KR101473902B1 - Photo-voltaic power generation battery system and method for regulating the generation power - Google Patents

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박희성
양정환
박성우
윤석택
장진백
구자춘
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한국항공우주연구원
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Abstract

The present invention provides a photo-voltaic power generation battery system capable of regulating an amount of power generated from a solar power array by regulating voltage across output nodes of a solar cell array using a comparison result of current and voltage constituting power output from a solar power regulator and a method of regulating an amount of generation power, capable of regulating the amount of generation power using the photo-voltaic power generation battery system. In order to accomplish the technical object, the photo-voltaic power generation battery system according to the present invention includes: the solar cell array having a plurality of solar cells arranged therein to covert solar light into electrical energy; and the solar power regulator to transmit energy output from the solar cell array to the battery. The method of regulating the amount of the generation power includes a first voltage-current comparison step, a second voltage-current comparison step, and an operating region regulating step.

Description

태양광 발전 배터리 시스템 및 발전 전력량 조절 방법{Photo-voltaic power generation battery system and method for regulating the generation power} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photovoltaic power generation system,

본 발명은 태양광 발전 배터리 시스템에 관한 것으로, 특히, 태양전력 조절기로부터 출력되는 전력을 구성하는 전류 및 전압을 비교한 결과를 이용하여 태양전지 어레이의 출력노드의 전압을 조절함으로써, 태양전력 어레이로부터 생성되는 전력의 양을 조절할 수 있는 태양광 발전 배터리 시스템 및 상기 시스템을 이용한 발전 전력량 조절 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solar power generation battery system, and more particularly, to a solar power generation system in which a voltage of an output node of a solar cell array is adjusted by using a result of comparing current and voltage constituting power output from a solar power regulator, And more particularly, to a solar battery system capable of adjusting the amount of generated power and a method of controlling the amount of generated power using the system.

태양광 에너지를 전력원으로 사용하는 태양광 시스템에서는, 태양전력 조절기(solar power controller)를 이용한 최대전력점추적(Maximum Power Point Tracking, 이하 MPPT)기법을 사용하여 비선형적 특성을 갖는 태양전지 어레이(solar cell array)에서 최대한의 전력을 획득한다. MPPT 기법은 태양전지 어레이의 동작곡선에서 최대 전력을 생산하는 지점을 찾도록 하는 기법이다. 그러나, 태양광 시스템이 항상 최대한의 전력을 획득해야 하는 것은 아니고, 획득해야 하는 태양광 에너지의 양을 줄일 필요가 있는 경우도 있다. 특히, 배터리(Battery)를 부하로 갖는 태양광 시스템에서는 배터리의 과충전을 방지하기 위하여 정전압(Constant Voltage, 이하 CV) 제어가 필요하다. 또한, 태양전력 조절기의 용량을 고려하여 태양전지 어레이의 전력 생산을 감소해야 하는 시스템도 존재한다. In a photovoltaic system using solar energy as a power source, a solar cell array having a nonlinear characteristic using a maximum power point tracking (MPPT) technique using a solar power controller solar cell array). The MPPT technique is a technique for finding the point at which the maximum power is produced in the operation curve of the solar cell array. However, the solar system does not always have to acquire the maximum power, and it may be necessary to reduce the amount of solar energy to be acquired. Particularly, in a solar cell system having a battery as a load, a constant voltage (CV) control is required to prevent overcharge of the battery. There is also a system in which the power production of the solar cell array must be reduced in consideration of the capacity of the solar power regulator.

인공위성에서는 태양광-배터리로 이루어진 대표적인 전력시스템을 사용하는데, 태양전력 조절기는 태양전지 어레이에서 최대의 전력을 생성하기 위한 MPPT 모드와 배터리 충전을 위한 CV 모드를 적절하게 사용하여 태양전지 어레이의 전력 발생을 제어한다. 태양전지 어레이는 태양전지의 물리적 및 전기적 특성 상 온도가 낮을 때 최대 전력을 생산한다. 인공위성에서는 식구간(period of eclipse)에서 낮구간(period of daylight)으로 진입하는 동안 최대 전력이 생산된다. In a satellite, a typical power system consisting of a solar-battery is used. The solar power regulator appropriately uses the MPPT mode for generating the maximum power in the solar cell array and the CV mode for charging the battery, . Solar cell arrays produce maximum power when the temperature is low due to the physical and electrical characteristics of the solar cell. In satellites, maximum power is produced during entry into the period of daylight in the period of eclipse.

동작 순서를 본다면, 태양전지 어레이가 전력을 발생할 수 없는 식구간에서 태양을 지향하여 전력을 생산할 수 있는 낮구간으로 이동할 때 MPPT 모드로 동작하여 배터리를 충전시킨 후, 배터리가 만충전 전압에 도달하게 되면 CV 모드로 동작하게 된다. CV 모드에서는 배터리를 포함한 부하단의 전압을 일정하게 유지하기 위하여 태양전지 어레이의 동작영역을 후술할 전압영역으로 이동시킨다.
In the operation sequence, when the solar cell array moves to the low-period in which the solar array can produce power by directing toward the sun in an expressible period in which power can not be generated, the battery operates in MPPT mode to charge the battery, It will operate in CV mode. In the CV mode, the operation region of the solar cell array is moved to a voltage region to be described later in order to keep the voltage at the lower end including the battery constant.

도 1은 저궤도 인공위성에 장착된 태양전지 어레이의 온도 프로파일을 나타낸다. Figure 1 shows the temperature profile of a solar cell array mounted on a low-earth orbit satellite.

도 1을 참조하면, 저궤도 인공위성의 태양전지 어레이(미도시)는 궤도에 따라 다르긴 하지만, 매 궤도에서 영하 71℃에서 영상 66℃로 온도가 변하게 된다는 것을 알 수 있다. 특히, 온도가 급격히 변화하는 구간을 세부적으로 보면, 태양전지 어레이의 최저 온도는 영하 71℃인데 인공위성이 낮구간으로 진입 후 7분이 경과한 시점에서는 영상 20℃ 정도로 태양전지 어레이의 온도가 급격히 증가한다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 1, although the low-orbit satellite solar cell array (not shown) varies depending on the orbit, it can be seen that the temperature changes from minus 71 ° C. to image 66 ° C. in each orbit. In particular, when the temperature changes rapidly, the minimum temperature of the solar cell array is 71 ° C., and the temperature of the solar cell array rapidly increases at about 20 ° C. when the satellite enters the low- .

도 2는 태양전지 어레이의 온도별 전력-전압 곡선을 나타낸다. 2 shows a power-voltage curve for each temperature of the solar cell array.

도 2를 참조하면, 태양전기 배열기의 온도가 영상 20℃일 때(녹색 곡선)의 최대전력량(Power)은 태양전지 어레이의 출력전압이 70V일 때의 약 1660W(Watts)이고 온도가 영하 71℃일 때(붉은색 곡선)의 최대전력량은 태양전지 어레이의 출력전압이 약 90V일 때의 약 1950W된다는 것을 알 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 인공위성이 낮구간으로 진입 한 후 7분이 경과한 시점에서 생성되는 전력량은 최대 전력량의 85%가 된다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, when the temperature of the solar battery is 20 ° C (green curve), the maximum power is about 1660 W (Watts) when the output voltage of the solar cell array is 70 V, (Red curve) is about 1950W when the output voltage of the solar cell array is about 90V. Referring to FIGS. 1 and 2, it can be seen that the amount of power generated at the point in time when the satellite enters the low-level section and the time of 7 minutes has elapsed is 85% of the maximum power.

태양전력 조절기의 크기를 현실화하기 위하여, 최대 전력량이 생산되는 초기 구간에서의 생산 전력을 억제하기 위하여 일반적으로 DET(Direct Energy Transfer) 모드를 MPPT 모드에 추가하여 운용한다. 인공위성에서의 DET 모드 운영에 대한 필요성은 상술한 바와 같이 우주공간에 설치된 태양전지 어레이의 특성에서 기인한다.
In order to realize the size of the solar power regulator, the DET (Direct Energy Transfer) mode is generally added to the MPPT mode in order to suppress the production power in the initial section in which the maximum power is produced. The need for DET mode operation in satellites is due to the characteristics of solar cell arrays installed in space, as described above.

