KR101930887B1 - DC/DC Converter for photovoltaic modules - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템을 구성하는 하나의 요소인 태양전지 단자함을 대체하거나 태양전지 단자함과 병렬로 연결될 수 있는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 관한 것으로서, 상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터는 부스트코일(LB), 부스트다이오드(DB) 및 반도체 스위치(Q)로 이루어진 부스트 회로(210); ZCS 코일(LZ); 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서(CO); DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호(PS)를 상기 반도체 스위치(Q)에 인가하는 제어부(CB); 및 공진형 스너버 회로(220);로 구성되어 기존의 노화 및 출력 저하된 태양광 모듈의 각양각색의 전기적 사양에 대응하여 제어함으로써 태양광 발전 시스템의 효율을 개선하고 그 유지보수를 간편하고 저비용으로 할 수 있게 하는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a DC / DC converter for a photovoltaic module, which can be replaced with a solar cell terminal box or a solar cell terminal box in parallel, which is a component of a photovoltaic power generation system. The DC /
1980년대 이후 설치된 태양광 모듈의 노화 및 출력저하에 따른 교체필요성이 대두됨에 따라 유지보수에 대한 기술 개발이 절실히 필요하다.As the necessity of replacing the PV module installed after the 1980s due to aging and power degradation has arisen, development of maintenance technology is urgently needed.
1980년 이후 설치된 초기 모듈의 노화가 발생이 되고 있으며 교체시기가 다가오고 있는데, 20년 이상된 모듈의 노화를 조사한 결과 확인된 백화현상, 황변현상, 셀 표면 부식현상, 셀 파손현상, 태양광 모듈 단자함의 부식, 유리 파손현상 등 다양한 노화현상이 발견되고 있다.The aging of the initial modules installed since 1980 is occurring and the replacement period is approaching. The aging of the module over 20 years is confirmed, and it is confirmed that the aging phenomenon of the module, yellowing phenomenon, cell surface corrosion phenomenon, Various aging phenomena such as corrosion of terminal box and glass breakage phenomenon are found.
태양광 모듈의 경년열화로 인한 년간 발전량 손실 발생 및 누적자료에 따르면 매년 3.7%씩의 발전량 감소 발생하고 있고, 또한 초기발전량대비 11년 후 34% 감소, 연환산 감소율 3.7%발생됨에 따라서 교체가 필요한 모듈이 증가하고 있다.According to cumulative data of annual generation loss due to aging deterioration of photovoltaic module, 3.7% of electricity generation is decreasing every year and 34% after 11 years compared to initial electricity generation and 3.7% Modules are increasing.
특히 장기간 설치된 태양광 모듈의 경우 노화현상 뿐만 아니라 발전성능 저하가 높게 나타났는데, 이러한 원인은 당시 태양광시장이 급격히 성장하면서 태양전지 등 구성 재료의 수급이 불안정하였고 품귀현상에 의해 인증되지 않은 제품이 많이 유입 되면서 균일도가 떨어지는 태양전지가 사용된 것으로 추측된다.In particular, long-term installed photovoltaic modules showed a high degradation of power generation performance as well as aging. This was due to the rapid growth of the photovoltaic market at that time, and the supply and demand of constituent materials such as solar cells was unstable. It is presumed that the solar cells which have lowered the uniformity due to large influx are used.
동일한 모듈이 설치되기 전에 측정되었던 정격사양에 가장 가까운 모듈의 전압전류 특성을 비교한 결과 초기 측정 결과보다 많은 출력 손실이 발생한 것을 알 수 있으며, 평균적으로 약 26%의 출력 감소가 관찰되고 있다.Comparing the voltage and current characteristics of the module closest to the rated specifications that were measured before the same module was installed, it can be seen that the output loss is larger than the initial measurement result, and an average power reduction of about 26% is observed.
더불어 최근 태양광 모듈 기술이 점점 발전함에 따라 하나의 모듈이 출력하는 전력 용량이 계속 증가하는 추세이며 이에 따라 출력전압도 계속 상승하고 있는 실정이어서, 설치시기가 다른 태양광 모듈간의 전압, 전류 스펙이 자연스럽게 달라지게 마련이다.In addition, as the PV module technology has been developed recently, the power output of one module is continuously increasing. As a result, the output voltage is also continuously increasing. Therefore, the voltage and current specification It will change naturally.
이러한 노화 및 출력저하 된 태양광 모듈 교체시 기설치된 모듈의 단종으로 인하여 현재 양산되고 있는 모듈의 전기적 스펙 대용량화가 됨에 따라 모듈교체 시 설치용량 초과 및 string 간의 전압, 전류 스펙이 상이하여 기존 MPPT 제어기로 최대전력 발생이 불가능한 단점이 있다.Due to the discontinuance of the installed modules due to the aging and power degradation of the PV modules, the electric specifications of the mass-production modules are becoming large, There is a drawback that maximum power generation is impossible.
