KR101954194B1 - Power converting apparatus, and photovoltaic module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력변환장치, 및 태양광 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 탭 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며 입력되는 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 컨버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 구비하며, 인버터는, 변환되는 교류 전원 중 제1 구간 동안, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드로 동작하고, 변환되는 교류 전원 중 제2 구간 동안, 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작한다. 이에 의해, 출력 전류 품질을 개선할 수 있게 된다.The present invention relates to a power conversion device and a solar module. A power conversion apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a converter having a tap inductor and a first switching device for level-converting and outputting an input DC power, Wherein the inverter operates in a first switching mode for switching to a first frequency during a first section of the AC power to be converted and for a second section of the converted AC power, And a second switching mode for switching to a second frequency. As a result, the output current quality can be improved.
Description
본 발명은 전력변환장치, 및 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 출력 전류 품질을 개선할 수 있는 전력변환장치, 및 태양광 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device and a solar module, and more particularly, to a power conversion device and a solar module capable of improving output current quality.
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 변화시키F는 차세대 전지로서 각광받고 있다.With the recent depletion of existing energy sources such as oil and coal, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation battery that converts solar energy directly into electrical energy using semiconductor devices.
한편, 태양광 모듈은 태양광 발전을 위한 태양전지가 직렬 혹은 병렬로 연결된 상태를 의미하며, 태양광 모듈은 태양전지가 생산한 전기를 모으는 정션박스를 포함할 수 있다.On the other hand, the photovoltaic module means that solar cells for solar power generation are connected in series or parallel, and the photovoltaic module can include a junction box for collecting the electricity produced by the solar cell.
본 발명의 목적은, 출력 전류 품질을 개선할 수 있는 전력변환장치, 및 태양광 모듈을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a power conversion device and a solar module capable of improving output current quality.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 탭 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며 입력되는 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 컨버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 구비하며, 인버터는, 변환되는 교류 전원 중 제1 구간 동안, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드로 동작하고, 변환되는 교류 전원 중 제2 구간 동안, 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus including a tapped inductor and a first switching device, the converter including a plurality of switching elements, Wherein the inverter operates in a first switching mode for switching to a first frequency during a first period of the AC power to be converted and for a second period of the AC power to be converted, And a second switching mode for switching to a second frequency lower than the first frequency.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 변환하여 교류 전원으로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 전력변환부는, 탭 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며 입력되는 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 컨버터와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 구비하며, 인버터는, 변환되는 교류 전원 중 제1 구간 동안, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드로 동작하고, 변환되는 교류 전원 중 제2 구간 동안, 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a solar module including: a solar cell module having a plurality of solar cells; a power conversion unit converting a DC power supplied from the solar cell module and converting the DC power into an AC power Wherein the power conversion unit comprises a converter having a tap inductor and a first switching element for level-converting an input DC power source and outputting the converted DC power, and an inverter for converting the level-converted DC power source to an AC power source Wherein the inverter operates in a first switching mode for switching to a first frequency during a first period of the AC power to be converted and for a second period of the converted AC power to a second frequency lower than the first frequency And a second switching mode for switching.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력변환장치 또는 태양광 모듈 내의 인버터는, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드와, 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작함으로써, 출력 전류 품질을 개선할 수 있게 된다. According to the embodiment of the present invention, the inverter in the power converter or the solar module is divided into a first switching mode for switching to the first frequency and a second switching mode for switching to the second frequency lower than the first frequency, Thus, the output current quality can be improved.
특히, 컨버터가 의사 직류 전원을 출력하여, 정전압 유지 구간이 발생하는 경우, 정전압을 접지전압으로 하강하도록 함으로써, 원하는 출력 교류 전원 파형을 얻을 수 있어, 출력 전류 품질이 향상되게 된다. 특히, 하모닉 전류 성분 영향을 저감할 수 있게 된다.Particularly, when the converter outputs the pseudo direct current power and the constant voltage maintaining section occurs, the constant voltage is lowered to the ground voltage, so that a desired output AC power source waveform can be obtained and the output current quality can be improved. Particularly, the influence of the harmonic current component can be reduced.
컨버터에서 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 되며, 따라서, 컨버터 전단에 배치되는 커패시터의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.The ripple of the current component output from the converter is reduced, thereby ensuring the reliability of the capacitor disposed at the front end of the converter.
한편, 전력변환장치 또는 태양광 모듈은, 탭 인덕터 부스트 컨버터를 구비함으로써, 고효율 고전압의 직류 전원을 확보할 수 있게 된다. On the other hand, the power conversion device or the solar module is provided with the tap inductor boost converter, thereby ensuring a high-efficiency high-voltage direct current power source.
한편, 전력변환장치 또는 태양광 모듈은, 서로 병렬 접속되는, 복수의 탭 인덕터 부스트 컨버터를 구비할 수 있으며, 이에 따라, 컨버터에서 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 되며, 따라서, 컨버터 앞단에 배치되는 커패시터의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.On the other hand, the power conversion device or the solar module may include a plurality of tap-inductor boost converters connected in parallel with each other, thereby reducing the ripple of the current component output from the converter, The reliability of the capacitor disposed in the front end can be secured.
