KR101738622B1 - Solar power plant management system - Google Patents

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KR101738622B1
KR101738622B1 KR1020160067332A KR20160067332A KR101738622B1 KR 101738622 B1 KR101738622 B1 KR 101738622B1 KR 1020160067332 A KR1020160067332 A KR 1020160067332A KR 20160067332 A KR20160067332 A KR 20160067332A KR 101738622 B1 KR101738622 B1 KR 101738622B1
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김대호
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Abstract

The present invention relates to a photovoltaic management system to perform efficient photovoltaic management operation with the minimum structure. According to the present invention, the system comprises: multiple solar cell arrays converting solar energy into electric energy to generate photovoltaic (PV) voltage; a power conversion system (PCS) to convert the PV voltage outputted from the solar cell arrays into a commercial or battery charging power type to output the converted power; a common solar cell converting the solar energy into the electric energy to generate and output common PV voltage; and multiple converters interposed between the solar cell arrays and the PCS to equalize the output of each of the solar cell arrays with the common PV voltage and then to output the equalized output to the PCS.

Description

태양광 발전 관리 시스템{Solar power plant management system}[0001] Solar power plant management system [0002]

본 발명은 태양광 발전 관리 시스템에 관한 것으로, 특히 보다 간단한 구조로 보다 효율적인 태양광 관리 동작을 수행할 수 있도록 하는 태양광 발전 관리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a photovoltaic power generation management system, and more particularly, to a photovoltaic power generation management system capable of performing more efficient photovoltaic management operations with a simpler structure.

태양광 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 제공하는 시스템으로, 이는 직렬 연결된 다수의 태양전지를 활용하여 구현되도록 한다. The solar photovoltaic system is a system that converts solar energy into electric energy and provides it by using a plurality of solar cells connected in series.

다만, 다수의 태양 전지가 직렬 연결 구조를 가지는 경우, 다수의 태양 전지 중 어느 하나에 열화가 발생하는 경우, 열화된 태양전지로 인해 정상적인 출력이 불가능해지는 문제가 발생할 수 있다. However, in the case where a plurality of solar cells have a series connection structure, when deterioration occurs in any one of the plurality of solar cells, normal output may become impossible due to the deteriorated solar cell.

이에 미국공개특허 제2014-0265606호 등에서는 도1에 도시된 바와 같이, 배터리(또는 태양 전지) 각각에 대응되는 다수의 컨버터(202)를 추가 구비하고, 이들을 통해 배터리 각각의 출력을 균일화한 후 배터리 전력을 상용 전력으로 변환해주는 양방향 인버터(200)에 제공함으로써, 시스템 안정화를 확보하는 기술을 제안한 바 있다. As shown in FIG. 1, US Patent Laid-Open Publication No. 2014-0265606 further includes a plurality of converters 202 corresponding to each of the batteries (or solar cells), and the output of each of the batteries is made uniform through them And provides the bidirectional inverter 200 that converts battery power to commercial power, thereby securing system stabilization.

그러나 이러한 경우 배터리(또는 태양 전지)의 개수만큼 시스템에서 구비해야 하는 컨버터(202)의 개수가 증가하는 부담이 있었다. 또한, 배터리 뱅크(또는 태양전지 어레이)의 개수만큼 양방향 인버터(200)의 개수 또한 증가되어야 하는 문제도 있다. However, in this case, the number of converters 202 to be provided in the system by the number of batteries (or solar cells) is increased. In addition, there is a problem that the number of the bidirectional inverters 200 must be increased by the number of battery banks (or solar cell arrays).

즉, 미국공개특허 제2014-0265606호의 경우, 배터리 뱅크, 컨버터, 양방향 인버터가 N:N*m:N(이때, N은 배터리 뱅크 개수, m은 배터리 뱅크내 배터리 개수) 구조를 가져야 함으로, 시스템 구현에 소요되는 비용과 노력이 기하급수적으로 증가되는 추가적인 문제점을 가지고 있음을 알 수 있다. That is, in the case of U.S. Patent Publication No. 2014-0265606, since the battery bank, the converter, and the bidirectional inverter have a structure of N: N * m: N (where N is the number of battery banks and m is the number of batteries in the battery bank) It can be seen that there is an additional problem that the expense and effort required for implementation increase exponentially.

