KR101201933B1 - 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법 및 그 장치 - Google Patents

태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법은 복수의 태양전지 모듈 각각의 출력 전력을 변환하고 출력단이 다른 전력 변환기의 출력단과 서로 직렬로 연결되는 복수의 전력 변환기 중 어느 하나의 전력 변환기의 입력 전압과 출력 전압을 측정하는 단계와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 출력 전압과 상기 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 비교하여 전압변동계수를 설정하는 단계와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 기준 전압을 설정하는 단계와, 상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 따른 최대 전력 추종 방법 및 그 장치는 태양전지 모듈의 출력 전압만을 측정하여 출력 전력의 변동여부를 판단함으로써, 전류 센서를 사용하지 않고도 태양전지 모듈의 최대 전력 추종을 할 수 있다.

Description

태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MOST POWER POINT TRACKING OF SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 모듈의 출력 전압만을 측정하여 태양전지 모듈의 최대 전력 추종을 제어하는 기술에 관한 것이다.
태양전지를 비롯한 신재생 에너지원은 지구에 한정적으로 존재하는 화석연료를 사용하지 않으며, 환경오염을 최소화한다는 점에서 오늘날 대체 에너지로 주목받고 있다. 그러나, 신재생 에너지원은 전압과 전류가 불안정하므로 부하로 안정된 전력을 공급하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 주변 환경에 민감한 신재생 에너지원을 효과적으로 제어하고, 전력전달 특성을 파악하여 제공함으로써 에너지를 최대한 효율적으로 사용하는 방법이 개발되고 있다.
도 1은 태양전지 모듈의 전력-전압 파형을 설명하기 위한 예시도이다. 도 1을 참조하면, 태양전지 모듈의 출력단 저항이 무한대이면 태양전지 모듈의 양단 전압은 개방전압이 되므로 전류가 흐르지 않기 때문에 전달 전력은 0[w]가 된다. 출력단의 저항이 점점 작아지게 되면 전류가 흐르게 되면서 전압이 감소하며, 어느 정도 이상 저항이 작아지게 되면 전압은 떨어지지만 더 이상 전류가 늘어나지 않는 지점이 존재하게 된다. 결국, 저항이 0인 단락회로(short circuit) 상태가 되면 전압이 발생하지 않기 때문에 전달 전력은 0[w]가 된다. 따라서, 외부 상황에 따라 적절하게 출력단의 저항을 조절하여 태양전지 모듈이 최대 전력을 전달할 수 있도록 설정하는 기술이 필요하다.
MPPT(Maximum Power Point Tracking)는 신재생 에너지원인 태양전지 모듈의 출력을 제어하는 방법으로 최대 전력이 출력되는 지점을 추종하는 기술이다. 예를 들어, 태양전지는 일사량에 가장 큰 영향을 받으며, 일사량 변동으로 인해 직류전압의 크기가 변화된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 MPPT 제어기에서는 태양전지 모듈의 기준전압을 입력받아 그 값을 기준으로 DC 전압의 추종값을 제어한다. MPPT의 방식에는 직접제어방식, Perturbation and Observation(P&O) 방식, Incremental Conductance(IncCond) 방식이 있다.