한편, 전력변환장치 또는 태양광 모듈은, 서로 병렬 접속되는, 복수의 탭 인덕터 부스트 컨버터를 구비할 수 있으며, 각 컨버터는, 전력 필요치에 따른 적응적인 동작이 가능하므로, 전력 효율이 향상되게 된다. On the other hand, the power conversion device or the solar module may include a plurality of tap inductor boost converters connected in parallel with each other, and each converter can perform an adaptive operation according to the required power, thereby improving the power efficiency.
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 전압 대비 전류 곡선을 예시한다.
도 6은 도 1의 태양광 모듈의 전압 대비 전력 곡선을 예시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 8은 도 7의 전력변환장치의 간략한 블록도이다.
도 9a 내지 도 9b는 도 7의 전력변환장치에서 출력되는 출력 전류의 실시예 및 비교예를 예시한다.
도 10a 내지 도 10b는 도 7의 전력변환장치 내의 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 11 내지 도 13은 도 7의 전력변환장치의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 회로도의 다른 예이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 회로도의 또 다른 예이다.
도 16은 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도를 예시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 다른예이다.
도 19a 내지 도 19b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 파워 옵티마이징을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 1 is a front view of a solar module according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a rear view of the solar module of Fig. 1;
3 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG.
4 is an example of a bypass diode configuration of the solar module of FIG.
Fig. 5 illustrates a voltage versus current curve of the solar module of Fig.
6 illustrates a voltage versus power curve of the solar module of FIG.
7 is an example of an internal circuit diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a simplified block diagram of the power converter of FIG.
9A and 9B illustrate an embodiment and a comparative example of the output current outputted from the power conversion apparatus of FIG.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the operation of the converter in the power converter of FIG. 7. FIG.
11 to 13 are views referred to for explaining the operation of the power conversion apparatus of FIG.
14 is another example of the internal circuit diagram of the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention.
15 is another example of the internal circuit diagram of the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention.
16 illustrates an internal circuit diagram of a junction box of the solar module of Fig.
17 is an example of a configuration diagram of a solar photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is another example of the configuration diagram of the solar photovoltaic system according to the embodiment of the present invention.
19A to 19B are views referred to explain power optimization of a solar photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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.The suffix " module " and " part " for components used in the following description are given merely for convenience of description, and do not give special significance or role in themselves. Accordingly, the terms " module " and " part " may be used interchangeably.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이고, 도 2는 도 1의 태양광 모듈의 배면도이며, 도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.FIG. 1 is a front view of a solar module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a rear view of the solar module of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the solar module of FIG.
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.1 to 3, a
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(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다. First, the
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), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다. First, the
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.The
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.Each
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.In the figure, it is illustrated that the
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.On the other hand, each solar cell string can be electrically connected by a bus ribbon. 1 shows a first
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)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.On the other hand, the ribbon connected to the first string, the bus ribbons 145b and 145d, and the ribbon connected to the fourth string are electrically connected to the first through fourth
한편, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 양단부 중 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the
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.1 and 2, since the first to fourth
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. 1 and 2, when the first to fourth
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.The
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. The
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다. The
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다. Here, the
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 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. On the other hand, the
정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 배면 상에 부착되며, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 전력 변환할 수 있다. 구체적으로, 정션 박스(200)는, 직류 전원을 저장하는 커패시터부(도 7의 520)를 구비할 수 있다. 또한, 정션 박스(200)는, 직류 전원의 레벨 변환하여 출력하는 컨버터(도 7의 530)를 더 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 인버터(도 7의 540)를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.The
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 정션 박스(200)는, 적어도 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)와, 직류 전원을 저장하는 커패시터부(도 7의 520)와, 컨버터(도 7의 530)를 구비할 수 있다. Thus, the
이러한 정션 박스(200)가 태양전지 모듈(100)과 일체형으로 형성되는 경우, 후술하는 도 17 또는 도 18의 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.When the
한편, 정션 박스(200) 내의, 회로 소자들의 수분 침투 방지를 위해, 정션 박스 내부는, 실리콘 등을 이용하여, 수분 침투 방지용 코팅이 수행될 수 있다.On the other hand, in order to prevent moisture penetration of the circuit elements in the
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)와 연결되도록 할 수 있다. An opening (not shown) is formed in the
한편, 정션 박스(200)의 동작시에는 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc) 등으로부터 고열이 발생하는데, 발생된 열은 정션 박스(200)가 부착된 위치에 배열된 특정의 태양전지(130)의 효율을 감소시킬 수 있다. On the other hand, during operation of the
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(미도시)의 단면적은, 플레이트(미도시)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.In order to prevent this, the
한편, 정션박스(160)의 일 측면에는, 전력 변환된 직류 전원 또는 교류 전원을 외부로 출력하기 위한, 외부접속단자(미도시)가 형성될 수 있다.On the other hand, an external connection terminal (not shown) for outputting a power-converted DC power or an AC power to the outside may be formed on one side of the
도 4는 도 1의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.4 is an example of a bypass diode configuration of the solar module of FIG.
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. Referring to the drawings, bypass diodes Da, Db, and Dc may be connected corresponding to six
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. For example, when a voltage of approximately 0.6 V generated in a normal solar cell is generated, the potential of the cathode electrode is approximately 12 V (= 0.6 V * 20), as compared with the potential of the anode electrode of the first bypass diode Da Lt; / RTI > That is, the first bypass diode Da operates normally, not bypass.
