KR101291440B1

KR101291440B1 - 태양광 인버터 캐비닛 구조

Info

Publication number: KR101291440B1
Application number: KR1020117013338A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 존 호프만; 스티븐 지. 휴멜; 존 론하르; 앤드류 올신; 용 박
Original assignee: 피브이 파워드, 인크.
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2013-07-30
Also published as: US20100118488A1; KR20110110768A; CN102308682A; CA2742807A1; WO2010056776A1; CA2742807C; EP2359669A1; US8233278B2

Abstract

태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛이 설명된다. 태양광 파워 인버터는 태양광 패널로부터 DC 전류를 수신하고 그 DC 전류를 AC 전류로 변환한다. 인버터 장비를 냉각시키기 위해, 공기 흡입구가 공기 가압기에 의해 캐비닛 안에 끌어당겨진 주위의 공기를 수취한다. 주위의 공기는 가입된 공기 충만실 안으로 몰리고, 공기 충만실로부터 2개의 포트들이 공기를 적어도 2개의 공기 경로들로 보내어 캐비닛 내의 장비 위로 흐르게 한다. 캐비닛 내의 장비는 공기가 열에 덜 민감한 장비에 도달하기 전에 열에 더 민감한 장비 위로 지나가도록 배열된다. 캐비닛 내의 장비는 전자파 간섭을 저지하고 감소시키기 위해 접지된 금속 벽들에 의해 분리된다. 장비는 캐비닛의 단일의 정면 측으로부터 접근될 수 있다.

Description

태양광 인버터 캐비닛 구조{SOLAR INVERTER CABINET ARCHITECTURE}

[관련출원]

이 출원은 이 문서에 완전히 통합되는, "Solar Inverter Cabinet Architecture"라고 표제가 붙은, 2008년 11월 11일에 출원된 미국 가출원 번호 61/113,530의 우선권 이익을 주장한다.

본 명세서는 일반적으로 태양광 패널(solar panel)과 함께 사용되는 전기 인버터 장비를 수납하는 캐비닛에 관한 것이다.

태양광 패널 기술이 급속히 개선되고 있다. 두드러진 개선의 한 영역은 패널의 수명이다. 현재 출시된 몇몇 태양광 패널들은 25년 보증을 수반하고 있다. 그러나, 만약 25년 기간이 끝나기 전에 서포트 장비가 보수 관리(maintenance), 교체, 또는 다른 손질(attention)을 필요로 한다면 이러한 장수명의 이점은 저해된다. 경쟁적인 에너지 시장은 보수 관리 및 교체 제경비(overhead)를 최소로 하기 위해 태양광 패널의 모든 컴포넌트들이 태양광 패널 자체만큼 내구성이 있고 고장이 없을 것을 요구한다.

많은 태양광 패널 시설들은 미국 남서 지방의 사막과 같은 멀고 황량한 환경들에 위치한다. 파워 인버터 캐비닛과 같은 태양광 파워 서포트 장비에 관한 주요 관심사는 태양광 패널들의 근처에서 통상적으로 발견되는 자연적인 주위의 열기(ambient heat)뿐만 아니라 장비를 동작시킴으로써 생성된 과도한 열을 관리하는 것이다. 평범한 해결책은 태양광 패널들에 의해 생성된 풍부하게 이용 가능한 전력을 이용하여 다수의 큰 송풍기들(fans)을 돌아가게 하는 것이다. 그러나, 그렇게 하는 것은 그 시설에 의해 생성된 에너지의 양에 크게 영향을 미치고, 결국 시설의 수익성에 크게 영향을 미친다.

[개요]

본 명세서의 양태들은 일반적으로 태양광 파워 인버터들과 같은 전기 장비를 수납하는 캐비닛들 및 그러한 캐비닛들을 제조하고 조립하기 위한 관련 기법들에 관한 것이다. 본 명세서의 실시예들을 설명하는 몇몇 상세가 아래에 제공된다. 본 명세서의 실시예들은 일반적으로 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛에 관한 것으로, 그 캐비닛의 가장 높은 지점에 배치된 후드(hood)를 포함한다. 상기 후드는 공기 흡입구(air inlet) 근처의 루버들(louvers)의 어레이 및 상기 루버들에 의해 붙잡힌 물과 파편을 상기 후드의 밖으로 운반하기 위한 상기 루버들 아래의 홈통(gutter)을 갖는다. 상기 캐비닛은 또한 상기 후드의 아래에 있고 후드 공기 배출구(hood air outlet)에 연결된 흡입 체임버(intake chamber)를 포함하고 이 흡입 체임버는 공기 필터, 공기 가압기(air pressurizer), 및 공기 충만실(air plenum)을 포함한다. 상기 공기 가압기는 공기가 상기 후드를 통하여 상기 흡입 체임버에 들어가고 상기 공기 필터를 통과하여 상기 공기 충만실 안으로 들어가게 하기 위해 상기 흡입 체임버 내에 공기 압력을 생성할 수 있다. 전환 체임버(diversion chamber)가 상기 공기 충만실에 연결되고 상기 충만실과 제1 전환 포트(diversion port) 및 제2 전환 포트의 사이에 게이트를 갖는다. 상기 캐비닛은 또한 상기 제1 전환 포트에서 상기 공기 충만실에 연결되고 DC 커패시터들, 제어 전자 회로(control electronics), 파워 드라이브 전자 회로(power drive electronics), 및 스위칭 트랜지스터들을 포함하는 제1 체임버(a first chamber)를 포함한다. 상기 제1 체임버 아래의 제2 체임버(a second chamber)가 상기 제1 체임버에 연결되고, AC/DC 접촉기들(contactors)과 같은 스위치 기어(switch gear), 서지 억제(surge suppression) 하드웨어, 분배 회로, 또는 태양광 파워 인버터를 위한 다른 지원 전자 회로를 포함한다. 상기 제2 체임버는 상기 캐비닛의 기부(base) 근처에 상기 캐비닛의 밖으로 통하는 제1 캐비닛 공기 배출구를 갖는다.