직접제어방식은 정전압 제어방식으로, 출력에 대한 전력량이 필요하지 않으므로 전압센서만으로 제어가 가능하나, 태양전지 모듈의 동작점이 실제 최대 전력점이 아니며, 일사량의 급변시 정확한 최대 전력점을 찾지 못해 출력효율이 감소되는 문제점이 있다. 또한, P&O 방식은 태양전지의 출력전압을 주기적으로 증가 감소시켜 이전의 출력전력과 현재의 출력전력을 비교하여 최대 전력 동작점을 찾는 방식으로, 일사량이 순간적으로 변하지 않는 한 최대 전력점을 안정적으로 추종할 수 있으나, 출력에 대한 전력량을 계산해야하므로 각 태양전지 모듈에 연계되는 전력 변환기에 전류 센서와 전압 센서를 모두 구비해야 한다는 문제점이 있다. 또한, IncCond 방식은 부하 임피던스와 태양전지 모듈의 임피던스를 비교하여 태양전지 모듈의 출력을 제어하는 방법으로, 우수한 성능을 가지고 있으나, 나눗셈 연산이 필요하기 때문에 연산 속도에 제한이 있으며, 소수점 연산이 지원되지 않는 컨트롤러로는 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 태양전지 모듈의 전압을 제어하여 태양전지 모듈로부터 최대 전력이 전달되도록 하는 최대 전력 추종 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법은 복수의 태양전지 모듈 각각의 출력 전력을 변환하고 출력단이 다른 전력 변환기의 출력단과 서로 직렬로 연결되는 복수의 전력 변환기 중 어느 하나의 전력 변환기의 입력 전압과 출력 전압을 측정하는 단계와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 출력 전압과 상기 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 비교하여 전압변동계수를 설정하는 단계와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 기준 전압을 설정하는 단계와, 상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 전압변동계수를 설정하는 단계는, 상기 제1 출력 전압이 상기 제2 출력 전압보다 큰 경우에는 상기 전압변동계수를 1로 설정하고, 작은 경우에는 상기 전압변동계수를 0으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압을 설정하는 단계는, 상기 전압변동계수를 1로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시켜 설정할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압을 설정하는 단계는, 상기 전압변동계수를 0으로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 최대 전력 전압을 결정하는 단계는, 상기 제1 시점에서 설정된 상기 전압변동계수와 상기 제2 시점에서 설정된 상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이면 카운트를 증가시키고, 상기 카운트가 미리 설정된 기준 카운트값에 해당하면, 상기 기준 전압을 상기 최대 전력 전압으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이 아닌 경우이거나, 상기 카운트가 상기 기준 카운트값보다 작은 경우에는, 상기 기준 전압을 상기 태양전지 모듈의 전압으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 동안에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 다른 태양전지 모듈들의 출력 전력은 일정하게 유지되고, 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압이 결정된 이후에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 또 다른 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치는, 복수의 태양전지 모듈 각각의 출력 전력을 변환하고 출력단이 다른 전력 변환기의 출력단과 서로 직렬로 연결되는 복수의 전력 변환기 중 어느 하나의 전력 변환기의 입력 전압과 출력 전압을 측정하는 전압 측정부와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 출력 전압과 상기 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 비교하여 전압변동계수를 설정하는 전압변동계수 설정부와, 상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부와, 상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 최대 전력 전압 결정부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 최대 전력 추종 방법 및 그 장치는 태양전지 모듈의 출력 전압만을 측정하여 출력 전력의 변동여부를 판단함으로써, 전류 센서를 사용하지 않고도 태양전지 모듈의 최대 전력 추종을 할 수 있다.
도 1은 태양전지 모듈의 전력-전압 파형을 설명하기 위한 예시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 전력 추종 장치를 포함하는 태양전지 발전 시스템의 구성도,
도 3a, 도 3b는 도 2에 따른 최대 전력 추종 방법의 흐름도,
도 4는 도 2에 따른 최대 전력 추종 방법 중 최대 전력 전압을 판단하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에서는 비록 태양전지 발전 시스템으로 기술하고 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 최대 전력 추종 방법은 예를 들어 태양열, 태양광발전, 바이오매스(biomass), 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지와 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지를 이용한 발전에도 적용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 전력 추종 장치를 포함하는 태양전지 발전 시스템의 구성도이고, 도 3a, 도 3b는 도 2에 따른 최대 전력 추종 방법의 흐름도이다.
태양전지 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈(210), 복수의 전력 변환기(220), DC 링크(230), 부하(240), 최대 전력 추종 장치(250)로 구성된다. 태양전지 모듈(210)은 실리콘을 이용한 반도체 소자로써, 태양 에너지를 전기로 변환하여 태양전지 발전 시스템의 에너지 공급원으로 음 증가 임피던스(negative incremental impedance)의 비선형 출력 특성을 가진다. 태양전지 모듈(210)은 비선형적인 특성을 가지기 때문에 도 1과 같은 전력-전압 특성곡선이 나타나며, 최대 전력점이 존재하게 된다.
전력 변환기(220)는 각각의 태양전지 모듈(210)에 하나씩 구성되어, 태양전지 모듈(210)로부터 출력되는 직류성분의 전력을 입력받아 이를 DC-DC 컨버팅하거나 듀티비를 조정하여 전력을 변환하는 것으로, 변압기를 사용하지 않기 때문에 크기와 무게를 줄일 수 있어 소형, 경량화가 가능하다. 또한, 전력 변환기(220)의 출력단은 다른 전력 변환기(220) 출력단과 직렬로 연결되므로 각 전력 변환기(220)의 DC 링크(230)의 전압도 직렬로 연결된다. DC 링크(230)는 예를 들어 커패시터 소자로 구성되며, 복수의 태양전지 모듈(210)과 전력 변환기(220)를 통해 출력되는 전압이 하나의 DC 링크(230)에 공급된다. 부하(240)는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(도시하지 않음)를 포함하며, DC 링크 후단의 제어에 의해 DC 링크(230)의 전압은 일정하게 유지된다.
