KR101290656B1 - Active multi-channel connector band for solar energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 능동형 다채널 접속반에 관한 것이다. 보다 상세하게는 복수개의 각 태양광 전지 어레이마다 전압 변환부가 별도로 구성되어 "태양광 전지 어레이-전압 변환부" 의 모듈형태로 구현되어 있어, 각 태양광 전지 어레이에서 어떤 크기의 전압을 생성하더라도 해당 전압 변환부에서 동일한 전압으로 조정하여 태양광 인버터가 안정적인 운전을 할 수 있도록 하고, 현장설치조건에 따라 복수개의 태양광 전지 어레이의 직병렬 구성을 동일하게 할 수 없는 경우나 다양한 모듈이 혼용된 경우에도 최대 효율이 발생되도록 하며, 태양광 전지 어레이의 입력전압범위를 넓혀 직병렬 구성을 보다 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 각 채널의 태양광 입력전압과 전류, 출력전압과 전류의 상태가 각 센서에서 제어부로 입력되므로 통신을 통해 원격지에서 태양전지의 발생전력량 및 각 채널의 전기적 신호를 감시 및 관리하여 운영의 편의성이 보장되는 능동형 다채널 접속반에 관한 것이다.The present invention relates to an active multichannel access panel. In more detail, a voltage converter is separately configured for each of the plurality of photovoltaic cell arrays and implemented in a module form of a “photovoltaic cell array-voltage converter”, so that a voltage of any size may be generated in each photovoltaic cell array. When the voltage inverter is adjusted to the same voltage to enable stable operation of the solar inverter, and the parallel or parallel configuration of a plurality of solar cell arrays may not be the same depending on site installation conditions or when various modules are used. In addition, the maximum efficiency is generated and the input voltage range of the solar cell array can be widened to make the parallel and parallel configuration easier. In addition, the solar input voltage and current of each channel, and the state of the output voltage and current are each sensor. Since it is input from the controller to the power generation amount of solar cell and the electrical signal of each channel through remote communication The active monitoring and management to ensure that the ease of operation relates to a semi-channel connection.
화석연료의 고갈과 지구온난화에 따른 대비책으로, 풍력, 파력, 태양광 발전과 같은 신재생에너지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. As a countermeasure against depletion of fossil fuels and global warming, many studies on renewable energy such as wind power, wave power, and solar power generation have been made.
태양광을 이용한 발전방식 중 대표적인 것으로 태양전지가 있다. 태양전지는 무한한 청정 에너지인 태양광 에너지를 에너지원으로 하여 전기에너지를 생산해 내는 것으로, 대체적으로 반도체 소자를 이용하고 있다.The solar cell is one of the typical generation methods using solar light. Solar cells produce electric energy using solar energy, which is infinitely clean energy, as an energy source, and generally use semiconductor devices.
태양광 발전의 경우 태양전지에 흡수된 일사량에 따라 전압과 전류가 변하는 특성을 가지고 있다. 따라서 이러한 태양광 전력을 축전지에 충전하기 위해서는 여러 번의 전력변환과정을 거쳐야 하며, 축전지에 충전된 잉여전력은 축전지에 저장하였다가 피크 전력시나 정전시 등 전원공급이 필요한 경우에 사용하게 된다.In the case of solar power generation, the voltage and current change depending on the amount of solar radiation absorbed by the solar cell. Therefore, in order to charge the solar power to the battery, a plurality of power conversion processes are required, and the surplus power charged in the battery is stored in the battery and used when a power supply is required, such as during peak power or power failure.
태양광 발전에 의한 전력을 부하에 공급하고, 잉여전력을 축전지에 저장하며 상용전원과의 관계에서 전원공급을 원활히 수행하기 위해서는 일사량에 따른 태양전지의 최대전력을 이끌어 내면서 교류 발전전압을 일정하게 유지시키기 위한 직류 변환부, 태양전지의 직류 전기에너지를 교류부하에서 사용하도록 변환하는 인버터 등을 포함하는 전원공급 시스템을 필요로 한다.In order to supply the power generated by solar power to the load, store surplus power in the storage battery, and smoothly supply power in relation to commercial power, maintain the AC power generation voltage while drawing the maximum power of the solar cell according to the solar radiation. A power supply system including a direct current conversion unit for converting the inverter, an inverter for converting the direct current electrical energy of the solar cell to be used under an AC load, and the like.
도 1과 도 2는 각각 태양전지 어레이의 직렬회로와 병렬회로를 도시한 것이다.1 and 2 illustrate a series circuit and a parallel circuit of a solar cell array, respectively.
