KR101282993B1 - 멀티인버터 태양광 발전시스템 - Google Patents

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박기주
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Abstract

본 발명의 일 측면은 태양광 전지 어레이로부터 생산되는 전력량에 따라서 인버터의 사용 효율을 향상시키도록 하되 전력 변환모듈의 개방상태에서는 전력 변환모듈 내부의 잔류전하를 방전시켜 안전 사고를 방지하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 멀티인버터 태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈로 구성되는 태양전지 스트링을 다수 구비하며, 발전전력을 생산하는 태양전지 어레이;와, 상기 태양전지 스트링과 연결되어 최대 전력점 추종을 수행하고, 상기 발전전력의 전압을 변압하며, 상기 발전전력의 전력변동폭에 따라 서로 다른 복수의 추종방식을 적용하여 상기 최대 전력점 추종을 수행하는 스트링 옵티마;와, 외관을 형성하는 인버터 본체와, 상기 인버터 본체에 각각 선택적으로 개폐 가능하게 형성되어 상기 스트링 옵티마로부터 변압된 상기 발전전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환모듈을 구비하는 인버터;를 포함하며, 상기 복수의 전력 변환모듈 중 적어도 어느 하나는, 상기 전력 변환모듈이 상기 인버터 본체에서 개방되면 상기 전력 변환모듈 내의 잔류전하는 방전되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티인버터 태양광 발전시스템{Photovoltaic power generation system include multi-inverter}
본 발명은 복수의 전력 변환모듈이 구비된 인버터를 가지는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 태양광 전지 어레이로부터 생산되는 전력량에 따라 인버터의 용량을 가변하여 인버터의 사용 효율을 향상시키도록 하면서, 전력 변환모듈의 개방상태에서는 전력 변환모듈 내부의 잔류전하를 방전시켜 안전 사고를 방지하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전에 있어서 현재 사용되고 있는 태양전지(Solar cell) 하나의 출력은 매우 작기 때문에 필요한 출력을 효율적으로 얻기 위해서 여러 개의 태양전지를 연결하여 태양전지 모듈(PV모듈 : Photovaltaic Module)을 구성하여 사용한다. 태양전지 모듈 하나에서 발생되는 전력은 1개의 태양전지에 비해 큰 용량을 가지지만, 소형 장치의 전원으로 이용이 가능할 뿐, 일반 상용전력 계통에 발전전력을 공급하기에는 전력량이 작아 무리가 따른다.
이 때문에 전력 계통에 연결하여 발전 전력을 송전하고자 하는 경우 몇 개의 태양전지 모듈을 한 그룹으로 연결하거나, 또는 이러한 그룹을 여러 개 병렬로 연결하여 태양전지 어레이(PV array)를 구성하고, 이를 통해 발전 및 송전에 필요한 전압 및 전력을 확보하도록 하고 있다. 이러한 전압 및 전력의 확보를 위해 태양전지 모듈을 직렬로 연결하여 스트링을 구성하고, 복수의 스트링을 하나의 그룹으로 하여 태양전지 어레이를 구성하는 것이 보편적이다.
예를 들면, 특허출원 10-2007-9917211(출원인: 주식회사 기영미다스, 발명의 명칭: 스트링 기준 태양광 발전용 전력제어장치)에는 태양광 발전시스템이 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 동작 중 발생하는 다양한 손실 성분 중에서 태양전지어레이의 직·병렬연결된 직류전원의 레벨이 태양전지셀과 모듈의 제작상에서 나타나는 고유의 모듈특성차이, 부분적 그늘 효과에 의한 전력발생량의 차이, 모듈간 그룹핑되지 않을 때의 전력레벨의 차이가 발생하고 이러한 스트링 부정합에 의해 발생하는 발전전력의 손실을 막고자 태양전지모듈의 직렬연결된 어레이에 MPPT를 수행하는 컨버터를 부착하는 기술이 개시되어 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 태양광 발전 장치는 복수의 태양광 모듈(10)을 직렬로 연결하여 하나의 스트링(20)을 구성하고, 이러한 스트링(20)을 여러 개 병렬로 연결하여 하나의 어레이(10A)로 구성된다. 그리고, 태양전지 어레이(10A)로부터의 출력을 취합하여 인버터에 공급함으로써 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 전력계통에 공급된다.
이러한 종래의 태양광 발전 장치는, 태양전지 어레이(10A)의 최대 발전량을 고려하여 인버터(40) 용량을 결정한다. 즉, 태양전지 어레이(10A)의 발전량이 최대일 때 생산되는 전력량과 같거나 또는 좀 더 큰 용량을 가지도록 인버터(40)의 용량이 결정된다. 하지만 이와 같이 태양전지 어레이(10A)의 최대 생산 전력량과 같은 용량의 인버터(40)를 이용하는 경우 태양전지 어레이(10A)가 생산하는 전력량이 인버터(40) 용량에 비해 적은 경우가 빈번하여 인버터(40)의 효율저하가 발생하게 된다.
한편, 종래 기술에는 인버터(40)의 점검 및 수리를 위하여 작업자가 전력 변환모듈을 잠금 해제할 때에 전원이 차단된 후에도 잔류전하(충전전류)로 인하여 안전 사고가 발생하기 쉬운 문제가 있었다. 특히, 인버터(40) 내부의 커패시턴스와 트랜스포머의 권선에서는 잔류전하가 크게 존재할 수 있기 때문에 특히 위험하다.