도 3은 태양전력 조절기의 시간에 따른 전력 변환 추이를 나타낸다. Figure 3 shows the power conversion trend of the solar power regulator over time.

도 3을 참조하면, 파란색 곡선은 태양전지 어레이가 최대로 발생할 수 있는 전력량이며, 붉은색 곡선은 초기 7분동안에는 DET(Direct Energy Transfer) 모드로 동작시키고, 나머지 구간에는 MPPT 모드로 동작시켰을 때의 전력량을 각각 나타낸다. Referring to FIG. 3, the blue curve indicates the maximum amount of power that can be generated in the solar cell array. The red curve indicates that the LED is operated in the DET (Direct Energy Transfer) mode for the initial 7 minutes and the MPPT mode Respectively.

파란색으로 표시된 곡선을 따라 동작하는 통상의 태양전력 조절기(Solar Power Regulator)의 경우, 출력 전압이 0V(Volts)로부터 시작하여 점차적으로 증가하는 초기의 일정시간에서 전력량이 최대값(1950W)을 가지게 되며, 이후 점차 감소하여 일정한 전력량(1500W) 이상 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 전력 변환 추이에 맞추어 설계되어야 하는 태양전력 조절기의 용량은 최대 출력 전력이 클 수록 크게 되는데, 용량이 커질 수록 태양전력 조절기의 생산에 필요한 비용 및 크기가 증가하게 되는 단점이 있다. In the case of a conventional solar power regulator operating along a curve marked in blue, the amount of power has a maximum value (1950 W) in an initial period of time in which the output voltage gradually increases from 0 V (Volts) , Then it gradually decreases and it can be confirmed that no more than a certain amount of electric power (1500 W) is generated. The capacity of the solar regulator to be designed according to the power conversion trend is increased as the maximum output power is increased. However, as the capacity increases, the cost and size required for production of the solar power regulator increase.

이러한 태양전지 어레이의 전력 생성 특성을 고려할 때, 초기 전력을 줄일 수 있다면 태양전력 조절기의 용량을 감소시켜 설계할 수 있을 것이다. 예를 들면 초기 7분 동안에는 태양전지 어레이에서 생성되는 전력을 억제함으로써, 태양전력 조절기의 용량을 설계할 때 피크(Peak)로 표시된 최대 전력량(1950W)을 고려하는 것이 아니고 포화된 전력량(15000W)를 고려하자는 것이다.
Considering the power generation characteristics of such a solar cell array, if the initial power can be reduced, the capacity of the solar power regulator can be reduced and designed. For example, by suppressing the power generated in a solar cell array during the initial 7 minutes, it is not necessary to consider the peak power (1950 W), which is indicated by the peak when designing the capacity of the solar power regulator, Consider it.

도 4는 태양전지 어레이의 전류-전압 및 전력-전압 곡선을 나타낸다. Figure 4 shows the current-voltage and power-voltage curves of a solar cell array.

도 4를 참조하면, 녹색 곡선은 전류-전압 곡선을, 붉은색 곡선은 전력-전압 곡선을 각각 나타낸다. 붉은색 곡선으로 도시된 전력-전압 곡선을 참조하면, 태양전지 어레이의 출력전압이 증가하더라고 생성되는 전력의 양이 감소하기 시작하는 지점(수직 점선)을 기준으로, 일정한 전력을 생산하는 왼쪽 구간은 전류영역(Current Area) 그리고 전력이 급격하게 감소하는 오른쪽 구간은 전압구간(Voltage Area)라고 가정하고 설명한다. 녹색 곡선으로 도시된 전류-전압 곡선의 경우에도 상기 지점에서는 전압이 증가하더라고 전류가 감소한다는 것을 알 수 있다. 태양전지 어레이는 도 4에 도시된 곡선의 한 점에서 동작하게 되며, 상술한 바와 같이, 이 곡선은 태양전지의 일사량과 온도에 따라 전체적으로 변하게 된다.
Referring to FIG. 4, a green curve represents a current-voltage curve, and a red curve represents a power-voltage curve. Referring to the power-voltage curve shown by the red curve, based on the point (vertical dotted line) at which the amount of generated power begins to decrease even though the output voltage of the solar cell array increases, the left- The current area and the right side where the power is abruptly reduced are assumed to be a voltage area. It can be seen that even in the case of the current-voltage curve shown by the green curve, the current decreases even though the voltage increases at this point. The solar cell array operates at a point of the curve shown in FIG. 4, and as described above, the curve changes as a whole depending on the solar radiation amount and the temperature of the solar cell.

태양광 발전 배터리 시스템에서 태양전력 조절기는 태양전지 어레이의 전력 생성을 조절하여 버스에 전력을 제공한다. 일반적인 시스템에서 태양전력 조절기는 배터리의 전압이 만충전 전압에 도달하기 전까지는 최대의 전력을 생성하는 MPPT 모드로 동작하며, 이후 배터리의 미세 충전을 위한 정전압(Constant Voltage, CV) 모드로 동작한다. In photovoltaic battery systems, the solar power regulator regulates the generation of power in the solar array to provide power to the bus. In a typical system, the solar regulator operates in MPPT mode, which generates the maximum power until the battery voltage reaches full charge voltage, and then operates in Constant Voltage (CV) mode for fine battery charging.

기존에 사용되는 DET 방식의 경우, 태양전지 어레이의 동작 전압을 태양전지 어레이와 연결된 버스(Bus) 전압과 같도록, 즉 태양전지 어레이는 전류 제어 영역에 존재하도록 태양전력 조절기를 항상 턴 온(Turn On) 상태로 설정하게 되는데, 이 때 변환되는 전력은 태양전지 어레이가 생성할 수 있는 용량에 비하여 현저히 적게 된다. In the case of the conventional DET system, when the operating voltage of the solar cell array is equal to the bus voltage connected to the solar cell array, that is, the solar cell array is always turned on On state. In this case, the converted power is significantly lower than the capacity that can be generated by the solar cell array.

특히, DET 모드를 수행한 후에는, MPPT 모드로 전환해야 하는데, 임의의 시간을 정하여 전환하거나 태양전지 어레이의 온도 정보를 이용하여 전환하는 방식을 사용한다. 임의의 시간을 정하여 MPPT로 전환하는 방식은, 태양전력 조절기를 소프트웨어(software)적으로 제어하는 방식인데, 하드웨어적(hardware)으로의 제어도 가능하기는 하지만, 시간을 엄격하게 조정하는 것은 설계 상 쉽지 않으며 인공위성의 수명에 따라 시간을 조절하는 것은 불가능 하다. 태양전지 어레이의 온도 정보를 이용하는 방식은, 온도센서의 신뢰성에 많은 영향을 받는다. 인공위성에서 사용되는 온도센서는 태양전지 어레이에 부착되어 있는데, 태양전지 어레이와 마찬가지로 우주 환경에 직접적으로 노출되어 급격한 온도변화를 감당하여야 하므로 신뢰성이 좋지 않으며, 기존의 저궤도 인공위성에서 온도 센서의 오동작이 다수 보고 된바 있다. [태양전력조절기의 DET특성 해석; 박성우, 장진백, 박희성, 유승희. 한국항공우주연구원 & 한국항공우주산업, 한국항공우주학회 2009년 추계학술대회 논문집, 1078~2081; 2009년 11월]In particular, after performing the DET mode, it is necessary to switch to the MPPT mode, and the system is switched by setting a certain time or using the temperature information of the solar cell array. The method of switching to MPPT by setting a certain time is software control of the solar power regulator. Although it is possible to control it by hardware, strictly adjusting the time is a design It is not easy and it is impossible to control the time according to the life of the satellite. The method of using the temperature information of the solar cell array is greatly influenced by the reliability of the temperature sensor. Temperature sensors used in satellites are attached to solar cell arrays. As they are directly exposed to space environment like solar cell arrays, they have to cope with sudden temperature changes, which makes them unreliable. Also, there is a lot of malfunctions of temperature sensors in existing low orbit satellites. It has been reported. [DET Characteristic Analysis of Solar Power Regulator; Park, Sung Woo, Jang Jin Baek, Park Hee Sung, Yoo Seung Hee. Korea Aerospace Research Institute & Korea Aerospace Industries, Korea Aerospace Society 2009 Fall Conference, 1078 ~ 2081; November 2009]