상기 캐비닛은 또한 상기 제2 전환 포트에서 상기 공기 충만실에 연결되고 상기 스위칭 트랜지스터들로부터의 열을 제거하는 열 싱크(heat sink)를 포함하는 제3 체임버, 및 상기 제3 체임버로부터 공기를 수취하는 상기 제3 체임버 아래의 제4 체임버를 포함한다. 상기 제4 체임버는 변압기 및 인덕터를 포함하고, 상기 캐비닛의 밖으로 통하는 제2 캐비닛 공기 배출구를 갖는다. 상기 제1 체임버, 상기 제2 체임버, 상기 제3 체임버 및 상기 제4 체임버는 상기 제1 체임버와 상기 제2 체임버 사이에 및 상기 제3 체임버와 상기 제4 체임버 사이에 공기가 흐르는 것을 허용하는 개구들을 갖는 접지된 금속 벽들(grounded metal walls)을 포함한다. 상기 캐비닛 내의 상기 다양한 체임버들은 열 관리 효율을 개선하기 위해 상기 체임버 내의 컴포넌트들과 체임버 벽들 사이에 최소한의 공간을 가지도록 특정 치수로 만들어지고 배열될 수 있다.

다른 실시예들에서, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛은, 공기 흡입구, 공기 필터, 송풍기, 및 공기 충만실을 포함하는 공기 유도 시스템(air induction system)을 포함한다. 상기 송풍기는 공기가 상기 공기 흡입구에 들어가서, 상기 공기 필터를 통과하고, 상기 공기 충만실에 들어가서 상기 공기 충만실에 압력을 가하게 한다. 상기 캐비닛은 또한 공기를 상기 공기 충만실로부터 제1 공기 경로 및 제2 공기 경로로 전환(divert)하는 공기 전환기(air diverter)를 포함한다. 상기 제1 공기 경로는 DC 커패시터들, 제어 전자 회로, 파워 드라이브 전자 회로, 또는 스위칭 트랜지스터들 중 적어도 하나를 포함하는 컴파트먼트(compartment)에 도달하고, 그 후 스위치 기어를 포함하는 컴파트먼트에 도달한다. 상기 제2 공기 경로는 스위칭 트랜지스터들을 위한 열 싱크를 포함하는 컴파트먼트에 도달하고, 그 후 변압기들 및 인덕터들을 포함하는 컴파트먼트에 도달한다. 상기 공기 흡입구는 상기 캐비닛의 상부에 배치되고 상기 제1 및 제2 공기 경로들은 상기 캐비닛의 기부를 향하여 일반적으로 아래쪽으로 연장한다.

또 다른 실시예들에서, 태양광 파워 인버터 캐비닛은 일련의 물결 모양의 루버들(corrugated louvers)을 포함하는 공기 흡입구를 포함한다. 상기 루버들은, 상기 공기 흡입구에 들어가는 유체가 상기 루버들에 의해 붙잡혀 상기 홈통 안으로 및 상기 캐비닛의 밖으로 보내지도록, 상기 흡입구의 한 측면을 향하여 경사질 수 있다. 상기 캐비닛은 또한 공기를 상기 공기 흡입구 안으로 끌어당기고, 상기 공기 흡입구의 아래에 배치되어 있는 가압된 공기 충만실 안으로 끌어당기도록 배치된 송풍기를 포함한다. 상기 캐비닛은 상기 공기 충만실의 근처에 배치된 높은 열 민감성을 갖는 인버터 컴포넌트들, 및 낮은 열 민감성을 갖는 인버터 컴포넌트들을 포함하고, 높은 열 민감성을 갖는 상기 인버터 컴포넌트들은, 공기가 낮은 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들에 도달하기 전에 높은 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 위로 지나가도록, 상기 공기 충만실과 낮은 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 사이에 배치된다.

도 1은 본 명세서에 따른 태양광 인버터 캐비닛의 부분 개략 정면도이다.
도 2는 본 명세서에 따른 태양광 파워 인버터의 부분 개략 측면 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 따른 태양광 인버터 캐비닛의 부분 개략 등각 반투명 도시이다.
도 4는 본 명세서에 따른 태양광 인버터 캐비닛의 부분 개략 정면 단면도이다.
도 5는 본 명세서에 따른 태양광 파워 인버터를 위한 후드의 부분 개략 단면도이다.

본 명세서의 양태들은 일반적으로 태양광 파워 인버터들과 같은 전기 장비를 수납하는 캐비닛들 및 그러한 캐비닛들을 제조하고 조립하기 위한 관련 기법들에 관한 것이다. 본 명세서의 실시예들을 설명하는 몇몇 상세가 아래에 제공된다. 잘 알려져 있고 태양광 파워 인버터들 및 태양광 패널들의 동작과 종종 관련되는 구조들 또는 프로세스들은 간결을 위하여 하기의 설명에서 설명되지 않는다. 더욱이, 하기의 명세는 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명하지만, 몇몇 다른 실시예들은 이 섹션에서 설명된 것들과 다른 구성들 또는 다른 컴포넌트들을 가질 수 있다. 따라서, 다른 실시예들은 추가적인 엘리먼트들을 포함할 수 있고 및/또는 도 1-3에 관련하여 아래에 설명된 엘리먼트들 중 하나 이상이 없을 수 있다.