예를 들어, 태양전지 발전 시스템이 태양전지 모듈 1과 태양전지 모듈 2로 구성된 것으로 가정하면, 전력 변환기 1의 출력 전압(V1), 전력 변환기 2의 출력 전압(V2)이 하나의 DC 링크(230)에 인가되며, 부하(240)에 포함되는 인버터의 제어에 의해 DC 링크(230)의 전압은 일정하게 유지되는 DC 링크(230)를 전압원으로 생각할 수 있다. 태양전지 모듈 1에 대한 최대 전력 추종을 하는 경우, 태양전지 모듈 1에서 출력되는 전력(P1)은 증가한다. P1은 전력 변환기(220)를 통해 DC 링크(230)로 전달되고, V1은 일정하기 때문에 전체 전류(I)는 증가하게 된다. 이 경우, 전력 변환기 1과 전력 변환기 2의 출력단은 서로 직렬로 연결되어 있으므로, 전력 변환기 2에 흐르는 전류(I)도 증가하게 된다.
태양전지 모듈 2는 태양전지 모듈 1이 최대 전력 추종을 하는 동안에 전력이 실제로는 변동하지만 그 변동량이 적으므로 일정하게 유지된다고 가정할 수 있으므로, 태양전지 모듈 2에서 출력되는 전력(P2)은 일정하게 유지되고, V2는 작아지게 된다. DC 링크(230)의 전압은 일정하고, V1과 V2의 합은 DC 링크(230)의 전압과 같기 때문에 결국 V1은 증가하게 된다. 따라서, 본 발명의 최대 전력 추종 방법의 경우 P1의 증가는 V1의 변동을 일으키므로, V1의 변동 여부만으로 P1의 변동을 판단할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈(210)의 전류를 측정하지 않고 오직 전압만을 측정하여 최대 전력 추종을 할 수 있다.
한편, 최대 전력 추종 장치(250)는 전압 측정부(251), 전압변동계수 설정부(253), 기준 전압 설정부(255), 최대 전력 전압 결정부(257)를 포함한다. 먼저, 전압 측정부(251)는 복수의 태양전지 모듈(210)들과 각각 연결된 복수의 전력 변환기(220)들 중 어느 하나의 전력 변환기(220)의 입력 전압과 출력 전압을 측정한다(S300). 선택되는 전력 변환기(220)의 순서는 사용자의 설정에 따라 달리 설정될 수 있으며, 각 전력 변환기(220)는 전압 센서를 포함하고 있다. 전압 측정부(251)는 사용자가 미리 설정한 시점마다 전력 변환기(220)의 전압 센서에서 센싱된 입력 전압과 출력 전압을 획득하여 전압변동계수 설정부(253)로 출력한다.
또한, 전압 측정부(251)가 어느 하나의 전력 변환기(220)를 통해 해당 태양전지 모듈(210)의 최대 전력을 추종하는 동안에는, 다른 태양전지 모듈(210)들의 출력 전력은 일정하게 유지된다. 본 발명에서 전력 변환기(220)의 입력 전압은 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 출력전압과 같은 의미로 사용되고, 전력 변환기(220)의 출력 전압은 하나의 DC 링크(230)로 인가되는 전압 중 해당 전력 변환기(220)에서 출력되는 전압을 의미한다.
다음으로, 전압변동계수 설정부(253)는 전압 측정부(251)로부터 제1 시점에서 측정된 전력 변환기(220)의 제1 출력 전압과 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 입력받아 이들의 값을 비교하여 입력 전압의 변동 여부를 나타내는 전압변동계수를 설정한다(S301, S302, S303, S304). 전압변동계수 설정부(253)는 먼저 제1 출력 전압과 제2 출력 전압을 비교하여 그 값이 같은지 판단한다(S301). 두 전압값이 같은 경우에는 이전 시점과 현재 시점 사이에 전압 변동이 없는 것으로 판단하고, 전압변동계수 설정 단계와 기준 전압 설정 단계를 생략하고, 카운트 판단 단계로 이동한다.