미국공개특허 제2014-0265606호U.S. Published Patent Application No. 2014-0265606

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 최소한의 구조로 보다 효율적인 태양광 관리 동작을 수행할 수 있도록 하는 태양광 발전 관리 시스템을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a photovoltaic generation management system capable of performing a more efficient photovoltaic management operation with a minimum structure.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 PV 전압을 생성하는 다수의 태양전지 어레이; 상기 다수의 태양전지 어레이로부터 출력되는 PV 전압을 상용 전력 형태 또는 배터리 충전 전력 형태로 변환하여 출력하는 PCS(Power Conversion System); 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 공용 PV 전압을 생성 및 출력하는 공용 태양 전지; 및 상기 다수의 태양전지 어레이와 상기 PCS 사이에 위치하여, 상기 공용 PV 전압을 활용하여 상기 다수의 태양전지 어레이 각각의 출력을 균일화시킨 후 상기 PCS에 제공하는 다수의 컨버터를 포함하는 태양광 발전 관리 시스템을 제공한다. As means for solving the above problems, according to one embodiment of the present invention, there is provided a solar cell array comprising: a plurality of solar cell arrays for converting solar energy into electric energy to generate a PV voltage; A PCS (Power Conversion System) for converting the PV voltage output from the plurality of solar cell arrays into a commercial power type or a battery charging power type and outputting them; A common solar cell that converts solar energy into electric energy to generate and output a common PV voltage; And a plurality of converters located between the plurality of solar cell arrays and the PCS to uniformize the outputs of each of the plurality of solar cell arrays utilizing the common PV voltage and provide the same to the PCS, System.

상기 시스템은 상기 공용 태양 전지의 용량과 상기 다수의 태양전지 어레이 각각의 동작 상태를 모니터링하여, 상기 다수의 컨버터 각각의 동작 여부 및 목표 출력값을 결정 및 통보하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The system may further include a controller for monitoring a capacity of the common solar cell and an operation state of each of the plurality of solar cell arrays and determining and notifying whether the plurality of converters are operated or not and a target output value.

상기 다수의 컨버터 각각은 동작대기 상태인 경우에는 상기 태양전지 어레이의 출력을 그대로 상기 PCS에 바이패스시키는 것을 특징으로 한다. And each of the plurality of converters bypasses the output of the solar cell array to the PCS when the operation standby state is set.

상기 다수의 컨버터 각각은 상기 공용 태양 전지의 출력을 활용하여 상기 태양전지 어레이의 출력을 승압 또는 강압하는 스위칭부; 스위칭부 동작시에는 상기 태양전지 어레이가 컨버터를 거쳐 상기 PCS에 연결되도록 하되, 스위칭부 동작 대기시에는 미동작시에는 컨버터 출력 양단을 바이패스시켜 상기 태양전지 어레이가 상기 PCS에 그대로 연결되도록 하는 바이패스부; 및 상기 제어부의 제어값, 상기 스위칭부의 입출력값을 기반으로 상기 스위칭부를 동작 제어하며, 상기 스위칭부의 동작 여부에 따라 상기 바이패스부의 동작을 종속제어하는 컨버터 제어부를 포함할 수 있다.Wherein each of the plurality of converters comprises: a switching unit that boosts or depresses an output of the solar cell array utilizing an output of the common solar cell; The solar cell array is connected to the PCS through the converter during operation of the switching unit, and bypasses both ends of the converter output when the switching unit is in operation standby state, A path portion; And a converter control unit for controlling the operation of the switching unit based on the control value of the control unit and the input / output value of the switching unit, and for controlling the operation of the bypass unit depending on whether the switching unit is operated.

본 발명의 태양광 발전 관리 시스템은 태양전지 어레이, 컨버터, PCS가 N:N:1 구조로 구현될 수 있도록 함으로써, 시스템 구현에 소요되는 비용과 노력이 획기적으로 감소될 수 있도록 해준다. The solar power generation management system of the present invention enables a solar cell array, a converter, and a PCS to be implemented in an N: N: 1 structure, thereby significantly reducing the cost and effort required for system implementation.

도1은 종래의 기술에 따른 태양광 발전 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부의 상세 구조를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional photovoltaic generation management system. Referring to FIG.
2 is a diagram illustrating a solar power generation management system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed structure of a converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a detailed structure of a switching unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. 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.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. Only. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 관리 시스템을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a solar power generation management system according to an embodiment of the present invention.