상기와 같은 이유로, 두 가지 방식 모두 태양전지 어레이나 태양전력 조절기의 전력 용량을 직접적으로 이용하지 않으므로 최적화된 설계가 아니다.
For both of these reasons, both approaches are not optimized designs because they do not directly use the power capacity of a solar array or solar power regulator.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 태양전력 조절기로부터 출력되는 전력을 구성하는 전류 및 전압을 비교한 결과를 이용하여 태양전지 어레이의 출력노드의 전압을 조절함으로써, 태양전력 어레이로부터 생성되는 전력의 양을 조절할 수 있는 태양광발전 배터리 시스템을 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling a voltage of an output node of a solar cell array using a result of comparing a current and a voltage constituting power output from a solar power regulator, And to provide a photovoltaic battery system capable of controlling the amount of electricity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 태양광발전 배터리 시스템을 이용하여 발전 전력량을 조절할 수 있는 발전 전력량 조절 방법을 제공하는 것에 있다.
It is another object of the present invention to provide a method for controlling the amount of generated power by using the solar battery system.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 배터리 시스템은, 복수의 태양전지가 배열되어 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지 어레이, 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 에너지를 배터리로 전송하는 태양전력 조절기를 구비하며, 태양전력 조절기는, 상기 태양전지 어레이로부터 인가되는 인가전류, 인가전압 및 전력제어신호를 수신하여 PWM 형식의 듀티제어신호를 생성하는 MPPT 제어부, 상기 듀티제어신호에 응답하여 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 상기 인가전류 및 상기 인가전압을 스위칭하고, 스위칭된 인가전류 및 인가전압을 변환하여 조절전력을 생성하는 버크 컨버터 및 상기 조절전력을 구성하는 조절전류 및 조절전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 정전력제어부를 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a photovoltaic battery system including a solar cell array in which a plurality of solar cells are arranged to convert sunlight into electric energy, And a solar power regulator, wherein the solar power regulator includes: an MPPT control unit for receiving an applied current, an applied voltage, and a power control signal applied from the solar cell array to generate a PWM type duty control signal; A buck converter for switching the applied current and the applied voltage output from the solar cell array, converting the applied current and the applied voltage to generate regulated power, and comparing the regulated current and the regulated voltage constituting the regulated power And an electrostatic power control unit for generating the power control signal.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전 전력량 조절 방법은, 제5항에 기재된 태양광 발전 배터리 시스템을 이용하여 발전되는 전력량을 조절할 수 있는 발전 전력량 조절 방법으로써, 상기 버크 컨버터로부터 출력되는 상기 조절전력을 구성하는 조절전류 및 조절전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 제1 전압-전류 비교단계, 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 상기 인가전력을 구성하는 현재의 인가전류와 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전류 그리고 현재의 인가전압과 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전압을 각각 비교하고 상기 2개의 비교결과와 상기 전력제어신호를 이용하여 상기 듀티제어신호를 생성하는 제2 전압-전류 비교단계, 상기 듀티제어신호에 응답하여 상기 태양광 발전 배터리 시스템이 전류영역 및 전압영역 사이에서 동작하도록 하는 동작영역 조절단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling the amount of power generated by using the photovoltaic battery system according to the fifth aspect of the present invention, A first voltage-current comparison step of comparing the regulated current and the regulated voltage constituting the regulated power to generate the power control signal; a first voltage-current comparison step of comparing the current applied current and the one- A second voltage-current comparator that compares the previously applied current, the current applied voltage, and the applied voltage applied prior to the one sampling time, and generates the duty control signal using the two comparison results and the power control signal, Comparing the duty cycle control signal with the duty cycle control signal, And a control step of the operating region for operation between the station and the voltage region.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템 및 조절 방법은 태양전지 어레이로부터 출력되는 전압과 전류 그리고 생성되는 전압과 전류를 비교하고 그 결과에 따라 태양광발전 배터리 시스템의 동작영역을 전류영역과 전압영역으로 구분할 수 있으므로, 종래에 DET 방식을 사용함으로써 생산량이 최소로 되는 시간 구간에서 보다 많은 전력을 안정적으로 변환시킬 수 있다는 장점이 있다.
As described above, the system and the adjustment method according to the present invention compare the voltage and current output from the solar cell array and the generated voltage and current, and determine the operation region of the photovoltaic battery system as a current region and a voltage region It is possible to stably convert more power in a time period in which the production amount is minimized by using the DET system in the past.

도 1은 저궤도 인공위성에 장착된 태양전지 어레이의 온도 프로파일을 나타낸다.
도 2는 태양전지 어레이의 온도별 전력-전압 곡선을 나타낸다.
도 3은 태양전력 조절기의 시간에 따른 전력 변환 추이를 나타낸다.
도 4는 태양전지 어레이의 전류-전압 및 전력-전압 곡선을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전 배터리 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전력 조절기의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 7은 MPPT 제어부의 블록 다이어그램이다.
도 8은 버크 컨버터의 회로도이다.
도 9는 정전력제어부의 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제어기법을 이용한 구현한 전력 변환 곡선을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 동작을 확인하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. Figure 1 shows the temperature profile of a solar cell array mounted on a low-earth orbit satellite.
2 shows a power-voltage curve for each temperature of the solar cell array.
Figure 3 shows the power conversion trend of the solar power regulator over time.
Figure 4 shows the current-voltage and power-voltage curves of a solar cell array.
5 shows a solar battery system according to the present invention.
Figure 6 shows a block diagram of a solar power regulator according to the present invention.
7 is a block diagram of the MPPT control unit.
8 is a circuit diagram of the buck converter.
9 is a circuit diagram of the constant power control section.
10 shows a power conversion curve implemented using the control technique of the present invention.
11 is a computer simulation result for confirming the operation of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which are provided for explaining exemplary embodiments of the present invention, and the contents of the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

MPPT 모드 및 CV 모드로 동작하는 본 발명에 따른 태양광발전 배터리 시스템은, MPPT 모드로 동작하는 일정한 구간 중 최대전력량을 초과하는 전력을 생성하는 구간에서는 태양광 발전 배터리 시스템이 전류영역이 아닌 전압영역에서 동작하도록 하여 생성되는 전력을 조절할 수 있도록 한다.
In the photovoltaic battery system according to the present invention operating in the MPPT mode and the CV mode, in a period in which a power exceeding the maximum power amount is generated in a certain section operating in the MPPT mode, So that the generated power can be adjusted.

도 5는 본 발명에 따른 태양광발전 배터리 시스템을 나타낸다. 5 shows a solar battery system according to the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전 배터리 시스템(500)은 태양전지 어레이(510), 태양전력 조절기(520) 및 배터리(530)로 구성된다. Referring to FIG. 5, a solar battery system 500 according to the present invention includes a solar cell array 510, a solar power controller 520, and a battery 530.

태양전력 조절기(520)는 태양전지 어레이(510)의 출력전압이 배터리(530)의 전압 보다 낮으면 전압을 부스트 타입(boost type)으로 승압시키며, 높을 경우에는 버크 타입으로 강압시킨다. 태양전력 조절기(520)에서 공급되는 전력은 배터리(520) 이외에도 제1부하(540-1)에 동시에 제공되는 실시 예 및 제2조절기(520-5)를 이용하여 태양전력 조절기(520)로부터 출력되는 전력을 조절하여 제2부하(540-2)에 공급하는 실시 예도 가능하다.
The solar power regulator 520 boosts the voltage to a boost type when the output voltage of the solar cell array 510 is lower than the voltage of the battery 530 and to the boost type when the output voltage of the solar cell array 510 is high. The power supplied from the solar power regulator 520 is supplied simultaneously to the first load 540-1 in addition to the battery 520 and the output from the solar power regulator 520 using the second regulator 520-5 The power to be supplied to the second load 540-2 is adjusted.