태양전지 어레이에서 음영 또는 모듈 이상이 발생할 경우, 어레이의 출력이 변화하게 된다. 직렬회로에서 출력전압은 모듈들의 전압의 합으로 나타나지만 출력전류는 개개의 모듈 상태 중 가장 낮은 출력을 갖는 모듈의 전류로 나타난다. 반대로 병렬회로의 전체 출력전류는 각 모듈들의 전류의 합으로 나타나고 전체출력전압은 각 모듈들의 전압과 동일하다.If shadows or module anomalies occur in the solar cell array, the output of the array will change. In series circuits, the output voltage is the sum of the voltages of the modules, but the output current is the current of the module with the lowest output of the individual module states. In contrast, the total output current of the parallel circuit is represented by the sum of the currents of the respective modules, and the total output voltage is the same as the voltage of each module.
도 1의 상부 도면을 참조하면, 100 Wp의 태양전지 패널 4장을 직렬로 연결한 경우, 각 태양전지 패널이 정상적으로 전력을 생산할 경우 총 전력은 400 Wp가 된다. 도 1의 하부 도면을 참조하면, 특정 태양전지 패널에 그늘이 지는 등의 이유로 85 Wp의 전력을 생산할 경우 출력은 4×85 Wp = 340 Wp가 된다.Referring to the upper drawing of FIG. 1, when four solar panels of 100 Wp are connected in series, the total power becomes 400 Wp when each solar panel normally produces power. Referring to the lower view of FIG. 1, when 85 Wp of power is generated due to shade of a specific solar panel, the output is 4 × 85 Wp = 340 Wp.
도 2의 상부 도면을 참조하면, 100 Wp의 태양전지 패널 4장을 병렬로 연결한 경우, 각 태양전지 패널이 정상적으로 전력을 생산할 경우 총 전력은 400 Wp가 된다. 도 2의 하부 도면을 참조하면, 특정 태양전지 패널에 그늘이 지는 등의 이유로 85 Wp의 전력을 생산할 경우 출력은 85+100+100+100 = 385 Wp가 된다.Referring to the upper drawing of FIG. 2, when four solar panels of 100 Wp are connected in parallel, the total power becomes 400 Wp when each solar panel normally produces power. Referring to the lower view of FIG. 2, when 85 Wp of power is generated due to shade of a specific solar panel, the output is 85 + 100 + 100 + 100 = 385 Wp.
그러나, 병렬연결의 경우에는 직렬연결에 비해 전압이 1/4로 낮아지므로 태양광 인버터에서 요구되는 값으로 높여야 할 필요가 있다. 따라서, 태양전지 어레이의 직병렬 회로를 설계할 때에는 이러한 점을 고려하여 사용 인버터 및 설치용량에 따라 적절하게 어레이를 구성하여야 하는 것이다.However, in the case of parallel connection, since the voltage is lowered by 1/4 compared with the series connection, it needs to be increased to the value required in the solar inverter. Therefore, when designing a series-parallel circuit of a solar cell array, it is necessary to configure the array appropriately according to the inverter and the installed capacity in consideration of this point.
도 3은 일반적인 태양전지 접속반의 회로를 도시한 것이다.3 shows a circuit of a general solar cell connection panel.
일반적인 태양전지 접속반은 태양전지 입력전력을 그대로 태양광 인버터에 출력하는 단순 접속의 형태를 취하고 있다. 전압변환부는 태양광 인버터에 1개가 내장되어 있어 가장 낮은 출력을 갖는 태양전지 모듈에 의해 전체 출력이 저하되는 병목현상이 발생하게 된다. 이러한 이유로 일반적인 태양전지 접속반은 태양광 인버터가 최대의 효율을 낼 수 있는 전압 사양으로 전압을 변환시켜야 하는 문제점이 있다. 또한, 태양광 인버터가 최대 효율을 낼 수 있도록 하는 전압으로 태양전지 어레이를 일일이 직병렬로 조합하여야 하는 번거로움이 있으며, 요구 사양으로 직병렬 조합을 하더라도 모듈별로 일사 상태의 차이 등에 의해 출력이 변경되는 문제점이 있다. The general solar cell connection board takes the form of a simple connection in which the solar cell input power is output to the solar inverter as it is. Since one voltage converter is built in the solar inverter, a bottleneck phenomenon occurs in which the total output is reduced by the solar cell module having the lowest output. For this reason, a general solar cell connection board has a problem in that a voltage inverter needs to convert voltage to a voltage specification that can maximize efficiency. In addition, it is cumbersome to combine the solar cell arrays in series and in parallel at a voltage that enables the solar inverter to achieve maximum efficiency. There is a problem.