따라서 이종 태양광 모듈 교체 시 string 간의 전압, 전류 스펙이 일치화 할 수 있는 기술 개발로 전기적 안정성을 확보할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to secure electrical stability by developing technology that can match voltage and current specifications between strings when replacing heterogeneous photovoltaic modules.
또한 각 스트링 상에 놓여 있는 패널 일부가 불량이거나 그림자로 인하여 발전이 미비할 경우 전체 시스템 발전이 정지하거나 발전량이 미비해지는 문제가 생기므로 항상 최적의 상태로 운전할 수 없는 문제가 있다. In addition, when a part of the panel lying on each string is defective or the power generation is insufficient due to the shadow, there is a problem that the whole system power generation stops or the power generation amount becomes insufficient, so that there is a problem that the optimum state can not be always operated.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기존의 직병렬로 연결되어 있는 태양광모듈 발전 시스템에 있어서, 일부 태양광모듈을 교체할 경우에 출력전압이 낮아짐을 방지하여 전체 태양광발전의 효율을 상승시키고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a solar module power generation system in which solar modules are connected in series and parallel, I want to.
기존의 기 제작된 태양전지의 단자함에 간단히 병렬로 부착하거나 교체할 수 있도록 하여 태양광 발전시스템의 전체 효율을 저렴한 비용으로 극대화하도록 한다.It is possible to simply attach or replace in parallel with the terminal box of existing solar cells, thereby maximizing the overall efficiency of the solar power generation system at a low cost.
또한 본 발명은 또한 기존 MPPT 최소 전압 미만(계통연계형인 경우 대략 180V 미만 전압)에서도 계통연계 발전을 할 수 있도록 하고, 고온에서 태양전지의 출력 전압이 낮아짐에 따라 계통연계에 활용되지 못하는 것을 방지하여 전력 변환 효율을 비약적으로 상승시키고자 한다.In addition, the present invention also enables grid-connected power generation at a voltage lower than the existing MPPT minimum voltage (voltage less than about 180 V in the grid-connected type) and prevents the grid voltage from being utilized Thereby dramatically increasing the power conversion efficiency.
즉 본 발명은 기존의 계통연계 태양광 발전 시스템의 계통연계 운전범위를 확대하여 큰 비용과 노력을 소모하지 않고 전력변환효율을 높이고자 한다.That is, the present invention intends to increase the grid-connected operation range of the existing grid-connected photovoltaic power generation system so as to increase the power conversion efficiency without consuming a great deal of cost and effort.
본 발명인 태양광 모듈 단자함을 대체하여 설치되는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는, 부스트코일(LB), 부스트다이오드(DB) 및 반도체 스위치(Q)로 이루어진 부스트 회로(210); ZCS 코일(LZ); 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서(CO); DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호(PS)를 상기 반도체 스위치(Q)에 인가하는 제어부(CB); 및 공진형 스너버 회로(220);로 구성된다.In the DC / DC converter for a solar module, the DC /
상기 부스트 회로(210)는 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB)가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점으로부터 그라운드 (GND)사이에 반도체 스위치(Q)가 연결되어 구성된다.The
상기 ZCS 코일(LZ)은 상기 부스트 코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점과 상기 반도체 스위치(Q) 사이에 연결된다.The ZCS coil LZ is connected between the contact point between the boost coil LB and the boost diode DB and the semiconductor switch Q. [
상기 공진형 스너버 회로(220)는 그라운드와 연결된 코일(L)과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2)가 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2(D2)의 캐소드단자는 상기 부스트 회로(210)의 부스트코일(LB) 단자와 연결되며, 상기 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2) 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치(Q) 사이의 접점 사이에 캐패시터(C)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The resonance
본 발명인 태양광 모듈 단자함과 병렬로 설치되는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는, 부스트코일(LB), 부스트다이오드(DB) 및 반도체 스위치(Q)로 이루어진 부스트 회로(210); ZCS 코일(LZ); 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서(CO); DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호(PS)를 상기 반도체 스위치(Q)에 인가하는 제어부(CB); 및 공진형 스너버 회로(220);로 구성된다.In the DC / DC converter for a solar module, the DC /
상기 부스트 회로(210)는 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB)가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점으로부터 그라운드 (GND)사이에 반도체 스위치(Q)가 연결되어 구성된다.The
상기 ZCS 코일(LZ)은 상기 부스트 코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점과 상기 반도체 스위치(Q) 사이에 연결된다.The ZCS coil LZ is connected between the contact point between the boost coil LB and the boost diode DB and the semiconductor switch Q. [
상기 공진형 스너버 회로(220)는 그라운드와 연결된 코일(L)과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2)가 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2(D2)의 캐소드단자는 상기 부스트 회로(210)의 부스트코일(LB) 단자와 연결되며, 상기 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2) 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치(Q) 사이의 접점 사이에 캐패시터(C)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The resonance
상기 반도체 스위치에 인가되는 PWM신호(PS)는 승압 또는 최대출력값 추종(MPPT:Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘에 따라 출력되는 것을 특징으로 한다.The PWM signal (PS) applied to the semiconductor switch is outputted in accordance with a step-up or maximum power point tracking (MPPT) control algorithm.