도 1-5는 본 명세서의 몇몇 실시예들에 따른 태양광 파워 인버터 시스템(102)을 포함하는 태양광 파워 인버터 캐비닛(100)을 도시한다. 태양광 패널 또는 태양광 패널 어레이는 DC 전류 형태의 전기를 생성한다. 그 에너지가 그리드(grid), 가정, 회사, 또는 다른 소비자에 의해 사용되기 전에, 그것은 통상적으로 AC 전류로 변환되어야 한다. 태양광 파워 인버터(102)는 이 변환을 수행한다. 태양광 패널들로부터 가장 가치 있는 에너지를 추출하기 위해, 인버터 시스템(102) 및 다른 중간 시스템들은 깨끗한, 무잡음 AC 신호를 출력한다.

이제, 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타내는, 도 1-4를 참조하면, 캐비닛(100)은 흡입 체임버(130)를 포함할 수 있고 흡입 체임버(130)는 그 내부에 공기 압력 차이를 생성하기 위한 공기 가압기(132)를 수용한다. 실시예에서, 공기 가압기(132)는 임의의 수의 축류형 송풍기(axial fans), 반경류형 송풍기(radial fans), 후곡형 임펠러(backwards curved impellers), 또는 원심형 송풍기(centrifugal blowers)를 포함한다. 흡입 체임버(130)는 다른 송풍기 타입들 또는 압력 소스들을 포함할 수 있다. 상기 압력 차이는 공기를 후드(110) 안으로, 공기 필터(134)를 통하여, 그리고 가압된 공기 충만실(136) 안으로 끌어당길 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 충만실(136)은 제1 포트(137) 및 제2 포트(139)를 갖는 전환 체임버(138)에 연결된다. 전환 체임버(138)는 전환 체임버(138)로부터 하나 또는 양쪽 포트들(137, 139)을 통하여 공기 충만실(136)로부터 공기를 분배할 수 있다. 몇몇 실시예들은 단일의 충만실(136)을 포함하여, 일련의 송풍기들 중에서 하나의 송풍기가 고장날 때 발생할 수 있는 역류(backflow), 정체(stagnation), 및 흐름 반전(flow reversal)과 같은 많은 일반적인 문제들을 최소로 한다. 선택된 실시예들에서, 전환 체임버(138)는 제1 포트(137)를 통하여 더 많은 공기를 분배하고 제2 포트(139)를 통하여 더 적은 공기를 분배하고, 또는 그 반대로 할 수 있는 게이트를 포함한다. 대안적으로, 제1 포트(137) 또는 제2 포트(139)를 통하여 유도된 공기의 양은 다른 포트를 통하여 유도된 공기의 양과 관계없다. 포트들(137, 139)은 각각 복수의 구멍들 또는 개구들을 포함할 수 있고, 그 구멍들 또는 개구들은 캐비닛 내에 유리한 공기 흐름을 제공하도록 특별히 배열될 수 있다.

캐비닛(100)은 캐비닛(100)의 정면(142) 근처에 배치될 수 있는 제1 체임버(140)를 갖는다. 몇몇 실시예들에 따르면, 가압된 공기 충만실(136)로부터 공기를 수취하기 위해 전환 체임버(138) 내의 제1 포트(137)에 공기 흡입구(124)가 연결된다. 제1 체임버(140)는 DC 커패시터들(146) 및 태양광 인버터 시스템(102)의 동작들을 제어하기 위한 제어 전자 회로(148)와 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 체임버(140)는 또한 파워 드라이브 전자 회로(148) 및 스위칭 트랜지스터들(162)을 포함할 수 있다. 공기 충만실(136)로부터의 공기는 제1 챔버(140) 내의 컴포넌트들을 지나서 흘러 이러한 컴포넌트들에 의해 생성된 여분의 열을 제거할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 전환 체임버(138)로부터의 제1 포트(137)는 제어 전자 회로(148) 또는 DC 커패시터들(146)이 어떻게 배열되어 있는지에 따라 배열된 복수의 구멍들 및 개구들을 포함한다. 예를 들면, DC 커패시터들(146) 중 적어도 일부는 각각 대응하는 전용의 구멍을 가질 수 있으며, 이를 통하여 공기가 DC 커패시터들(146)에 도달한다.

제1 체임버(140)로부터, 공기는 흡입구(149)를 통하여 스위칭 기어(152) 및 인버터 시스템(102)을 위한 다른 전자 장비를 포함하는 캐비닛(100)의 제2 체임버(150) 안으로 계속해서 아래쪽으로 흐를 수 있다. 예를 들면, 제2 체임버(150)는 AC/DC 접촉기들, 분배 회로, 서지 억제 하드웨어, 또는 다른 지원 전자 회로를 포함할 수 있다. 공기 흐름은 유사하게 컴포넌트들 위로 지나서 출구 포트(154)를 통하여 캐비닛(100)의 밖으로 흐름으로써 체임버(150)로부터의 여분의 열을 제거할 수 있다. 충만실(136) 내의 공기와 냉각될 컴포넌트들 사이의 온도 차이는 공기가 처음에 캐비닛(100)에 들어갈 때 가장 크기 때문에, 제1 체임버(140)는 제2 체임버(150)에서 발견되는 다른 컴포넌트들보다 더 열에 민감한 컴포넌트들을 수납할 수 있다.