따라서, 태양광 인버터가 최대 효율을 낼 수 있도록 하는 전압으로 태양전지 어레이를 직병렬로 조합할 필요가 없고, 태양전지 어레이와 전압변환부를 모듈화하여 시공과 관리가 간편한 태양전지 접속반에 대한 기술개발의 필요성이 대두된다.Therefore, it is not necessary to combine the solar cell array in series and parallel with the voltage that the solar inverter can achieve the maximum efficiency, and the technology development for the solar cell connection board which is easy to construct and manage by modularizing the solar cell array and the voltage conversion part. The need arises.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 각 태양광 전지 어레이에서 어떤 크기의 전압을 생성하더라도 태양광 인버터가 안정적인 운전을 할 수 있도록 하고, 현장설치조건에 따라 복수개의 태양광 전지 어레이의 직병렬 구성을 동일하게 할 수 없는 경우나 다양한 모듈이 혼용된 경우에도 최대 효율이 발생되도록 하며, 태양광 전지 어레이의 입력전압범위를 넓혀 직병렬 구성을 보다 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 통신을 통해 원격지에서 태양전지의 발생전력량 및 각 채널의 전기적 신호를 감시 및 관리하여 운영의 편의성이 보장되는 능동형 다채널 접속반을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, the solar inverter can perform a stable operation even if a voltage of any size generated in each solar cell array, a plurality of solar light depending on the site installation conditions The maximum efficiency is generated even when the serial or parallel configuration of the battery array cannot be the same or when various modules are used together, and the parallel voltage configuration can be made easier by increasing the input voltage range of the solar array. Its purpose is to provide an active multi-channel access panel that guarantees ease of operation by monitoring and managing the amount of power generated by solar cells and electrical signals in each channel through remote communication.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 능동형 다채널 접속반은 태양광의 빛 에너지를 전기에너지로 변환하며 복수개의 태양전지 셀이 임의의 직렬연결과 병렬연결로 조합된 복수개의 태양광 전지 어레이; 상기 복수개의 태양광 전지 어레이 각각에 구비되어 각 태양광 전지 어레이로부터 발생된 전력을 입력받되, 입력회로 단락보호용 퓨즈와 역극성 접속방지 다이오드를 구비하는 태양광 전지 입력부; 상기 복수개의 태양광 전지 어레이 각각에 구비되어 각 태양광 전지 입력부를 통해 입력된 전압을 동일한 전압으로 조절하여 최대효율전압으로 변환하되, 반도체 스위치를 구비하는 전압 변환부; 상기 복수개의 전압 변환부로부터 변환된 전력을 직류로 변환하여 태양광 인버터로 출력하되, 상기 태양광 전지 어레이에 대하여 병렬로 연결되는 전해 콘덴서와 출력전압센서, 상기 태양광 전지 어레이에 대하여 직렬로 연결되는 출력전류센서를 구비하는 직류 출력부; 및 상기 직류 출력부의 출력전압센서로부터 출력전압을 검출하여 목표한 출력전압보다 낮은 값이 검출되면 상기 반도체 스위치의 도통시간을 길게 하고, 목표한 출력전압보다 높은 값이 검출되면 상기 반도체 스위치의 도통시간을 짧게 하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Active multi-channel access panel according to the present invention devised to achieve the above object is a plurality of photovoltaic cell array that combines the light energy of the solar light into electrical energy and a plurality of solar cells combined in any series connection and parallel connection ; A photovoltaic cell input unit provided in each of the plurality of photovoltaic cell arrays to receive power generated from each photovoltaic cell array and having an input short circuit protection fuse and a reverse polarity preventing diode; A voltage conversion unit provided in each of the plurality of photovoltaic cell arrays to adjust the voltage inputted through each photovoltaic cell input unit to the same voltage to convert to a maximum efficiency voltage, the voltage conversion unit including a semiconductor switch; Converts the power converted from the plurality of voltage converter to a direct current to the solar inverter, the electrolytic capacitor and the output voltage sensor connected in parallel to the solar cell array, connected in series to the solar cell array A direct current output unit having an output current sensor; And when the output voltage is detected by the output voltage sensor of the DC output unit, when a value lower than a target output voltage is detected, the conduction time of the semiconductor switch is increased. When a value higher than a target output voltage is detected, the conduction time of the semiconductor switch is detected. It characterized in that it comprises a control unit for controlling to short.
