KR101796045B1 - 태양광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비하는 정션 박스를 포함한다. 이에 의해, 정션 박스를 통해 전력 공급을 용이하게 할 수 있게 된다.

Description

태양광 모듈{Photovoltaic module}
본 발명은 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력 공급을 용이하게 할 수 있는 태양광 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
한편, 태양광 모듈은 태양광 발전을 위한 태양전지가 직렬 혹은 병렬로 연결된 상태를 의미하며, 태양광 모듈은 태양전지가 생산한 전기를 모으는 정션박스를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은, 정션 박스를 통해 전력 공급을 용이하게 할 수 있는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 설치가 용이하며, 시스템 구성시 용량 확장에 유리한 태양광 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비하는 정션 박스를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 복수의 태양전지 중 역방향 전압이 발생하는 태양전지를 바이패스 시키는 바이패스 다이오드, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 저장하는 커패시터부, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부, 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 구비하는 정션 박스를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 정션박스 내에 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비함으로써, 정션 박스를 통해 용이하게 전력 공급을 수행할 수 있게 된다.
또한, 이러한 정션 박스를 구비하는 태양광 모듈의 설치가 용이해지며, 복수의 태양광 모듈을 포함하는 태양과 시스템 구성시, 용량 확장에 유리하게 된다.
한편, 정션박스 내에 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부와, 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 구비함으로써, 정션 박스를 통해 간단하게 교류 전류를 공급할 수 있게 된다.
또한, 커패시터부가 착탈가능하도록 장착함으로써, 이상시 용이 교체가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이다.
도 2는 도 1의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.
도 5는 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 6은 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도의 다른예이다.
도 7은 도 5의 커패시터부와 관련한 회로도의 일예이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 다른예이다.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 파워 옵티마이징을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이고, 도 2는 도 1의 태양광 모듈의 배면도이며, 도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 일면에 위치하는 정션 박스(200)를 포함한다. 또한, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(200) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(140)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell) 등일 수 있다.
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극집전 전극에 접합될 수 있다.
도면에서는, 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다. 도면과 달리, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 각 태양전지 스트링은, 버스 리본에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 도 1은, 태양전지 모듈(100)의 하부에 배치되는 버스 리본(145a,145c,145e)에 의해, 각각 제1 태양전지 스트링(140a)과 제2 태양전지 스트링(140b)이, 제3 태양전지 스트링(140c)과 제4 태양전지 스트링(140d)이, 제5 태양전지 스트링(140e)과 제6 태양전지 스트링(140f)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다. 또한, 도 1은, 태양전지 모듈(100)의 상부에 배치되는 버스 리본(145b,145d)에 의해, 각각 제2 태양전지 스트링(140b)과 제3 태양전지 스트링(140c)이, 제4 태양전지 스트링(140d)과 제5 태양전지 스트링(140e)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다.
한편, 제1 스트링에 접속된 리본, 버스 리본(145b,145d), 및 제4 스트링에 접속된 리본은, 각각 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(200) 내의 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc,Dd)와의 접속된다. 도면에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100) 상에 형성된 개구부를 통해, 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 것을 예시한다.
한편, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 양단부 중 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100)의 상부에서 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되므로, 정션 박스(200)가 태양전지 모듈(100)의 배면 중 상부에 위치하는 것을 예시한다. 이에 의해, 도전성 라인의 길이를 줄일 수 있어, 전력 손실이 줄어들 수 있게 된다.
도 1 및 도 2와 달리, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100)의 하부에서 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 경우, 정션 박스(200)가 태양전지 모듈(100)의 배면 중 하부에 위치할 수도 있다.
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 3에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다.
제2 밀봉재(140)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다.
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(140)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다.
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(140) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 배면 상에 부착되며, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 전력 변환할 수 있다. 구체적으로, 직류 전원을 저장하는 커패시터부(도 5의 520)와, 직류 전원의 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부(도 5의 530)를 구비할 수 있다. 또한, 정션 박스(200)는, 태양전지 스트링들 간의 전류가 역류하는 것을 방지하는 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)를 더 포함할 수 있다. 또한, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(도 5의 540)를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 정션 박스(200)는, 적어도 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)와, 직류 전원을 저장하는 커패시터부(도 5의 520)와, dc/dc 컨버터부(도 5의 530)를 구비할 수 있다.