한편, 전압변동계수 설정부(253)는 두 전압값이 같지 않은 경우에는 제1 출력 전압이 제2 출력 전압보다 큰지 여부를 판단한다(S302). 이는 현재 시점의 출력 전압이 이전 시점의 출력 전압보다 증가하였는지 여부를 판단하는 것이다. 전압변동계수 설정부(253)는 출력 전압이 감소한 경우에는 전압변동계수를 0으로 설정하고(S303), 출력 전압이 증가한 경우에는 전압변동계수를 1로 설정한다(S304). 이 경우, 전압변동계수는 사용자의 설정에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다.
다음으로, 기준 전압 설정부(255)는 전압 측정부(251)로부터 입력된 제1 시점에서 측정된 전력 변환기(220)의 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 입력 전압에 대한 기준 전압을 설정한다(S305, S306, S307, S308). 이 경우, 전력 변환기(220)의 입력 전압은 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 전압과 같은 의미이며, 기준 전압은 최대 전력 추종을 위해 태양전지 모듈(210)에 설정되는 전압을 의미한다. 즉, 입력 전압은 현재 시점에서 출력되는 태양전지 모듈(210)의 전압으로 이전 시점에 설정된 기준 전압에 의해 태양전지 모듈(210)로부터 출력되는 전압이고, 기준 전압은 이후 시점에서 태양전지 모듈(210)에서 출력될 전압을 의미한다. 현재 시점에서 기준 전압이 재설정되면, 태양전지 모듈(210)의 제어부(도시하지 않음)는 내부 저항값을 조절하여 다음 시점에 설정된 기준 전압이 출력되도록 제어한다.
구체적으로, 기준 전압 설정부(255)는 전압변동계수가 0인 경우, 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 큰 경우인지를 판단하여(S305), 작은 경우에는 기준 전압을 증가시키고(S307), 큰 경우에는 기준 전압을 감소시킨다(S308). 이하, 전압변동계수가 0인 상태에서 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 작거나 크다는 것의 의미를 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
예를 들어, 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 작은 경우, 현재 시점을 제3 시점으로 가정하면, 현재 시점에서의 전력 변환기(220)의 입력 전압은 제2 시점에서 설정된 기준 전압이고, 이는 제1 시점에서 설정된 기준 전압보다 증가하도록 설정된 상태이다. 즉, 제3 시점에서 태양전지 모듈(210)의 출력 전압은 제2 시점보다 증가하도록 설정되었으나, 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 전력은 제2 시점보다 감소하였다. 이는, 제2 시점과 제3 시점의 전력점이 모두 최대 전력점을 기준으로 오른쪽에 형성되어 있는 것을 의미하고, 제3 시점에서는 제2 시점의 전력점보다 오른쪽으로 더 멀어진 경우이므로, 기준 전압을 감소시켜 제4 시점에는 태양전지 모듈(210)의 전력이 최대 전력에 근접하도록 설정하는 것이다.
한편, 전압변동계수가 0인 상태에서 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 큰 경우, 제2 시점에서 설정된 기준 전압은 제1 시점에서 설정된 기준 전압보다 감소하도록 설정된 상태이다. 즉, 제3 시점에서 태양전지 모듈(210)의 출력 전압은 제2 시점보다 감소하도록 설정되었으며, 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 전력은 제2 시점보다 감소하였다. 이는, 제2 시점과 제3 시점의 전력점이 모두 최대 전력점을 기준으로 왼쪽에 형성되어 있는 것을 의미하고, 제3 시점에서는 제2 시점의 전력점보다 왼쪽으로 더 멀어진 경우이므로, 기준 전압을 증가시켜 제4 시점에는 태양전지 모듈(210)의 전력이 최대 전력에 근접하도록 설정하는 것이다.
또한, 기준 전압 설정부(255)는 전압변동계수가 1인 경우, 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 큰 경우인지를 판단하여(S306), 큰 경우에는 기준 전압을 증가시키고(S307), 작은 경우에는 기준 전압을 감소시킨다(S308). 이하, 전압변동계수가 1인 상태에서 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 작거나 크다는 것의 의미를 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
예를 들어, 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 큰 경우, 현재 시점을 제3 시점으로 가정하면, 제3 시점에서의 전력 변환기(220)의 입력 전압은 제2 시점에서 설정된 기준 전압이고, 이는 제1 시점에서 설정된 기준 전압보다 증가하도록 설정된 상태이다. 즉, 제3 시점에서 태양전지 모듈(210)의 출력 전압은 제2 시점보다 증가하도록 설정되었으며, 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 전력은 제2 시점보다 증가하였다. 이는, 제2 시점과 제3 시점의 전력점이 모두 최대 전력점을 기준으로 왼쪽에 형성되어 있는 것을 의미하고, 제3 시점에서는 제2 시점의 전력점보다 최대 전력점에 근접한 경우이므로, 기준 전압을 증가시켜 제4 시점에는 태양전지 모듈(210)의 전력이 최대 전력에 도달하도록 설정하는 것이다.
