 코일의 축적된 에너지를 상기 출력측 코일로 전달되게 하는 정류다이오드; 및
    상기 출력측 코일의 타단 및 상기 정류다이오드의 타단에 연결되어 상기 에너지를 축적하여 상기 컨버터출력전원을 출력하는 출력커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인버터부:는
    일단이 상기 출력커패시터의 일단에 연결되는 제1 스위치;
    일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터의 타단에 연결되는 제2 스위치;
    일단이 상기 출력커패시터의 일단에 연결되는 제3 스위치; 및
    일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고 타단은 상기 출력커패시터의 타단에 연결되는 제4 스위치;를 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 사이단과 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 사이단이 상기 인버터출력전원의 출력단으로 사용되는 풀-브릿지 타 입의 인버터부인 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치는 동시에 '온'되거나 '오프'되고,
    상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 동시에 '온'되거나 '오프'되되,
    상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치와 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 서로 번갈아 '온', '오프'되며,
    상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 상기 컨버터출력전원을 부(-)의 방향으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 인버터부와 상기 계통전원 사이에 구비되고, 상기 직류전원의 단속에 의해 발생하는 상기 인버터출력전원의 주파수 리플을 제거하여 상기 교류전원을 출력하는 필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 필터부:는
    상기 인버터부의 출력단 일단 및 상기 계통전원의 일단을 서로 연결하며, 서로 직렬로 연결되는 제1 필터용 인덕터 및 제2 필터용 인덕터; 및
    상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터의 사이단과 상기 계통전원의 타단을 연결하는 필터용 커패시터;를 포함하는 LCL필터부인 것을 특징으로 하는 태양광 추적시스템.
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