본 발명의 일 측면은 태양광 전지 어레이로부터 생산되는 전력량에 따라서 인버터의 사용 효율을 향상시키도록 하되 전력 변환모듈의 개방상태에서는 전력 변환모듈 내부의 잔류전하를 방전시켜 안전 사고를 방지하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티인버터 태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈로 구성되는 태양전지 스트링을 다수 구비하며, 발전전력을 생산하는 태양전지 어레이;와, 상기 태양전지 스트링과 연결되어 최대 전력점 추종을 수행하고, 상기 발전전력의 전압을 변압하며, 상기 발전전력의 전력변동폭에 따라 서로 다른 복수의 추종방식을 적용하여 상기 최대 전력점 추종을 수행하는 스트링 옵티마;와, 외관을 형성하는 인버터 본체와, 상기 인버터 본체에 각각 선택적으로 개폐 가능하게 형성되어 상기 스트링 옵티마로부터 변압된 상기 발전전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환모듈을 구비하는 인버터;를 포함하며, 상기 복수의 전력 변환모듈 중 적어도 어느 하나는, 상기 전력 변환모듈이 상기 인버터 본체에서 개방되면 상기 전력 변환모듈 내의 잔류전하는 방전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 전력 변환모듈 중 적어도 어느 하나는, 상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 온(ON)되고 상기 전력 변환모듈의 폐쇄상태에서 오프(OFF)되는 온-오프 스위치에 의해 선택적으로 작동되어 잔류전하 충전부의 잔류전하를 제거하기 위한 잔류전하 제거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 잔류전하 제거부는, 상기 전력 변환모듈 내부에 남아있는 잔류전하를 방전시켜주기 위한 방전부;와, 상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 상기 잔류전하 충전부와 방전부를 연결하기 위한 스위칭부;와, 상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 상기 스위칭부로 제어신호를 발생하기 위한 제어신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 전력 변환모듈의 중 어느 하나에는, 그 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전류를 발생시키는 스위칭 회로부;와, 상기 스위칭 회로부에서 인가되는 상기 교류전압을 승압하여 상용전원에 공급하는 트랜스포머;가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 전력 변환모듈의 중 어느 하나에는, 그 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전력을 발생시키는 스위칭 회로부와, 상기 스위칭 회로부에 접속되는 캐피시턴스부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 잔류전하 충전부는, 상기 스위칭 회로부에서 인가되는 상기 교류전압을 승압하여 상용전원에 공급하는 트랜스포머와, 상기 스위칭 회로부에 접속되는 캐피시턴스부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 인버터는, 상기 발전전력의 크기에 따라서 상기 복수의 변환모듈 중 구동되는 변환모듈의 수를 가변하는 것을 특징으로 한다.
또한, 태양전지 모듈은 고정형 또는 추적형 태양전지 모듈인 것을 특징으로 한다.
또한, 복수의 변환모듈은 변환용량이 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 인버터는 상기 발전전력을 상기 복수의 변환모듈에 분배하기 위한 배전부와, 구동될 변환모듈을 선택하기 위한 인버터제어부를 더 포함하고, 상기 인버터제어부는, 상기 복수의 변환모듈 중 상기 발전전력을 위해 가동된 구동시간이 다른 변환모듈에 비해 상대적으로 짧은 변환모듈이 우선하여 구동되도록 상기 배전부의 분배를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티인버터 태양광 시스템을 다른 측면에서 본다면, 복수의 태양전지 모듈로 구성되는 태양전지 스트링을 다수 구비하며, 발전전력을 생산하는 태양전지 어레이;와, 상기 태양전지 스트링과 연결되어 최대 전력점 추종을 수행하고, 상기 발전전력의 전압을 변압하며, 상기 발전전력의 전력변동폭에 따라 서로 다른 복수의 추종방식을 적용하여 상기 최대 전력점 추종을 수행하는 스트링 옵티마;와, 외관을 형성하는 인버터 본체와, 상기 인버터 본체에 대하여 각각 개방상태 또는 폐쇄상태에 놓일 수 있게 형성되어 상기 스트링 옵티마로부터 변압된 상기 발전전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환모듈을 구비하는 인버터;를 포함하며, 상기 복수의 전력 변환모듈 중 적어도 어느 하나는, 상기 교류전압을 승압하여 상용전원에 공급하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머와 접속되는 캐피시턴스부 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 작동되어 상기 트랜스포머 또는 캐피시턴스부에 충전된 잔류전하를 제거하기 위한 잔류전하 제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티인버터 태양광 발전시스템은 태양광 전지 어레이로부터 생산되는 전력량에 따라 인버터의 용량을 가변하여, 인버터의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 멀티인버터 태양광 발전시스템은 인버터 전력 변환모듈의 개방상태에서는 전력 변환모듈 내부의 잔류전하를 방전시켜 안전 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀티인버터 태양광 발전시스템은 태양전지 스트링별 최대전력 추종을 수행하여, 최대 전력 생산이 이루어지도록 함과 아울러, 최대전력 추종에 있어서 환경요인을 적용하여 빠르고 효율적인 최대전력 추종이 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
도 1은 종래의 태양광 발전 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 예시도이다.
도 3은 스트링 옵티마의 구성을 좀더 상세히 도시한 구성 예시도이다.
도 4는 스트링 제어부의 구성을 좀 더 상세히 도시한 구성 예시도이다.
도 5는 전력변동폭이 커지는 경우를 나타낸 전력-전압 그래프이다.
도 6은 온도 및 일사량 변화에 따른 전압-전류 그래프이다.
도 7은 도 2의 인버터 구성 및 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 인버터의 전력 변환모듈을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 인버터 본체에서 전력 변환모듈 중 어느 하나가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(100), 스트링 옵티마(200), 인버터(300)를 포함하여 구성된다.
태양전지 어레이(100)는 태양광을 전력으로 변환하여 스트링 옵티마(200)에 제공한다. 이를 위해, 태양전지 어레이(100)는 복수의 태양전지 스트링(120)으로 구성되며, 각 태양전지 스트링(120)은 복수의 태양전지 모듈(110)을 직렬로 연결하여 구성된다.
이러한 태양전지 어레이(100)에 구성된 각각의 태양전지 스트링(120)은 스트링별 발전 용량이 상이할 수 있으며, 서로 다른 태양전지 스트링(120)은 상이한 태양전지 모듈로 구성될 수 있다. 또한, 동일한 태양전지 스트링(120)에 포함되는 태양전지 모듈(110)도 서로 다른 용량, 발전전압, 작동방식을 가지도록 할 수 있다. 구체적으로 하나의 태양전지 스트링(120)을 발전전력이 5kw인 태양전지 모듈을 복수개 직렬 연결하여 구성할 수 있으며, 다른 태양전지 스트링(120)은 발전전력이 3kw인 태양전지 모듈(110)을 복수개 직렬 연결하여 구성할 수 있다. 또한, 하나의 스트링은 태양전지 모듈(110)이 고정된 고정형 태양전지 모듈로 구성하고, 다른 스트링은 태양을 따라 태양전지 모듈(110)의 방향, 각도가 변경되도록 한 추적형으로 구성될 수 있다. 아울러, 태양전지 스트링(120) 각각은 스트링 옵티마(200)의 스트링 변환부(230)에 각각 연결되어, 발전전력을 스트링 변환부(230)에 공급한다.