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.On the other hand, when a hot spot occurs due to shading or foreign matter adhering to any solar cell of the first
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.Next, the second bypass diode Db is connected between the
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. Next, the third bypass diode Dc is connected between the first solar cell string and the
한편, 도 4와 달리, 6개의 태양전지 스트링에 대응하여, 6개의 바이패스 다이오드를 접속시키는 것도 가능하며, 그 외 다양한 변형이 가능하다.4, unlike FIG. 4, six bypass diodes can be connected corresponding to six solar cell strings, and various other modifications are possible.
도 5는 도 1의 태양광 모듈의 전압 대비 전류 곡선을 예시하며, 도 6은 도 1의 태양광 모듈의 전압 대비 전력 곡선을 예시한다.FIG. 5 illustrates a voltage vs. current curve of the solar module of FIG. 1, and FIG. 6 illustrates a voltage versus power curve of the solar module of FIG.
먼저, 도 5를 참조하면, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 개방 전압(Voc)이 커질수록, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 단락(short) 전류는 작아지게 된다. 이러한 전압 전류 곡선(L)에 따라, 정션 박스(200) 내에 구비되는 커패시터부(520)에, 해당 전압(Voc)이 저장되게 된다.Referring to FIG. 5, as the open-circuit voltage Voc supplied from the
한편, 도 6을 참조하면, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 최대 전력(Pmpp)은, 최대 전력 검출 알고리즘(Maximum Power Point Tracking; MPPT)에 의해 산출될 수 있다. 예를 들어, 개방 전압(Voc)을 최대전압(V1)에서부터 감소시키면서, 각 전압 별, 전력을 연산하고, 연산된 전력이 최대 전력인지 여부를 판단한다. V1 전압에서, Vmpp 전압까지는 전력이 증가하므로, 연산된 전력을 갱신하여 저장한다. 그리고, Vmpp 전압에서, V2 전압까지는 전력이 감소하므로, 결국, Vmpp 전압에 해당하는 Pmpp를 최대 전력으로 결정하게 된다. Referring to FIG. 6, the maximum power Pmpp supplied from the
이와 같이, 핫 스팟이 발생하지 않는 경우, 전압 전력 곡선(L)에서 변곡점은 1개만이 발생하게 되므로, V1 구간에서 V2 구간의 탐색(exploring)만으로 간단하게 최대 전력을 산출할 수 있게 된다. As described above, when hot spots do not occur, only one inflection point occurs in the voltage power curve L. Therefore, the maximum power can be easily calculated only by exploring the V2 section in the V1 section.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 내부 회로도의 일예이고, 도 8은 도 7의 전력변환장치의 간략한 블록도이며, 도 9a 내지 도 9b는 도 7의 전력변환장치에서 출력되는 출력 전류의 실시예 및 비교예를 예시하며, 도 10a 내지 도 10b는 도 7의 전력변환장치 내의 컨버터의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이고, 도 11 내지 도 13은 도 7의 전력변환장치의 동작 설명을 위해 참조되는 도면이다. FIG. 7 is an example of an internal circuit diagram of the power conversion apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 8 is a simplified block diagram of the power conversion apparatus of FIG. 7, Figs. 10A to 10B are diagrams for explaining the operation of the converter in the power converter of Fig. 7, and Figs. 11 to 13 are views for explaining the operation of the power converter of Fig. 7 Which is referred to for the sake of explanation.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(700)는, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), 컨버터(530), 인버터(540), 제어부(550), 및 필터부(560)를 포함할 수 있다.7, a
전력변환장치(700)는, 직류 전원을 입력받아, 직류 전원을 변환하여, 교류 전원을 출력한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른, 전력변환장치(700)는, 태양전지 모듈(100)에서 생성된 직류 전원을 공급받아, 직류 전원을 변환하여, 교류 전원을 출력한다.The
전력변환장치(700)는, 교류 전원 출력이 가능하므로, 마이크로 인버터(micro inverter)라 명명될 수 있다. 한편, 전력변환장치(700)는, 상술한 바와 같이, 도 2의 정션 박스(200) 내에 실장되는 것이 가능하다. 즉, 태양전지 모듈(100)의 배면에 일체형으로 부착되는 것이 가능하다. The
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. The
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. 또한, 그 개수가 가변되는 것도 가능하다.The
컨버터(530)는, 커패시터부(520)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 레벨 변환을 수행한다. 본 발명의 실시예에서는, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 부스팅(boosting)하여, 레벨 향상된 직류 전원을 출력하도록, 컨버터(530)로, 탭 인덕터 부스트 컨버터(tapped inductor boost converter)를 예시한다. 탭 인덕터 부스트 컨버터는, 부스트 컨버터(boost converter)나 플라이백 컨버터(flyback converter)에 비해, 저전압을 고효율의 고전압으로 출력할 수 있다.The
특히, 대략 50 내지 60개의 태양전지를 구비하여, 대략 30 내지 50V의 직류 전원을 출력하는 태양전지 모듈(100)에 대해, 탭 인덕터 부스트 컨버터를 사용하는 경우, 고압의 출력 전압(대략 300V 이상)을 효율적으로 출력할 수 있게 된다.Particularly, when a tap inductor boost converter is used for a
이에 따라, 컨버터(530)는, 탭 인덕터(T), 탭 인덕터(T)와 접지단 사이에 접속되는 제1 스위칭 소자(S1), 탭 인덕터의 출력단에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D1)를 포함한다. 한편, 다이오드(D1)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, 출력 전원을 저장하는 커패시터(C1)을 더 구비할 수 있다.Accordingly, the
구체적으로 제1 스위칭 소자(S1)는, 탭 인덕터(T)의 탭과 접지단 사이에 접속될 수 있다. 그리고, 탭 인덕터(T)의 출력단(2차측)은 다이오드(D1)의 애노드(anode)에 접속하며, 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)dhk 접지단 사이에, 커패시터(C1)가 접속된다. Specifically, the first switching device S1 may be connected between the taps of the tap inductor T and the ground terminal. The output terminal (secondary side) of the tap inductor T is connected to the anode of the diode D1 and the capacitor C1 is connected between the cathode terminal of the diode D1 and the ground terminal of the diode D1.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다. 한편, 탭 인덕터(T)는, 스위칭 트랜스포머(transformer)로 명명될 수도 있다.On the other hand, the primary side and the secondary side of the tap inductor T have opposite polarities. On the other hand, the tap inductor T may be referred to as a switching transformer.