도2를 참고하면, 본 발명의 태양광 발전 관리 시스템은 N(N은 2이상의 자연수)개의 태양전지 어레이(11~1N), 적어도 하나의 공용 태양전지(20), PCS(Power Conversion System)(30), 태양전지 어레이(11~1N) 각각의 후단에 연결되는 N개의 컨버터(41~4N), 및 제어부(50) 등을 포함할 수 있다. 2, the solar power generation management system of the present invention includes N solar cell arrays 11 to 1N (N is a natural number of 2 or more), at least one common solar cell 20, a PCS (Power Conversion System) 30, N converters 41 to 4N connected to the rear ends of the solar cell arrays 11 to 1N, and a controller 50.

각 태양전지 어레이(11~1N)는 직렬 스트링 구조를 가지는 다수의 태양 전지를 구비하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 PV 전압을 생성한 후, 이를 자신의 후단에 연결된 컨버터(41~4N)에 제공하도록 한다. Each of the solar cell arrays 11 to 1N includes a plurality of solar cells having a series string structure to convert solar energy into electric energy to generate a PV voltage and supply it to converters 41 to 4N connected to its rear end, .

공용 태양전지(20) 또한 적어도 하나의 태양 전지를 구비하며, 이들을 통해 다수의 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 한다. 다만, 공용 태양전지(20)는 N개의 컨버터(41~4N)에 공통으로 연결되며, N개의 컨버터(41~4N) 각각의 출력 최적화 동작에 필요한 전력을 공급하도록 한다. The common solar cell 20 also has at least one solar cell through which a plurality of solar energy is converted into electric energy. However, the common solar cell 20 is commonly connected to the N converters 41 to 4N, and supplies power required for the output optimization operation of each of the N converters 41 to 4N.

각 컨버터(41~4N)는 제어부(50)의 제어하에 태양전지 어레이(11~1N)의 출력을 승압 또는 강압시킴으로써, PCS(30)에 제공되는 태양전지 어레이(11~1N)의 출력이 항상 일정값을 유지하도록 한다. Each of the converters 41 to 4N boosts or reduces the output of the solar cell arrays 11 to 1N under the control of the control unit 50 so that the output of the solar cell arrays 11 to 1N provided to the PCS 30 is always Keep the constant value.

특히, 본 발명의 컨버터(41~4N)는 공용 태양전지의 출력을 태양전지 어레이 출력에 더함으로써, PCS(30)에 제공되는 태양전지 어레이(11~1N)의 출력을 승압시키도록 한다. 또한, 컨버터가 상기의 출력 최적화 동작이 수행되지 않는 경우에는, 태양전지 어레이(11~1N)를 PCS(30)에 바이패스 시킴으로써, 태양전지 어레이(11~1N)의 출력이 그대로 PCS(30)에 제공될 수 있도록 한다. In particular, the converters 41 to 4N of the present invention increase the output of the solar cell arrays 11 to 1N provided to the PCS 30 by adding the output of the common solar cell to the output of the solar cell array. By bypassing the solar cell arrays 11-1N to the PCS 30 when the converter does not perform the above output optimization operation, the outputs of the solar array arrays 11-1N are directly passed through the PCS 30, As shown in FIG.

PCS(30)는 각 컨버터(41~4N)로부터 제공되는 직류전력을 상용 전력 형태, 배터리 충전 전력 등으로 변환하여 후단에 제공하도록 한다. 이때, 상용 전력은 전력계통에 연계되고, 배터리 충전 전력은 배터리에 제공될 수 있을 것이다. 또한 PCS(30)은 시스템의 직류, 교류측의 전기적인 감시 보호와 같은 부가 동작도 다양하게 수행할 수 있을 것이다. The PCS 30 converts the DC power provided from each of the converters 41 to 4N into a commercial power type, a battery charging power, and the like, and provides the DC power to the subsequent stage. At this time, the commercial power may be linked to the power system, and the battery charging power may be provided to the battery. The PCS 30 may also perform additional operations such as electrical surveillance protection on the DC and AC sides of the system.

제어부(50)는 태양전지 어레이의 출력 안정화를 위한 제어 알고리즘을 사전에 획득 및 저장한다. 공용 태양전지(20)의 용량과 태양전지 어레이(11~1N) 각각의 동작 상태(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 외형변형 정도 등)를 모니터링한 후, 모니터링 결과값을 제어 알고리즘에 적용시켜 컨버터(220) 각각의 동작 여부 및 목표 출력값 등을 결정 및 통보함으로써, 컨버터(220) 각각이 자신에 연결된 태양전지 어레이의 현재 상태에 따른 출력 최적화 동작을 수행할 수 있도록 한다. The control unit 50 previously acquires and stores a control algorithm for stabilizing the output of the solar cell array. The monitoring result value is applied to the control algorithm after monitoring the capacity of the common solar cell 20 and the operation state of each of the solar cell arrays 11 to 1N (for example, voltage, current, temperature, So that each of the converters 220 can perform an output optimization operation according to the current state of the solar cell array connected thereto.