스트링 옵티마(200)는 태양전지 스트링(120) 각각에 대한 최대 전력점 추종을 수행하여, 태양전지 스트링(120)들이 최대전력을 발전하도록 함과 아울러, 태양전지 스트링(120)으로부터 공급되는 발전전력의 전압을 인버터 입력전압에 맞게 변환하여 인버터(300)에 공급한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 스트링 옵티마(200)는 두 가지는 전력추종 알고리즘을 조건에 따라 선택적으로 적용하여 최대 전력점 추종을 수행한다. 구체적으로, 스트링 옵티마(200)는 발전전력이 크게 변하지 않는 상태 즉, 광량, 일사량, 조도, 태양전지 모듈의 온도, 태양전지 모듈 주변의 온도 등이 급격한 변화를 보이지 않는 경우와 급격한 변화가 발생하는 경우에 따라 다른 최대 전력점 추종 방법을 적용하여 발전전력의 최대 전력점 추종을 수행한다. 또한, 스트링 옵티마(200)는 태양전지 모듈(110)의 발전에 영향을 주는 환경요소를 감지하고, 감지값에 따른 최대 전력점 추종을 수행한다. 이를 위해 스트링 옵티마(200)는 스트링 제어부(210), 스트링 변환부(230)및 감지부(290)를 포함하여 구성된다.
스트링 제어부(210)는 스트링 변환부(230)를 각각 제어하여 태양전지 스트링(120)별 최대 전력점 추종을 수행하도록 하고, 이를 통해 태양전지 어레이(100)가 최대전력을 생산할 수 있도록 한다. 이를 위해 스트링 제어부(210)는 각 스트링 변환부(230)에 최대 전력점 추종을 위한 추종제어신호를 제공한다.
또한, 스트링 제어부(210)는 추종제어신호의 생성시 감지부(290)로부터의 감지값을 추종제어신호에 반영하여 제어신호를 생성하게 된다. 구체적으로 스트링 제어부(210)는 발전전력이 거의 일정한 수준으로 유지되는 제1상태와 발전전력의 급격한 변화로 인한 빠른 추종이 필요한 제2상태에 따라 스트링 변환부를 제어하기 위한 제어알고리즘을 달리하고, 이에 따라 다른 제어신호를 스트링 변환부(230)에 공급한다. 이러한 스트링 제어부(210)의 상세한 기능 및 구성에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
스트링 변환부(230)는 태양전지 어레이(100)를 구성하는 각각의 태양전지스트링(120)과 연결되어, 스트링 제어부(210)의 제어에 따라 태양전지스트링(120)별 최대 전력점 추종을 수행하여 태양전지 어레이(100)가 최대 전력을 생산할 수 있게 한다.
또한, 스트링 변환부(230)는 각각의 태양전지스트링(120)으로부 생산된 발전전력의 전압을 인버터(300)의 입력전압에 맞게 승압 또는 감압하고, 변압된 발전전력을 인버터(300)에 전달한다. 특히, 스트링 변환부(230)들의 출력은 취합되어 인버터(300)에 입력되며, 이를 위해, 각 스트링 변환부(230)는 출력전압의 크기가 동일해지도록 발전전력의 전압을 변환하게 된다. 이를 위해 스트링 변환부(230)는 스트링 제어부(210)로부터의 추종제어신호에 따라 최대 전력점 추종을 수행하며, 특히, 제1상태와 제2상태에 따라 다른 추종방법을 적용하여, 빠른 추종 및 최대 효율로 최대 전력점 추종이 이루어질 수 있게 한다.
감지부(290)는 태양전지 어레이(100)의 발전량에 영향을 끼치는 환경요소를 감지하여 감지값을 생성하고, 생성된 감지값을 스트링 옵티마(200)의 스트링 제어부(210)에 전달한다. 여기서, 환경요소는 일사량, 일조량, 조도, 태양전지 모듈(110)의 온도, 태양전지 모듈(110) 또는 태양전지스트링(120) 주변의 온도, 풍향, 풍속, 습도와 같이 발전량에 직접적인 영향이 있거나, 태양전지 모듈(110)의 온도 또는 장애물의 유무와 같이 발전량의 변화를 야기할 수 있는 요소를 포함한다. 또한, 감지부(290)는 일사량, 일조량, 조도와 같은 태양광 및 태양전지 모듈(110)의 온도를 필수적으로 감지하고 감지결과를 감지값에 포함시켜 스트링 제어부(210)에 전달한다. 이를 위해 감지부(290)는 복수의 감지 센서를 포함하여 구성된다.
인버터(300)는 스트링 옵티마(200)에 의해 동일한 전압크기를 가지도록 변환된 발전전력을 제공받아 교류전력으로 변환한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 인버터(300)는 변환효율을 높이고, 구동에 따른 소모 및 고장을 감소시키기 위해 복수의 전력 변환모듈(340)을 선택적으로 구동시킨다.
이를 위해 인버터(300)는 스트링 옵티마(200)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 복수의 전력 변환모듈(340)과, 스트링 옵티마(200)로부터 취합되어 출력되는 발전전력을 복수의 전력 변환모듈(340)로 분배하기 위한 배전부(330)를 포함하여 구성된다. 이 인버터(300)는 발전전력의 용량에 따라 가동될 전력 변환모듈(340)의 수 및 용량을 판단하고, 판단결과에 따라 복수의 전력 변환모듈(340) 중 하나 이상을 선택하여 직류전력인 발전전력을 교류전력으로 변환한다. 이러한 전력 변환모듈(340)은 제어의 용이, 교환 및 생산의 용이함을 위해 동일한 변환용량을 가지도록 구성된다. 하지만, 상이한 변환 용량을 가지는 복수의 전력 변환모듈(340)로 구성될 수 있으며, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
아울러, 인버터(300), 특히, 인버터제어부(320)는 가동될 변환부의 선택을 위해 전력 변환모듈(340)의 구동시간을 수집하고, 수집된 구동시간 정보를 확인하여 가동시간이 적은 전력 변환모듈(340)을 우선적으로 선택하여 구동시키게 된다.
다음, 도 3을 참조하여 스트링 옵티마의 구성을 좀 더 상세히 살펴본다. 도 3은 스트링 옵티마의 구성을 좀더 상세히 도시한 구성 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스트링 옵티마(200)는 스트링 제어부(210), 스트링 변환부(230) 및 감지부(290)를 포함하여 구성된다.