상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는 각각의 태양전지 마다 설치되는 MIC(Module Integrated Converter)에 추가적으로 설치될 수 있다.The DC /
상기 최대출력값 추종(MPPT:Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘은 기존의 MPPT 운전 가능 최소 전압 미만인 경우에도 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 운전 가능 최소 전압 이상으로 승압하여 태양전지의 운전 가능 범위를 확장할 수 있다.The maximum power point tracking (MPPT) control algorithm can increase the operating range of the solar cell by boosting the voltage beyond the minimum voltage capable of operating the MPPT (Maximum Power Point Tracking) have.
본 발명은 기존의 직병렬로 연결되어 있는 태양광모듈 발전 시스템에 있어서, 일부 태양광모듈을 교체할 경우에 출력전압이 낮아짐을 방지하여 전체 태양광발전의 효율을 높일 수 있다.The present invention can improve the efficiency of the entire solar power generation by preventing the output voltage from being lowered when replacing some solar modules in a conventional solar module power generation system connected in series and parallel.
즉 모듈교체 시 서로 다른 특성을 갖는 이종모듈 적응 지능형 컨버터로써 연결된 모듈의 전기적 특성을 자동으로 감지 일치시켜 최적의 조건에서 발전이 가능하게 할 수 있다. In other words, when the module is replaced, the heterogeneous module adaptive intelligent converter having different characteristics can automatically detect and match the electrical characteristics of the connected module, thereby making it possible to generate power under optimum conditions.
기존의 기 제작된 태양전지의 단자함에 간단히 병렬로 부착하거나 교체할 수 있도록 하여 태양광 발전시스템의 전체 효율을 저렴한 비용으로 높일 수 있도록 한다.It is possible to easily attach or replace in parallel with the terminal box of a conventional solar cell, thereby improving the overall efficiency of the solar power generation system at a low cost.
또한 본 발명은 또한 기존 MPPT 최소 전압 미만(계통연계형인 경우 대략 180V 미만 전압)에서도 계통연계 발전을 할 수 있도록 하고, 고온에서 태양전지의 출력 전압이 낮아짐에 따라 계통연계에 활용되지 못하는 것을 방지하여 전력 변환 효율을 비약적으로 상승시킨다.In addition, the present invention also enables grid-connected power generation at a voltage lower than the existing MPPT minimum voltage (voltage less than about 180 V in the grid-connected type) and prevents the grid voltage from being utilized Thereby dramatically increasing the power conversion efficiency.
즉 본 발명은 기존의 계통연계 태양광 발전 시스템의 계통연계 운전범위를 확대하여 큰 비용과 노력을 소모하지 않고 전력변환효율을 높일 수 있다.That is, the present invention can increase the power conversion efficiency without wasting a great deal of money and effort by enlarging the grid-connected operation range of the existing grid-connected solar power generation system.
또한 교체모듈에 직렬로 연결된 모듈 중 출력저하 및 이상발생 시 확인이 가능하며 이를 보상할 수 있는 기술로 특히 string의 부분 음영에 의한 전력감소를 보상할 수 있다.In addition, it is possible to check when the output drop or abnormality occurs among the modules connected in series to the replacement module, and it is possible to compensate for the power loss due to partial shading of the string.
마이크로 컨버터 방식으로 각각의 패널마다 분산적인 MPPT를 수행할 수 있으며, 발전량 증대 및 안정성 문제도 획기적인 향상이 가능하다.It is possible to perform distributed MPPT on each panel by the micro converter method, and it is possible to dramatically improve the generation amount and stability problem.
도 1은 기존의 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 개략도이다.
도 2는 기존의 태양전지 단자함을 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터가 대체한 것을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터의 등가회로 내지 스키메틱을 나타낸 도면이다.