이와 같이, 본 발명은 태양전지 어레이 단위로 출력 최적화 동작을 수행하는 컨버터(41~4N)를 제안함으로써, 태양전지의 개수에 상관없이 태양전지 어레이별로 하나의 컨버터만을 구비하면 되도록 한다. 그리고 PCS가 태양전지 어레이의 출력을 컨버터를 거쳐 제공받는 구조를 제안함으로써, 태양전지 어레이의 개수와 상관없이 시스템별로 하나의 PCS만을 구비하여, 상기의 시스템 안정화를 확보할 수 있도록 한다. As described above, the present invention proposes converters 41 to 4N that perform an output optimization operation on a solar cell array basis, so that only one converter is provided for each solar cell array regardless of the number of solar cells. In addition, by providing a structure in which the PCS receives the output of the solar cell array through a converter, only one PCS is provided for each system regardless of the number of solar cell arrays, thereby ensuring the system stabilization.

즉, 본 발명의 시스템은 종래와 달리 태양전지 어레이, 컨버터, PCS가 N:N:1 구조로 구현될 수 있도록 함으로써, 시스템 구현에 소요되는 비용과 노력이 획기적으로 감소될 수 있도록 해준다. In other words, the system according to the present invention can realize a N: N: 1 structure of a solar cell array, a converter, and a PCS, unlike the prior art, thereby drastically reducing the cost and effort required for system implementation.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터의 상세 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a converter according to an embodiment of the present invention.

도3을 참고하면, 본 발명의 컨버터는 입력부(410), 스위칭부(420), 출력부(430), 바이패스부(440), 컨버터 제어부(450), 전원부(460), 및 통신부(470) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 3, the converter of the present invention includes an input unit 410, a switching unit 420, an output unit 430, a bypass unit 440, a converter control unit 450, a power unit 460, and a communication unit 470 ), And the like.

입력부(410)는 공용 태양전지(20)의 양단에 연결되며, 노이즈 필터, 평활화 회로 등을 통해 공용 태양전지(20)의 출력을 안정화시킨 후 스위칭부(420)에 제공하는 역할을 한다. The input unit 410 is connected to both ends of the common solar cell 20 and stabilizes the output of the common solar cell 20 through a noise filter, a smoothing circuit and the like, and provides the output to the switching unit 420.

스위칭부(420)는 컨버터 제어부(450)의 제어하에 태양전지 어레이(11)의 출력을 승압 또는 강압하여, 태양전지 어레이(11)의 출력이 항상 일정값으로 유지될 수 있도록 한다. The switching unit 420 increases or decreases the output of the solar cell array 11 under the control of the converter control unit 450 so that the output of the solar cell array 11 can always be maintained at a constant value.

예를 들어, 본 발명에서는 도4에서와 같이 스위칭부(420)를 공용 태양전지(20)의 양단에 직렬 연결되어 상보로 동작하는 제1 및 제2 트랜지스터(S1, S2), 제1 및 제2 트랜지스터(S1, S2) 각각에 병렬 연결된 제1 및 제2 다이오드(D1, D2), 태양전지 어레이 양단에 직렬 연결되어 상보로 동작하는 제3 및 제4 트랜지스터(S3, S4), 제3 및 제4 트랜지스터(S3, S4) 각각에 병렬 연결된 제3 및 제4 다이오드(D3, D4), 공용 태양전지(20)의 양단에 병렬 연결된 제1 커패시터(C1), 태양전지 어레이 양단에 병렬 연결된 제2 커패시터(C2) 등을 통해 구현할 수 있다. For example, in the present invention, as shown in FIG. 4, the switching unit 420 may include first and second transistors S1 and S2 connected in series at both ends of the common solar cell 20, First and second diodes D1 and D2 connected in parallel to the two transistors S1 and S2, third and fourth transistors S3 and S4 serially connected to both ends of the solar cell array and operating in complementary manner, Third and fourth diodes D3 and D4 connected in parallel to the fourth transistors S3 and S4, a first capacitor C1 connected in parallel at both ends of the common solar cell 20, a first capacitor C1 connected in parallel at both ends of the solar cell array, 2 capacitor C2 or the like.