스트링 옵티마(200)는 태양전지 스트링(120) 각각에 대한 최대 전력점 추종 및 직류-직류 변환을 수행한다. 이 스트링 옵티마(200)는 특성이 상이한 태양전지스트링(120)을 통합하여 최대 전력점 추종을 수행함으로 인해 발생할 수 있는 효율저하를 방지한다. 구체적으로 스트링 옵티마(200)는 각각의 태양전지스트링(120)에 대해 개별적인 최대 전력점 추종을 수행한다. 또한, 스트링 옵티마(200)는 최대 전력점 추종과 함께 태양전지스트링(120)으로부터의 출력전압(vs : vs1 내지 vsn)을 승압 또는 감압하여 인버터(300)의 입력전압(vo)으로 직류-직류 변환한다. 이를 위해 스트링 옵티마(200)는 직류변환기(231)와 mppt 제어기(Maximum Power Point Tracking, 233)를 포함하여 구성되며, 이외에도 태양전지 스트링(120)과 직류변환기(231) 사이에 연결되는 퓨즈(251), 직류변환기(231)와 인버터(300) 사이에 연결되는 회로차단기(CB : Circuit Breaker, 253)를 더 포함하여 구성된다.
직류변환기(231)는 스트링의 출력전압(vs) 각각을 인버터(300)의 입력전압(vo)으로 직류변환한다. 이러한, 직류변환기(231)는 mppt 제어기(233)의 제어에 따라 직류변환을 수행한다. 이때, 직류변환기(231)들은 크기의 출력전압 즉, 인버터 입력전압(vo)이 되도록 직류변환을 수행한다. 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 직류변환기(231) 출력은 취합되고 회로차단기(253)를 거쳐 인버터(300)에 공급된다. 이와 같이 스트링 옵티마(200)는 직류변환기(231)에 의해 각 스트링별 최대 전력점 추종을 수행하여, 태양전지스트링 각각에서 최대 전력이 생산되도록 한다. 그리고, 스트링 옵티마(200)는 태양전지스트링(120)별로 다른 출력을 각각 변압하여 일정한 크기의 출력전압을 생성하도록 함으로써 변환에 따른 전력손실을 방지하게 된다. 또한, 스트링 옵티마(200)는 직류변환기(231)로부터 출력되는 전압의 크기를 동일하게 하고, 이를 취합하여 인버터(300)에 전달함으로써, 인버터(300)가 전압의 크기가 상이한 발전전력을 변환함으로써 발생할 수 있는 효율저하를 방지하고, 높은 효율로 구동될 수 있게 한다.
한편, mppt 제어기(233)는 스트링 제어부(210)의 추종제어신호에 따라 각 직류변환기(231)의 최대 전력점 추종 및 직류변환을 제어하게 된다. 특히, 본 발명에서는 제1상태와 제2상태에 따라 다른 추종방법을 적용하여 최대 전력점 추종을 수행하게 된다. 이에 대해서는 하기의 스트링 제어부(210)의 설명을 통해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
스트링 제어부(210)는 감지값에 의해 추종제어신호를 생성하여, 추종제어신호에 따라 각각의 mppt 제어기(233)를 제어하여, mppt 제어기(233)가 각 태양전지 스트링(120)에 대한 최대 전력점추종 및 직류변환을 수행할 수 있게 한다. 이 스트링 제어부(210)는 전술한 바와 같이 전력 감지값과 전력변동상태에 따라 추종제어신호를 생성한다.
구체적으로 스트링 제어부(210)는 직접제어방식, 피엔오(P&O : Perturb & Observe)방식, 증분컨덕턴스(IncCond : Incremental Conductance), 이력밴드 변동제어(Hysterisis band) 방식 중 전력변동 상태에 따라 다른 방식의 추종 알고리즘을 적용하여 추종제어신호를 생성한다.
여기서, 각 방식에 대해 간단히 설명하면 직접제어방식은 온도나 일사량과 같이 발전량 변화에 기여하는 항목을 입력하여 추종점을 변화시킴으로써 전력점을 추종한다. 예를 들어 직접제어방식은 온도 또는 일사량에 대한 비례상수를 미리 산출하고, 이를 추종제어 신호 생성에 적용하여 입력된 비례상수에 따라 최대 전력점을 탐색하는 방법이다.
피엔오방식은 태양전지 스트링의 출력전압을 주기적으로 증가 또는 감소시키고, 이전의 출력과 현재의 출력을 비교하여 최대 동작점을 찾는다.
증분컨덕턴스방식은 태양전지스트링(120)의 출력 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력동작점을 추종한다. 예를 들어 증분컨덕턴스방식은 출력컨덕턴스가 증분컨덕턴스에 비해 큰 경우 추종전압을 감소시키고, 출력컨덕턴스가 증분컨덕턴스에 비해 작은 경우 추종전압을 증가시키며, 출력컨덕턴스와 증분컨덕턴스가 같은 경우 최대출력점으로 판단하는 방식이다.
또한, 이력밴드 변동제어방식은 태양전지 스트링(120)의 출력전압을 최대 전력점까지 증가시킨 후, 임의의 이득을 최대 전력점에서의 전력과 곱하여 최소전력값을 지정한다. 이때, 최소전력값은 두 개가 생기는데 최대 전력점을 기준으로 태양전지 스트링(120)의 출력전압을 증가 또는 감소시키면서 매 주기로 동작하도록 하는 방식이다.
이러한 추종방식들은 각각의 장단점을 가진다. 직접제어방식은 구성이 간단하며, 감지값에 대한 즉각적인 대응이 가능하지만, 제시된 방식 중 변환 효율이 가장 낮다. 피엔오 방식은 환경요소가 서서히 변하는 상황에서는 최대 전력점이 안정되어 변환효율이 우수하지만, 급변하는 경우 추종 제어가 실패하는 경우가 발생하는 단점이 있다. 또한, 증분컨덕턴스 방식은 환경요소가 급변하는 경우에도 빠른 추종이 가능하지만, 연산 및 제어알고리즘이 복잡하여 제어장치의 구성에 큰 비용이 소요되는 단점이 있다. 그리고, 이력밴드 변동제어방식은 최대 전력점 부근에서 최대 전력점이 한개 이상 생기는 경우에도 전력 추종이 가능하지만, 최대 전력점에서의 전력손실을 유발하는 단점이 있다.