인버터(540)는, 컨버터(530)에서 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. The
인버터(540) 내의 스위칭 소자들은, 제어부(550)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 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다. The switching elements in the
필터부(560)는, 인버터(540)에서 출력되는 교류 전원을 매끄럽게 하기 이해, 로우패스 필터링(lowpass filtering)을 수행한다. 이를 위해, 도면에서는, 인덕터(Lf1,Lf2)를 예시하나 다양한 예가 가능하다. The
한편, 입력전류 감지부(A)는, 컨버터(530)로 입력되는 입력전류(ic1)를 감지하며, 입력전압 감지부(B)는, 컨버터(530)로 입력되는 입력전압(vc1)을 감지한다. 감지된 입력전류(ic1)와 입력전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. The input current sensing unit A senses an input current ic1 input to the
한편, 출력전류 감지부(C)는, 컨버터(530)에서 출력되는 출력전류(ic2)를 감지하며, 출력전압 감지부(B)는, 컨버터(530)에서 출력되는 출력전압(vc2)을 감지한다. 감지된 출력전류(ic2)와 출력전압(vc2)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다. The output current sensing unit C senses the output current ic2 output from the
한편, 제어부(550)는, 도 7의 컨버터(530)의 제1 스위칭 소자(S1)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 또는 출력전압(vc2) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터(530) 내의 제1 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수도 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 또는 출력전압(vc2) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.On the other hand, the
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)에 대한, 최대 전력 지점을 연산하고, 그에 따라, 최대 전력에 해당하는 직류 전원을 출력하도록, 컨버터(530)를 제어할 수 있다. On the other hand, the
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 전력변환장치(700)의 컨버터(530)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환할 수 있다. 8, the
제1 스위칭 소자(S1)의 스위칭 온/오프를 제어하여, 컨버터(530)에서 출력되는 직류 전원은, 일정한 레벨을 갖는, 직류 전원이 아닌, 반파 정류된 직류 전원과 같은 포락선을 가지는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환될 수 있다. 이에 따라 커패시터(C1)에는 의사 직류 전원이 저장될 수 있다.The DC power supply output from the
한편, 인버터(540)는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을 입력받아, 스위칭 동작을 수행하여, 교류 전원으로 출력한다. Meanwhile, the
한편, 도 7의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530)를 사용하여, 의사 직류 전원을 출력하는 경우, 도 9b와 같이, 의사 직류 전원(Vcf)는, 반파 정류된 직류 전원과 같은 포락선(Vdc)를 가지며, 입력 전원(Vpv)에 따른 오프셋을 가지게 된다. 즉, 입력 전원(Vpv)에 대응하는 정전압 유지 구간이 발생하게 된다. 이에 따라, 원하는 출력 교류 전원 파형을 얻을 수 없으며, 출력 전류 품질이 나빠지며, 특히, 하모닉 전류 성분 영향이 커질 수 있게 된다.On the other hand, when the pseudo direct current power is output using the tap
본 발명의 실시예에서는, 이를 방지 하기 위해, 컨버터(530)에서 출력되는 직류 전원의 정전압 유지 구간과, 그외 구간에서, 동작 모드를 구분하고, 각 동작 모드에 대응하여, 컨버터(530)와 인버터(540)를 동작하도록 한다.In order to prevent this, in the embodiment of the present invention, the operation mode is distinguished from the constant voltage maintenance period of the DC power supply output from the
특히, 제어부(550)는, 출력전압 감지부(B)에서 감지되는 직류 전원(Vc2)이, 정전압을 유지하는 지 여부를 판단하고, 해당하는 경우, 제1 스위칭 모드로, 컨버터(530)와 인버터(540)가 동작하도록 제어한다. 그리고, 제어부(550)는, 해당하지 않는 경우, 제2 스위칭 모드로, 컨버터(530)와 인버터(540)가 동작하도록 제어한다. In particular, the
제1 스위칭 모드와 제2 스위칭 모드로 구분하여, 컨버터(530)와 인버터(540)를 동작시키는 경우, 도 9a와 같이, 오프셋이 전혀 없는, 출력 교류 전원 파형을 얻을 수 있게 된다. 즉, 원하는 출력 교류 전원 파형을 얻을 수 있게 되며, 출력 전류 품질이 향상되게 된다. 특히, 하모닉 전류 성분 영향을 저감할 수 있게 된다.When the
이하에서는, 제1 스위칭 모드와 제2 스위칭 모드의 동작에 대해서, 도 10a 내지 도 13을 참조하여 기술한다.Hereinafter, the operation of the first switching mode and the second switching mode will be described with reference to Figs. 10A to 13.
