KR102162004B1 - 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템에 관한 것으로서, 태양광 패널에 일대일 대응되어 연결되고, 외부로부터 절환제어신호를 인가받아 태양광 패널을 태양광 발전 시스템의 메인회로로부터 절연하거나, 메인회로로 다시 연결하는 바이패스 회로, 태양광 패널의 전력 생산량을 측정하고, 측정된 태양광 패널의 전력 생산량이 기준값보다 큰 경우, 바이패스 회로를 절환 제어하는 신호를 생성하여 바이패스 회로에 인가하는 바이패스 회로 제어부, 그리고, 바이패스 회로 제어부에서 바이패스 회로를 절환제어한 이후, 메인회로에서 절연 처리된 태양광 패널의 근사 최대 전류를 추적하는 근사 최대 전류 추적부를 포함한다. 이로 인해, 태양광 패널의 최대 전력점 추적 효율이 향상되고, 이로부터 태양광 발전 시스템의 발전 효율이 증대되는 효과가 있다.

Description

태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법{DPP SYSTEM FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEM AND MAXIMUM POWER POINT TRACKING METHOD OF SOLAR PANEL USING IT}
본 발명은 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광패널의 최대 전력점 추적방법에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 태양광발전 시스템의 최대 전력점 지점에 대응되는 근사 최대 전력점 전류를 추적하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
신재생 에너지 발전 중 하나인 태양광 발전 시스템은 태양광 패널을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 시스템으로서, 태양광 패널에서 발전되는 전기 에너지의 효율적인 생산 및 부하단으로의 효율적인 공급을 위해, 태양광 패널에 연결되는 전력변환장치가 연구되고 있다.
이러한 전력변환장치의 연구는 1세대인 중앙집중방식, 2세대인 멀티 스트링 방식을 거쳐, 현재에는 3세대인 모듈집적방식의 태양광 시스템으로 제시되었다.
그러나, 태양광 패널마다 직렬로 전력변환장치가 연결되고 태양광 패널에서 생산하는 모든 전력이 전력변환장치를 거치는 구조를 가짐에 따라 전력 손실이 발생하고, 태양광 모듈의 직렬 연결 구조에 의해 한 모듈에 오류 발생시 시스템의 안정성과 신뢰성이 저하되는 단점이 있어, 이를 극복하기 위하여, 태양광 패널에 병렬로 전력변환장치를 연결하는 4세대 전력변환장치인 차동전력조절 방식(DPP; differential power processing)이 제시되고 있다.
하지만, 차동전력조절 방식에 일반적으로 사용되는 P&O(Perturb and Observe) 기법 알고리즘인 최대전력점 추종(MPPT; maximum power point tracking) 방법은 전압 레퍼런스 변화량 만큼 리플이 존재하여 시스템의 안정성이 저하되거나, 전압 레퍼런스 변화량을 작게 하더라도 최대 전력점 곡선에서 태양광 패널의 최고 생산 전력점(Pmpp, 이하 '최대 전력점'이라 함)에 도달하는 데 소요되는 시간이 늘어나 태양광 패널의 전력 생산 효율의 저하되거나 또는 Pmpp 추적 실패로 이어질 수 있는 한계점이 있다.