본 발명에서는 환경요소의 변동 폭이 크지 않아 추종 효율이 중요한 제1상태에서는 증분컨덕턴스방식 또는 피엔오 방식을 이용하고, 변동폭이 커서 빠른 추종이 필요한 제2상태에서는 직접제어방식 또는 증분컨덕턴스방식 또는 이력밴드 변동제어 방식을 이용하여 추종을 수행한다. 이러한, 상태에 따른 다른 추종특성을 가지는 추종방식을 적용하여 빠른 추종 및 효율적인 추종이 이루어지도록 할 수 있다. 특히, 이러한 추종방식의 실행은 스트링 제어부(210)와 스트링 변환부(230)가 나누어 처리하도록 함으로써 회로 및 제어방법이 복잡해지는 것을 방지하면서도 우수한 효율의 추종 실현이 가능하다.
이에 대해서는 하기의 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 스트링 제어부의 구성을 좀 더 상세히 도시한 구성 예시도이다.
스트링 제어부(210)는 상태 판단부(211), 추종범위 산출부(213), 제어신호 생성부(215) 및 추종이력 저장부(217)를 포함하여 구성된다.
상태 판단부(211)는 감지값과 태양전지 스트링(120)의 출력값을 통해 전력변동폭을 확인하고, 확인된 변동폭을 미리 정해진 기준변동폭과 비교하여 현재상태를 판단하며, 판단결과에 따른 상태정보를 추종범위 산출부(213)에 전달한다. 여기서 기준변동폭은 제1상태에서 전력추종을 위해 선택된 추종방식이 추종을 실패하는 전압변화, 일사량, 온도 변화 중 어느 하나 이상을 통해 선정될 수 있다. 즉, 상태 판단부(211)는 태양전지 스트링(120)에서 생산된 발전전력의 전압에 대한 단위시간 당 변화율, 일사량의 단위 시간당 변화율, 온도의 단위 시간당 변화율을 판단하여 전력변동 폭을 확인하고, 이를 통해 현재 상태가 제1상태인지 제2상태인지 판단하게 된다. 그리고, 상태 판단부(211)는 현재 상태가 제1상태인지 제2상태인지를 추종범위 산출부(213)에 알려주게 된다. 여기서, 기준변동폭은 추종실패 값과 무관하게 사용자에 의해 정해질 수 있다. 상태 판단부(211)는 태양전지 스트링(120) 각각에 대해 연속적으로 상태 판단을 수행하게 된다.
추종범위 산출부(213)는 감지부(290)로부터의 감지값과 상태 판단부(211)에서 판단된 현재상태 정보에 따라, 추종방식, 최대 전력점 추종을 수행할 전압, 전류 범위를 선택하고, 선택된 범위 값을 제어신호 생성부(215)에 전달한다. 즉, 추종범위 산출부(213)는 감지값, 현재상태정보, 태양전지 스트링(120)의 출력전압을 이용하여, 현재 기상상태에서 태양전지 모듈(110)의 전력 생산치가 최대가 될 수 있는 전압과 전류 범위를 산출한다. 구체적으로 추종범위 산출부(213)는 현재상태가 제1상태인지 제2상태인지에 따라 추종방식을 선택하고, 선택된 추종방식에 감지값에 의한 전압 감소, 전압 증가, 감소폭, 증가폭을 반영하여 추종을 수행할 전압과 전류 범위를 선정하게 된다. 그리고, 추종범위 산출부(213)는 산출된 추종범위를 감지값과 함께 추종이력 저장부(217)에 전달함과 아울러, 제어신호 생성부(215)에 전달한다. 이러한 추종범위 산출부(213)는 추종 효율을 위해 제1상태에서 제2상태로 현재상태가 변경되거나, 제2상태를 유지하거나 또는 제2상태에서 제1상태로 변경된 태양전지 스트링(120)과 연결된 mppt 제어기(233)에 대한 추종범위를 산출하게 된다. 구체적으로 제1상태를 유지하는 태양전지 스트링(120)과 이에 연결된 mppt 제어기(233)의 경우 환경요소를 반영하지 않더라도 제1상태에 맞게 선택된 추종방식에 의해 높은 효율의 전력 추종을 수행하게 되며, 이때 환경요소 변화의 반영분을 적용하지 않더라도 빠른 추종이 이루어질 수 있다. 반면에, 제2상태를 유지하거나, 제1상태에서 제2상태로 상태가 변경된 경우와 같이 변동폭이 큰 경우에는 제2상태에 선택된 추종방식에 의한 추종이 좀더 빠르고 효율적으로 진행될 수 있도록 환경요소를 고려한 추종범위 산출을 수행한다. 즉, 추종범위 산출부(213)는 환경요소의 증감분을 고려하여 추종범위에 해당하는 전압범위와 전류 범위를 축소하거나, 증가하는 상태인지 감소되는 상태인지를 한정함으로써 빠른 추종이 수행될 수 있도록 한다. 아울러, 제2상태에서 제1상태로 변경되는 경우 제1상태에 정해진 추종방식을 적용함과 아울러 변환에 따른 추종 실패를 방지하기 위해 제1상태 추종방식이 추종을 성공할 수 있는 범위의 전압범위 전류범위, 증감상태를 산출하여 제어신호 생성부(215)에 전달하게 된다.
제어신호 생성부(215)는 상태 판단부(211)와 추종범위 산출부(213)에서 생성된 추종방식에 따른 제어신호를 생성하여 mppt 제어기(233)에 전달하게 된다. 여기서, 제어신호 생성부(215)가 제1 및 제2상태추종방식 중 어느 하나를 수행하고, mppt 제어기(233)가 나머지 하나의 추종방식을 수행하도록 할 수 있다.
추종이력 저장부(217)는 추종범위 산출부(213)로부터 전달된 추종범위 정보, 감지값 및 현재상태 정보를 저장하고, 저장된 정보를 추종범위 산출부(213)의 요청시 제공하는 역할을 한다. 이 추종이력 저장부(217)는 시간별 감지값, 태양전지 스트링의 출력전압, 사용된 추종방식, 추종방식의 유지시간, 효율 등을 각 태양전지 스트링(120)별로 기록하여 유지하게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 추종 과정을 설명하기 위한 도면으로써, 도 5는 전력변동폭이 커지는 경우를 나타낸 전력-전압 그래프이고, 도 6은 온도 및 일사량 변화에 따른 전압-전류 그래프이다.
도 5를 참조하면, 그래프 g1은 제1 및 제2상태에 따른 추종을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이다. 도 5에서 A1, A2, B1 포인트로 유지되는 상태는 안정적인 제1상태라 할 수 있다. 그리고, A1, A2에서 B1으로 최대 전력점이 이동하거나, 역으로 이동하는 상태는 제2상태라 할 수 있다. 물론, A1에서 B1으로 천천히 이동하는 경우는 제1상태로 보지만, 급격하게 이동하는 경우에는 제2상태로 판단하게 된다.