이와 같이 구성되는 스위칭부(420)는 다음과 같은 방식으로 동작될 수 있다. The switching unit 420 configured as described above may be operated in the following manner.

1) 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 큰 상태에서 공용 태양전지(20)의 전압(V1)을 태양전지 어레이 전압(V2)에 전달하고자 하는 경우1) When the voltage V1 of the common solar cell 20 is to be transferred to the solar cell array voltage V2 in a state where the input terminal voltage V1 is larger than the output terminal voltage V2

먼저, 제3 트랜지스터(S3)를 턴온시키고 제4 트랜지스터(S4)를 턴오프시킨 후, 제1 시간동안 제1 트랜지스터(S1)를 턴온시켜, 인덕터(L) 및 제3 다이오드(D3)를 통해 전류가 흘러 공용 태양전지(20)의 전압(V1)이 태양전지 어레이 전압(V2)에 전달되도록 한다. 그리고 제1 시간이 경과하면, 제1 트랜지스터(S1)를 턴오프시킨 후, 제2 시간 동안 제2 트랜지스터(S2)를 턴온시켜, 인덕터에 인가되는 전압의 극성을 반전시키고 이에 따라 인덕터 전류가 감소되도록 한다. 그리고 이러한 동작을 반복수행하여 공용 태양전지 전압(V1)에 의해 태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 승압되도록 한다. First, the third transistor S3 is turned on and the fourth transistor S4 is turned off. Then, the first transistor S1 is turned on for a first time period, and the inductor L and the third diode D3 are turned on So that the voltage V1 of the common solar cell 20 is transferred to the solar cell array voltage V2. When the first time elapses, the first transistor S1 is turned off, the second transistor S2 is turned on for a second time, the polarity of the voltage applied to the inductor is reversed, . Then, this operation is repeated so that the solar cell array voltage V2 is stepped up by the common solar cell voltage V1.

2) 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 작은 상태에서 공용 태양전지(20)의 전압(V1)을 태양전지 어레이 전압(V2)에 전달하고자 하는 경우2) When the voltage V1 of the common solar cell 20 is to be transferred to the solar cell array voltage V2 in a state where the input terminal voltage V1 is smaller than the output terminal voltage V2

먼저, 제1 트랜지스터는 턴온시키고, 제2 트랜지스터는 턴오프시킨 후, 제4 트랜지스터(S4)를 제1 시간동안 턴온시켜 공용 태양전지 전압(V1)에서 인덕터(L)쪽으로 흐르는 제1 방향의 전류를 형성한다. 제1 시간이 경과하면 제4 트랜지스터(S4)를 턴오프시킨 후 제3 트랜지스터(S3)를 턴온시켜, 제1 방향의 전류가 계속 흐르면서 제3 다이오드를 거쳐 태양전지 어레이 전압(V2)쪽으로 전달되도록 한다. 그리고 이러한 동작을 반복수행하여 공용 태양전지 전압(V1)에 의해 태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 승압되도록 한다. First, the first transistor is turned on, the second transistor is turned off, and the fourth transistor S4 is turned on for a first time to turn on the current in the first direction flowing from the common solar cell voltage V1 toward the inductor L . When the first time has elapsed, the fourth transistor S4 is turned off and the third transistor S3 is turned on so that current in the first direction continues to flow to the solar cell array voltage V2 via the third diode do. Then, this operation is repeated so that the solar cell array voltage V2 is stepped up by the common solar cell voltage V1.

3) 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 큰 상태에서 태양전지 어레이 전압(V2)을 공용 태양전지(20)의 전압(V1)에 전달하고자 하는 경우3) When the input voltage V1 is higher than the output voltage V2 and the solar cell array voltage V2 is to be transmitted to the voltage V1 of the common solar cell 20

먼저, 제3 트랜지스터(S3)를 턴온시키고 제4 트랜지스터(S4)를 턴오프시킨 후, 제1 시간동안 제2 트랜지스터(S2)를 턴온시켜 태양전지 어레이 전압(V2)에서 인덕터(L)쪽으로 흐르는 전류를 형성한다. 그리고 제1 시간이 경과하면, 제2 트랜지스터(S2)를 턴오프시킨 후, 제2 시간 동안 제1 트랜지스터(S1)를 턴온시켜, 인덕터 전류가 공용 태양전지(20)의 전압(V1)쪽으로 흐르도록 한다. 이러한 동작을 반복수행하여 태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 강압되도록 한다. First, the third transistor S3 is turned on and the fourth transistor S4 is turned off. Then, the second transistor S2 is turned on for a first time period so as to flow from the solar cell array voltage V2 to the inductor L Thereby forming a current. When the first time elapses, the second transistor S2 is turned off, the first transistor S1 is turned on for the second time, and the inductor current flows toward the voltage V1 of the common solar cell 20 . This operation is repeated so that the solar cell array voltage V2 is gradually decreased.