또한, 상기 전압 변환부는 상기 태양광 전지 입력부로부터 입력된 입력전압을 검출함으로써 상기 태양광 인버터의 최대효율전압보다 낮은 전압이 입력되는지 여부를 검출하는 입력전압센서, 상기 입력전압센서로부터 최대효율전압보다 낮은 전압이 검출되면 상기 반도체 스위치가 도통하여 전력을 저장하는 리액터, 상기 반도체 스위치가 차단되는 순간 상기 리액터에 저장된 전력을 상기 직류 출력부의 전해 콘덴서에 충전되도록 하는 충전용 다이오드를 포함할 수 있다.The voltage converter may detect an input voltage input from the solar cell input unit to detect whether or not a voltage lower than the maximum efficiency voltage of the solar inverter is input. When a low voltage is detected, the semiconductor switch may include a reactor for storing power and a charging diode for charging the electrolytic capacitor of the DC output unit with the power stored in the reactor at the moment the semiconductor switch is blocked.
또한, 상기 제어부는 각 채널의 입력전압과 전류, 직류 출력전압과 전류의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 CPU로 입력하는 ADC, 각 채널의 입력전압과 전류, 직류 출력전압과 전류, 발전전력량, 시스템 내부온도, 운전상태를 포함한 정보를 표시하고 운전조건이나 출력전압값을 설정하는 표시 및 키 입력부, 스위치 구동 펄스폭 신호를 받아 상기 반도체 스위치 소자를 구동하는 스위치 구동부를 포함할 수 있다.In addition, the control unit converts the analog voltage of the input voltage and current of each channel, the DC output voltage and current into a digital value input to the CPU, the input voltage and current of each channel, the DC output voltage and current, the amount of power generated, It may include a display for displaying information including the internal temperature, the operating state of the system, setting the operating conditions or output voltage values, and a key input unit, and a switch driver for receiving the switch driving pulse width signal to drive the semiconductor switch element.
본 발명에 의하면 복수개의 각 태양광 전지 어레이마다 전압 변환부가 별도로 구성되어 "태양광 전지 어레이-전압 변환부" 의 모듈형태로 구현되어 있어, 각 태양광 전지 어레이에서 어떤 크기의 전압을 생성하더라도 해당 전압 변환부에서 동일한 전압으로 조정하여 태양광 인버터가 안정적인 운전을 할 수 있도록 하고, 현장설치조건에 따라 복수개의 태양광 전지 어레이의 직병렬 구성을 동일하게 할 수 없는 경우나 다양한 모듈이 혼용된 경우에도 최대 효율이 발생되도록 하며, 태양광 전지 어레이의 입력전압범위를 넓혀 직병렬 구성을 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a voltage converter is separately configured for each of the plurality of photovoltaic cell arrays and implemented in the form of a module of a "photovoltaic cell array-voltage converter", so that any size voltage may be generated in each photovoltaic cell array. When the voltage inverter is adjusted to the same voltage to enable stable operation of the solar inverter, and the parallel or parallel configuration of a plurality of solar cell arrays may not be the same depending on site installation conditions or when various modules are used. Also, the maximum efficiency is generated, and the input voltage range of the photovoltaic cell array is widened, thereby making it easier to configure the parallel and parallel configuration.
또한, 본 발명에 의하면 각 채널의 태양광 입력전압과 전류, 출력전압과 전류의 상태가 각 센서에서 제어부로 입력되므로 통신을 통해 원격지에서 태양전지의 발생전력량 및 각 채널의 전기적 신호를 감시 및 관리하여 운영의 편의성이 보장되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the solar input voltage and current of each channel, and the state of the output voltage and current are input from each sensor to the controller, monitoring and managing the amount of power generated by the solar cell and the electrical signals of each channel from a remote location through communication. Therefore, the convenience of the operation is guaranteed.