이러한 정션 박스(200)가 태양전지 모듈(100)과 일체형으로 형성되는 경우, 후술하는 도 8 또는 도 9의 태양광 시스템과 같이, 각 태양 전지 모듈(100)에서 생성된 직류 전원의 손실을 최소화하여 효율적으로 관리할 수 있게 된다. 한편, 일체형으로 형성된 정션 박스(200)는 MIC(Module Integrated Converter) 회로라고 명명될 수 있다.
한편, 정션 박스(200) 내의, 회로 소자들의 수분 침투 방지를 위해, 정션 박스 내부는, 실리콘 등을 이용하여, 수분 침투 방지용 코팅이 수행될 수 있다.
한편, 정션 박스(200)에는 개구(미도시)가 형성되어, 상술한 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이 정션 박스 내의 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc,Dd)와 연결되도록 할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)의 동작시에는 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc,Dd) 등으로부터 고열이 발생하는데, 발생된 열은 정션 박스(200)가 부착된 위치에 배열된 특정의 태양전지(130)의 효율을 감소시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(200) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 정션 박스(200)에서 발생되는 열을 분산시키기 위해, 방열 부재(400)의 단면적은, 플레이트(300)의 단면적 보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 태양전지 모듈(100)의 배면 전부에 형성되는 것이 가능하다. 한편, 방열부재(미도시)는 열 전도도가 좋은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등의 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 정션박스(160)의 일 측면에는, 전력 변환된 직류 전원 또는 교류 전원을 외부로 출력하기 위한, 외부접속단자(미도시)가 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 6개의 태양전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)에 대응하여, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)가 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b)을 바이패스(bypass)시킨다.
예를 들어, 정상적인 태양 전지에서 발생하는 대략 0.6V의 전압이 발생하는 경우, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위에 비해 캐소드 전극의 전위가 대략 12V(=0.6V*20)가량 더 높게 된다. 즉, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스가 아닌 정상 동작을 하게 된다.
한편, 제1 태양전지 스트링(140a)의 어느 태양 전지에서, 음영이 발생하거나, 이물질이 부착되거나 하여, 핫 스팟(hot spot)이 발생하는 경우, 어느 한 태양 전지에서 발생하는 전압은 대략 0.6V의 전압이 아닌, 역전압(대략 -15V)이 발생하게 된다. 이에 따라, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위가 캐소드 전극에 비해 대략 15V 정도 더 높게 된다. 이에 따라, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스 동작을 수행하게 된다. 따라서, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b) 내의 태양 전지에서 발생하는 전압이 정션 박스(200)로 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 일부 태양전지에서 발생하는 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킴으로써, 해당 태양전지 등의 파괴를 방지할 수 있게 된다. 또한, 핫 스팟(hotspot) 영역을 제외하고, 생성된 직류 전원을 공급할 수 있게 된다.
다음, 제2 바이패스 다이오드(Db)는, 제1 버스 리본(145a)과 제2 버스 리본(145b) 사이에 접속되어, 제3 태양전지 스트링(140c) 또는 제4 태양전지 스트링(140d)에서 역전압 발생시, 제3 태양전지 스트링(140c) 및 제4 태양전지 스트링(140d)을 바이패스(bypass)시킨다.
다음, 제3 바이패스 다이오드(Dc)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링 및 제2 태양전지 스트링을 바이패스(bypass)시킨다.
한편, 도 4와 달리, 6개의 태양전지 스트링에 대응하여, 6개의 바이패스 다이오드를 접속시키는 것도 가능하며, 그 외 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), dc/dc 컨버터부(530), 및 인버터부(540)를 포함할 수 있다.
정션박스(200)는, 교류 전원을 출력하게 된다. 이러한 정션 박스(200)는, 마이크로 인버터(micro inverter)라 명명될 수 있다.
바이패스 다이오드부(510)는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 각각 대응하는 a 노드 , b 노드, c 노드, d 노드의 각 사이에, 배치되는 제1 내지 제3 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)를 포함한다.