선택된 실시예들에서, 캐비닛은 또한 제3 체임버(160)를 갖고, 이 제3 체임버도 공기 충만실(136)로부터 공기를 수취한다. 제3 체임버(160)는 제2 포트(139)를 통하여 전환 체임버(138)에 연결된다. 제3 체임버는, 스위칭 트랜지스터들(162)로부터의 열을 배출(drain)하기 위해 사용되는 열 싱크(163)와 같은, 열 민감성 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 싱크(163)는 충만실(136) 내에서 직접 발견되고, 제3 체임버(160)는 생략될 수 있다. 전환 체임버(138)로부터의 공기는 열 싱크(163) 위로 흘러 열을 제거한다. 선택된 실시예들에서, 스위칭 트랜지스터들(162)은 제1 체임버(140)와 제3 체임버(160) 사이의 경계(151)에 걸쳐서 배치된다. 열 싱크(163)는 스위칭 트랜지스터들(162)로부터 제3 체임버(160) 안으로 열을 제거하도록 배치되고 구성될 수 있다. 열 싱크(163)가 스위칭 트랜지스터들(162)에 의해 생성된 열의 대부분 또는 거의 전부를 수취하는 구성들에서, 제3 체임버(160) 안으로의 공기 흐름은 제1 체임버(140)에서보다 제3 체임버(160)에서 비례하여 더 클 수 있다. 다른 실시예들에서는, 다른 컴포넌트들이 또한 그 컴포넌트가 발견되는 체임버와 다른 체임버 안으로 연장할 수 있는 열 싱크들을 구비할 수 있다. 각각의 체임버들로의 공기 흐름은 체임버 내의 열 부하에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 만약 2개의 컴포넌트들이 그 컴포넌트로부터의 열 부하의 대부분을 수취하는 열 싱크들을 부착하고 있다면, 그리고 만약 그 컴포넌트들이 한 측면에는 열 싱크가 있고 다른 측면에는 컴포넌트가 있도록 체임버 경계(151)를 브리징한다면, 열 싱크들은 동일한 공기 흐름에서 경계(151)의 동일한 측면에 배치될 수 있고 그 공기 흐름은 컴포넌트들로의 공기 흐름보다 비례하여 더 클 수 있다. 다른 실시예들에서, 열 싱크들은 공기 흐름들 사이에 열을 보다 고르게 분산시키기 위해 경계(151)의 반대 측면들(opposite sides)에서 발견될 수 있다.

제3 체임버(160)로부터, 공기는 흡입구(164)를 통하여 제4 체임버(170) 안으로 계속해서 흐른다. 제4 체임버(170)는 출력 필터 엘리먼트들인 인덕터(172) 및 변압기(174)와 같은, 열로부터의 손상에 덜 민감한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. (다른 실시예들에서, 출력 필터는 인덕터들, 커패시터들, 및 저항기들의 조합을 이용하여 형성될 수 있다.) 몇몇 실시예들에서, 인덕터(172)는 나가는(outgoing) AC 회로에 연결되기 전에 변압기(174)의 바로 위에 그 가까이에 배치된다. 이러한 배치는 커넥터(175)가 비교적 짧은 것을 허용한다. 비교적 짧은 커넥터(175)를 사용하여 변압기(174)를 인덕터(172)의 아래에 배치하는 것은 커넥터(175)의 길이를 최소로 하여, 전도 손실을 감소시키고 커넥터(175)가 전자파 잡음 및 간섭(EMI)을 포착하거나 전송할 가능성을 더 적게 만든다. 제4 체임버(170)로부터, 공기는 정면 출구 포트(154)를 통하여 또는 배면 출구 포트(176)를 통하여 캐비닛(100)에서 나갈 수 있다. 따라서, 제1 체임버(140) 및 제2 체임버(150)는 캐비닛(100)을 통한 제1 공기 경로를 정의하고, 제3 체임버(160) 및 제4 체임버(170)는 캐비닛을 통한 제2 공기 경로를 정의한다. 전환 체임버(138)는 각각의 공기 경로들을 따라 있는 컴포넌트들의 요구에 따라 제1 공기 경로 안으로 또는 제2 공기 경로 안으로 더 많은 또는 더 적은 공기를 분배하는 데 이용될 수 있다. 캐비닛(100)은 이 문서에 완전히 참고로 통합되는, 2009년 11월 11일에 출원된, John Michael Fife 및 Steve Hummel에 의해 발명된, "TEMPERATURE CONTROL ALGORITHMS FOR HIGH RELIABILITY SOLAR POWER INVERTERS"라고 표제가 붙은, 미국 특허 출원 번호 (attorney docket no. 65564-8018.US01)에서 기술된 온도 제어 기법들을 이용할 수 있다.