먼저, 도 10a 내지 도 10b는, 탭 인덕터 부스트 컨버터(530)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.10A to 10B are diagrams referred to explain the operation of the tapped
컨버터(530)의 동작을 간략히 설명하면, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온(on)되는 경우, 도 10a와 같이, 입력 전압(Vpv), 탭 인덕터(T)의 1차측, 및 제1 스위칭 소자(S1)를 통한 폐루프(closed loop)가 형성되며, 제1 전류(I1)가 폐루프 상에 흐르게 된다. 이때, 탭 인덕터(T)의 2차측은, 1차측과 반대 극성을 가지므로, 다이오드(D1)은 도통하지 못하고 오프(off)된다. 이에 따라, 입력 전압(Ppv)에 의한 에너지가 탭 인덕터(T)의 1차측에 저장되게 된다.10A, when the first switching device S1 is turned on, the input voltage Vpv, the primary side of the tap inductor T, and the first A closed loop is formed through the switching element S1, and the first current I1 flows on the closed loop. At this time, since the secondary side of the tap inductor T has the opposite polarity to the primary side, the diode D1 can not be turned on and is turned off. As a result, the energy due to the input voltage Ppv is stored in the primary side of the tapped inductor T. [
다음, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 오프(off)되는 경우, 도 10b와 같이, 입력 전압(Vpv), 탭 인덕터(T)의 1차측, 2차측, 및 다이오드(D1), 및 커패시터(C1)를 통한 폐루프(closed loop)가 형성되며, 제2 전류(I2)가 폐루프 상에 흐르게 된다. 즉, 탭 인덕터(T)의 2차측은, 1차측과 반대 극성을 가지므로, 다이오드(D1)는, 도통하게 된다. 이에 따라, 입력 전압(Ppv), 탭 인덕터(T)의 1차측, 2차측에 저장된 에너지가, 다이오드(D1)를 거쳐, 커패시터(C1)에 저장될 수 있다. Next, when the first switching device S1 is turned off, the input voltage Vpv, the primary side, the secondary side, and the diode D1 of the tap inductor T and the capacitor Cl to form a closed loop, and a second current I2 flows on the closed loop. That is, since the secondary side of the tap inductor T has the opposite polarity to the primary side, the diode D1 becomes conductive. Accordingly, the input voltage Ppv, the energy stored in the primary side and the secondary side of the tap inductor T can be stored in the capacitor C1 via the diode D1.
이와 같이, 컨버터(530)는, 입력 전압(Ppv), 탭 인덕터(T)의 1차측, 2차측에 저장된 에너지를 이용함으로써, 고효율이며 고전압의 직류 전원을 출력할 수 있게 된다.As described above, the
도 11은, 도 7의 전력변환장치의 간략한 회로도이며, 도 12는 컨버터와 인버터 내의 스위칭 소자의 파형도를 예시하며, 도 13은 제1 스위칭 모드와 제2 스위칭 모드를 통해 최종 출력되는 출력 교류 전원 파형을 예시한다.Fig. 11 is a simplified circuit diagram of the power converter of Fig. 7, Fig. 12 illustrates a waveform diagram of a switching element in a converter and an inverter, Fig. 13 is a waveform diagram of a switching converter The power waveform is illustrated.
제어부(550)는, 컨버터(530)에서 출력되는 의사 직류 전원 중 입력 전원(Vpv)에 대응하는 정전압 유지 구간이 발생하는 경우, 제1 스위칭 모드(MODE 1)로서, 인버터(540) 내의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를, 도 12와 같이, 고속 스위칭하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 100kHz의 고속 주파수로, 스위칭 동작할 수 있다.The
또한, 제어부(550)는, 제1 스위칭 모드(MODE 1) 구간 동안에, 컨버터(530) 내의 제1 스위칭 소자(S1)도 고속 스위칭하도록 제어할 수 있다. 특히, 인버터(540) 내의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)의 스위칭 주파수에 대응하도록, 제어할 수 있다.Also, the
이에 의해, 도 9a와 같이, 정전압 유지 구간에서의 직류 전원이 0V의 접지 전원까지 하강하게 된다. 따라서, 인버터(540)에서 출력되는 출력 전류의 전류 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 하모닉 전류 성분이 현저히 감소하게 된다.As a result, as shown in Fig. 9A, the DC power source in the constant voltage holding period falls to the ground power source of 0V. Therefore, the current quality of the output current outputted from the
다음, 제어부(550)는, 정전압 유지 구간이 발생하지 않는 구간에서는, 제2 스위칭 모드(MODE 2)로서, 인버터(540) 내의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를, 도 12와 같이, 저속 스위칭하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 120Hz의 저속 주파수로, 스위칭 동작할 수 있다.Next, the
또한, 제어부(550)는, 제2 스위칭 모드(MODE 2) 구간 동안에, 컨버터(530) 내의 제1 스위칭 소자(S1)도 저속 스위칭하도록 제어할 수 있다. 특히, 의사 직류 전원을 출력하도록, 펄스폭 가변(pulse width modulation;PWM) 기반의 스위칭 동작을 수행할 수 있다.The