이에 따라, 최대 전력점 곡선에서 Pmpp를 빠르게 추적하여 태양광 패널의 전력 생산 효율을 향상할 수 있는 DPP 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0668489(태양광 최대 전력추적 장치 및 방법)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 최대 전력점 근사전류를 이용하여 태양광 패널의 최대 전력점을 추적함으로써, 태양광 발전 시스템의 전기 에너지 생산 효율을 향상하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템은 태양광 패널로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템에 적용되는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템에 있어서, 태양광 패널에 일대일 대응되어 연결되고, 외부로부터 절환제어신호를 인가받아 상기 태양광 패널을 태양광 발전 시스템의 메인회로로부터 절연하거나, 상기 메인회로로 다시 연결하는 바이패스 회로, 상기 태양광 패널의 전력 생산량을 측정하고, 측정된 태양광 패널의 전력 생산량이 기준값보다 큰 경우, 상기 바이패스 회로를 절환 제어하는 신호를 생성하여 상기 바이패스 회로에 인가하는 바이패스 회로 제어부, 그리고, 상기 바이패스 회로 제어부에서 상기 바이패스 회로를 절환제어한 이후, 상기 메인회로에서 절연 처리된 태양광 패널의 근사 최대 전류를 추적하는 근사 최대 전류 추적부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 근사 최대 전류 추적부는 하기의 식 1을 이용하여 상기 근사 최대 전류를 추적하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure 112019037825504-pat00001
(위의 식 1에서, Impp는 근사 최대 전류이고, k는 고정상수, Imax는 태양광 패널의 최대 전류임.)
상기 근사 최대 전류 추적부에서 추적한 상기 근사 최대 전류값을 태양광 패널의 전압-전류 특성 곡선에 적용하여 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 패널의 전압, 전류 또는 전력값을 측정하여 측정값을 상기 바이패스 회로 제어부 또는 상기 근사 최대 전류 추적부에 제공하는 태양광 패널 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법은 태양광 패널에 연결되는 바이패스 회로, 상기 바이패스 회로를 제어하는 바이패스 회로 제어부, 그리고 상기 태양광 패널의 근사 최대 전류를 추적하는 근사 최대 전류 추적부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 있어서, 상기 바이패스 회로 제어부가 상기 태양광 패널의 전류 변화값을 설정값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 태양광 패널에 연결된 바이패스 회로를 제어하여 상기 태양광 패널을 절연하는 단계, 상기 바이패스 회로 제어부가 절연된 상기 태양광 패널의 최대 전류를 측정하는 단계, 그리고, 상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계 이후에, 상기 바이패스 회로 제어부가, 절연된 상기 바이패스 회로를 턴오프 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 특징으로 한다.
상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계는, 하기의 식 1로부터 이루어지는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure 112019037825504-pat00002
(위의 식 1에서, Impp는 근사 최대 전류이고, k는 고정상수, Imax는 태양광 패널의 최대 전류임.)
상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계 이후에, 상기 태양광 패널의 전류를 측정하여, 측정된 전류가 상기 태양광 패널의 최대 전류인 경우, 상기 바이패스 회로 제어부가 상기 태양광 패널의 전류 변화값을 설정값과 비교하는 단계를 재수행하도록 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광패널의 최대 전력점 추적방법에서는, 태양광 패널에 연결된 바이패스 회로를 제어하여 태양광발전 시스템에서 태양광 패널을 절연한 상태에서 태양광 패널의 최대 전류값을 측정하고, 측정된 태양광 패널의 최대 전류값으로부터 최대 전력점 근사전류를 추적함으로써, 태양광 패널의 최대 전력점 추적 효율이 향상되고, 이로부터 태양광 발전 시스템의 발전 효율이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 태양광 패널에 연결된 바이패스 회로의 제어상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 근사 최대 전류 추적부가 참조하는 태양광 패널의 전압-전류 특성 곡선이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 제1 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 제2 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 적용에 따른 전압과 전류를 종래 시스템 적용에 따른 전압 및 전류와 비교한 성능 비교 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 적용에 따른 전력 생산량을 종래 시스템 적용에 따른 전력 생산량과 비교한 성능 비교 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 태양광 패널에 연결된 바이패스 회로의 제어상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 근사 최대 전류 추적부가 참조하는 태양광 패널의 전압-전류 특성 곡선이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 제1 흐름을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 제2 흐름을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 적용에 따른 전압과 전류를 종래 시스템 적용에 따른 전압 및 전류와 비교한 성능 비교 그래프이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법의 적용에 따른 전력 생산량을 종래 시스템 적용에 따른 전력 생산량과 비교한 성능 비교 그래프이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 설명하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)은 태양광 발전 시스템에 구성되어, 차동전력조절 방식(DPP)으로 태양광 패널의 전기 에너지 생산 효율을 향상하는 전력변환장치이다.