이러한 판단근거는 기준변동폭에 의한다. 기준변동폭을 시간당 출력전압의 변화량으로 판단했을 때 제1상태의 추종방식 일례로 피엔오방식의 추종방식을 이용하는 경우 피엔오 방식의 추종이 실패하는 전압변화 폭을 기준변동폭으로 설정하게 된다. 즉, 피엔오방식이 1초 당 ±10V 전후의 변화가 발생하는 경우 추종 실패가 발생하면 기준변동폭은 ±10V/s 이하의 값으로 결정된다. 태양전지 모듈(110)의 온도, 일사량의 경우도 이와 동일한 방식으로 산정된다. 즉, 기준변동폭은 제1상태의 추종방식이 태양전지 스트링(120)의 출력변화시 추종실패를 발생시키는 변동폭 이하의 값으로 설정된다.
그리고 기준변동폭에 따라 제1상태와 제2상태의 결정이 이루어지며, 상태에 따라 다른 추종방식을 선택하여 이용한다. 즉 곡선 g1에서와 같이 최대 전력점이 A1, A2 사이에서 변동되어 제1상태 추종방식의 기준변동폭을 벗어나지 않는 경우 제1상태 추종방식에 의해 최대 전력점 추종이 이루어진다.
그리고, 전력-전압 곡선이 급격하게 g1 에서 g2로 변화하는 경우, 제1상태 추종방식의 기준변동폭을 벗어나게 되며, 이 과정에서 제2상태 추종방식이 적용되어 최대 전력점 추종이 이루어진다. 그리고 시간이 경과하여 전력-전압 곡선이 g2 또는 g2에서 서서히 변화하는 상태가 되고, 변화량이 기준변동폭 이하의 값이면 제1상태로 인정되어 제1상태 추종방식이 적용되고, 제1상태 추종방식에 의해 추종이 이루어진다. 이러한 추종방식의 변화는 전술한 바와 같이 제1상태 추종방식의 추종 실패가 발생할 수 있는 변동값의 여부에 따른다.
일례로 본 발명에서는 제1상태에서는 전력변동폭이 작고, 서서히 변하는 경우 최대 전력점을 안정시켜 추종효율이 좋은 피엔오방식을 제1상태 추종방식으로 사용하고, 제2상태에서는 빠른 추종이 가능한 증분컨덕턴스 방식 또는 이력밴드 변동제어방식을 추종방식으로 이용할 수 있다. 또는 제1상태에서는 증분컨덕턴스 방식을 이용하고, 제2상태에서는 이력밴드 변동제어방식을 추종방식으로 적용하는 것도 가능하다.
한편, 도 6은 온도 및 일사량에 따른 태양전지 스트링의 전압 전류 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6에서 (a)의 경우 일사량은 일정할 때 온도가 변화할 경우를 도시한 그래프로서, B곡선에 비해 온도가 높아지면 C, 온도가 낮아지면 A와 같이 전압이 증감하는 그래프 형태를 나타낸다.
또한, (b)의 경우 온도는 일정할 때 일사량이 변화하는 경우로서, 일사량이 많아지는 경우 c', b', a' 순으로 전압 전류 곡선이 변화하고, 일사량이 적어질 수록 이와 역순으로 전압, 전류 곡선이 변화한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 스트링 옵티마(200)는 감지부(290)를 통해 일사량, 태양전지 모듈 온도, 태양전지 모듈 주변의 온도, 풍속, 습도와 같은 환경요소를 감지하여 이를 최대 전력점 추종에 적용할 수 있다.
이러한 환경요소는 비례상수와 같은 형태로 추종방식에 적용이 가능하다. 즉, 추종방식에 의해 산출된 전압이 (a)에서 V2라고 할 때, 일사량에 의한 증감분,과 온도에 의한 증감분을 산출된 전압에 곱하여 추종 전압을 산출할 수 있다. 특히, 이러한 환경요소의 적용은 안정적인 발전이 이루어지고, 전력변동폭이 작은 제1상태보다는 전력변동폭이 커져서 추종이 어려워지는 제2상태에 적용하는 것이 바람직하다.
제2상태에서는 추종방식만으로는 이후 전력이 증가하는 쪽으로 전압, 전류 변동이 발생할 지, 발전전력이 감소하는 쪽으로 전압, 전류 변동이 발생할 지 예측하는 것이 힘들며, 이로 인한 추종 실패, 추종 지연에 따른 효율 저하가 발생할 가능성이 높다. 때문에, 이때 환경요소에 의해 전력의 증가/감소 여부를 판단하여 추종방식에 적용하고 이를 통해 발전전력이 증가하는 방향 또는 발전전력이 감소하는 방향을 정하여 전력범위를 산출하면, 추종이 용이해지고, 빠른 추종이 가능해진다.
특히, 이와 같이 상태를 구분하여 환경요소를 적용함으로써, 스트링 제어부(210)의 과도한 연산처리를 저감하게 되며, 안정적인 상태에서는 엠피피티 제어기(233)에 의해 태양전지 스트링(120)의 출력전압, 출력전류를 통해 최대 전력점 추종을 수행하도록 함으로써, 추종 속도, 추종 안정도, 최대 전력 생산 효과를 향상시키는 것이 가능해진다.
다음, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인버터에 대하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 7은 도 2의 인버터의 구성 및 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인버터(300)는 스트링 옵티마(200)를 거쳐 전달되는 발전전력의 양에 따라 구동되는 전력 변환모듈(340)의 수를 가변시킴으로써 인버터(300)의 구동효율저하, 변환효율 저하, 노후화 가속을 방지하고, 최적의 상태로 직류-교류 변환을 수행하게 된다.
이러한 인버터(300)는 인버터 본체(310)와, 인버터제어부(320), 배전부(330), 복수의 전력 변환모듈(340)을 포함하여 구성된다.
인버터 본체(310)는 인버터(300)의 외관을 형성하여 그 내부에 인버터제어부(320), 배전부(330), 복수의 전력 변환모듈(340)이 장착되도록 한다.