도 6은 본 발명에 따른 태양전력 조절기의 블록 다이어그램을 나타낸다. Figure 6 shows a block diagram of a solar power regulator according to the present invention.

도 7은 MPPT 제어부의 블록 다이어그램이다. 7 is a block diagram of the MPPT control unit.

도 8은 버크 컨버터의 회로도이다. 8 is a circuit diagram of the buck converter.

도 9는 정전력제어부의 회로도이다. 9 is a circuit diagram of the constant power control section.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전력 조절기(520)는, MPPT 제어부(610), 버크 컨버터(620) 및 정전력제어부(630)으로 구성된다. 6, the solar power regulator 520 according to the present invention includes an MPPT control unit 610, a buck converter 620, and an electrostatic power control unit 630.

MPPT 제어부(610)는 태양전지 어레이(510)로부터 출력되는 인가전력을 구성하는 인가전류(I_IN)와 인가전압(V_IN) 그리고 전력제어신호(CON_I)를 수신하여 PWM(Pulse Width Modulation) 형식의 듀티제어신호(CNON_P)를 생성한다. 버크 컨버터(620)는 MPPT 제어부(610)에서 생성된 듀티제어신호(CON_P)에 응답하여 태양전지 어레이(510)로부터 출력되는 전류(I_IN) 및 전압(V_IN)을 스위칭하고, 스위칭된 인가전류(I_IN) 및 인가전압(V_IN)을 변환(Converting)하여 조절전력(O_Power)을 생성한다. 정전력제어부(630)는 버크 컨버터(620)로부터 출력되는 조절전력(O_Power)을 구성하는 조절전류(I_OUT) 및 조절전압(V_OUT)을 비교하여 전력제어신호(CON_I)를 생성한다. MPPT control unit 610 (Pulse Width Modulation) to receive the solar cell array 510 is a current (I_ IN) constituting the applied electric power output from the applied voltage (V_ IN) and the power control signal (CON_ I) PWM and it generates a duty control signal (CNON_ P) of the form. The switching of the buck converter 620 is MPPT control unit 610 the current (I_ IN) and voltage (V_ IN) is output in response to the duty control signal (CON_ P) generated by from the solar cell array 510, a switching applied current (I_ iN) and applied voltage (V_ iN) for converting (converting) to generate a power control (O_ power). Electrostatic control unit 630 compares the control current (I_ OUT) and the control voltage (V_ OUT) constituting the control power (O_ Power) which is output from buck converter 620 generates a power control signal (CON_ I) .

이하에서는 도 7내지 도 9를 참조하여 MPPT 제어부(610), 버크 컨버터(620) 및 정전력제어부(630)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the MPPT control unit 610, the buck converter 620, and the constant power control unit 630 will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 9. FIG.

도 7을 참조하면, MPPT 제어부(610)는 인가전압비교기(611), 인가전류비교기(612), 샘플/홀드 회로(613), 플립플롭회로(614), PWM신호 생성기(615) 및 클럭생성기(616)를 구비한다. 7, the MPPT control unit 610 includes an applied voltage comparator 611, an applied current comparator 612, a sample / hold circuit 613, a flip-flop circuit 614, a PWM signal generator 615, (616).

인가전압비교기(611)는 샘플/홀드 회로(613)로부터 출력되는 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 반전시킨 신호를 이용하여 샘플링한 과거의 인가전압(V_IN)과 현재의 인가전압(V_IN)을 비교하고, 비교결과와 정전력제어부(630)로부터 전달된 전력제어신호(CON_I)를 논리합(ORing)한 전압비교결과(V_COM)를 생성한다. 인가전류비교기(612)는 샘플/홀드 회로(613)로부터 출력되는 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 이용하여 샘플링한 과거의 인가전류(I_IN)과 현재의 인가전류(I_IN)를 비교하여 얻은 전류비교결과(I_COM)를 생성한다. 인가전압비교기(611)와 인가전류비교기(612) 중 하나의 비교기는 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 그대로 사용하지만, 나머지 하나는 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 반전시킨 신호를 사용한다. 인가전압비교기(611)의 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 수신하는 단자에 조그만 원이 도시되어 있으므로, 인가전압비교기(611)가 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 반전시킨 신호를 사용한다는 것을 알 수 있다. Applying the voltage comparator 611 is the sample / hold circuit 613 sample / hold control signal using a signal obtained by inverting the (S / H) is applied with the applied voltage (V_ IN) of the sample past the current voltage outputted from the ( comparing V_ IN), and compares the power control signal (CON_ I) delivered from the result and the constant power control section 630 generates the logical sum (ORing), a voltage comparison result (V_ COM). Applied current comparator 612 is the sample / hold circuit 613 sample / hold control signal is of a sampling using the (S / H) exchange current (I_ IN) and the current applied current (I_ IN) is output from the comparison and generates a current comparison results (I_ COM). The comparator of one of the applied voltage comparator 611 and the applied current comparator 612 uses the sample / hold control signal S / H as it is, while the other uses the sample / hold control signal S / Lt; / RTI > Since the small voltage source is connected to the terminal receiving the sample / hold control signal S / H of the applied voltage comparator 611, the applied voltage comparator 611 outputs a signal obtained by inverting the sample / hold control signal S / Is used.

플립플롭회로(614)는 전압비교결과(V_COM) 및 전류비교결과(I_COM)에 대응하는 논리 값을 생성하여 저장한다. 샘플/홀드 회로(613)는 플립플롭회로(614)로부터 출력되는 논리 값에 응답하여 샘플/홀드 제어신호(S/H)를 생성한다. PWM신호 생성기(615)는 플립플롭회로(614)로부터 출력되는 논리 값의 크기를 조정한 후 클럭생성기(616)로부터 출력되는 클럭신호에 따라 결정된 듀티(Duty) 값을 가지는 PWM 형식의 듀티제어신호(CON_P)를 생성한다.
The flip-flop circuit 614 are stored to generate a logical value corresponding to the voltage comparison result (V_ COM), and the current comparison result (I_ COM). The sample / hold circuit 613 generates the sample / hold control signal S / H in response to the logic value output from the flip-flop circuit 614. [ The PWM signal generator 615 adjusts the magnitude of the logic value output from the flip-flop circuit 614 and then outputs the PWM type duty control signal having a duty value determined in accordance with the clock signal output from the clock generator 616, generates (CON_ P).

도 8을 참조하면, 버크 컨버터(620)는 스위치(SW), 다이오드(D), 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 구비한다. 본 발명에서 사용하는 버크 컨버터(Buck converter)는 다양한 구성을 가지도록 설계할 수 있지만, 설명의 편의를 위해 여기서는 2개의 입력포트(input port) 및 2개의 출력포트(output port)를 가지는 비교적 간단한 버크 컨버터를 예를 들어 설명한다. 이하에서는 2개의 입력포트는 제3노드(N3) 및 제4노드(N4)로, 2개의 출력포트는 제5노드(N5) 및 제6노드(N6)로 각각 가정하고 설명한다. Referring to FIG. 8, the buck converter 620 includes a switch SW, a diode D, an inductor L, and a capacitor C. Although the buck converter used in the present invention can be designed to have various configurations, for convenience of explanation, a relatively simple buck converter having two input ports and two output ports, The converter will be described as an example. Hereinafter, the two input ports are assumed to be the third node N3 and the fourth node N4, and the two output ports are assumed to be the fifth node N5 and the sixth node N6, respectively.