제1 체임버(140) 및 제2 체임버(150)는 각각 그 체임버들(140, 150) 내의 컴포넌트들에의 접근을 제공하는 적어도 하나의 액세스 패널(141, 143)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 체임버(140) 및 제2 체임버(150) 내의 컴포넌트들은 이따금 접근될 수 있는 컴포넌트들인 반면, 제3 체임버(160) 및 제4 체임버(170) 내의 컴포넌트들은 빈번한 접근을 요구하지 않는 컴포넌트들이다. 이러한 배열은 많은 이점들을 제공한다. 예를 들면, 기술자는 인버터(102)에 액세스하는 장치를 정비(service)하기 위해 장치의 배면 또는 측면들 주위에 도달할 필요가 없다. 또한, NEC(National Electric Code) 요건은 인버터 캐비닛들이 액세스 패널의 전방에 적어도 3 피트의 공간을 허용해야 한다고 명기하고 있다. 둘 이상의 측면에서 접근을 허용하는 캐비닛은 NEC 요건이 적어도 2개의 방향으로 3 피트의 공간을 요구하기 때문에 더 많은 공간을 차지한다. 이와 대비하여, 본 명세서에 따라 제작된 캐비닛들은 캐비닛의 한 측면(예를 들면, 정면)에만 3 피트를 제공할 필요가 있으므로, 귀중한 바닥 면적(floor space)을 절약한다.

본 명세서의 실시예에서, 캐비닛(100)의 체임버들은 동작 중에 자연히 존재하는 EMI를 격리시키고 감소시키기 위해 접지된 금속 벽들(151)로 제작된다. 태양광 인버터의 컴포넌트들을 독립된 체임버들(130, 138, 140, 150, 160, 170) 안에 격리시킴으로써, 캐비닛 내의 EMI는 최소로 되고 인버터(102)의 안정된 동작을 방해하지 못하게 될 수 있다. EMI를 감소시키는 것은 또한 출력 신호로부터의 잡음을 제거하여 인버터(102)로부터의 보다 높은 품질의 파워 출력을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 캐비닛(100)은 접지된 벽들(151)에 의해 분할되기 때문에, 상이한 체임버들(130, 138, 140, 150, 160, 170)은 개별적으로 모듈들로 제작될 수 있고, 이들로부터 캐비닛(100)이 조립될 수 있다. 수리 또는 보수 관리를 위해, 모듈들은 개별적으로 교체되거나 변경될 수 있다.

본 명세서에 따르면, 캐비닛(100) 내의 컴포넌트들은 종래의 냉각 기법들보다 더 적은 전력을 사용하여 효과적으로 냉각될 수 있는데, 그 이유는 큰 송풍기들에 전력을 공급하기 위해 태양광 패널들에 의해 생성된 전력에 깊이 탭(tap)하기보다는, 캐비닛(100)의 구조 및 레이아웃은 열 민감성에 따른 공기 분배의 신중한 접근 방법을 이용하기 때문이다. 기류 온도와 기류 온도에 의해 냉각되는 컴포넌트들 사이의 차이는 기류가 컴포넌트들로부터 제거할 수 있는 열의 양에 직접 영향을 미친다. 공기 충만실로부터 직접 오는 차갑고 신선한 공기는 열에 덜 민감한 컴포넌트들로 계속 진행하기 전에 열에 더 민감한 컴포넌트들로 보내질 수 있다. 특정한 실시예들에서, 제3 체임버(160) 내의 스위칭 트랜지스터들(162) 및 관련된 열 싱크(163)는, 충만실(136)로부터 더 멀리 있는 다른 컴포넌트들보다 더 많은 열을 생성하고, 열에 더 민감하다. 일단 공기가 제4 체임버(170) 안으로 지나가면 그것은 열 싱크(163)로부터의 얼마간의 열을 운반하고 따라서 충만실로부터 직접 오는 공기보다 인덕터(172) 및 변압기(174)를 냉각시키는 데 덜 효과적이다. 그러나, 인덕터(172) 및 변압기(174)는 여분의 열로부터의 손상에 대하여 덜 위험에 처하고, 또한 훨씬 더 적은 열을 생성할 수 있으므로, 제4 체임버(170)에서의 기류의 감소된 유효성은 예상되었고 위험을 야기하지 않는다. 제1 체임버(140) 및 제2 체임버(150)에서 유사한 상황이 발견될 수 있는데, 열에 더 민감한 컴포넌트들은 제1 체임버(140)에서 발견되고, 따라서 제1 체임버(140)는 충만실로부터 가장 차가운 공기를 수취한다. 앞의 설명은 태양광 인버터(102)를 위한 컴포넌트들의 예로서 DC 커패시터들(146), 파워 드라이브 전자 회로(148), 스위치 기어(152), 스위칭 트랜지스터들(162), 인덕터들(172) 및 변압기들(174)을 사용하였다. 다른 실시예들은 체임버들(140, 150, 160, 170) 내에 다른 컴포넌트들은 포함하고 다른 적당한 수의 체임버들을 포함한다. 캐비닛(100)의 치수들 및 캐비닛(100) 내의 체임버들 및 컴포넌트들은 본 명세서의 범위를 제한하기 위해서가 아니라 단지 설명 목적으로 선택되었다.