결국, 도 13과 같이, 제1 스위칭 모드(MODE 1(a),MODE 1(b))에서의 출력 전압 파형과, 제2 스위칭 모드(MODE 2)에서의 출력 전압 파형이 합성되어, 도 9a와 같은, 출력 전압(Vout)이, 전력변환장치(700)에서 출력될 수 있게 된다. As a result, the output voltage waveform in the first switching mode (MODE 1 (a), MODE 1 (b)) and the output voltage waveform in the second switching mode (MODE 2) are synthesized as shown in FIG. The output voltage Vout can be output from the
한편, 도 9a 또는 도 13과 같은 출력 교류 전원 파형은, 도 11의 필터부(560)를 통해 로우패스 필터링되어, 매끄러운 교류 전원 파형으로 출력되게 된다. On the other hand, the output AC power source waveform as shown in FIG. 9A or FIG. 13 is low-pass filtered through the
한편, 도 14는 도 7과 유사하나, 2개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b)를 사용하는 것에 그 차이가 있다.On the other hand, Fig. 14 is similar to Fig. 7, except that two tap
즉, 도 14의 전력변환장치(1400)는, 커패시터부(520), 2개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b), 인버터(540), 및 필터부(540)를 포함할 수 있다.That is, the
2 개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b)를 도면과 같이, 서로 병렬 접속하는 경우, 즉, 인터리빙(interleaving) 방식을 사용하는 경우, 커패시터부(520)를 통해 전달되는 전류 성분이 병렬로 분기되므로, 각 컨버터(530a,530b)를 통해 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 된다. 따라서, 커패시터부(520)에 구비되는 커패시터의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.When the two tap
한편, 도 15는 도 7과 유사하나, 3개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b,,530c)를 사용하는 것에 그 차이가 있다.On the other hand, Fig. 15 is similar to Fig. 7 except that three tap
즉, 도 14의 전력변환장치(1400)는, 커패시터부(520), 3개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b,,530c), 인버터(540), 및 필터부(540)를 포함할 수 있다.14 may include a
이때, 각 컨버터(530a,530b,,530c) 내의 탭 인덕터, 스위칭 소자의 소자 특성은, 모두 동일한 것일 수 있다.At this time, the element characteristics of the tapped inductor and the switching element in each of the
한편, 3 개의 탭 인덕터 부스트 컨버터(530a,530b)를 도면과 같이, 서로 병렬 접속하는 경우, 즉, 인터리빙(interleaving) 방식을 사용하는 경우, 커패시터부(520)를 통해 전달되는 전류 성분이 병렬로 분기되므로, 각 컨버터(530a,530b,530c)를 통해 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 된다. 따라서, 커패시터부(520)에 구비되는 커패시터의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.On the other hand, when the three tap
한편, 각 컨버터(530a,530b,,530c)는, 출력되는 교류 전원의 전력 필요치에 대응하여, 적응적으로 동작하는 것이 가능하다. On the other hand, each of the
예를 들어, 전력 필요치가 대략 100W인 경우, 제1 컨버터(530a)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 200W인 경우, 제1 및 제2 컨버터(530a,530b)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 300W인 경우, 제1 내지 제3 컨버터(530a,530b,530c) 모두가 동작할 수 있다.For example, if only the
한편, 제1 내지 제3 컨버터(530a,530b,530c) 중 적어도 2개의 컨버터가 동작하는 경우, 각 스위칭 소자의 턴 온/턴 오프 타이밍은 모두 동일할 수 있다.On the other hand, when at least two of the first to
도 16은 도 1의 태양광 모듈의 정션박스의 내부 회로도를 예시한다.16 illustrates an internal circuit diagram of a junction box of the solar module of Fig.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), 컨버터(530), 및 제어부(550)를 포함할 수 있다. 즉, 도 7의 전력변환장치(700) 중 인버터(540), 및 필터부(560)를 포함하지 않는 것에 그 특징이 있다. 정션박스(200)에 포함되지 않은, 인버터(540)와 필터부(540)는 별도로 마련되는 것이 가능하다.Referring to FIG. 16, the
이에 따라, 도 16의 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.Accordingly, the
도 16과 같이, 정션박스 내에 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 컨버터를 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.As shown in FIG. 16, the DC power source can be easily supplied through the junction box by including the capacitor unit for storing the DC power source in the junction box and the converter for level-converting the stored DC power source. In addition, it is easy to install the solar module, and it is advantageous to expand the capacity of the solar system including a plurality of solar modules and the system configuration.