4) 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 작은 상태에서 태양전지 어레이 전압(V2)을 공용 태양전지(20)의 전압(V1)에 전달하고자 하는 경우4) When the input voltage V1 is smaller than the output voltage V2 and the solar cell array voltage V2 is to be transmitted to the voltage V1 of the common solar cell 20

먼저, 제1 트랜지스터(S1)는 턴온시키고, 제2 트랜지스터(S2)는 턴오프시킨 후, 제3 트랜지스터(S3)를 제1 시간동안 턴온시켜 태양전지 어레이 전압(V2)에서 인덕터(L)쪽으로 흐르는 전류를 형성한다. 제1 시간이 경과하면 제3 트랜지스터(S3)를 턴오프시킨 후 제4 트랜지스터(S4)를 턴온시켜, 인덕터(L)에 걸리는 전압의 극성을 반전시키고, 이에 따라 인덕터 전류가 감소되도록 한다. 그리고 이러한 동작을 반복수행하여 태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 강압되도록 한다. 물론, 상기와 같은 스위칭부(420)의 구조와 동작 방법은 차후 다양하게 변형될 수 있음을 당연할 것이다. First, the first transistor S1 is turned on, the second transistor S2 is turned off, and the third transistor S3 is turned on for a first time to turn the solar cell array voltage V2 toward the inductor L Thereby forming a flowing current. When the first time elapses, the third transistor S3 is turned off and the fourth transistor S4 is turned on to invert the polarity of the voltage applied to the inductor L, thereby reducing the inductor current. Then, this operation is repeatedly performed so that the solar cell array voltage V2 gradually decreases. Of course, it will be appreciated that the structure and operation method of the switching unit 420 may be variously modified in the future.

출력부(430)는 태양전지 어레이(11)에 연결되어, 노이즈 필터, 평활화 회로 등을 통해 스위칭부(420)의 출력을 안정화시킨 후 태양전지 어레이(11)에 제공하는 역할을 한다. The output unit 430 is connected to the solar cell array 11 and stabilizes the output of the switching unit 420 through a noise filter and a smoothing circuit and provides the output to the solar cell array 11.

바이패스부(440)는 컨버터 동작시에는 태양전지 어레이(예를 들어, 11)가 스위칭부(420)를 거쳐 PCS(30)에 연결되도록 하되, 컨버터 동작 대기시에는 컨버터(31)의 출력 양단을 바이패스시켜 태양전지 어레이(예를 들어, 11)가 PCS(30)에 그대로 연결될 수 있도록 한다. The bypass unit 440 allows the solar cell array 11 to be connected to the PCS 30 via the switching unit 420 during the operation of the converter, So that the solar cell array (for example, 11) can be connected to the PCS 30 as it is.

본 발명의 바이패스부(440)는 예를 들어, 출력부(430) 양단에 병렬 연결되어 컨버터 동작 대기시에 턴온되는 제1 스위치(S1), 출력부(330)의 + 단자와 제1 스위치(S1)의 일단 사이에 연결되어 컨버터 동작 대기시에 턴오프되는 제2 스위치(S2), 출력부(330)의 - 단자와 제1 스위치(S1)의 타단 사이에 연결되어 컨버터 동작 대기시에 턴오프되는 제3 스위치(S3)를 통해 구현될 수 있을 것이다. 물론 상기와 같은 바이패스부(340)의 구조와 동작 방법은 차후 다양하게 변형될 수 있음을 당연할 것이다. The bypass unit 440 includes a first switch S1 and a second switch S2 connected in parallel at both ends of the output unit 430, The second switch S2 connected between one terminal of the first switch S1 and the other terminal of the first switch S1 connected to the negative terminal of the output unit 330, And may be implemented through a third switch S3 that is turned off. Of course, it will be appreciated that the structure and operation method of the bypass unit 340 may be variously modified in the future.