도 5는 본 명세서의 몇몇 실시예들에 따른 후드(110)의 도시이다. 특정한 실시예들에서, 후드(110)는 캐비닛(100)의 정상(top) 근처에 배치된다. 많은 실시예들에서, 주위의 공기는 지면으로부터 멀수록 더 차갑고 더 청정하다. 더 차갑고 더 청정한 공기를 충분히 이용하기 위해, 후드(110)는 캐비닛(100)의 가장 높은 지점에 배치될 수 있다. 이 차갑고 청정한 공기를 이용하기 위해, 여기에 설명된 캐비닛(100)의 몇몇 실시예들은, 공기가 후드(110)로부터, 아래로 캐비닛 내의 다양한 체임버들 안으로 및 캐비닛(100)의 기부 쪽으로 전달되는, "하향식"(top-down) 디자인을 포함한다. 후드(110)는 일련의 루버들(louvers)(114)을 포함하고 이 루버들(114)은 물과 다른 파편이 그 루버들(114)을 넘어서 지나가는 것을 막기 위해 물결 모양으로 만들어질 수 있다. 특정한 실시예들에서, 루버들(114)은 물과 파편이 루버들(114)을 넘어서 지나가는 것을 막기 위한 구불구물한 경로를 생성하기 위해 위쪽으로 기울어진 부분(116), 아래쪽으로 기울어진 부분(118), 및 두 번째 위쪽으로 기울어진 부분(120)을 포함할 수 있다. 루버들(114)은 후드(110)의 한 측면(115)을 향하여 경사질 수 있다(도 3에 보다 효과적으로 도시됨). 후드(110)는 또한 물과 다른 파편을 후드(110)의 밖으로 보내는 홈통(gutter)(122)을 포함할 수 있다. 후드(110)는 후드(110)의 뒤에 배치될 수 있는 배출구(124)를 통하여 캐비닛(100) 내의 다른 체임버들에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 후드(110)는 NEMA(National Electrical Manufacturers Association) 표준에 의해 제안된 것과 같은, 습기 및 파편 보호를 위한 다양한 표준에 따를 수 있다. 예를 들면, NEMA 4 등급(rating)은 일반적으로 후드(110)가 방수이거나, 비바람에 견디는 것을 의미하고, 그것은 5분 동안 10 피트 이상의 거리로부터 전달된 1 인치 노즐로부터의 적어도 분당 65 갤런의 물을 못 들어오게 해야 한다는 것을 의미한다. 다른 실시예들에서, 흡입구(inlet)는 부식, 바람에 날린 먼지와 비, 튀는 물(splashing water), 호스로 유도된 물(hose-directed water), 및 외부의 얼음 형성으로부터의 손상으로부터 보호한다.

전술한 내용으로부터, 본 명세서의 특정한 실시예들이 설명 목적으로 여기에 설명되었지만, 본 명세서로부터 일탈하지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 전술한 실시예들은 일반적으로 태양광 패널을 위한 전기 인버터에 관련해서 설명되었으나, 전술한 기법들 및 시스템들은 인버터 캐비닛 이외의 구조들을 조립하기 위해 사용될 수 있다.

위에 설명된 실시예들의 특정한 양태들은 다른 실시예들에서 조합되거나 제거될 수 있다. 특정한 실시예들과 관련된 이점들이 그 실시예들에 관련해서 설명되었으나, 다른 실시예들도 그러한 이점들을 나타낼 수 있고, 본 명세서의 범위 안에 들기 위해 모든 실시예들이 다 반드시 그러한 이점들을 나타낼 필요가 있는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서는 위에 명백히 제시되거나 설명되지 않은 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 다음의 예들은 본 명세서의 추가적인 실시예들을 제공한다.