스위치(SW)는 듀티제어신호(CON_P)에 응답하여 일 단자 즉 제3노드(N3)에 연결된 태양전지 어레이(510)의 제1노드(N1)를 다른 일 단자로 스위칭한다. 태양전지 어레이(510)는 2개의 출력노드(N1, N2)를 가지는데, 2개의 출력노드(N1, N2) 사이의 전압이 인가전압(V_IN)이며 제1노드(N1)로부터 출력되는 전류가 인가전류(I_IN)가 된다. 다이오드(D)는 일 단자가 제2노드(N2)에 연결되고 다른 일 단자는 스위치(SW)의 다른 일 단자에 연결된다. 인덕터(L)는 일 단자가 스위치(SW)의 다른 일 단자에 연결되고, 다른 일 단자는 출력노드인 제5노드(N5)에 연결된다. 커패시터(C)는 일 단자가 제2노드(N2)에 연결되고 다른 일 단자가 제5노드(N5)에 연결된다. 제5노드(N5)로부터 출력되는 것은 조절전류(I_OUT)가 되며 제5노드(N5) 및 제6노드(N6) 사이의 전압차가 조절전압(V_OUT)이 된다. 조절전력(O_Power)은 조절전류(I_OUT) 및 조절전압(V_OUT)의 곱에 비례하는 값이다. Switch (SW) switches the first node (N1) of the duty control signal solar cell array 510 is connected to one terminal that is the third node (N3) in response to (CON_ P) to the other terminal. Solar cell array 510 and the two output nodes (N1, N2) the branches I, the two output nodes is the applied voltage (V_ IN) voltage between the (N1, N2), a current output from the first node (N1) is applied is a current (IN I_). The diode D has one terminal connected to the second node N2 and the other terminal connected to the other terminal of the switch SW. One terminal of the inductor L is connected to the other terminal of the switch SW, and the other terminal is connected to the fifth node N5 which is the output node. The capacitor C has one terminal connected to the second node N2 and the other terminal connected to the fifth node N5. The fifth node is a control current (I_ OUT) output from (N5) and is a voltage difference between control voltage (V_ OUT) between the fifth node (N5) and a sixth node (N6). Power control (O_ Power) is a value proportional to the product of the control current (I_ OUT) and the control voltage (V_ OUT).

도 6을 참조하면, 제2노드(N2), 제4노드(N4) 및 제6노드(N6)는 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기의 설명에서는 3개의 노드를 혼용하여 사용하였지만, 이해하는데 문제는 발생하지 않을 것이다.
Referring to FIG. 6, it can be seen that the second node N2, the fourth node N4, and the sixth node N6 are the same. Therefore, in the above description, although three nodes are used in combination, there is no problem in understanding.

도 9를 참조하면, 정전력제어부(630)는 비교기(631), 증폭회로(632), 전류-전압 변환기(633) 및 전압분할회로(634)를 포함한다. 9, the constant power control unit 630 includes a comparator 631, an amplifying circuit 632, a current-voltage converter 633, and a voltage dividing circuit 634. The constant-

전압분할회로(634)는 조절전압(V_OUT)의 크기를 일정한 비율로 분할시킨 분할전압을 생성한다. 가장 간단한 전압분할회로는 직렬로 연결된 2개의 저항성분(Z1, Z2)을 이용하는 것이고, 이들의 구성 및 동작에 대해서는 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다. The voltage divider circuit 634 generates a divided voltage obtained by dividing the magnitude of the regulated voltage V OUT by a predetermined ratio. The simplest voltage divider circuit uses two resistance components (Z 1 , Z 2 ) connected in series, and their configuration and operation are generally known, and thus a detailed description thereof will be omitted here.

증폭회로(632)는 전압분할회로(634)에서 분할된 분할전압을 일정한 비율로 증폭한다. 가장 간단한 증폭회로로는 하나의 증폭기(632-1), 하나의 입력 저항성분(Zi) 및 하나의 피드백 저항성분(Zf)을 이용하는 것이다. 예를 들면, 일 단자에 전압분할회로(634)로부터 출력되는 분할전압이 인가되고 다른 일 단자는 증폭기(632-1)의 네거티브 입력단자(-)에 연결된 입력저항성분(Zi) 및 일 단자가 증폭기(632-1)의 네거티브 입력단자(-)에 연결되고 다른 일 단자가 증폭기(632-1)의 출력단자에 연결된 피드백 저항성분(Zf)을 이용하여 가장 간단한 증폭회로를 구성할 수 있다. 증폭기(632-1)의 포지티브 입력단자(+)에 오프셋 전압(V_off)을 인가한다. 상기 증폭회로(632)의 동작에 대해서는 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다. The amplifying circuit 632 amplifies the divided voltage divided by the voltage dividing circuit 634 at a constant rate. The simplest amplification circuit is one using an amplifier 632-1, one input resistance component Z i , and one feedback resistance component Z f . For example, the divided voltage outputted from the voltage dividing circuit 634 is applied to one terminal, and the other terminal is connected to the input resistance component Z i connected to the negative input terminal (-) of the amplifier 632-1, (Z f ) connected to the negative input terminal (-) of the amplifier 632 - 1 and the other terminal is connected to the output terminal of the amplifier 632 - 1. have. It applies the offset voltage (V_ off) to the positive input terminal (+) of amplifier (632-1). Since the operation of the amplifier circuit 632 is generally known, a detailed description thereof will be omitted here.

전류-전압 변환기(633)는 조절전류(I_OUT)를 대응되는 전압으로 변환한다. The current-voltage converter 633 converts the voltage corresponding to the adjustment current (I_ OUT).

비교기(631)는 증폭회로(632)의 출력전압과 전류-전압 변환기(633)의 출력전압을 비교하여 전력제어신호(CON_I)를 생성한다.
The comparator 631 is an amplifier circuit 632, the output voltage and current-to generate a power control signal (CON_ I) compares the output voltage of the voltage converter (633).

이하에서는 도 6 내지 도 9에 도시된 본 발명에 따른 태양전력 조절기(520)의 동작에 대해서 설명한다. Hereinafter, the operation of the solar power regulator 520 according to the present invention shown in Figs. 6 to 9 will be described.

MPPT 제어부(610)를 구성하는 요소들 중 전류를 처리하는 인가전류비교기(612)에서는, 현재의 인가전류 값과 샘플링 된 과거의 인가전류의 비례 값을 비교하여 현재의 인가전류 값이 클 경우 듀티제어신호(CNON_P)의 듀티를 감소시켜 버크 컨버터(620)에서 태양전지 어레이(510)의 출력전압의 크기를 증가시킬 것을 지시하는 전류비교결과(I_COM)를 생성한다. In the applied current comparator 612 for processing the current among the elements constituting the MPPT controller 610, the current applied value is compared with the proportional value of the past applied applied current. If the present applied current value is large, It generates a control signal current comparison result indicating that increase the output voltage of the solar cell array 510 in the buck converter 620 decreases the duty ratio (I_ COM) of (CNON_ P).

듀티제어신호(CNON_P)는 버크 컨버터(620)에 포함되어 태양전지 어레이(510)의 출력을 스위칭하는 스위치(SW)를 제어하는데, 듀티가 클수록 즉 한 주기 동안 스위치(SW)가 턴 온 된 상태가 길 수록 태양전지 어레이(510)의 출력전압의 크기가 감소되고, 반대로 듀티가 작아 질수록 경우 태양전지 어레이(510)의 출력전압은 상승된다. 실시 예에 따라서는 듀티에 대한 설명과는 반대되는 경우도 실현 가능하다. Duty control signal (CNON_ P) is a buck converter is included in the 620 to control the switch for switching the output of the solar cell array (510) (SW), the larger the duty that is the switch (SW) for a period that the turn-on The longer the state, the smaller the output voltage of the solar cell array 510, and conversely, the smaller the duty, the higher the output voltage of the solar cell array 510 is. But it is also possible to implement the case where the duty is opposite to the description according to the embodiment.