도 4는 기존의 태양전지 단자함의 양단자에 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터가 병렬로 연결된 것을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 1 is a schematic diagram of a conventional grid-connected photovoltaic power generation system.
2 is a conceptual diagram schematically showing a conventional solar cell terminal box replaced by a DC / DC converter for a solar module according to the present invention.
3 is a diagram showing an equivalent circuit or schematic of a DC / DC converter for a solar module according to the present invention.
4 is a conceptual view schematically showing a DC / DC converter for a solar module according to the present invention connected in parallel to both terminals of a conventional solar cell terminal box.
5 is a diagram showing simulation results of a DC / DC converter for a solar module according to the present invention.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, 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.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "태양광 모듈용 DC/DC 컨버터"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description, the term " DC / DC converter for a photovoltaic module " according to the present invention is referred to as " It should be understood that the present invention is not limited thereto.
이하, 본 발명에 따른 "태양광 모듈용 DC/DC 컨버터"에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a " DC / DC converter for a solar module " according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
도 1은 기존의 계통 연계형 태양광 발전 시스템의 개략도이고, 도 2는 기존의 태양전지 단자함을 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터가 대체한 것을 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터의 등가회로 내지 스키메틱을 나타낸 도면이고, 도 4는 기존의 태양전지 단자함의 양단자에 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터가 병렬로 연결된 것을 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 5는 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a conventional grid-connected photovoltaic power generation system, FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing a conventional solar cell terminal box replaced by a DC / DC converter for a solar module according to the present invention, 4 is a schematic view schematically showing a DC / DC converter for a photovoltaic module according to the present invention connected in parallel to both terminals of a conventional solar cell terminal box. FIG. 4 is a view showing an equivalent circuit or schematic of a DC / And FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of a DC / DC converter for a solar module according to the present invention.
도 1을 참조하면 기존의 대표적인 2스테이지형 계통연계형 태양광 발전시스템을 보여준다. 이 시스템은 태양광 모듈(100), 태양광 모듈에 부속되어 있는 태양광모듈 단자함(200), 태양전지로부터 입력되는 전압을 승압시키는 DC/DC 컨버터(300), 다시 DC를 AC로 바꾸는 DC/AC 인버터(400) 및 계통(500)으로 구성되며, 이때 DC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터를 구성하는 제어 가능한 반도체 소자에 인가되는 PWM 신호는 일명 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘에 따라 인가된다.Referring to FIG. 1, there is shown a typical two-stage grid-connected photovoltaic power generation system. This system includes a
도 2를 참조하면 본 발명인 태양광 모듈 단자함을 대체하여 설치되는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는, 부스트코일(LB), 부스트다이오드(DB) 및 반도체 스위치(Q)로 이루어진 부스트 회로(210); ZCS 코일(LZ); 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서(CO); DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호(PS)를 상기 반도체 스위치(Q)에 인가하는 제어부(CB); 및 공진형 스너버 회로(220);로 구성된다.Referring to FIG. 2, the DC /
도 3을 참조하면 상기 부스트 회로(210)는 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB)가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점으로부터 그라운드 (GND)사이에 반도체 스위치(Q)가 연결되어 구성된다.3, the
상기 ZCS 코일(LZ)은 상기 부스트 코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점과 상기 반도체 스위치(Q) 사이에 연결된다.The ZCS coil LZ is connected between the contact point between the boost coil LB and the boost diode DB and the semiconductor switch Q. [
도 3을 참조하면 상기 공진형 스너버 회로(220)는 그라운드와 연결된 코일(L)과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2)가 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2(D2)의 캐소드단자는 상기 부스트 회로(210)의 부스트코일(LB) 단자와 연결되며, 상기 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2) 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치(Q) 사이의 접점 사이에 캐패시터(C)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.3, the
상기 부스트 회로(210)는 일반적인 부스트 컨버터의 스키메틱으로서, 본원발명의 전체 회로는 상기 부스트 회로(210)에 스너버 공진 회로(220)와 ZCS 코일(LZ)이 추가된 형태이다.The
추가된 공진형 스너버회로 및 ZCS 코일은 반도체스위치가 온오프 될 때 ZVZCS(Zero Voltage Zero Current Switching)을 가능하게 해준다.Additional resonant snubber circuits and ZCS coils enable Zero Voltage Zero Current Switching (ZVZCS) when the semiconductor switch is turned on and off.