Claims

태양광 파워 인버터(solar power inverter)를 위한 캐비닛으로서,
상기 캐비닛의 가장 높은 지점에 배치된 후드(hood) - 상기 후드는 공기 흡입구(air inlet) 근처의 루버들(louvers)의 어레이 및 상기 공기 흡입구에 들어가는 유체를 상기 후드의 밖으로 운반하기 위한 상기 루버들 아래의 홈통(gutter)을 갖고, 상기 후드는 후드 공기 배출구(hood air outlet)를 가짐 -;
상기 후드의 아래에 있고 상기 후드 공기 배출구에 연결된 흡입 체임버(intake chamber) - 상기 흡입 체임버는 공기 필터, 공기 가압기(air pressurizer), 및 공기 충만실(air plenum)을 포함하고, 상기 공기 가압기는 공기가 상기 후드를 통하여 상기 흡입 체임버에 들어가고 상기 공기 필터를 통과하여 상기 공기 충만실 안으로 들어가게 하기 위해 상기 흡입 체임버 내에 공기 압력을 생성함 -;
상기 공기 충만실에 연결되고 상기 충만실과 제1 전환 포트(diversion port) 및 제2 전환 포트의 사이에 게이트를 갖는 전환 체임버(diversion chamber);
상기 제1 전환 포트에서 상기 공기 충만실에 연결된 제1 체임버(a first chamber) - 상기 제1 체임버는 DC 커패시터들, 제어 전자 회로(control electronics), 및 스위칭 트랜지스터들을 포함하고, 상기 제1 체임버는 제1 체임버 공기 배출구를 가짐 -;
상기 제1 체임버의 아래에 있고 상기 제1 체임버 공기 배출구에 연결된 제2 체임버(a second chamber) - 상기 제2 체임버는 스위치 기어(switch gear) 및 상기 태양광 파워 인버터를 위한 지원 전자 회로(support electronics)를 포함하고, 상기 제2 체임버는 상기 캐비닛의 기부(base) 근처에 상기 캐비닛의 밖으로 통하는 제1 캐비닛 공기 배출구를 가짐 -;
상기 제2 전환 포트에서 상기 공기 충만실에 연결된 제3 체임버 - 상기 제3 체임버는 상기 스위칭 트랜지스터들을 위한 열 싱크(heat sink)를 포함하고 제3 체임버 공기 배출구를 가짐 -; 및
상기 제3 체임버의 아래에 있고 상기 제3 체임버 공기 배출구에 연결된 제4 체임버 - 상기 제4 체임버는 변압기 및 인덕터를 포함하고, 상기 캐비닛의 밖으로 통하는 제2 캐비닛 공기 배출구를 가짐 - 를 포함하고,
상기 제1 체임버, 상기 제2 체임버, 상기 제3 체임버 및 상기 제4 체임버는 상기 제1 체임버와 상기 제2 체임버 사이에 및 상기 제3 체임버와 상기 제4 체임버 사이에 공기가 흐르는 것을 허용하는 개구들을 갖는 접지된 금속 벽들(grounded metal walls)을 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 캐비닛은 정면(front)을 갖고, 상기 캐비닛은 적어도 상기 제1 체임버에의 제1 액세스 패널(access panel) 및 상기 제2 체임버에의 제2 액세스 패널을 더 포함하고, 상기 제1 액세스 패널 및 상기 제2 액세스 패널은 상기 캐비닛의 상기 정면에 배치되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제2 체임버는 또한 AC/DC 접촉기들(contactors), 서지 억제(surge suppression) 하드웨어, 또는 분배 회로(distribution circuitry) 중 적어도 하나와 같은 지원 전자 회로(support electronics)를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제1 체임버는 파워 드라이브 전자 회로(power drive electronics)를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제3 체임버는 상기 스위칭 트랜지스터들로부터의 열을 수취하도록 구성된 열 싱크를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제5항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터들 및 상기 열 싱크는, 상기 스위칭 트랜지스터들은 상기 제1 체임버에 있고 상기 열 싱크는 상기 제3 체임버에 있으면서, 상기 제1 체임버와 상기 제2 체임버 사이의 경계를 브리징하는(bridges), 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제1 전환 포트 및 상기 제2 전환 포트 중 적어도 하나는 상기 전환 포트로부터 공기가 흐르는 것을 허용하는 복수의 개구들을 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제7항에 있어서, 상기 제1 전환 포트 내의 상기 복수의 개구들은 상기 제1 체임버 내의 컴포넌트들에 따라 배열되고, 상기 제2 전환 포트 내의 상기 복수의 개구들은 상기 제3 체임버 내의 컴포넌트들에 따라 배열되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 공기 가압기는 송풍기(fan)를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제9항에 있어서, 상기 송풍기는 반경류형 송풍기(radial fan), 축류형 송풍기(axial fan), 후곡형 임펠러(backwards curved impeller), 또는 원심형 송풍기(centrifugal blower) 중 적어도 하나를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 게이트는 상기 제1 전환 포트와 상기 제2 전환 포트 사이에 공기를 분배하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제11항에 있어서, 상기 제어 전자 회로는 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 체임버들 내의 컴포넌트들의 열 민감성에 적어도 부분적으로 기초한 우선 순위에 따라 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 공기를 분배하도록 구성되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 인덕터는 상기 변압기의 바로 위에 배치되고 커넥터에 의해 상기 변압기에 연결되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제1 체임버, 상기 제2 체임버, 상기 제3 체임버, 및 상기 제4 체임버는 교체 가능한 모듈들을 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 캐비닛은 태양광 패널(solar panel)로부터 DC 전류를 수신하고 상기 DC 전류를 AC 전류로 변환하도록 구성된 태양광 파워 인버터를 수납하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제1항에 있어서, 상기 제1 체임버, 상기 제2 체임버, 상기 제3 체임버, 및 상기 제4 체임버는, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 체임버들 내의 정체 공기 공간(dead air space)이 최소이도록 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 체임버들 내의 컴포넌트들의 가까이에 체임버 벽들을 갖는 치수로 만들어지는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛으로서,
공기 유도 시스템(air induction system); 및
공기 전환기(air diverter)를 포함하고,
상기 공기 유도 시스템은,
공기 흡입구;
공기 필터;
송풍기; 및
공기 충만실을 포함하고,
상기 송풍기는 공기가 상기 공기 흡입구에 들어가서, 상기 공기 필터를 통과하고, 상기 공기 충만실에 들어가서 상기 공기 충만실에 압력을 가하게 하고,
상기 공기 전환기는 공기를 상기 공기 충만실로부터 제1 공기 경로 및 제2 공기 경로로 전환(divert)하고,