도 7에는 동일한 용량의 전력 변환모듈(340)이 5개로 구성되어 있는 예가 도시되어 있다. 이러한 전력 변환모듈(340)은 인버터제어부(320)의 스위칭제어에 따라 동작하는 배전부(330)에 의해 동작을 수행하게 된다. 여기서, 5개의 전력 변환모듈(340)은 인버터 본체(310)에 대하여 선택적으로 잠금 또는 잠금 해제 가능하게 형성되는데, 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
스트링 옵티마(200)는 각 태양전지스트링(120)으로부터 제공되는 발전전력을 직류-직류 변환하여 동일한 전압을 가지는 인버터 입력전압으로 변환한다. 이와 같이 변환된 입력전압은 하나로 취합되어 인버터(300)의 배전부(330)에 공급된다.
배전부(330)는 이러한 인버터 입력전압에 맞게 전압크기가 변환된 발전전력을 전력 변환모듈(340)에 분배하여, 전력 변환모듈(340)이 직류 형태의 발전전력을 교류 형태의 전력으로 변환할 수 있게 한다.
이를 위해 인버터제어부(320)는 스트링 옵티마(200) 또는 별도의 계측기를 통해 발전전력의 크기를 판단하고, 가동될 전력 변환모듈(340)의 수를 결정한다. 예를 들어, 각 전력 변환모듈(340)의 변환용량은 50KVA(또는 50KW)이고, 스트링 옵티마(200)로부터 전달되는 전력의 크기가 120KVA(또는 120KW)라고 하면, 인버터제어부(320)는 구동될 전력 변환모듈(340)의 수를 3개로 판단한다.
구동될 전력 변환모듈(340)의 수가 결정되면, 인버터제어부(320)는 스위칭제어신호를 배전부(330)에 전달하여, 배전부(330)가 3개의 전력 변환모듈(340)에 전력을 공급할 수 있는 회로를 구성하도록 제어한다. 배전부(330)는 스위치제어신호에 따라 IGBT와 같은 전력스위칭소자를 동작시켜 3개의 전력 변환모듈(340)와 스트링 옵티마(200)의 출력라인이 연결되게 한다.
이때, 인버터제어부(320)는 구동될 전력 변환모듈(340)의 수 뿐만 아니라 구동될 전력 변환모듈(340)을 선택하는 것이 가능하며, 특히, 각 전력 변환모듈(340)의 구동시간에 따라 선택하는 것이 가능하다. 즉, 인버터제어부(320)는 전력 변환모듈(340)의 구동시간이 균일해지도록 구동을 제어한다. 이를 위해 인버터제어부(320)는 각 전력 변환모듈(340)의 구동시간을 측정하고, 구동시간이 적은 전력 변환모듈(340)을 우선하여 구동하도록 배전부(330)의 스위칭을 제어한다.
도 8은 도 7에 도시된 인버터의 전력 변환모듈을 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8에 도시된 인버터 본체에서 전력 변환모듈 중 어느 하나가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인버터(300)의 전력 변환모듈(340)은 그 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전류를 발생시키는 스위칭 회로부(341)와, 스위칭 회로부(341)에서 인가된 교류전압을 승압하기 위한 트랜스포머(342)와, 스위칭 회로부(341)와 접속되는 커패시터부(343)와, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서 온(ON)되고 전력 변환모듈(340)의 폐쇄상태에서 오프(OFF)되는 온-오프 스위치(344)에 의해 선택적으로 작동되어 트랜스포머(342) 또는 커패시터부(343)의 잔류전하를 제거하기 위한 잔류전하 제거부(345)를 포함하여 구성된다.
각 전력 변환모듈(340)의 스위칭 회로부(341)는 인버터제어부(320)로부터 인가된 신호를 통해 스위칭 회로부(341) 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전류를 발생시킨다.
스위칭 회로부(341)는 스위칭 소자 예를 들어, MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)등의 전계 효과 트랜지스터들이 하프 브리지 또는 풀 브리지 형태로 연결되어 직류 형태로 입력되는 입력전압을 교류전압으로 변환할 수 있다.
트랜스포머(342)는 인가되는 교류전압을 승압하여 승압된 상용전원 전압을 상용전원(11)에 공급한다. 이를 위하여, 트랜스포머(342)는 1차측 코일(미도시)과 2차측 코일(미도시)을 포함한다. 1차측 코일은 스위칭 회로부(341)의 제1 및 제2 출력단(341A,341B) 각각과 연결되고, 2차측 코일은 상용전원(11)과 연결된다. 1차측 코일의 일측단은 스위칭 회로부(341)의 제1출력단(341A)과 연결되고, 타측은 스위칭 회로부(341)의 제2출력단(341B)과 연결된다. 여기서, 1차측 코일에 인가되는 교류전류는 제1출력단(341A)으로 출력되는 교류전압과 제2출력단(341B)으로 입력되는 교류전압에 따라 그 방향이 주기적으로 변한다. 그리고 1차측 코일에 흐르는 전류의 방향이 주기적으로 변한다. 따라서, 2차 측 코일에 상용전원(11) 전류가 유도된다. 트랜스포머(342)는 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라 입력되는 전압을 승압한다.
커패시터부(343)는 스위칭 회로부(341)의 제1 및 제2 출력단(341A,341B) 각각에 병렬로 접속된다. 커패시터부(343)는 적어도 하나의 커패시터(343)로 구성될 수 있다. 커패시터부(343)에 형성된 커패시터(343)의 용량을 늘리기 위하여 복수의 커패시터(343)를 사용할 수도 있다. 이러한 경우 복수의 커패시터(343)는 병렬로 형성되는 것이 바람직하다.
커패시터부(343)는 스위칭 회로부(341)의 제1 및 제2 출력단(341A,341B)으로 출력되는 교류전압의 리플을 방지할 수 있다. 즉, 커패시터부(343)는 스위칭 회로부(341)에서 트랜지스터들의 구동으로 인하여 발생하는 리플을 방지할 수 있다.
한편, 트랜스포머(342) 및 커패시터부(343)는 인버터(300)의 전력 변환과정에서 생성된 잔류전하가 충전될 수 있는 부분으로 설명의 편의상 이하 잔류전하 충전부(342,343)라 한다.
온-오프 스위치(344)는 인버터 본체(310) 또는 전력 변환모듈(340) 중 어느 하나에 구비되어 전력 변환모듈(340)이 개방상태 또는 폐쇄상태인지 여부에 따라서 온(ON)/오프(OFF)되어지는 스위치(344)로, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서 스위치(344)가 온(ON)되어 잔류전하 제거부(345)가 동작되도록 한다.