즉 반도체 스위치가 온 상태가 되면 ZCS 코일에 의해 반도체스위치에 흐르는 전류에 지연현상이 발생하게 되어 결과적으로 ZCS(Zero Current Switching)가 가능해지며, 반도체스위치가 오프상태가 되면 캐패시터(C)의 전압이 전원부 전압 즉 태양광 모듈 단자전압으로 충전함으로써 ZVS(Zero Voltage Switching)가 가능해지는 것이다. In other words, when the semiconductor switch is turned on, a delay phenomenon occurs in the current flowing through the semiconductor switch by the ZCS coil, resulting in ZCS (Zero Current Switching). When the semiconductor switch is turned off, the voltage of the capacitor ZVS (Zero Voltage Switching) becomes possible by charging with the voltage of the power source unit, that is, the terminal voltage of the solar module.
도 5를 참조하면 시뮬레이션 결과 파형인데, 맨위부터 태양광 모듈 입력전압, 출력전압 파형, 반도체 스위체의 전압, 전류 파형, 반도체 스위치의 PWM 신호 파형임을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen from the top that the photovoltaic module input voltage, the output voltage waveform, the voltage of the semiconductor switch, the current waveform, and the PWM signal waveform of the semiconductor switch are shown from the top.
시뮬레이션 결과 입력 전압 14V에서, 출력전압이 36V가 됨을 확인 할 수 있고, PWM 신호가 High 인 경우 반도체 스위치가 온이 되며 ZCS를 하고, PWM 신호가 Low 인 경우 반도체 스위치가 온이 되며 ZVS를 하고 있음을 확인 할 수 있다. Simulation results show that the output voltage becomes 36V at the input voltage of 14V. When the PWM signal is high, the semiconductor switch is on and the ZCS is on. When the PWM signal is low, the semiconductor switch is on and performing ZVS. can confirm.
도 4를 참조하면 본 발명인 태양광 모듈 단자함과 병렬로 설치되는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터에 있어서, 상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는, 부스트코일(LB), 부스트다이오드(DB) 및 반도체 스위치(Q)로 이루어진 부스트 회로(210); ZCS 코일(LZ); 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서(CO); DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호(PS)를 상기 반도체 스위치(Q)에 인가하는 제어부(CB); 및 공진형 스너버 회로(220);로 구성된다.Referring to FIG. 4, the DC /
도 2 및 4를 참조하면 본 발명인 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)에 제어부(CB)가 불포함되는 것으로 오해할 수 있으나, 제어신호가 반도체 스위치(Q)에 인가되는 것을 표현하는 방법에 관한 것일 뿐으로서, 상기 제어부(CB)는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)에 포함됨은 물론이다. Referring to FIGS. 2 and 4, it can be misunderstood that the DC /
도 3을 참조하면 상기 부스트 회로(210)는 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB)가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점으로부터 그라운드 (GND)사이에 반도체 스위치(Q)가 연결되어 구성된다.3, the
상기 ZCS 코일(LZ)은 상기 부스트 코일(LB)과 부스트다이오드(DB) 사이의 접점과 상기 반도체 스위치(Q) 사이에 연결된다.The ZCS coil LZ is connected between the contact point between the boost coil LB and the boost diode DB and the semiconductor switch Q. [
상기 공진형 스너버 회로(220)는 그라운드와 연결된 코일(L)과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2)가 태양광 모듈(100)로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2(D2)의 캐소드단자는 상기 부스트 회로(210)의 부스트코일(LB) 단자와 연결되며, 상기 다이오드 1(D1)과 다이오드 2(D2) 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치(Q) 사이의 접점 사이에 캐패시터(C)가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The resonance
상기 반도체 스위치에 인가되는 PWM신호(PS)는 승압 또는 최대출력값 추종(MPPT:Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘에 따라 출력되는 것을 특징으로 한다.The PWM signal (PS) applied to the semiconductor switch is outputted in accordance with a step-up or maximum power point tracking (MPPT) control algorithm.
상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터(200)는 각각의 태양전지마다 설치되는 MIC(Module Integrated Converter)에 추가적으로 설치될 수 있다.The DC /
상기 최대출력값 추종(MPPT:Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘은 기존의 MPPT 운전 가능 최소 전압 미만인 경우에도 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 운전 가능 최소 전압 이상으로 승압하여 태양전지의 운전 가능 범위를 확장할 수 있다.The maximum power point tracking (MPPT) control algorithm can increase the operating range of the solar cell by boosting the voltage beyond the minimum voltage capable of operating the MPPT (Maximum Power Point Tracking) have.