본 실시예에서, 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)은 태양광 패널(1)에 연결되는 구조로 형성되고, 바이패스 회로(11)와 바이패스 회로 제어부(100), 근사 최대 전류 추적부(200), 그리고 최대 전력 추적부(300)를 포함한다.
바이패스 회로(11)는 도 2의 (a)에 도시한 것처럼, 태양광 패널(PV1, PV2)에 각각 일대일 연결되어 구성된다. 이때, 바이패스 회로(11)가 태양광 패널(1)에 연결됨에 있어서, 도 2의 (a)에 도시한 것처럼 태양광 패널의 양극과 음극에 각각 연결되는 구조로 형성된다.
한 예예서, 바이패스 회로(11)는 태양광 패널(1)의 양극에 연결되는 선과 태양광 패널(1)의 음극에 연결되는 선에 각각 연결점(B, C)을 포함하도록 형성되고, 바이패스 회로 제어부(100)로부터 인가되는 제어신호에 따라 두 개의 연결점 중 어느 하나에 연결되도록 구동된다.
이와 같이, 태양광 패널(1)과 전력변환장치 사이에 위치하고 태양광 패널(1)에 각각 연결 구조를 갖는 바이패스 회로(11)는, 바이패스 회로 제어부(100)로부터 인가되는 제어신호에 따라 도 2의 (b)와 같이 동작하여, 특정 태양광 패널(PV1)을 전력변환장치, 즉, 메인회로로부터 절연할 수 있다.
또는, 바이패스 회로(11)는 바이패스 회로 제어부(100)로부터 인가되는 제어신호에 따라, 도 2의 (b)와 같이 메인회로로부터 절연되었던 태양광 패널(PV1)에 연결된 연결점을 절환하여, 해당 태양광 패널(PV1)을 메인회로와 다시 연결하도록 동작할 수 있다.
이러한 바이패스 회로(11)에 연결되어 바이패스 회로(11)에 제어신호를 인가하는 바이패스 회로 제어부(100)는, 태양광 패널(1)의 전력 생산량 변화량을 기준값과 비교하여, 특정 태양광 패널(1)의 전력 생산량이 급격히 감소함에 따라 전력 생산량 변화량이 기준값보다 같거나 큰 경우, 해당 태양광 패널(1)에 연결된 바이패스 회로(11)를 메인회로와 절연하기 위해, 바이패스 회로(11)를 절환하는 제어신호를 생성하여 해당 태양광 패널(1)에 연결된 바이패스 회로(11)로 인가한다.
한 예에서, 태양광 패널(1)의 전력 생산량 변화량은 태양광 패널 측정부(400)에서 수행될 수 있고, 태양광 패널(1)의 전력 생산량 외에, 전류값, 전압값을 측정할 수 있다.
다른 일 예에서, 태양광 패널(1)의 전력 생산량 변화값을 기준값과 비교하는 동작은 바이패스 회로 제어부(100)가 아닌, 태양광 패널 측정부(400)에서 수행되어, 비교결과에 따라 바이패스 회로 제어부(100)가 구동될 수 있으며, 이를 한정하지는 않아야 할 것이다.
그리고, 바이패스 회로 제어부(100)가 태양광 패널 측정부(400)에서 측정한 전력 생산량 변화값을 비교하는 기준값은 저장부(미도시)에 저장된 값을 참조할 수 있으며, 태양광 패널의 용량 등에 따라 설계 변경될 수 있는 값으로, 본 명세서에서는 이를 한정하지 않아야 할 것이다.