한편, 도 7 및 도 16과 달리, 정션박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510) 및 커패시터부(520)만을 구비하는 것도 가능하다. 이에 따라, 정션 박스(200) 외부에 별도로, 컨버터(530), 및 인버터(540), 필터부(560)가 배치될 수 있다.7 and FIG. 16, the
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 일예이다.17 is an example of a configuration diagram of a solar photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 도 17의 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 인버터를 구비하는 정션 박스라 할 수 있으며, 각 정션박스(200a, 200b, ...,200n)에서 출력되는 교류 전원은 계통(grid)으로 공급되게 된다.Referring to the drawings, the solar photovoltaic system of Fig. 17 includes a plurality of
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 7의 전력변환장치(700)는 모두 정션박스(200) 내에 실장될 수 있으며, 정션박스(200)의 내부 회로는 도 17의 마이크로 인버터에 적용될 수 있다.7 may be implemented in the
즉, 각 정션박스(200a, 200b, ...,200n)는, 도 7과 같이, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), 컨버터(530), 인버터(540) 제어부(550), 필터부(560)를 포함할 수 있다. 특히, 컨버터(530)는, 도 7과 같이, 탭 인덕터와 스위칭 소자를 포함하는, 탭 인덕터 부스트 컨버터(530)일 수 있다. 7, the
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 구성도의 다른예이다.FIG. 18 is another example of the configuration diagram of the solar photovoltaic system according to the embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 도 18의 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 모듈(50a, 50b, ...,50n)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 별도의 인버터(1210)가 더 구비되게 된다. 이때의, 정션박스(1200a, 1200b, ...,1200n)는, 직류 전원을 효율적으로 출력하기 위한 파워 옵티 마이저를 구비하는 정션 박스라 할 수 있다.Referring to the drawings, the solar photovoltaic system of Fig. 18 includes a plurality of
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 16의 정션박스(200)의 내부 회로는 도 18의 파워 옵티마이저에 적용될 수 있다.Meanwhile, the internal circuit of the
즉, 각 정션박스(200a, 200b, ...,200n)는, 도 16과 같이, 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), 컨버터(530), 및 제어부(550)를 포함할 수 있다. 특히, 컨버터(530)는, 도 7과 같이, 탭 인덕터와 스위칭 소자를 포함하는, 탭 인덕터 부스트 컨버터(530)일 수 있다. In other words, each of the
도 19a 내지 도 19b는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템의 파워 옵티마이징을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 19A to 19B are views referred to explain power optimization of a solar photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 19a를 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.First, referring to FIG. 19A, a case where power optimizing is not applied will be described. In the case where a plurality of solar cell modules are connected in series as shown in the drawing, when hot spots are generated in some
다음, 도 19b를 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. Next, referring to Fig. 19B, a case where power optimizing is applied will be described. When a hot spot occurs in some
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, 다른 태양전지 모듈에서 공급되는 전류치 또는 전압치를 입력받아, 해당 태양전지 모듈 내의 전압 출력 등을 제어할 수 있다.As described above, according to the power optimizing, the voltage supplied from the solar cell module in which the hot spot occurs can be adjusted in accordance with the current supplied from another solar cell module. To this end, each solar cell module receives a current value or a voltage value supplied from another solar cell module, and can control a voltage output in the solar cell module.
한편, 한편, 본 발명의 실시예에 따른, 도 16의 정션 박스(200)는, 도 19b의 파워 옵티마이저에 적용될 수 있다.On the other hand, the
본 발명에 따른 전력변환장치 또는 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.The power conversion apparatus or the solar module according to the present invention is not limited in the configuration and the method of the embodiments described above but the embodiments can be applied to all or some of the embodiments May be selectively combined.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (20)
상기 컨버터에서 출력되는 출력 전압을 감지하는 출력전압 감지부;
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;
상기 컨버터의 제1 스위칭 소자와, 상기 인버터의 스위칭 소자들의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 구비하며,
상기 인버터는,
상기 변환되는 교류 전원 중 제1 구간 동안, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드로 동작하고,
상기 변환되는 교류 전원 중 제2 구간 동안, 상기 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작하며,
상기 제어부는,
상기 출력 전압 감지부에서 감지되는 출력 전압이, 정전압을 유지하는 경우, 상기 제1 스위칭 모드로 동작하도록 제어하고, 상기 정전압에 해당하지 않는 경우, 상기 제2 스위칭 모드로 동작하도록 제어하며,
상기 제1 스위칭 모드와 상기 제2 스위칭 모드에 따라, 교류 전류 파형을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.A converter having a tap inductor and a first switching element, for level-converting and outputting an input DC power;
An output voltage sensing unit for sensing an output voltage output from the converter;
An inverter having a plurality of switching elements, for converting the level-converted DC power into an AC power;
And a control unit for controlling a switching operation of the first switching device of the converter and the switching devices of the inverter,
The inverter includes:
A first switching mode for switching to a first frequency during a first period of the AC power,
And a second switching mode for switching to a second frequency lower than the first frequency during a second period of the converted AC power,
Wherein,
Wherein the control unit controls the output voltage detected by the output voltage sensing unit to operate in the first switching mode when the constant voltage is maintained and to operate in the second switching mode when the output voltage does not correspond to the constant voltage,
And outputs an alternating current waveform according to the first switching mode and the second switching mode.
상기 컨버터는,
상기 직류 전원을 레벨 변환하여, 레벨 변환된 의사(pseudo) 직류 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
The converter includes:
And converts the level of the direct current power to a level converted pseudo direct current power.
상기 인버터에서 출력되는 교류 전원을 로우패스 필터링하는 필터부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.3. The method according to claim 1 or 2,
And a filter unit that low-pass filters the AC power output from the inverter.
상기 정전압은, 상기 입력 직류 전원에 대응하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
And said constant voltage corresponds to said input DC power supply.
상기 컨버터의 상기 제1 스위칭 소자는,
상기 인버터의 제1 스위칭 모드에 대응하여, 상기 인버터가 제2 스위칭 모드로 동작하는 경우에 비해, 더 높은 스위칭 주파수를 가지며, 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
Wherein the first switching element of the converter comprises:
Wherein the inverter has a higher switching frequency than the inverter operating in the second switching mode and performs the switching operation corresponding to the first switching mode of the inverter.