한편, 전압변동계수가 1인 상태에서 제1 입력 전압이 제2 입력 전압보다 작은 경우, 제2 시점에서 설정된 기준 전압은 제1 시점에서 설정된 기준 전압보다 감소하도록 설정된 상태이다. 즉, 제3 시점에서 태양전지 모듈(210)의 출력 전압은 제2 시점보다 감소하도록 설정되었으나, 태양전지 모듈(210)에서 출력되는 전력은 제2 시점보다 증가하였다. 이는, 제2 시점과 제3 시점의 전력점이 모두 최대 전력점을 기준으로 오른쪽에 형성되어 있는 것을 의미하고, 제3 시점에서는 제2 시점의 전력점보다 최대 전력점에 근접한 경우이므로, 기준 전압을 감소시켜 제4 시점에는 태양전지 모듈(210)의 전력이 최대 전력에 도달하도록 설정하는 것이다.
다음으로, 최대 전력 전압 결정부(257)는 상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈(210)의 최대 전력 전압을 결정한다(S309, S310, S311, S312, S313). 구체적으로, 최대 전력 전압 결정부(257)는 제1 시점에서 설정된 전압변동계수와 제2 시점에서 설정된 전압변동계수를 합산하고(S309), 합산한 값이 1인지 여부를 판단한다(S310). 이 경우, 전압변동계수를 합산한 값이 1인 경우는 카운트를 증가시킨다(S311). 전압변동계수를 합산한 값이 1이라는 것은 태양전지 모듈(210)의 출력 전력인 전력 변환기(220)의 출력 전압이 전압 측정 시점마다 증감을 반복하면서 진동한다는 것을 의미한다. 즉, 태양전지 모듈(210)의 출력 전력이 최대 전력에 수렴하게 된다.
다음으로, 최대 전력 전압 결정부(257)는 현재 시점의 카운트가 미리 설정된 기준 카운트값과 같은지 판단하고(S312), 기준 카운트값과 같은 경우에는 현재 시점의 기준 전압을 최대 전력 전압으로 설정하고, 카운트를 리셋한다(S313). 만약, 기준 카운트값에 해당하지 않는 경우에는 기준 카운트값과 같아질 때까지 앞의 과정을 반복한다. 예를 들어, 기준 카운트를 5회로 설정한 경우에는 전력 변환기(220)의 출력 전압이 증감이 5번 반복되면 해당 기준 전압을 태양전지 모듈(210)의 최대 전력을 발생시키는 최대 전력 전압으로 설정된다.
이와 같이, 복수의 태양전지 모듈(210) 중 어느 하나의 태양전지 모듈의 최대 전력의 추종이 완료되면, 복수의 태양전지 모듈(210) 중 최대 전력 추종이 이뤄지지 않은 태양전지 모듈에 대한 최대 전력 추종이 이뤄진다. 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이 최대 전력 추종이 진행 중인 태양전지 모듈 외의 다른 태양전지 모듈의 출력 전력은 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
도 4는 도 2에 따른 최대 전력 추종 방법 중 최대 전력 전압을 판단하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 최대 전력 추종 장치(250)는 태양전지 모듈(210) 1에 최대 전력을 추종하고 있는 과정에서 출력 전압이 증가하다가 자려 진동이 발생하는 지점을 태양전지 모듈(210) 1의 최대 전력을 발생시키는 최대 전력 전압으로 설정되게 된다. 한편, 태양전지 모듈(210) 1에 대한 최대 전력 추종이 이뤄지고 있는 동안에는 태양전지 모듈(210) 2의 출력 전력은 일정하게 유지되므로 태양전지 모듈(210) 2의 전압도 일정하게 유지된다. 그러나, 최대 전력 추종 장치(250)는 태양전지 모듈(210) 1에 대한 최대 전력의 추종이 완료되면, 태양전지 모듈(210) 2에 대한 전압 추종 알고리즘을 시작하면서 최대 전력을 추종하게 된다. 최대 전력 추종 장치(250)는 태양전지 모듈(210) 2에서도 자려 진동이 발생하면 해당 지점의 전압을 태양전지 모듈(210) 2의 최대 전력을 발생시키는 최대 전력 전압으로 설정하고, 다른 태양전지 모듈(210)에 대한 최대 전력 추종을 개시하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 최대 전력 추종 방법 및 그 장치는 태양전지 모듈의 출력 전압만을 측정하여 출력 전력의 변동여부를 판단함으로써, 전류 센서를 사용하지 않고도 태양전지 모듈의 최대 전력 추종을 할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
210 : 태양전지 모듈 220 : 전력 변환기
230 : DC 링크 240 : 부하
250 : 최대 전력 추종 장치 251 : 전압 측정부
253 : 전압변동계수 설정부 255 : 기준 전압 설정부
257 : 최대 전력 전압 결정부

Claims (14)

  1. 복수의 태양전지 모듈 각각의 출력 전력을 변환하고 출력단이 다른 전력 변환기의 출력단과 서로 직렬로 연결되는 복수의 전력 변환기 중 어느 하나의 전력 변환기의 입력 전압과 출력 전압을 측정하는 단계;
    상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 출력 전압과 상기 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 비교하여 전압변동계수를 설정하는 단계;
    상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 기준 전압을 설정하는 단계; 및
    상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압변동계수를 설정하는 단계는,