태양광 모듈 단자함에 병렬로 혹은 태양광 모듈 단자함을 교체하여 설치되는 DC/DC 컨버터(200)에 의해 태양광 모듈(100)의 단자전압이 기존의 MPPT 운전 최소 전압 미만인 경우에도 MPPT 운전 최소 전압 이상으로 승압하여 태양전지의 계통 연계 운전 가능한 전압 범위를 확장하는 것을 특징으로 한다.Even if the terminal voltage of the
MPPT 운전 최소 전압은 계통연계가 가능하기 위한 태양전지의 단자전압값으로서 다음과 같이 계산될 수 있다.The MPPT operation minimum voltage is the terminal voltage value of the solar cell to enable grid connection, and can be calculated as follows.
상기 DC/DC 컨버터는 태양광모듈 단자전압이 MPPT 운전 최소 전압 값 미만일 때 작동하는 것을 특징으로 한다.The DC / DC converter is characterized in that it operates when the photovoltaic module terminal voltage is less than the MPPT operation minimum voltage value.
예를 들어 DC/DC 컨버터의 승압비가 최대 2배이고 계통연계 운전이 가능하기 위해 DC/AC 인버터에 입력되어야 할 전압이 DC 360V 이상이어야 할 때 태양전지의 단자전압 최소치 즉 MPPT 운전 최소 전압값은 180V이 되는 것으로서 180V 미만일 때 본 발명에 따른 상기 보조 승압 컨버터가 동작하게 되는 것이다. For example, when the voltage to be input to the DC / AC inverter should be DC 360V or higher in order to maximize the boost ratio of the DC / DC converter and enable grid link operation, the minimum terminal voltage of the solar cell, that is, the MPPT operation minimum voltage value, And the auxiliary boost converter according to the present invention operates when the voltage is less than 180V.
상기 예에서 DC/DC 컨버터는 태양전지 입력전압이 180V 미만일 때 작동되되, 계통연계가 가능한 180V를 초과하는 전압으로 승압시키는 것을 특징으로 한다.In the above example, the DC / DC converter is operated when the solar cell input voltage is less than 180 V, but is boosted to a voltage exceeding 180 V, which is capable of grid connection.
또한 상기 예에서 승압 목표 전압은 180V와 360V사이의 전압이면 되겠지만 승압비와 관련된 전력변환 효율을 고려하면 최소한의 승압비를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 승압 목표 전압은 180V-200V 사이의 전압에서 결정되는 것이 바람직할 수 있다.In the above example, the step-up target voltage may be a voltage between 180V and 360V, but it is preferable to have the minimum step-up ratio in consideration of the power conversion efficiency associated with the step-up ratio. Thus, it may be desirable that the boost target voltage be determined at a voltage between 180V and 200V.
상기 반도체 스위치(Q)는 인가되는 PWM(PWM:Pulse Width Modulation) 신호(PS)에 의해 도통 제어가 가능한 3단자 이상을 갖춘 소자로서, 상기 PWM 신호(PWM)는 상기 제어부(CB)에 의해 인가되는 것을 특징으로 한다.The semiconductor switch Q is an element having three or more terminals capable of conduction control by an applied PWM (Pulse Width Modulation) signal (PS), and the PWM signal PWM is controlled by the control unit CB .
상기 제어부는 기본적으로 제어 알고리즘이 프로그래밍 된 MCU와 그 부속회로, 태양광모듈 출력전압과 출력전류등을 센싱하는 센서 회로, 반도체 스위치를 작동시키기 위한 PWM 신호를 출력하는 드라이브 회로, 전원회로 등을 탑재함이 바람직하다.The control unit basically includes a MCU with a control algorithm programmed therein, a sensor circuit for sensing the output voltage and output current of the solar module, an auxiliary circuit thereof, a drive circuit for outputting a PWM signal for operating a semiconductor switch, .
상기 반도체 스위치(Q)는 일반적으로 모스펫, IGBT등 시그널 신호에 의해 제어 가능한 소자를 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable that the semiconductor switch Q generally uses a device that can be controlled by a signal signal such as a MOSFET or an IGBT.
본 발명에 따르면 기존의 직병렬로 연결되어 있는 태양광모듈 발전 시스템에 있어서, 일부 태양광모듈을 교체할 경우에 출력전압이 낮아짐을 방지하여 전체 태양광발전의 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, in the conventional solar module power generation system connected in series and in parallel, it is possible to prevent the output voltage from being lowered when some solar modules are replaced, thereby increasing the efficiency of the entire solar power generation.
상기 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘은 기존의 P&O 방식, 증분 컨덕턴스 방식 등 어느 것을 적용해도 무방하다.The MPPT (Maximum Power Point Tracking) control algorithm may be any of the existing P & O method, incremental conductance method, and the like.