컨버터 제어부(450)는 제어부(50)로부터 제공되는 제어값과, 스위칭부(420)의 입출력 전압 및 전류를 기반으로 스위칭부(420)의 승압 또는 강압 정도를 파악하고, 대응되는 스위칭 제어 신호(Q1~Q4)를 생성하여 스위칭부(420)내 트랜지스터 각각에 제공하도록 한다. 이때, 스위칭 제어 신호는 스위칭부(420)내 트랜지스터 각각의 턴온/오프 여부 및 듀티비를 제어할 수 있는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다. The converter controller 450 determines the voltage step-up or step-down degree of the switching unit 420 based on the control value provided from the controller 50 and the input / output voltage and current of the switching unit 420, Q1 to Q4 are generated and provided to the transistors in the switching unit 420, respectively. At this time, the switching control signal may be a PWM (Pulse Width Modulation) signal capable of controlling whether the transistors in the switching unit 420 are turned on / off and duty ratio.

또한, 컨버터 제어부(450)는 스위칭부(420)의 동작 상태를 기반으로 바이패스 제어신호(S1,S2)를 생성 및 제공함으로써, 스위칭부(420)의 동작 상태에 따라 컨버터(31)의 바이패스 여부가 자동 제어될 수 있도록 한다. The converter control unit 450 generates and provides the bypass control signals S1 and S2 based on the operation state of the switching unit 420 so that the converter control unit 450 generates the bypass control signals S1 and S2 according to the operation state of the switching unit 420, Pass control can be controlled automatically.

전원부(460)는 별도의 외부 전원을 입력받아 컨버터 제어부(450)의 동작 전원을 독자적으로 생성 및 제공하며, 통신부(470)는 제어부(50)와의 유선 또는 무선 통신을 지원하도록 한다.  The power supply unit 460 generates and supplies the operation power of the converter control unit 450 independently of the external power supply. The communication unit 470 supports wired or wireless communication with the control unit 50.

더하여, 본 발명의 컨버터(31)는 태양전지 어레이(11~1N) 각각의 동작 상태(예를 들어, 전압, 전류, 온도, 외형변형 정도 등)를 감지할 수 있는 센서부(미도시)를 추가 구비하고, 이를 제어부(50)에 통보할 수도 있도록 한다. In addition, the converter 31 of the present invention includes a sensor unit (not shown) capable of detecting an operating state (for example, voltage, current, temperature, external deformity, etc.) of each of the solar cell arrays 11 to 1N So that the control unit 50 can be informed.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (4)