MPPT 제어부(610)를 구성하는 요소들 중 전압을 처리하는 인가전압비교기(611)는 현재의 인가전압 값과 샘플링 된 과거의 인가전압의 비례 값을 비교하여 현재의 인가전압 값이 클 경우 듀티제어신호(CNON_P)의 듀티를 증가시켜 버크 컨버터(620)에서 태양전지 어레이(510)의 출력전압의 크기를 감소시킬 것을 지시하는 전압비교결과(V_COM)를 생성한다. 인가전류비교기(612)는 현재의 인가전류 값과 샘플링 된 과거의 인가전류의 비례 값을 비교하여 현재의 인가전류 값이 클 경우 듀티제어신호(CON_P)의 듀티를 감소시켜 버크 컨버터(620)에서 태양전지 어레이(510)의 출력전압의 크기를 증가시킬 것을 지시하는 전류비교결과(I_COM)를 생성한다. 여기서, 인가전류비교기(612) 및 인가전압비교기(611)의 동작은 샘플/홀드 제어신호(S/H) 및 샘플/홀드 제어신호(S/H)의 반전신호에 각각 응답하여 동작하므로, 서로 동시에 동작하는 경우는 없고 언제가 한쪽 비교기만 동작한다. The applied voltage comparator 611, which processes the voltage among the elements constituting the MPPT controller 610, compares the current applied voltage value with the sampled past applied voltage, It generates a signal by increasing the duty buck converter 620, a voltage comparison result (V_ COM) for instructing to decrease the output voltage of the solar cell array 510 in the (CNON_ P). Applied current comparator 612 reduces the duty ratio of current applied to the current value and applied to the sampled past comparing the proportional value of the current when the greater the current applied to current duty control signal (CON_ P) buck converter 620 in the comparison and generates an output current indicative of the voltage to increase the size of the solar cell array 510, a result (I_ COM). Here, the operations of the applied current comparator 612 and the applied voltage comparator 611 operate in response to the inverted signals of the sample / hold control signal S / H and the sample / hold control signal S / H, At the same time, only one of the comparators operates.

정전력제어부(630)에서는 실시간 취득되는 조절전류(I_OUT)와 조절전압(V_OUT)을 비교한다. 조절전력은 조절전류(I_OUT)와 조절전압(V_OUT)의 곱에 비례하게 되며, 조절전력은 일정한 크기가 되므로 실제로는 조절전류(I_OUT)와 조절전압(V_OUT)의 반례값을 비교하게 된다.
In the electrostatic control unit 630 compares the control current (I_ OUT) the regulated voltage (V_ OUT) with real-time acquisition. Control power is proportional to the product of the control current (I_ OUT) the regulated voltage (V_ OUT), adjust power so that a predetermined size in fact compares the counter example the value of the control current (I_ OUT) the regulated voltage (V_ OUT) .

설명의 편의를 위해 제어하고자 하는 정전력 값을 1800W라고 가정하고, 배터리를 포함한 전압을 42V~52.5V로 가정한다. For convenience of explanation, it is assumed that the constant power value to be controlled is 1800 W, and the voltage including the battery is assumed to be 42V to 52.5V.

52.5V가 배터리의 만충전(fully charged) 전압이면, 태양전력 조절기(520)의 출력 전류가 34.3A인 시점에서 스위치(SW)의 개폐를 결정하는 듀티제어신호(CNON_P)의 듀티를 감소시키도록 하여 태양전지 어레이(510)로부터 생성되는 전압을 높이도록 하여 생성되는 전력을 감소시키도록 한다. 52.5V to decrease the duty ratio of a duty control signal (CNON_ P) for determining the opening and closing of the voltage is the maximum charge (fully charged) battery, solar power regulator switch (SW) at a time point the output current of 34.3A 520 Thereby increasing the voltage generated from the solar cell array 510 and reducing the power generated.

버스가 운영되는 최저전압, 즉 배터리가 방전되어 최저 전압(42V)이 될 때는 전류가 약 42.9A이 되는 시점에서 듀티제어신호(CNON_P)의 듀티 비를 감소시킴으로써, 태양전지 어레이(510)로부터 생성되는 전력을 감소시키도록 한다.
From the minimum voltage by which the bus is operating, that is, the battery is discharged, reducing the duty ratio of the duty control signal (CNON_ P) at the time when a current of about 42.9A when it is the lowest voltage (42V), the solar cell array 510 Thereby reducing the generated power.

정전력제어부(630)에서 조절전압(V_OUT)이 반전 증폭되며 전압으로 변환된 조절전류(I_OUT)와 비교기(631)에서 비교된다. 조절전압(V_OUT)의 전압준위가 조절전류(I_OUT) 가 변환된 변환전압의 전압준위에 비해 낮을 때는, 비교 값 즉 전력제어신호(CON_I)는 논리 하이(logic high) 값을 가지게 되고, 반대인 경우에는 전력제어신호(CON_I)의 값이 논리 로우(logic low)가 된다. Control voltage (V_ OUT) from the electrostatic controller 630, the inverting amplifier and is compared in the control voltage is converted into a current (I_ OUT) and the comparator (631). When the voltage level of the control voltage (V_ OUT) is lower than the voltage level of the control current (I_ OUT) converts the converted voltage, a comparison value that is a power control signal (CON_ I) is to have a logic high (logic high) value If, contrary, the value of the power control signal (CON_ I) is a logic low (logic low).

전력제어신호(CON_I)는 결국 듀티제어신호(CNON_P)의 듀티 비를 변화시키게 되는데, 듀티제어신호(CNON_P)는 버크 컨버터(620) 내에서 태양전지 어레이(510)의 출력전압을 상승 또는 감소시킴으로써, 도 4에 도시한 바와 같이 태양전기 어레이(510)의 동작지점을 전압영역으로 이동시키거나 전류영역으로 이동시킨다. 이러한 과정으로 태양전지 어레이(510)에서 발생되는 전력은 높아지거나 낮아지게 된다. Power control signal (CON_ I) in the end there is thereby change the duty ratio of the duty control signal (CNON_ P), the duty control signal (CNON_ P) is raised to the output voltage in the buck converter 620, the solar cell array 510 Or moves the operating point of the solar array 510 to the voltage region or to the current region, as shown in FIG. In this process, the power generated by the solar cell array 510 is increased or decreased.

전압영역에서 MPPT 제어부(610)만 동작한다면 최대전력을 생산할 수 있는 동작점으로 이동하기 위하여 전압을 감소시키고 전류를 증가시키게 되지만, 정전력 제어부(630)는 버크 컨버터(620)가 설정된 전력이상이 될 경우 강제로 태양전지 어레이(510)의 전압을 높이도록 한다. If the MPPT controller 610 alone operates in the voltage region, the constant power controller 630 decreases the voltage and increases the current to move to the operating point at which the maximum power can be produced, The voltage of the solar cell array 510 is forcibly increased.

상기의 내용을 수행 단계별로 나열하면 본 발명에서 제안하는 발전 전력량 조절 방법이 된다. If the above contents are listed in order of execution, it is a method of adjusting the generated power amount according to the present invention.

도 5에 도시된 태양광 발전 배터리 시스템을 이용하여 발전되는 전력량을 조절할 수 있는 발전 전력량 조절 방법은, 제1 전압-전류 비교단계, 제2 전압-전류 비교단계 및 동작영역 조절단계로 크게 구분할 수 있다. The power generation amount adjustment method capable of adjusting the amount of power generated using the photovoltaic battery system shown in FIG. 5 can be roughly divided into a first voltage-current comparison step, a second voltage-current comparison step, and an operation area adjustment step have.

제1 전압-전류 비교단계는 버크 컨버터(620)로부터 출력되는 조절전력을 구성하는 조절전류(I_OUT) 및 조절전압(V_OUT)을 비교하여 전력제어신호(CON_I)를 생성한다. A first voltage-current comparison step compares the control current (I_ OUT) and the control voltage (V_ OUT) constituting the controlled power output from the buck converter 620 generates a power control signal (CON_ I).