상기 전력변환장치는,
탭 인덕터와 스위칭 소자를 구비하며, 서로 병렬 접속되는 복수의 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.The method according to claim 1,
The power conversion apparatus includes:
And a plurality of converters each having a tapped inductor and a switching element and connected in parallel to each other.
상기 출력되는 교류 전원의 전력 필요치에 대응하여, 상기 복수의 컨버터 중 적어도 일부가 동작하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.8. The method of claim 7,
Wherein at least a part of the plurality of converters operates in response to a power required value of the AC power outputted.
상기 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 변환하여 교류 전원으로 변환하는 전력변환부;를 포함하고,
상기 전력변환부는,
탭 인덕터와 제1 스위칭 소자를 구비하며, 입력되는 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 컨버터;
상기 컨버터에서 출력되는 출력 전압을 감지하는 출력전압 감지부;
복수의 스위칭 소자를 구비하며, 상기 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;
상기 컨버터의 제1 스위칭 소자와, 상기 인버터의 스위칭 소자들의 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 구비하며,
상기 인버터는,
상기 변환되는 교류 전원 중 제1 구간 동안, 제1 주파수로 스위칭하는 제1 스위칭 모드로 동작하고,
상기 변환되는 교류 전원 중 제2 구간 동안, 상기 제1 주파수 보다 낮은 제2 주파수로 스위칭하는 제2 스위칭 모드로 구분되어 동작하며,
상기 제어부는,
상기 출력 전압 감지부에서 감지되는 출력 전압이, 정전압을 유지하는 경우, 상기 제1 스위칭 모드로 동작하도록 제어하고, 상기 정전압에 해당하지 않는 경우, 상기 제2 스위칭 모드로 동작하도록 제어하며,
상기 제1 스위칭 모드와 상기 제2 스위칭 모드에 따라, 교류 전류 파형을 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.A solar cell module comprising a plurality of solar cells; And
And a power conversion unit converting the DC power supplied from the solar cell module and converting the DC power into an AC power,
Wherein the power conversion unit comprises:
A converter having a tap inductor and a first switching element, for level-converting and outputting an input DC power;
An output voltage sensing unit for sensing an output voltage output from the converter;
An inverter having a plurality of switching elements, for converting the level-converted DC power into an AC power;
And a control unit for controlling a switching operation of the first switching device of the converter and the switching devices of the inverter,
The inverter includes:
A first switching mode for switching to a first frequency during a first period of the AC power,
And a second switching mode for switching to a second frequency lower than the first frequency during a second period of the converted AC power,
Wherein,
Wherein the control unit controls the output voltage detected by the output voltage sensing unit to operate in the first switching mode when the constant voltage is maintained and to operate in the second switching mode when the output voltage does not correspond to the constant voltage,
And outputs an alternating current waveform according to the first switching mode and the second switching mode.
상기 컨버터는,
상기 직류 전원을 레벨 변환하여, 레벨 변환된 의사(pseudo) 직류 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
The converter includes:
Converts the level of the direct current power to a level-converted pseudo direct current power.
상기 전력변환부는,
상기 인버터에서 출력되는 교류 전원을 로우패스 필터링하는 필터부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the power conversion unit comprises:
And a filter unit that low-pass filters the AC power output from the inverter.
상기 정전압은, 상기 입력 직류 전원에 대응하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
Wherein the constant voltage corresponds to the input DC power supply.
상기 컨버터의 상기 제1 스위칭 소자는,
상기 인버터의 제1 스위칭 모드에 대응하여, 상기 인버터가 제2 스위칭 모드로 동작하는 경우에 비해, 더 높은 스위칭 주파수를 가지며, 스위칭 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
Wherein the first switching element of the converter comprises:
Wherein the inverter has a higher switching frequency and performs a switching operation, as compared to the case where the inverter operates in the second switching mode, corresponding to the first switching mode of the inverter.
상기 전력변환부는,
탭 인덕터와 스위칭 소자를 구비하며, 서로 병렬 접속되는 복수의 컨버터를 구비하며,
상기 전력변환부에서 출력되는 교류 전원의 전력 필요치에 대응하여, 상기 복수의 컨버터 중 적어도 일부가 동작하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
Wherein the power conversion unit comprises:
A plurality of converters having a tapped inductor and a switching element and connected in parallel to each other,
Wherein at least a part of the plurality of converters operates in response to a power required value of the AC power outputted from the power conversion unit.
상기 전력변환부는,
상기 복수의 태양전지 중 역방향 전압이 발생하는 태양전지를 바이패스 시키는 바이패스 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
Wherein the power conversion unit comprises:
And a bypass diode for bypassing a solar cell generating a reverse voltage among the plurality of solar cells.
상기 전력변환부 내의 상기 컨버터와 인버터는 정션 박스 내에 실장되며,
상기 정션 박스는, 상기 태양전지 모듈에 부착되어 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.11. The method of claim 10,
The converter and the inverter in the power conversion unit are mounted in a junction box,
Wherein the junction box is attached to the solar cell module and is integrally formed.
상기 전력변환부 내의 상기 컨버터는 정션 박스 내에 실장되며,
상기 정션 박스는, 상기 태양전지 모듈에 부착되어 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
11. The method of claim 10,
The converter in the power conversion section is mounted in a junction box,
Wherein the junction box is attached to the solar cell module and is integrally formed.
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