도 1과 도 2는 각각 태양전지 어레이의 직렬회로와 병렬회로를 도시한 도면,
도 3은 일반적인 태양전지 접속반의 회로를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동형 다채널 접속반의 회로 구성도,
도 5는 도 4 중 제어부의 상세 구성도,
도 6은 도 5의 제어부의 제어 프로그램의 흐름도이다.1 and 2 show a series circuit and a parallel circuit of a solar cell array, respectively;
3 is a diagram illustrating a circuit of a general solar cell connection panel;
4 is a circuit diagram of an active multichannel access panel according to a preferred embodiment of the present invention;
5 is a detailed configuration diagram of a control unit in FIG. 4;
6 is a flowchart of a control program of the controller of FIG. 5.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동형 다채널 접속반의 회로 구성도이다. 도 5는 도 4 중 제어부의 상세 구성도이다. 도 6은 도 5의 제어부의 제어 프로그램의 흐름도이다.4 is a circuit diagram of an active multichannel access panel according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the controller of FIG. 4. 6 is a flowchart of a control program of the controller of FIG. 5.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동형 다채널 접속반은, 도 4를 참조하면, 태양광 전지 어레이(11), 태양광 전지 입력부(12), 전압 변환부(13), 직류 출력부(14), 태양광 인버터(50), 제어부(60), 및 외부 감시장치(70)를 포함하여 이루어진다.In the active multi-channel connection panel according to the preferred embodiment of the present invention, referring to FIG. 4, the photovoltaic cell array 11, the photovoltaic cell input unit 12, the voltage converter 13, and the direct current output unit 14. , A
태양광 전지 어레이(11)는 태양광의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 태양전지 셀로 이루어진다. 태양광 전지 어레이(11)는 복수개의 태양전지 셀을 다양한 방식으로 조합할 수 있으며, 임의의 직렬연결과 병렬연결이 가능하다. 본 발명에서는 각 태양광 전지 어레이(11)마다 전압 변환부(13)가 별도로 구성되어 있기 때문에 각 태양광 전지 어레이(11)에서 어떤 크기의 전압을 생성하더라도 해당 전압 변환부(13)에서 동일한 전압으로 조정한다. The photovoltaic cell array 11 converts light energy of sunlight into electrical energy and consists of a solar cell. The solar cell array 11 may combine a plurality of solar cells in various ways, and may be connected in any series and in parallel. In the present invention, since the voltage converter 13 is configured separately for each solar cell array 11, the same voltage is applied at the corresponding voltage converter 13 regardless of the size of the voltage generated in each solar cell array 11. Adjust with
태양광 전지 입력부(12)는 태양광 전지 어레이(11)로부터 발생된 전력을 입력받는다. 이를 위해 태양광 전지 입력부(12)는 퓨즈(F11~ F1n)와 다이오드(D11~D1n)을 포함한다.The solar cell input unit 12 receives power generated from the solar cell array 11. To this end, the solar cell input unit 12 includes fuses F11 to F1n and diodes D11 to D1n.
전압 변환부(13)는 태양광 전지 입력부(12)를 통해 입력된 전압을 태양광 인버터(50)의 최대효율전압으로 변환한다. 직류 출력부(14)는 전압 변환부(13)로부터 변환된 전력을 직류로 변환하여 태양광 인버터(50)로 출력한다.The voltage converter 13 converts the voltage input through the solar cell input unit 12 to the maximum efficiency voltage of the
전압 변환부(13)는 복수개의 각 태양광 전지 어레이(11)에 각각 구비되어 태양광 전지 어레이(11)의 구성이 동일하지 않은 경우에도 태양광 인버터(50)로 입력되는 전압이 동일하도록 조절함으로써, 효율저하가 발생하지 않도록 하고 태양광 인버터(50)의 최대 효율을 발생시키는 출력값을 설정하여 최대효율이 되도록 한다. The voltage converter 13 is provided in each of the plurality of photovoltaic cell arrays 11 to adjust the voltage input to the
즉, 일사량이 낮은 경우나 음영에 의해 특정 태양광 전지 어레이(11)로부터 출력되는 전압이 현저히 저하된 경우 태양광 인버터(50)는 정지하게 되는데, 이러한 경우에도 전압 변환부(13)는 저전압을 승압시켜 태양광 인버터(50)가 안정적인 운전을 할 수 있도록 한다. That is, when the amount of solar radiation is low or when the voltage output from the specific photovoltaic cell array 11 is significantly lowered due to the shading, the
전압 변환부(13)는 입력전압센서(21), 입력전류센서(22), 콘덴서(C1), 리액터(L1), 반도체 스위치(SW1), 및 충전용 다이오드(FD1)를 포함한다. 직류 출력부(40)는 전해 콘덴서(Ce), 출력전류센서(23), 출력전압센서(24), 회로차단기(MCB)를 포함한다.The voltage converter 13 includes an
입력전압센서(21)는 태양광 전지 입력부(12)로부터 입력된 태양광 전지의 입력전압을 검출함으로써, 태양광 인버터(50)의 최대효율전압보다 낮은 전압이 입력되는지 여부를 검출한다. The