즉 모듈교체 시 서로 다른 특성을 갖는 이종모듈 적응 지능형 컨버터로써 연결된 모듈의 전기적 특성을 자동으로 감지 일치시켜 최적의 조건에서 발전이 가능하게 할 수 있다. In other words, when the module is replaced, the heterogeneous module adaptive intelligent converter having different characteristics can automatically detect and match the electrical characteristics of the connected module, thereby making it possible to generate power under optimum conditions.
기존의 기 제작된 태양전지의 단자함에 간단히 병렬로 부착하거나 교체할 수 있도록 하여 태양광 발전시스템의 전체 효율을 저렴한 비용으로 높일 수 있도록 한다.It is possible to easily attach or replace in parallel with the terminal box of a conventional solar cell, thereby improving the overall efficiency of the solar power generation system at a low cost.
또한 본 발명은 또한 기존 MPPT 최소 전압 미만(계통연계형인 경우 대략 180V 미만 전압)에서도 계통연계 발전을 할 수 있도록 하고, 고온에서 태양전지의 출력 전압이 낮아짐에 따라 계통연계에 활용되지 못하는 것을 방지하여 전력 변환 효율을 비약적으로 상승시킨다.In addition, the present invention also enables grid-connected power generation at a voltage lower than the existing MPPT minimum voltage (voltage less than about 180 V in the grid-connected type) and prevents the grid voltage from being utilized Thereby dramatically increasing the power conversion efficiency.
즉 본 발명은 기존의 계통연계 태양광 발전 시스템의 계통연계 운전범위를 확대하여 큰 비용과 노력을 소모하지 않고 전력변환효율을 높일 수 있다.That is, the present invention can increase the power conversion efficiency without wasting a great deal of money and effort by enlarging the grid-connected operation range of the existing grid-connected solar power generation system.
또한 교체모듈에 직렬로 연결된 모듈 중 출력저하 및 이상발생 시 확인이 가능하며 이를 보상할 수 있는 기술로 특히 string의 부분 음영에 의한 전력감소를 보상할 수 있다.In addition, it is possible to check when the output drop or abnormality occurs among the modules connected in series to the replacement module, and it is possible to compensate for the power loss due to partial shading of the string.
마이크로 컨버터 방식으로 각각의 패널마다 분산적인 MPPT를 수행할 수 있으며, 발전량 증대 및 안정성 문제도 획기적인 향상이 가능하다.It is possible to perform distributed MPPT on each panel by the micro converter method, and it is possible to dramatically improve the generation amount and stability problem.
100 : 태양광 모듈 JB : 태양광 모듈 단자함
300 : DC/DC 컨버터 400 : DC/AC 인버터
500 : 계통
200 : 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터
210 : 부스트 회로 220 : 공진형 스너버 회로
LB : 부스트 코일 DB : 부스트 다이오드
Q : 반도체 스위치 LZ : ZCS 코일
D1, D2 : 다이오드 1, 다이오드 2 L : 코일
C : 캐패시터 CO : 평활콘덴서
PS : PWM 신호 CB : 제어부
Vi : 입력전압 Vo : 출력전압100: Solar module JB: Solar module terminal box
300: DC / DC converter 400: DC / AC inverter
500: System
200: DC / DC Converter for Photovoltaic Module
210: Boost circuit 220: Resonant snubber circuit
LB: Boost coil DB: Boost diode
Q: Semiconductor switch LZ: ZCS coil
D1, D2: Diode 1, Diode 2 L: Coil
C: Capacitor CO: Smoothing capacitor
PS: PWM signal CB:
Vi: input voltage Vo: output voltage
Claims (5)
상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터는, 부스트코일, 부스트다이오드 및 반도체 스위치로 이루어진 부스트회로; ZCS 코일; 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서; DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호를 상기 반도체 스위치에 인가하는 제어부; 및 공진형 스너버 회로;로 구성되며,
상기 부스트회로는 태양광 모듈로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일과 부스트다이오드가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일과 부스트 다이오드 사이의 접점으로부터 그라운드 사이에 반도체 스위치가 연결되어 구성되며,
상기 ZCS 코일은 상기 부스트 코일과 부스트다이오드 사이의 접점과 상기 반도체 스위치 사이에 연결되며,
상기 공진형 스너버 회로는 그라운드와 연결된 코일과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1과 다이오드 2가 태양광 모듈로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2의 캐소드단자는 상기 부스트회로의 부스트코일단자와 연결되며, 상기 다이오드 1과 다이오드 2 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치 사이의 접점 사이에 캐패시터가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터.A DC / DC converter for a solar module installed in place of a solar module terminal box,
The DC / DC converter for a solar module includes a boost circuit including a boost coil, a boost diode, and a semiconductor switch; ZCS coils; A smoothing capacitor connected in parallel with the output terminal; A control unit for applying a PWM signal for controlling the DC / DC converter to the semiconductor switch; And a resonance type snubber circuit,
The boost circuit includes a booster coil and a boost diode connected in series between an input terminal and an output terminal to which power generated from the solar module is input, and a semiconductor switch is connected between the boost diode and the contact between the boost diode and the ground ,
The ZCS coil being connected between a contact between the boost coil and the boost diode and the semiconductor switch,
The resonant snubber circuit includes a coil connected to the ground, a diode 1 arranged in the direction from the anode to the cathode, and a diode 2 connected in parallel with an input terminal to which power generated from the solar module is input. A DC / DC converter for a photovoltaic module is connected to the boost coil terminal of the boost circuit, and a capacitor is connected between a contact point between the diode 1 and the diode 2 and a contact point between the ZCS coil and the semiconductor switch. .