커패시터부(520)는, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 저장한다. 도면에서는, 3개의 커패시터(Ca,Cb,Cc)가 병렬 접속되는 것을 예시하나, 직렬 접속되거나, 직병렬 혼합 접속되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따라, 커패시터부(520)는 정션 박스(200)에 착탈가능하도록 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각 커패시터(Ca,Cb,Cc)가 스택 구조로서, 프레임 내에 나란히 배치되는 것이 가능하다. 이러한, 커패시터부(520)는 모듈로서, 정션 박스(200) 내의 홈에 착탈될 수 있다. 이러한 구조에 따라, 커패시터부(520)의 수명에 따른 교체시, 또는 고장에 의한 교체시, 교체 작업을 용이하게 할 수 있게 된다.
dc/dc 컨버터부(530)는, 커패시터부(520)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 레벨 변환을 수행한다. 도면에서는, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 및 변압기(T)의 권선비를 이용한, 플라이 백 컨버터(flyback converter)를 예시한다. 이에 의해, dc 레벨의 승압이 수행될 수 있다. 한편, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 제어를 위한, 컨버터 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
한편, dc/dc 컨버터부(530)는, 도면의 플라이백 컨버터외에, 부스트 컨버터(boost converter), 벅 컨버터(buck converter), 포워드 컨버터(forward converter) 등이 가능하며, 이들의 조합(예를 들어, Cascaded Buck-Boost Converter 등)도 가능하다.
인버터부(540)는, 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터부(540) 내의 스위칭 소자들은, 인버터 제어부(미도시)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력되게 된다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
한편, dc/dc 컨버터부(530)와 인버터부(540) 사이에, 레벨 변환된 dc 전원을 저장하기 위한 커패시터부(미도시)를 더 포할 수 있다. 커패시터부(미도시)는, 상술한 커패시터부(520)와 유사하게, 복수의 커패시터를 구비할 수 있다.
도 5와 같이, 정션박스 내에 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부와, 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 구비함으로써, 정션 박스를 통해 간단하게 교류 전원을 공급할 수 있게 된다. 또한, 태양광 모듈의 설치가 용이해지며, 복수의 태양광 모듈을 포함하는 태양과 시스템 구성시, 용량 확장에 유리하게 된다.
도 6은 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도의 다른예이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), dc/dc 컨버터부(530)를 포함할 수 있다. 도 5의 내부 회로도와 달리, 도 6의 내부 회로도는, 인버터부(540)를 포함하지 않는 것에 그 특징이 있다.
이에 따라, 정션박스(200)는, 직류 전원을 출력할 수 있다. 이때, 정션박스(200)가 파워 옵티마이징(power optimizing) 기능을 수행하는 경우, 이러한 정션 박스(200)는, 파워 옵티마이저(power optmizer)라 명명될 수 있다.
도 6과 같이, 정션박스 내에 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비함으로써, 정션 박스를 통해 간단하게 직류 전원을 공급할 수 있게 된다. 또한, 태양광 모듈의 설치가 용이해지며, 복수의 태양광 모듈을 포함하는 태양과 시스템 구성시, 용량 확장에 유리하게 된다.
도 7은 도 5의 커패시터부와 관련한 회로도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 커패시터부(520)는, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 저장한다. 특히, 초기 동작시, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 전류가 흐르는 경우, 순간적으로 피크성의 과전류가 발생하게 된다. 이에 따라, 커패시터부(520) 내의 커패시터 소자(Ca,Cb,Cc)들이 소손될 가능성이 높게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 이러한 돌입전류(inrush current) 또는 과전류의 유입 방지를 위해, 바이패스 다이오드부(510)와 커패시터부(520) 사이에, 과전류 방지부(515)를 배치하며, 과전류 방지부(510)의 제어를 위한 제어부(550)를 더 구비할 수 있다. 즉, 정션 박스(200)는, 과전류 방지부(515) 및 제어부(550)를 더 포함할 수 있다.