상기 제1 공기 경로는 DC 커패시터들 및 제어 전자 회로를 포함하는 컴파트먼트(compartment)에 도달하고, 그 후 스위치 기어를 포함하는 컴파트먼트에 도달하고,
상기 제2 공기 경로는 열 싱크를 포함하는 컴파트먼트에 도달하고, 그 후 변압기들 및 인덕터들을 포함하는 컴파트먼트에 도달하고,
상기 공기 흡입구는 상기 캐비닛의 상부에 배치되고, 상기 제1 및 제2 공기 경로들은 상기 캐비닛의 기부를 향하여 일반적으로 아래쪽으로 연장하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제17항에 있어서, 상기 컴파트먼트들은 접지된 금속 벽들로 제작되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제17항에 있어서, DC 커패시터들 및 제어 전자 회로를 포함하는 상기 컴파트먼트 및 스위치 기어를 포함하는 상기 컴파트먼트는 상기 캐비닛의 정면에 배치되고 액세스 패널을 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제17항에 있어서, 상기 공기 흡입구는 부식, 바람에 날린 먼지와 비, 튀는 물(splashing water), 호스로 유도된 물(hose-directed water), 및 외부의 얼음 형성으로부터의 손상으로부터 보호하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제17항에 있어서, 후드는 적어도 5분 동안 10 피트 이상의 거리로부터 전달된 1 인치 노즐로부터의 적어도 분당 65 갤런의 물을 못 들어오게 하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제17항에 있어서, 상기 공기 전환기는 상기 제1 공기 경로로 및 상기 제2 공기 경로로 전달되는 공기의 양을 증가 또는 감소시킬 수 있는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제22항에 있어서, 상기 공기의 양은 상기 제어 전자 회로에서 실행하는 제어 루틴(control routine)에 따라 조절되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제23항에 있어서, 상기 제어 루틴은 상기 DC 커패시터들, 상기 제어 전자 회로, 상기 스위치 기어, 상기 변압기, 및 상기 인버터의 상대적인 열 민감성에 적어도 부분적으로 기초하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛으로서,
일련의 물결 모양의 루버들(corrugated louvers)을 포함하는 공기 흡입구 - 상기 루버들은, 상기 공기 흡입구에 들어가는 유체가 상기 루버들에 의해 붙잡혀 홈통(gutter) 안으로 및 상기 캐비닛의 밖으로 보내지도록, 상기 캐비닛의 한 측면을 향하여 경사짐 -;
공기를 상기 공기 흡입구 안으로 끌어당기고, 전환 체임버에 연결된 가압된 공기 충만실 안으로 끌어당기도록 배치된 송풍기 - 상기 전환 체임버는 공기가 분배되는 포트 및 상기 포트를 통해 공기를 분배하는 게이트를 구비하고, 상기 공기 충만실은 공기 흡입구의 아래에 배치되어 있음 - ;
상기 전환 체임버의 포트에 근접하여 배치된 제1 열 민감성을 갖는 복수의 인버터 컴포넌트들; 및
제2 열 민감성을 갖는 복수의 인버터 컴포넌트들 - 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 인버터 컴포넌트들은, 공기가 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들에 도달하기 전에 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 위로 지나가도록, 상기 공기 충만실과 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 사이에 배치됨 -
을 포함하고,
상기 제1 열 민감성은 상기 제2 열 민감성보다 높은, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제25항에 있어서, 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들은 스위칭 트랜지스터들, 열 싱크들, DC 커패시터들, 및 제어 전자 회로 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들은 스위치 기어, 인덕터들, 및 변압기들 중 적어도 하나를 포함하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제25항에 있어서, 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들은 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들을 포함하는 체임버와 독립되지만 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들을 포함하는 체임버와 유체로 통하는(in fluid communication with) 체임버에 포함되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제25항에 있어서, 상기 공기 충만실은 복수의 공기 경로들에 연결되고 상기 공기 충만실 내의 압력은 상기 충만실로부터의 공기가 상기 복수의 공기 경로들을 따라 이동하게 하고, 상기 공기 경로들 각각을 따라 이동하는 공기는 상기 제2 열 민감성을 갖는 컴포넌트들에 도달하기 전에 상기 제1 열 민감성을 갖는 컴포넌트들에 도달하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제28항에 있어서, 상기 공기 경로들은 일반적으로 상기 캐비닛의 상부로부터 상기 캐비닛의 기부로 연장하는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제25항에 있어서, 상기 흡입구는 상기 캐비닛의 가장 높은 지점 근처에 배치되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
제25항에 있어서, 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 및 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들은 체임버 벽들과 상기 컴포넌트들 사이의 정체 공기 공간이 최소가 되도록 상기 컴포넌트들보다 약간 더 큰 체임버들 내에 포함되는, 태양광 파워 인버터를 위한 캐비닛.
태양광 파워 인버터로서,
캐비닛; 및
태양광 파워 인버터를 포함하고,
상기 캐비닛은,
일련의 물결 모양의 루버들(corrugated louvers)을 포함하는 공기 흡입구 - 상기 루버들은, 상기 공기 흡입구에 들어가는 유체가 상기 루버들에 의해 붙잡혀 홈통(gutter) 안으로 및 상기 캐비닛의 밖으로 보내지도록, 상기 캐비닛의 한 측면을 향하여 경사짐 -;
공기를 상기 공기 흡입구 안으로 끌어당기고, 전환 체임버에 연결된 가압된 공기 충만실 안으로 끌어당기도록 배치된 송풍기 - 상기 전환 체임버는 공기가 분배되는 포트 및 상기 포트를 통해 공기를 분배하는 게이트를 구비하고, 상기 공기 충만실은 상기 공기 흡입구의 아래에 배치되어 있음 - ;
상기 전환 체임버의 포트에 근접하여 배치된 제1 열 민감성을 갖는 복수의 인버터 컴포넌트들; 및
제2 열 민감성을 갖는 복수의 인버터 컴포넌트들 - 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 인버터 컴포넌트들은, 공기가 낮은 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들에 도달하기 전에 상기 제1 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 위로 지나가도록, 상기 공기 충만실과 상기 제2 열 민감성을 갖는 상기 컴포넌트들 사이에 배치됨 - 을 포함하고,
상기 태양광 파워 인버터는 태양광 패널로부터 수신된 DC 전류를 AC 전류로 변환하도록 구성되고, 상기 태양광 파워 인버터는 상기 캐비닛 내에 수납되며, 상기 제1 열 민감성은 상기 제2 열 민감성보다 높은, 태양광 파워 인버터.