태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 PV 전압을 생성하는 N개의 태양전지 어레이;
상기 N개의 태양전지 어레이로부터 출력되는 PV 전압을 상용 전력 형태 또는 배터리 충전 전력 형태로 변환하여 출력하는 단일의 PCS(Power Conversion System);
태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 공용 PV 전압을 생성 및 출력하는 공용 태양 전지; 및
상기 N개의 태양전지 어레이와 상기 PCS 사이에 위치하여, 상기 공용 PV 전압을 활용하여 상기 다수의 태양전지 어레이 각각의 출력을 균일화시킨 후 상기 PCS에 제공하는 N개의 컨버터;를 포함하고,
상기 공용 태양 전지는, 상기 N개의 컨버터 각각의 출력 최적화 동작에 필요한 전력을 공급하기 위해 상기 N개의 컨버터 각각에 개별적으로 연결되고,
상기 각각의 컨버터는,
상기 공용 태양 전지의 출력을 활용하여 상기 태양전지 어레이의 출력을 승압 또는 강압하는 스위칭부(420);와
상기 스위칭부 동작시에는 상기 태양전지 어레이가 컨버터를 거쳐 상기 PCS에 연결되도록 하되, 스위칭부 동작 대기시에는 컨버터 출력 양단을 바이패스시켜 상기 태양전지 어레이가 상기 PCS에 그대로 연결되도록 하는 바이패스부(440);를 포함하고,
상기 스위칭부(420)는,
공용 태양전지(20)의 양단의 입력 전압에 직렬 연결되어 상보로 동작하는 제1 및 제2 트랜지스터(S1, S2);
상기 제1 및 제2 트랜지스터(S1, S2) 각각에 병렬 연결된 제1 및 제2 다이오드(D1, D2);
상기 태양전지 어레이와 상기 PCS 사이에 직렬 연결되어 상보로 동작하는 제3 및 제4 트랜지스터(S3, S4);
상기 제3 및 제4 트랜지스터(S3, S4) 각각에 병렬 연결된 제3 및 제4 다이오드(D3, D4);
상기 공용 태양전지(20)의 양단에 병렬 연결된 제1 커패시터(C1); 및
상기 제3 및 제4 트랜지스터에 병렬 연결된 제2 커패시터(C2);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 관리 시스템.
N solar cell arrays for converting PV energy into electrical energy to generate PV voltage;
A single PCS (Power Conversion System) for converting the PV voltage output from the N solar cell arrays into a commercial power type or a battery charging power type and outputting them;
A common solar cell that converts solar energy into electric energy to generate and output a common PV voltage; And
And N converters located between the N solar cell arrays and the PCS to equalize outputs of each of the plurality of solar cell arrays utilizing the common PV voltage and provide the same to the PCS,
The common solar cell being individually connected to each of the N converters to supply power necessary for output optimization operation of each of the N converters,
Each converter comprising:
A switching unit 420 for boosting or lowering the output of the solar cell array using the output of the common solar cell;
A bypass unit for allowing the solar cell array to be connected to the PCS by bypassing both ends of the converter output when the switching unit is in operation, 440)
The switching unit 420,
First and second transistors (S1 and S2) connected in series to an input voltage at both ends of the common solar cell (20) and operating in complementary manner;
First and second diodes D1 and D2 connected in parallel to the first and second transistors S1 and S2, respectively;
Third and fourth transistors (S3 and S4) connected in series between the solar cell array and the PCS and operating in complementary manner;
Third and fourth diodes D3 and D4 connected in parallel to the third and fourth transistors S3 and S4, respectively;
A first capacitor C1 connected in parallel to both ends of the common solar cell 20; And
And a second capacitor connected in parallel to the third and fourth transistors.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부의 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 큰 상태에서 태양전지 어레이 전압(V2)을 공용 태양전지(20)의 전압(V1)에 전달하고자 하는 경우,
제3 트랜지스터(S3)를 턴온시키고 제4 트랜지스터(S4)를 턴오프시킨 후, 제1 시간동안 제2 트랜지스터(S2)를 턴온시켜 태양전지 어레이 전압(V2)에서 인덕터(L)쪽으로 흐르는 전류를 형성하고, 제1 시간이 경과하면, 제2 트랜지스터(S2)를 턴오프시킨 후, 제2 시간 동안 제1 트랜지스터(S1)를 턴온시켜, 인덕터 전류가 공용 태양전지(20)의 전압(V1)쪽으로 흐르도록 하는 동작을 반복수행함으로써,
태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 강압되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 관리 시스템.
The method according to claim 1,
When the input voltage V1 of the switching unit is greater than the output voltage V2 and the solar cell array voltage V2 is to be transmitted to the voltage V1 of the common solar cell 20,
The third transistor S3 is turned on and the fourth transistor S4 is turned off so that the second transistor S2 is turned on for the first time to turn on the current flowing from the solar cell array voltage V2 to the inductor L The first transistor S1 is turned on for a second time period after the second transistor S2 is turned off so that the inductor current flows to the voltage V1 of the common solar cell 20, By repeating the operation of causing the gas to flow toward the gas-
And the solar cell array voltage (V2) is gradually decreased.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부의 입력단 전압(V1)이 출력단 전압(V2) 보다 작은 상태에서 태양전지 어레이 전압(V2)을 공용 태양전지(20)의 전압(V1)에 전달하고자 하는 경우,
제1 트랜지스터(S1)는 턴온시키고, 제2 트랜지스터(S2)는 턴오프시킨 후, 제3 트랜지스터(S3)를 제1 시간동안 턴온시켜 태양전지 어레이 전압(V2)에서 인덕터(L)쪽으로 흐르는 전류를 형성하고, 제1 시간이 경과하면 제3 트랜지스터(S3)를 턴오프시킨 후 제4 트랜지스터(S4)를 턴온시켜, 인덕터(L)에 걸리는 전압의 극성을 반전시키고, 이에 따라 인덕터 전류가 감소되도록 하는 동작을 반복수행함으로써,
태양전지 어레이 전압(V2)이 점차 강압되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 관리 시스템.
The method according to claim 1,
When it is desired to transfer the solar cell array voltage V2 to the voltage V1 of the common solar cell 20 while the input terminal voltage V1 of the switching unit is smaller than the output terminal voltage V2,
The first transistor S1 is turned on and the second transistor S2 is turned off so that the third transistor S3 is turned on for a first time to turn on the current flowing from the solar cell array voltage V2 to the inductor L When the first time elapses, the third transistor S3 is turned off and the fourth transistor S4 is turned on to invert the polarity of the voltage applied to the inductor L so that the inductor current decreases By repeating the operation to make it happen,
And the solar cell array voltage (V2) is gradually decreased.
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