과전류 방지부(515)는, 초기 동작시 턴 온하는 제1 스위칭 소자(Sf1)과, 초기 동작 이후에, 턴 온하는 제2 스위칭 소자(Sf2)와, 제1 스위칭 소자(Sf1)에 접속된 저항 소자(Rf)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 초기 동작시, 제1 스위칭 소자(Sf1)가 턴 온하면, 입력되는 과전류 성분이 저항 소자(Rf)에서 일부 소모되어, 커패시터부(520)에 저장된다.
다음, 초기 동작 이후에 제2 스위칭 소자(Sf2)가 턴 온하면, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원이 손실없이 그대로 커패시터부(520)에 저장되게 된다.
한편, 제1 전류 감지부(A)는, 커패시터부(520)로 흐르는 전류(ic1)을 감지하며, 전압 감지부(B)는, 커패시터부(520)에 저장된 전압(vc1)을 감지한다. 감지된 전류(ic1)와 전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력된다.
또한, 제2 전류 감지부(C)는, dc/dc 컨버터부(530)에 공급되는 전류(ic2)를 감지한다. 감지된 전류(ic2)는 제어부(550)에 입력된다.
제어부(550)는, 감지된 전류(ic1 또는 ic2) 또는 전압(vc1)에 기초하여, 제1 스위칭 소자(Sf1)와 제2 스위칭 소자(Sf2)의 턴 온 타이밍 신호(Sc1,Sc2)를 출력한다.
예를 들어, 제어부(550)는, 감지된 전류(ic1 또는 ic2) 또는 전압(vc1)이 설정치 이상인 경우, 제1 스위칭 소자(Sf1)를 턴 오프시키고, 제2 스위칭 소자(Sf2)를 턴 온시킬 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 감지된 전류(ic1 또는 ic2) 또는 전압(vc1)이 허용치 이상인 경우, 태양전지 모듈(100)로부터 공급되는 직류 전원이 공급되지 않도록, 제1 스위칭 소자(Sf1)와 제2 스위칭 소자(Sf2)를 모두 오프시킬 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 도 5의 dc/dc 컨버터부(530)의 스위칭 소자를 제어하는 컨버터 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(550)는, 인버터부(540)의 스위칭 소자를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수도 있다.
한편, 제어부(550)는, 도 5의 dc/dc 컨버터부(530)의 스위칭 소자를 제어하여, 후술하는 파워 옵티마이징이 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 도 7의 과전류 방지부(515)와, 제어부(550)는, 도 5의 정션박스는 물론 도 6의 정션박스에도 적용가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 8의 태양광 시스템은, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)을 구비한다. 각 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)은, 교류 전원을 출력하는 정션박스(200a, 200b, ...,200n)를 구비할 수 있다. 이때의 정션박스(200a, 200b, ...,200n)를, 마이크로 인버터라 할 수 있으며, 각 정션박스(200a, 200b, ...,200n)에서 출력되는 교류 전원은 계통(grid)으로 공급되게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 5의 정션박스(200)의 내부 회로는 도 8의 마이크로 인버터에 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 다른예이다.
도면을 참조하면, 도 8의 태양광 시스템은, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)을 구비한다. 각 태양광 모듈(50a, 50b, ...,50n)은, 직류 전원을 출력하는 정션박스(1200a, 1200b, ...,1200n)를 구비할 수 있다. 그리고, 각 태양광 모듈듈(50a, 50b, ...,50n)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(1210)가 더 구비되게 된다. 이때의, 정션박스(1200a, 1200b, ...,1200n)는, 직류 전원을 효율적으로 출력하기 위한 파워 옵티 마이징을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 6의 정션박스(200)의 내부 회로는 도 9의 파워 옵티마이저에 적용될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 파워 옵티마이징을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 10a를 참조하면, 파워 옵티마이징이 적용되지 않는 경우를 설명한다. 도면과 같이, 복수의 태양전지 모듈이 도면과 같이 직렬 접속된 상태에서, 일부 태양전지 모듈(1320)에서 핫 스팟이 발생하여, 일부 전력 손실이 발생하는 경우(예를 들어, 70W 전력 공급), 정상적인 태양전지 모듈(1310)도, 일부 전력 손실이 발생(예를 들어, 70W 전력 공급)하게 된다. 따라서, 총 980W의 전력만을 공급하게 된다.