제2 전압-전류 비교단계는 태양전지 어레이(510)로부터 출력되는 인가전력을 구성하는 현재의 인가전류(I_IN)와 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전류 그리고 현재의 인가전압(V_IN)과 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전압을 각각 비교하고, 각각의 비교결과와 전력제어신호(CON_I)를 이용하여 듀티제어신호(CON_P)를 생성한다. A second voltage-current comparison step is the applied electric power applied to the current electric current to (I_ IN) and the sampling time prior to configure the output from the solar cell array 510, the applied current and applied to the current voltage (V_ IN) and Comparative sampling time before the applied voltage is applied to each of the and, using the respective comparison results and the power control signal (CON_ I) generates a duty control signal (CON_ P).

동작영역 조절단계는 듀티제어신호(CON_P)에 응답하여 태양광 발전 배터리 시스템(500)이 전류영역 및 전압영역 사이에서 동작하도록 한다. Operation region control step is to solar battery system 500 is operating in a region between the current and voltage range in response to the duty control signal (CON_ P).

여기서, 제1 전압-전류 비교단계는, 조절전압을 일정한 비율로 분할 한 후 증폭하는 조절전압 조정단계, 조절전류를 변환전압으로 변환하는 전류변환단계 및 증폭된 조절전압과 변환전압을 비교하여 전력제어신호를 생성하는 전력제어신호 생성단계로 구분할 수 있다. Here, the first voltage-current comparison step may include: an adjustment voltage adjustment step of dividing the adjustment voltage by a predetermined ratio and then amplifying the adjustment voltage; a current conversion step of converting the adjustment current into a conversion voltage; And a power control signal generation step of generating a control signal.

또한 제2 전압-전류 비교단계는, 현재의 인가전류와 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전류를 비교하는 인가전류 비교단계, 현재의 인가전압과 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전압을 비교하는 인가전압 비교단계, 인가전압비교단계의 비교결과와 전력제어신호를 논리 합하는 논리합 단계 및 인가전류 비교단계의 비교결과 및 논리합 한 비교결과에 대응되는 신호를 생성하고, 생성된 신호를 PWM 형식의 신호로 변환하여 듀티제어신호를 생성하는 듀티제어신호 생성단계로 구분할 수 있다.
Also, the second voltage-current comparison step may include: an applied current comparison step of comparing the current applied to the current applied before the one sampling time; a comparison step of comparing the current applied voltage with the applied voltage applied before the one sampling time; The comparison result of the voltage comparison step and the applied voltage comparison step, the logical sum of the power control signal and the comparison result of the applied current comparison step, and the logical comparison result, and outputs the generated signal as a PWM type signal And a duty control signal generating step of generating a duty control signal by converting the duty control signal.

도 10은 본 발명의 제어기법을 이용한 구현한 전력 변환 곡선을 나타낸다. 10 shows a power conversion curve implemented using the control technique of the present invention.

도 10을 참조하면, 파란색의 곡선은 태양전지 어레이가 최대로 발생할 수 있는 전력량이며, 빨간색 곡선은 정전력 제어기법을 초기에 7분까지 동작시킬때의 곡선을 보여준다. 도 10과 도 3을 비교해 보면, 본 발명에서 제안한 기법이 보다 많은 전력을 안정적으로 변환시킴을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 10, the blue curve represents the maximum amount of power that can be generated by the solar cell array, and the red curve represents a curve when the constant power control technique is initially operated for 7 minutes. 10 and FIG. 3, it can be seen that the technique proposed by the present invention stably converts more power.

도 11은 본 발명의 동작을 확인하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. 11 is a computer simulation result for confirming the operation of the present invention.

도 11을 참조하면, 500ms(milli-seconds) 까지는 MPPT 제어부(610)만 동작할 때의 전력, 전압, 전류를 보여주며, 500ms 이후부터는 본 발명의 버크 컨버터(620)를 동작시켰다. 컴퓨터 모의실험의 결과에서 보여 주듯이 본 발명의 버크 컨버터가 적용됨으로써 태양전지 어레이의 전압이 높아지고 전류는 감소한다. 이는 태양전지 어레이의 동작영역이 이동함을 나타내며 이를 통하여 생산 전력이 감소함을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 11, the power, voltage, and current when only the MPPT controller 610 operates are shown up to 500 ms (milli-seconds), and the buck converter 620 of the present invention is operated after 500 ms. As shown in the results of the computer simulation, the voltage of the solar cell array is increased and the current is reduced by applying the buck converter of the present invention. This indicates that the operating range of the solar cell array is shifted, and it can be confirmed that the production power is reduced.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

510: 태양전지 어레이 520: 태양전력 조절기
530: 배터리 540: 부하
610: MPPT 제어부
611: 인가전압 비교기 612: 인가전류비교기
613: 샘플/홀드 회로 614: 플립플롭회로
615: PWM 신호생성기 616: 클럭생성기
620: 버크 컨버터
630: 정전력 제어부
631: 비교기 632: 증폭회로
633: 전류-전압 변환기 634: 전압분할회로 510: Solar cell array 520: Solar power regulator
530: Battery 540: Load
610: MPPT control unit
611: Applied voltage comparator 612: Applied current comparator
613: sample / hold circuit 614: flip-flop circuit
615: PWM signal generator 616: Clock generator
620: Buck Converter
630:
631: comparator 632: amplifying circuit
633: current-voltage converter 634: voltage divider circuit

Claims (8)