입력전압센서(21)로부터 최대효율전압보다 낮은 전압이 검출될 경우 반도체 스위치(SW1)가 도통하여 리액터(L1)에 전력을 저장한다. 한편, 반도체 스위치(SW1)가 차단되는 순간 리액터(L1)에 저장된 전력이 충전용 다이오드(FD1)를 통해 직류 출력부(40)의 전해 콘덴서(Ce)에 충전된다. When a voltage lower than the maximum efficiency voltage is detected from the
태양광 전지 어레이(11)에서 발전된 전력은 태양광 전지 입력부(12)의 입력회로 단락보호용 퓨즈(F11~F1n) 및 역극성 접속방지 다이오드(D11~D1n)를 거쳐 전압 변환부(13)의 반도체 스위치(SW1)가 도통하면 리액터(L1)에 저장된다. 태양광 전지 어레이(11)의 입력전압 및 입력전류는 각각 입력전압센서(21) 및 입력전류센서(22)에서 제어부(60)로 입력되고, 출력전압 및 출력전류는 각각 출력전압센서(24) 및 출력전류센서(23)에서 검출되어 제어부(60)로 입력됨으로써 목표한 인버터 최대효율 전압값이 되도록 반도체 스위치(SW1)의 도통시간 펄스폭을 제어한다.The electric power generated in the solar cell array 11 is passed through the input circuit short circuit protection fuses F11 to F1n of the solar cell input unit 12 and the reverse polarity connection prevention diodes D11 to D1n. When the switch SW1 conducts, it is stored in the reactor L1. The input voltage and the input current of the photovoltaic cell array 11 are input to the
이와 같은 동작을 수행하는 전압 변환부(13)가 각 태양광 전지 어레이(11)에 결합되어 하나의 모듈 형태로 구성되어 있기 때문에 독립된 다채널 변환부로 작용하게 되며, 태양광 전지 어레이(11)의 서로 다른 다채널 입력전압을 출력부에서는 일정한 전압값으로 출력하게 되는 것이다. 또한, 각 채널이 태양광 전지 어레이(11)로부터 최대전력을 도출하도록 최대 전력점 추종제어 알고리즘으로 제어한다.Since the voltage converter 13 performing such an operation is coupled to each photovoltaic cell array 11 to form a single module, the voltage converter 13 functions as an independent multi-channel converter. Different multi-channel input voltage is output at a constant voltage value at the output unit. In addition, each channel is controlled by a maximum power point following control algorithm so as to derive maximum power from the photovoltaic cell array 11.
제어부(60)는 직류 출력부(40)의 출력전압센서(24)로부터 출력전압을 검출하여 목표한 출력전압보다 낮은 값이 검출되면 반도체 스위치(SW1)의 도통시간을 길게 하고, 반대로 출력검출전압이 목표한 출력값보다 높으면 반도체 스위치(SW1)의 도통시간을 짧게 하도록 제어한다.The
외부 감시장치(70)는 원격지에서 태양전지의 발생전력량 및 각 채널의 전기적 신호를 감시 및 관리하여 운영의 편의성을 보장한다. 각 채널의 태양광 입력전압과 전류, 출력전압과 전류 등의 상태가 각 센서에서 제어부(60)로 입력되므로 외부 감시장치(70)는 통신을 통해 원격지 감시 및 관리가 가능하다.The
도 5를 참조하면, 제어부(60)는 ADC(61), 표시 및 키 입력부(62), CPU(63), 스위치 구동부(64), 릴레이 구동부(65), 및 통신부(66)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
ADC(Analog to Digital Converter)(61)는 각 채널의 태양광 전지 입력전압 및 전류, 직류 출력전압 및 전류 등의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 CPU(63)로 입력한다.The analog to digital converter (ADC) 61 converts analog values such as solar cell input voltage and current, DC output voltage, and current of each channel into digital values and inputs them to the
표시 및 키 입력부(62)는 각 채널의 입력전압과 전류, 직류 출력전압과 전류, 발전전력량, 시스템 내부온도, 운전상태 등의 각종 정보를 표시하고 운전조건이나 출력 전압값 등을 설정한다.The display and
스위치 구동부(64)는 스위치 제어신호를 받아 반도체 스위치(SW1) 소자를 구동한다.The
통신부(66)는 외부 감시장치(70)와의 통신을 담당한다.The
도 6을 참조하면, 제어부(60)의 제어 프로그램의 구성이 도시되어 있다.6, the configuration of the control program of the
제어 프로그램은 크게 고속 정주기 프로그램과 저속 정주기 프로그램 및 주 프로그램으로 구성된다.The control program is mainly composed of a high speed constant cycle program, a low speed constant cycle program, and a main program.
고속 정주기 프로그램은 태양전지 입력전압 및 전류, 직류 출력전압 및 전류 등의 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환(DATA 처리)하고 연산처리를 수행하며 최대전력점 추종제어(MPPT)를 하여 스위치 구동 펄스폭 신호를 출력한다. 즉, 고속 정주기 프로그램은 전압 변환부(13)의 각 콘덴서(C1)로부터 각기 다른 입력값이 입력될 경우 빠른 속도로 이를 체크하여 전압이 높으면 낮게, 전압이 높으면 낮게 제어함으로써 일정전압이 출력될 수 있도록 한다.High-speed constant cycle program converts analog signals such as solar cell input voltage and current, DC output voltage and current into digital values (DATA processing), performs calculation processing, and performs maximum power point tracking control (MPPT) to switch drive pulse width. Output the signal. That is, the high-speed constant cycle program checks the high speed when different input values are input from the capacitors C1 of the voltage converter 13 so that a constant voltage is output by controlling the voltage to be high and low if the voltage is high. To help.