다음, 도 10b를 참조하여, 파워 옵티마이징이 적용되는 경우를 설명한다. 일부 태양전지 모듈(1320)에서 핫 스팟이 발생하여, 일부 전력 손실이 발생하는 경우(예를 들어, 70W 전력 공급), 해당 태양전지 모듈(1320)에서 공급되는 전류가 다른 태양전지 모듈(1310)에서 공급되는 전류와 동일하도록, 해당 태양전지 모듈(1320)에서 출력되는 전압을 낮춘다. 이에 따라, 핫 스팟이 발생한 태양전지 모듈(1320)에서는 일부 전력 손실이 발생(예를 들어, 70W 전력 공급)하게 되나, 정상적인 태양전지 모듈(1310)에서는, 전력 손실이 없게(예를 들어, 100W 전력 공급) 된다. 따라서, 총 1340W의 전력을 공급할 수 있게 된다.
이와 같이, 파워 옵티마이징에 따르면, 다른 태양전지 모듈에서 공급되는 전류에 맞추어, 핫 스팟이 발생하는 태양전지 모듈에서 공급되는 전압을 조정할 수 있다. 이를 위해, 각 태양전지 모듈은, 특히, 각 태양전지 모듈 내의 제어부(550)는, 다른 태양전지 모듈에서 공급되는 전류치 또는 전압치를 입력받아, 해당 태양전지 모듈 내의 전압 출력 등을 제어할 수 있다.
한편, 한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 6의 정션 박스(200)는, 도 10b의 파워 옵티마이저에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (14)

  1. 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈; 및
    상기 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 상기 복수의 태양전지 중 역방향 전압이 발생하는 태양전지를 바이패스 시키는 바이패스 다이오드와, 상기 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 상기 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부와, 상기 바이패스 다이오드와 상기 커패시터부 사이에 배치되며 , 상기 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전류에 기초한 과전류를 제한하는 과전류 방지부 를 구비하는 정션 박스;를 포함하며,
    상기 커패시터부는, 상기 바이패스 다이오드와 상기 dc/dc 컨버터부 사이에 배치되며,
    상기 커패시터부는, 복수의 커패시터를 구비하며, 상기 정션 박스에 착탈가능하도록 부착되며,
    상기 과전류 방지부는,
    초기 동작시 턴 온하는 제1 스위칭 소자;
    초기 동작 이후에, 턴 온하는 제2 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자에 접속된 저항 소자를 포함하며,
    상기 커패시터부에 공급되는 제1 전류 또는 상기 dc/dc 컨버터부에 공급되는 제2 전류가, 허용치 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자가 턴 오프되며,
    상기 초기 동작시, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되면, 상기 태양전지 모듈로부터의 전력이, 상기 저항 소자에서 일부 소비되어, 상기 커패시터부에 저장되고,
    상기 초기 동작 이후에, 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온되면, 상기 태양전지 모듈로부터의 전력이, 상기 저항 소자를 거치지 않고, 상기 커패시터부에 저장되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 dc/dc 컨버터는,
    플라이백 컨버터, 부스트 컨버터, 벅 컨버터, 및 포워드 컨버터 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 커패시터부에 공급되는 전류를 감지하는 제1 전류 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 dc/dc 컨버터부에 공급되는 전류를 감지하는 제2 전류 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 커패시터부 양단의 전압을 감지하는 전압 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 커패시터부 양단의 전압이 허용치 이상인 경우, 상기 직류 전원의 공급을 중지시키도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은,
    상기 복수의 태양전지의 하면과 상면에 형성되는 제1 밀봉재와 제2 밀봉재;
    상기 제1 밀봉재의 하면에 형성되는 후면 기판; 및
    상기 제2 밀봉재의 상면에 형성되는 전면 기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은,
    상기 복수의 태양전지 중 일부가 일렬로 연결되어 형성된 태양전지 스트링에 접속된 버스 리본; 및
    상기 버스 리본과 상기 정션 박스를 전기적으로 접속시키는 도전성 라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 태양전지 모듈의 양단부 중 상기 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  14. 삭제
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