    상기 제1 출력 전압이 상기 제2 출력 전압보다 큰 경우에는 상기 전압변동계수를 1로 설정하고, 작은 경우에는 상기 전압변동계수를 0으로 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준 전압을 설정하는 단계는,
    상기 전압변동계수를 1로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시켜 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기준 전압을 설정하는 단계는,
    상기 전압변동계수를 0으로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시키는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 최대 전력 전압을 결정하는 단계는,
    상기 제1 시점에서 설정된 상기 전압변동계수와 상기 제2 시점에서 설정된 상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이면 카운트를 증가시키고, 상기 카운트가 미리 설정된 기준 카운트값에 해당하면, 상기 기준 전압을 상기 최대 전력 전압으로 결정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이 아닌 경우이거나, 상기 카운트가 상기 기준 카운트값보다 작은 경우에는, 상기 기준 전압을 상기 태양전지 모듈의 전압으로 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 동안에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 다른 태양전지 모듈들의 출력 전력은 일정하게 유지되고,
    상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압이 결정된 이후에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 또 다른 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 방법.
  8. 복수의 태양전지 모듈 각각의 출력 전력을 변환하고 출력단이 다른 전력 변환기의 출력단과 서로 직렬로 연결되는 복수의 전력 변환기 중 어느 하나의 전력 변환기의 입력 전압과 출력 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 출력 전압과 상기 제1 시점보다 선 시점인 제2 시점에서 측정된 제2 출력 전압을 비교하여 전압변동계수를 설정하는 전압변동계수 설정부;
    상기 전력 변환기의 제1 시점에서 측정된 제1 입력 전압과 제2 시점에서 측정된 제2 입력 전압을 비교하여 기준 전압을 설정하는 기준 전압 설정부; 및
    상기 전압변동계수와 상기 기준 전압을 이용하여 상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 최대 전력 전압 결정부를 포함하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전압변동계수 설정부는,
    상기 제1 출력 전압이 상기 제2 출력 전압보다 큰 경우에는 상기 전압변동계수를 1로 설정하고, 작은 경우에는 상기 전압변동계수를 0으로 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서, 상기 기준 전압 설정부는,
    상기 전압변동계수를 1로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시켜 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서, 상기 기준 전압 설정부는,
    상기 전압변동계수를 0으로 설정하는 경우, 상기 제1 입력 전압이 상기 제2 입력 전압보다 크면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 감소시키고, 작으면 상기 기준 전압을 미리 설정된 전압만큼 증가시키는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서, 상기 최대 전력 전압 결정부는,
    상기 제1 시점에서 설정된 상기 전압변동계수와 상기 제2 시점에서 설정된 상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이면 카운트를 증가시키고, 상기 카운트가 미리 설정된 기준 카운트값에 해당하면, 상기 기준 전압을 상기 최대 전력 전압으로 결정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 전압변동계수를 합산한 값이 1이 아닌 경우이거나, 상기 카운트가 상기 기준 카운트값보다 작은 경우에는, 상기 기준 전압을 상기 태양전지 모듈의 전압으로 설정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 동안에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 다른 태양전지 모듈들의 출력 전력은 일정하게 유지되고,
    상기 태양전지 모듈의 최대 전력 전압이 결정된 이후에는, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 또 다른 태양전지 모듈의 최대 전력 전압을 결정하는 태양전지 모듈의 최대 전력 추종 장치.
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