저속 정주기 프로그램은 시스템 운전, 고장보호, 외부 감시장치 등의 기기와 통신을 수행한다. 즉, 저속 정주기 프로그램은 표시 및 키 입력부(62) 통신, 시스템 운영, 고장처리, 클락(Clock) 발생 및 외부 통신 기능을 수행한다.The low speed constant cycle program communicates with devices such as system operation, fault protection, and external monitoring. That is, the low speed constant cycle program performs the display and
주 프로그램은 LCD 등의 표시창에 각 채널의 입력전압 및 전류, 출력전압 및 전류를 표시하고 운전상태 및 키 입력의 처리를 수행한다. 즉, 주 프로그램은 초기상태 표시, 키 입력, 운전상태 표시, 발생전력 적산 등의 기능을 수행한다.The main program displays the input voltage and current, output voltage and current of each channel on the display window of the LCD and performs the operation status and key input processing. That is, the main program performs functions such as initial status display, key input, operation status display, and accumulated power generation.
본 발명에 따른 능동형 다채널 접속반은 출력전압을 일정한 목표값으로 조정하여 효율저하를 방지한다. 따라서, 현장설치조건에 따라 복수개의 태양광 전지 어레이의 직병렬 구성을 동일하게 할 수 없는 경우나 다양한 모듈이 혼용된 경우에도 최대 효율이 발생되도록 하고, 그 결과 태양광 전지 어레이의 입력전압범위를 넓혀 직병렬 구성을 보다 용이하게 한다. The active multi-channel access panel according to the present invention adjusts the output voltage to a predetermined target value to prevent efficiency degradation. Therefore, depending on the field installation conditions, the maximum efficiency can be generated even when the serial or parallel configuration of a plurality of solar cell arrays cannot be the same or when various modules are mixed. As a result, the input voltage range of the solar cell array is reduced. Widening makes the series-parallel configuration easier.
인버터의 최대효율을 내는 태양광 인버터 입력전압은 각 제조업체별로 다를 수 있는 바, 이러한 경우 적용된 인버터의 최대효율전압에 맞는 목표전압을 설정하여 출력함으로써 태양광 전력변환효율을 극대화할 수 있다. The input voltage of the solar inverter that yields the maximum efficiency of the inverter may be different for each manufacturer. In this case, it is possible to maximize the solar power conversion efficiency by setting and outputting a target voltage corresponding to the maximum efficiency voltage of the applied inverter.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
11 - 태양광 전지 어레이 12 - 태양광 전지 입력부
13 - 전압 변환부 14 - 직류 출력부
50 - 태양광 인버터 60 - 제어부
70 - 외부 감시장치11-Solar cell array 12-Solar cell input
13-Voltage converter 14-DC output
50-Solar Inverter 60-Control Unit
70-external monitoring
Claims (3)
상기 복수개의 태양광 전지 어레이 각각에 구비되어 각 태양광 전지 어레이로부터 발생된 전력을 입력받되, 입력회로 단락보호용 퓨즈와 역극성 접속방지 다이오드를 구비하는 태양광 전지 입력부;
상기 복수개의 태양광 전지 어레이 각각에 구비되되, 상기 복수개의 태양광 전지 어레이에 각각 구비된 상기 태양광 전지 입력부 상호간의 서로 다른 출력전압을 서로 동일한 전압으로 조절하여 최대효율전압으로 변환하며, 상기 태양광 전지 입력부로부터 입력된 입력전압을 검출함으로써 태양광 인버터의 최대효율전압보다 낮은 전압이 입력되는지 여부를 검출하는 입력전압센서, 상기 입력전압센서로부터 최대효율전압보다 낮은 전압이 검출되면 반도체 스위치가 도통하여 전력을 저장하는 리액터, 상기 반도체 스위치가 차단되는 순간 상기 리액터에 저장된 전력을 직류 출력부의 전해 콘덴서에 충전되도록 하는 충전용 다이오드, 반도체 스위치를 구비하는 전압 변환부;
상기 복수개의 전압 변환부로부터 변환된 전력을 직류로 변환하여 태양광 인버터로 출력하되, 상기 태양광 전지 어레이에 대하여 병렬로 연결되는 전해 콘덴서와 출력전압센서, 상기 태양광 전지 어레이에 대하여 직렬로 연결되는 출력전류센서를 구비하는 직류 출력부;
상기 직류 출력부의 출력전압센서로부터 출력전압을 검출하여 목표한 출력전압보다 낮은 값이 검출되면 상기 반도체 스위치의 도통시간을 길게 하고, 목표한 출력전압보다 높은 값이 검출되면 상기 반도체 스위치의 도통시간을 짧게 하도록 제어하는 제어부; 및
각 채널의 태양광 입력전압과 전류, 출력전압과 전류의 상태를 상기 제어부로부터 입력받아 원격지에서 태양광 전지의 발생전력량 및 각 채널의 전기적 신호를 감시 및 관리하는 외부 감시장치
를 포함하고,
상기 제어부는 각 채널의 입력전압과 전류, 직류 출력전압과 전류의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 CPU로 입력하는 아날로그 디지털 변환기(ADC), 각 채널의 입력전압과 전류, 직류 출력전압과 전류, 발전전력량, 시스템 내부온도, 운전상태를 포함한 정보를 표시하고 운전조건이나 출력전압값을 설정하는 표시 및 키 입력부, 스위치 구동 펄스폭 신호를 받아 상기 반도체 스위치를 구동하는 스위치 구동부를 포함하며,
상기 제어부의 제어 프로그램은 고속 정주기 프로그램과 저속 정주기 프로그램 및 주 프로그램으로 구성되되,
상기 고속 정주기 프로그램은 태양광 전지 입력전압 및 전류, 직류 출력전압 및 전류를 포함한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하고 연산처리를 수행하며 최대전력점 추종제어를 하여 스위치 구동 펄스폭 신호를 출력함으로써 일정전압이 출력되도록 하고,
상기 저속 정주기 프로그램은 상기 표시 및 키 입력부 통신, 시스템 운영, 고장처리, 클락(Clock) 발생 및 외부 통신기능을 수행하며,
상기 주 프로그램은 표시창에 각 채널의 입력전압 및 전류, 출력전압 및 전류를 표시하고 운전상태 및 키 입력 처리, 초기상태 표시, 운전상태 표시, 발생전력 적산 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 능동형 다채널 접속반.