이러한 잔류전하 제거부(345)는, 전력 변환모듈(340) 내부에 남아있는 잔류전하를 방전시켜주기 위한 방전부(345A)와, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서 잔류전하 충전부(342,343)와 방전부(345A)를 연결하기 위한 스위칭부(345B)와, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서 스위칭부(345B)로 제어신호를 발생하기 위한 제어신호 발생부(345C)를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 인버터(300)의 전력 변환모듈(340)의 잔류전하 제거부(345)는 잔류전하를 방전시키기 위한 방전부(345A)로서 저항과 같은 부하(345A)를 포함할 수 있다.
그리고, 인버터(300)의 전력 변환모듈(340)의 스위칭부(345B)로서 제어신호 발생부(345C)로부터 인가되는 제어신호에 의해 잔류전하 충전부(342,343)와 방전부(345A)를 연결하기 위한 스위치(345B)로 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 인버터의 전력 변환모듈의 잔류전하의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전력 변환모듈(340)의 폐쇄상태에서, 온-오프 스위치(344)가 오프(OFF) 상태로 되고, 잔류전하 제거부(345)는 제어신호 발생부(345C)를 통해 전력 변환모듈(340)의 폐쇄상태에 상당하는 제1제어신호를 발생하고, 이러한 제1제어신호에 의해 스위칭부(345B)는 오프(OFF)되어 잔류전하 충전부(342,343)와 방전부(345A)는 연결되지 않는다.
따라서, 전력 변환모듈(340)이 개방되지 않은 폐쇄상태에서는 스위칭부(345B)가 오프되므로 본 발명의 실시예에 따른 잔류전하 제거부(345)는 동작하지 않는다.
다음, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서, 온-오프 스위치(344)가 온(ON)되면, 잔류전하 제거부(345)는 제어신호 발생부(345C)를 통해 전력 변환모듈(340)의 개방상태에 상당하는 제2제어신호를 발생하고, 이러한 제2제어신호는 스위칭부(345B)로 제공한다. 스위칭부(345B)는 제어신호 발생부(345C)으로부터 인가되는 제2제어신호에 의해 온(ON)되므로잔류전하 충전부(342,343)와 방전부(345A)가 연결되어진다.
따라서, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서는, 본 발명의 실시예에 따른 잔류전하 제거부(345)가 동작하게 되어 스위칭부(345B)에 의해 잔류전하 충전부(342,343)와 방전부(345A)가 연결되므로 방전패스가 형성되고, 이에 따라서 잔류전하 충전부(342,343)에 남아있던 잔류전하는 방전부(345A)의 부하(345A)를 통해 접지로 방전되어진다.
그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 인버터(300)의 전력 변환모듈(340)의 잔류전하 제거부(345)는 전력 변환모듈(340)의 폐쇄상태에서는 온-오프 스위치(344)가 오프(OFF)되어 동작을 하지 않으며, 전력 변환모듈(340)의 개방상태에서는 온-오프 스위치(344)가 온(ON)되어 동작되므로 방전패스가 형성되어 잔류전하를 제거해주게 되어 안전 사고를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100...태양전지 어레이 110...태양전지 모듈
120...태양전지스트링 200...스트링 옵티마
210...스트링 제어부 211...상태 판단부
213...추종범위 산출부 215...제어신호 생성부
217...추종이력 저장부 230...스트링 변환부
231...직류변환기 233...mppt 제어기
251...퓨즈 253...써킷브레이커
290...감지부 300...인버터
310...인버터 본체 320...인버터제어부
330...배전부 340...변환부

Claims (11)

  1. 복수의 태양전지 모듈로 구성되는 태양전지 스트링을 다수 구비하며, 발전전력을 생산하는 태양전지 어레이;와,
    상기 태양전지 스트링과 연결되어 최대 전력점 추종을 수행하고, 상기 발전전력의 전압을 변압하며, 상기 발전전력의 전력변동폭에 따라 서로 다른 복수의 추종방식을 적용하여 상기 최대 전력점 추종을 수행하는 스트링 옵티마;와,
    외관을 형성하는 인버터 본체와, 상기 인버터 본체에 각각 선택적으로 개폐 가능하게 형성되어 상기 스트링 옵티마로부터 변압된 상기 발전전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 복수의 전력 변환모듈을 구비하는 인버터;를 포함하며,
    상기 복수의 전력 변환모듈 중 어느 하나는 상기 전력 변환모듈이 상기 인버터 본체에서 개방되면 상기 전력 변환모듈 내의 잔류전하는 방전되도록 하고, 상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 온(ON)되고 상기 전력 변환모듈의 폐쇄상태에서 오프(OFF)되는 온-오프 스위치에 의해 선택적으로 작동되어 잔류전하 충전부의 잔류전하를 제거하기 위한 잔류전하 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 잔류전하 제거부는,
    상기 전력 변환모듈 내부에 남아있는 잔류전하를 방전시켜주기 위한 방전부;와,
    상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 상기 잔류전하 충전부와 방전부를 연결하기 위한 스위칭부;와,
    상기 전력 변환모듈의 개방상태에서 상기 스위칭부로 제어신호를 발생하기 위한 제어신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환모듈 중 어느 하나에는,
    그 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전류를 발생시키는 스위칭 회로부;와,
    상기 스위칭 회로부에서 인가되는 상기 교류전압을 승압하여 상용전원에 공급하는 트랜스포머;가 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환모듈 중 어느 하나에는,
    그 내부의 트랜지스터들을 구동시켜 교류전압 및 교류전력을 발생시키는 스위칭 회로부;와,
    상기 스위칭 회로부에 접속되는 캐피시턴스부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 잔류전하 충전부는,
    상기 스위칭 회로부에서 인가되는 상기 교류전압을 승압하여 상용전원에 공급하는 트랜스포머와, 상기 스위칭 회로부에 접속되는 캐피시턴스부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터는,
    상기 발전전력의 크기에 따라서 상기 복수의 변환모듈 중 구동되는 변환모듈의 수를 가변하는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 발전전력을 상기 복수의 변환모듈에 분배하기 위한 배전부와, 구동될 변환모듈을 선택하기 위한 인버터제어부를 더 포함하고,
    상기 인버터제어부는,
    상기 복수의 변환모듈 중 상기 발전전력을 위해 가동된 구동시간이 다른 변환모듈에 비해 상대적으로 짧은 변환모듈이 우선하여 구동되도록 상기 배전부의 분배를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티인버터 태양광 발전 시스템.
  11. 삭제
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