상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터는, 부스트코일, 부스트다이오드 및 반도체 스위치로 이루어진 부스트회로; ZCS 코일; 출력단과 병렬로 연결된 평활콘덴서; DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 PWM신호를 상기 반도체 스위치에 인가하는 제어부; 및 공진형 스너버 회로;로 구성되며,
상기 부스트회로는 태양광 모듈로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단으로부터 출력단 사이에 부스트코일과 부스트다이오드가 직렬로 연결되며, 상기 부스트코일과 부스트 다이오드 사이의 접점으로부터 그라운드 사이에 반도체 스위치가 연결되어 구성되며,
상기 ZCS 코일은 상기 부스트 코일과 부스트다이오드 사이의 접점과 상기 반도체 스위치 사이에 연결되며,
상기 공진형 스너버 회로는 그라운드와 연결된 코일과 애노드로부터 캐소드 방향으로 각각 배열된 다이오드 1과 다이오드 2가 태양광 모듈로부터 발생되는 전력이 입력되는 입력단과 병렬로 연결되되, 상기 다이오드 2의 캐소드단자는 상기 부스트회로의 부스트코일단자와 연결되며, 상기 다이오드 1과 다이오드 2 사이의 접점과 상기 ZCS 코일과 반도체스위치 사이의 접점 사이에 캐패시터가 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터.A DC / DC converter for a solar module, which is installed in parallel with a solar module terminal box,
The DC / DC converter for a solar module includes a boost circuit including a boost coil, a boost diode, and a semiconductor switch; ZCS coils; A smoothing capacitor connected in parallel with the output terminal; A control unit for applying a PWM signal for controlling the DC / DC converter to the semiconductor switch; And a resonance type snubber circuit,
The boost circuit includes a booster coil and a boost diode connected in series between an input terminal and an output terminal to which power generated from the solar module is input, and a semiconductor switch is connected between the boost diode and the contact between the boost diode and the ground ,
The ZCS coil being connected between a contact between the boost coil and the boost diode and the semiconductor switch,
The resonant snubber circuit includes a coil connected to the ground, a diode 1 arranged in the direction from the anode to the cathode, and a diode 2 connected in parallel with an input terminal to which power generated from the solar module is input. A DC / DC converter for a photovoltaic module is connected to the boost coil terminal of the boost circuit, and a capacitor is connected between a contact point between the diode 1 and the diode 2 and a contact point between the ZCS coil and the semiconductor switch. .
상기 반도체 스위치에 인가되는 PWM신호는 승압 또는 최대출력값 추종(MPPT:Maximum Power Point Tracking) 제어 알고리즘에 따라 출력되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the PWM signal applied to the semiconductor switch is outputted in accordance with a boost or maximum power point tracking (MPPT) control algorithm.
상기 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터는 각각의 태양전지 마다 설치되는 MIC(Module Integrated Converter)에 추가적으로 설치될 수 있음을 특징으로 하는 태양광 모듈용 DC/DC 컨버터.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the DC / DC converter for the solar module is additionally installed in a MIC (Module Integrated Converter) installed for each solar cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170083729A KR101930887B1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | DC/DC Converter for photovoltaic modules |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170083729A KR101930887B1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | DC/DC Converter for photovoltaic modules |
Publications (1)
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| KR101930887B1 true KR101930887B1 (en) | 2018-12-19 |
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| KR1020170083729A KR101930887B1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | DC/DC Converter for photovoltaic modules |
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| KR (1) | KR101930887B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111245226A (en) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 武汉理工大学 | High efficiency DC/DC converter |
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2017
- 2017-06-30 KR KR1020170083729A patent/KR101930887B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Jian-Hsieng Lee, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 61, NO. 7, JULY 2014 |
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| CN111245226A (en) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 武汉理工大学 | High efficiency DC/DC converter |
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