A plurality of photovoltaic cell arrays converting light energy of sunlight into electrical energy and combining a plurality of photovoltaic cells in an arbitrary series connection and a parallel connection;
A photovoltaic cell input unit provided in each of the plurality of photovoltaic cell arrays to receive power generated from each photovoltaic cell array and having an input short circuit protection fuse and a reverse polarity preventing diode;
Each of the plurality of photovoltaic cell arrays, each of the plurality of photovoltaic cell arrays provided in each of the photovoltaic cell inputs to different output voltages are adjusted to the same voltage to convert the maximum efficiency voltage, the solar An input voltage sensor that detects whether a voltage lower than the maximum efficiency voltage of the solar inverter is input by detecting an input voltage input from the photovoltaic cell input unit, and the semiconductor switch conducts when a voltage lower than the maximum efficiency voltage is detected from the input voltage sensor. A reactor for storing power, a charging diode for charging the electric power stored in the reactor with the electrolytic capacitor of the DC output unit at the moment when the semiconductor switch is cut off, and a voltage converting unit including a semiconductor switch;
Converts the power converted from the plurality of voltage converter to a direct current to the solar inverter, the electrolytic capacitor and the output voltage sensor connected in parallel to the solar cell array, connected in series to the solar cell array A direct current output unit having an output current sensor;
When the output voltage is detected from the output voltage sensor of the DC output unit and a value lower than a target output voltage is detected, the conduction time of the semiconductor switch is increased. When a value higher than a target output voltage is detected, the conduction time of the semiconductor switch is determined. A control unit controlling to shorten; And
An external monitoring device that receives the solar input voltage and current of each channel, and the state of the output voltage and current from the control unit, and monitors and manages the generated power of the solar cell and the electrical signal of each channel at a remote location.
Lt; / RTI >
The control unit converts the analog values of the input voltage and current of each channel, the DC output voltage and current into digital values, and inputs them to the CPU, the input voltage and current of each channel, the DC output voltage and current, A display for displaying information including power generation power, system internal temperature, and operation status, setting operation conditions or output voltage values, a key input unit, and a switch driving unit for driving the semiconductor switch by receiving a switch driving pulse width signal;
The control program of the control unit is composed of a high speed constant cycle program, a low speed constant cycle program and a main program,
The high speed constant cycle program converts an analog signal including a solar cell input voltage and current, a DC output voltage and a current into a digital value, performs arithmetic processing, and performs a maximum power point tracking control to output a switch driving pulse width signal. To output voltage,
The low speed constant cycle program performs the display and key input unit communication, system operation, troubleshooting, clock generation and external communication functions,
The main program displays input voltage and current, output voltage and current of each channel on the display window, and performs operation status and key input processing, initial status display, operation status display, and integrated power generation function. Active multichannel access panel.
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