복수의 태양전지가 배열되어 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지 어레이, 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 에너지를 배터리로 전송하는 태양전력 조절기를 구비하는 태양광 발전 배터리 시스템에 있어서,
상기 태양전력 조절기는,
상기 태양전지 어레이로부터 인가되는 인가전류, 인가전압 및 전력제어신호를 수신하여 PWM 형식의 듀티제어신호를 생성하는 MPPT 제어부;
상기 듀티제어신호에 응답하여 상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 상기 인가전류 및 상기 인가전압을 스위칭하고, 스위칭된 인가전류 및 인가전압을 변환하여 조절전력을 생성하는 버크 컨버터; 및
상기 조절전력을 구성하는 조절전류 및 조절전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 정전력제어부;를
포함하며, 상기 MPPT 제어부는,
샘플/홀드 제어신호를 반전시킨 신호를 이용하여 샘플링한 과거의 인가전압과 현재의 인가전압을 비교하고, 비교결과와 전력제어신호를 논리합한 전압비교결과를 생성하는 인가전압비교기;
상기 샘플/홀드 제어신호를 이용하여 샘플링한 과거의 인가전류과 현재의 인가전류를 비교하여 얻은 전류비교결과를 생성하는 인가전류비교기;
상기 전압비교결과 및 상기 전류비교결과에 대응하는 논리 값을 생성하여 저장하는 플립플롭회로;
클럭신호를 생성하는 클럭생성기;
상기 플립플롭회로로부터 출력되는 논리 값에 응답하여 상기 샘플/홀드 제어신호를 생성하는 샘플/홀드 회로; 및
상기 플립플롭회로로부터 출력되는 논리 값의 크기를 조정한 후 상기 클럭신호에 대응되는 듀티 값을 가지는 PWM 형식의 상기 듀티제어신호를 생성하는 PWM신호 생성기;를
포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 배터리 시스템. 1. A solar power generation battery system comprising a solar cell array in which a plurality of solar cells are arranged to convert sunlight into electric energy, and a solar power controller for transferring energy output from the solar cell array to a battery,
The solar power regulator includes:
An MPPT control unit receiving an applied current, an applied voltage, and a power control signal applied from the solar cell array to generate a PWM duty control signal;
A buck converter for switching the applied current and the applied voltage output from the solar cell array in response to the duty control signal and for converting the applied applied current and applied voltage to generate regulated power; And
An electrostatic power control unit for comparing the regulated current and the regulated voltage constituting the regulated power to generate the power control signal;
Wherein the MPPT control unit comprises:
An applied voltage comparator that compares a past applied voltage sampled using a signal obtained by inverting the sample / hold control signal and a current applied voltage, and generates a voltage comparison result in which a comparison result and a power control signal are logically ORed;
An applied current comparator for generating a current comparison result obtained by comparing a past applied current sampled using the sample / hold control signal and a current applied current;
A flip-flop circuit for generating and storing the voltage comparison result and the logic value corresponding to the current comparison result;
A clock generator for generating a clock signal;
A sample / hold circuit for generating the sample / hold control signal in response to a logic value output from the flip-flop circuit; And
A PWM signal generator for adjusting the magnitude of the logic value output from the flip-flop circuit and generating the duty control signal of PWM type having a duty value corresponding to the clock signal;
Wherein the solar battery system further comprises: 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 버크 컨버터는,
2개의 컨버터 입력노드 및 2개의 컨버터 출력노드를 포함하며,
상기 듀티제어신호에 응답하여 일 단자에 연결된 상기 태양전지 어레이의 2개의 출력노드 중 하나의 출력노드를 다른 일 단자로 스위칭하는 스위치;
일 단자가 상기 태양전지 어레이의 2개의 출력노드 중 다른 하나의 출력노드에 연결되고 다른 일 단자는 상기 스위치의 다른 일 단자에 연결되는 다이오드;
일 단자가 상기 스위치의 다른 일 단자에 연결되고, 다른 일 단자는 2개의 컨버터 출력노드 중 하나의 컨버터 출력노드에 연결되는 인덕터; 및
일 단자가 상기 태양전지 어레이의 2개의 출력노드 중 다른 하나의 출력노드에 연결되고 다른 일 단자가 상기 2개의 컨버터 출력노드 중 다른 하나의 출력노드에 연결되는 커패시터;를 포함하며,
상기 태양전지 어레이의 2개의 출력노드 중 다른 하나의 출력노드는, 상기 다른 하나의 컨버터 입력노드 및 상기 다른 하나의 컨버터 출력노드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 배터리 시스템. 2. The buck converter according to claim 1,
Two converter input nodes and two converter output nodes,
A switch for switching one of the two output nodes of the solar cell array connected to one terminal in response to the duty control signal to another terminal;
A diode whose one terminal is connected to the output node of the other of the two output nodes of the solar cell array and the other terminal is connected to another terminal of the switch;
An inductor whose one terminal is connected to the other terminal of the switch and the other terminal is connected to the converter output node of one of the two converter output nodes; And
And a capacitor whose one terminal is connected to the output node of the other one of the two output nodes of the solar cell array and the other terminal is connected to the output node of the other one of the two converter output nodes,
And the other output node of the two output nodes of the solar cell array is electrically connected to the other converter input node and the other converter output node. 제3항에 있어서, 상기 정전력 제어부는,
상기 조절전압의 크기를 일정한 비율로 분할시킨 분할전압을 생성하는 전압분할회로;
상기 전압분할회로에서 분할된 분할전압을 일정한 비율로 증폭하는 증폭회로;
상기 조절전류를 대응되는 전압준위를 가지는 변환전압을 생성하는 전류-전압 변환기; 및
상기 증폭회로의 출력전압과 상기 전류-전압 변환기로부터 출력되는 상기 변환전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 비교기;를
포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 배터리 시스템. 4. The electro-optical device according to claim 3,
A voltage divider circuit for generating a divided voltage obtained by dividing the magnitude of the regulated voltage by a predetermined ratio;
An amplifying circuit for amplifying the divided voltage divided by the voltage dividing circuit at a constant rate;
A current-voltage converter for generating the converted voltage having the corresponding voltage level; And
A comparator for comparing the output voltage of the amplifying circuit with the converted voltage outputted from the current-voltage converter to generate the power control signal;
Wherein the solar battery system further comprises: 제4항에 있어서, 상기 증폭회로는,
포지티브 입력단자에 오프셋 전압이 인가된 증폭기;
일 단자에 상기 전압분할회로로부터 출력되는 분할전압이 인가되고 다른 일 단자는 상기 증폭기의 네거티브 입력단자에 연결된 입력저항성분; 및
일 단자가 상기 증폭기의 네거티브 입력단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 증폭기의 출력단자에 연결된 피드백 저항성분;을
포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 배터리 시스템.
5. The amplifying circuit according to claim 4,
An amplifier to which an offset voltage is applied to the positive input terminal;
An input resistance component to which a divided voltage output from the voltage divider circuit is applied to one terminal and the other terminal is connected to a negative input terminal of the amplifier; And
A feedback resistor component whose one terminal is connected to the negative input terminal of the amplifier and whose other terminal is connected to the output terminal of the amplifier;
Wherein the solar battery system further comprises:
제5항에 기재된 태양광 발전 배터리 시스템을 이용하여 발전되는 전력량을 조절할 수 있는 발전 전력량 조절 방법에 있어서,
상기 버크 컨버터로부터 출력되는 상기 조절전력을 구성하는 조절전류 및 조절전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 제1 전압-전류 비교단계;
상기 태양전지 어레이로부터 출력되는 상기 인가전력을 구성하는 현재의 인가전류와 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전류 그리고 현재의 인가전압과 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전압을 각각 비교하고 상기 2개의 비교결과와 상기 전력제어신호를 이용하여 상기 듀티제어신호를 생성하는 제2 전압-전류 비교단계; 및
상기 듀티제어신호에 응답하여 상기 태양광 발전 배터리 시스템이 전류영역 및 전압영역 사이에서 동작하도록 하는 동작영역 조절단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 발전 전력량 조절 방법. A method for controlling the amount of power generated by using the solar battery system according to claim 5,
A first voltage-current comparison step of comparing the regulated current and the regulated voltage constituting the regulated power output from the buck converter to generate the power control signal;
The current applied to the photovoltaic array is compared with the current applied to the photovoltaic array, the current applied before the sampling time, and the applied voltage applied before the sampling time, A second voltage-current comparison step of generating the duty control signal using the result and the power control signal; And
An operation region adjusting step of causing the solar battery system to operate between a current region and a voltage region in response to the duty control signal;
Wherein the power generation amount control method comprises the steps of: 제6항에 있어서, 상기 제1 전압-전류 비교단계는,
상기 조절전압을 일정한 비율로 분할 한 후 증폭하는 조절전압 조정단계;
상기 조절전류를 상기 변환전압으로 변환하는 전류변환단계; 및
상기 증폭된 조절전압과 상기 변환전압을 비교하여 상기 전력제어신호를 생성하는 전력제어신호 생성단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 발전 전력량 조절 방법. 7. The method of claim 6, wherein the first voltage-
A regulated voltage adjusting step of dividing the regulated voltage at a predetermined ratio and amplifying the regulated voltage;
A current conversion step of converting the regulated current into the converted voltage; And
A power control signal generation step of comparing the amplified regulated voltage with the converted voltage to generate the power control signal;
Wherein the power generation amount control method comprises the steps of: 제7항에 있어서, 상기 제2 전압-전류 비교단계는,
현재의 인가전류와 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전류를 비교하는 인가전류 비교단계;
현재의 인가전압과 일 샘플링 시간 이전에 인가된 인가전압을 비교하는 인가전압 비교단계;
상기 인가전압비교단계의 비교결과와 상기 전력제어신호를 논리 합하는 논리합 단계; 및
상기 인가전류 비교단계의 비교결과 및 상기 논리합 한 비교결과에 대응되는 신호를 생성하고, 생성된 신호를 PWM 형식의 신호로 변환하여 상기 듀티제어신호를 생성하는 듀티제어신호 생성단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 발전 전력량 조절 방법.
8. The method of claim 7, wherein the second voltage-
An applied current comparison step of comparing the current applied to the current applied before the current sampling time;
An applied voltage comparison step of comparing the current applied voltage with an applied voltage applied before the one sampling time;
A logical sum step of logically summing the comparison result of the applied voltage comparison step and the power control signal; And
A duty control signal generation step of generating a signal corresponding to the comparison result of the applied current comparison step and the logical comparison result and converting the generated signal into a PWM type signal to generate the duty control signal;
Wherein the power generation amount control method comprises the steps of:
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