이때, 바이패스 회로 제어부(100)는 태양광 패널(1)의 절연을 위해 바이패스 회로(11)를 동작 제어하는 제어신호를 생성 및 바이패스 회로(11)로 인가한 이후, 근사 최대 전류 추적부(200)로 특정 태양광 패널(1)에 연결된 바이패스 회로(11)를 절연절환 제어하였음을 알리는 신호를 전달할 수 있다.
한 예에서, 바이패스 회로 제어부(100)는 메인회로로부터 절연되었던 태양광 패널(1)을 메인회로와 다시 연결하도록, 바이패스 회로(11)를 절환제어하는 제어신호를 생성하여 이를 바이패스 회로(11)로 인가할 수 있다. 이때, 바이패스 회로 제어부(100)는 근사 최대 전류 추적부(200)가 해당 태양광 패널(1)의 최대 전류를 측정여부를 전달받아, 태양광 패널(1)의 최대 전류가 측정된 이후 태양광 패널(1)이 메인회로와 다시 연결되도록 바이패스 회로(11)를 제어한다.
그리고, 근사 최대 전류 추적부(200)는, 위에서 설명한 것처럼, 바이패스 회로 제어부(100)가 바이패스 회로(11)를 제어하여 태양광 패널(1)을 메인회로로부터 절연제어 처리여부를 바이패스 회로 제어부(100)로부터 전달받은 이후, 절연처리된 태양광 패널(1)의 근사 최대 전류를 추적한다.
근사 최대 전류 추적부(200)는 메인회로로부터 절연된 태양광 패널(1)의 최대 전류(Imax)를 측정하고, 측정된 최대 전류를 다음의 식 1에 적용하여 근사 최대 전류(Impp)를 추적한다.
[식 1]
Figure 112019037825504-pat00003
위의 식 1에서, k는 고정상수이고, Impp 및 Imax의 단위는 A(암페어)이다.
한 예에서, 최대 전류(Imax)는 해당 태양광 패널(1)이 공급할 수 있는 최대 전류값으로, 태양광 패널(1)의 데이터시트를 참조하여 얻거나 태양광 패널(1)의 절연 후 직접 측정하여 얻을 수 있다.
그리고, k는 태양광 패널(1)에 대응되는 데이터시트에 제시된 고정상수일 수 있고, 또는 해당 태양광 패널(1)의 최대전력점에서의 실제 전류(Impp)와 최대 전류를 위의 식 1에 역으로 대입하여 도출된 값일 수 있다.
근사 최대 전류 추적부(200)는 위의 식 1과 같이, 고정 상수 k를 이용하여 태양광 패널(1)의 근사 최대 전류를 계산하게 되므로, 태양광 패널(1)에 조사되는 일사량의 변화하더라도 근사 Impp를 지속적으로 측정할 수 있고, 근사 Impp 추적을 위해 태양광발전 시스템을 정지하지 않아도 되므로, 시스템의 발전 안전성 및 신뢰성의 향상 효과를 기대할 수 있다.
근사 최대 전류 추적부(200)는 식 1로부터 추적한 근사 최대 전류값을 최대 전력점 추적부(300)로 전달한다.
다른 한 예에서, 근사 최대 전류 추적부(200)는 태양광 패널(1)의 정보와 해당 태양광 패널(1)에 대해 추적한 근사 최대 전류값을 일대일 매칭하여 별도의 저장장치(미도시)에 저장할 수 있다.
최대 전력점 추적부(300)는 근사 최대 전류 추적부(200)에서 식 1로부터 산출한 근사 최대 전류값을 이용하여 태양광 패널(1)의 최대 전력점을 추적한다.
최대 전력점 추적부(300)는, 도 3에 도시한 태양광 패널의 전압-전류 특성 곡선을 참조하여, 최대 전류값(Imax)-최대 전압값(Vmax)의 특성곡선에 근사 최대 전류값(Impp)이 매칭되는 부분의 점을 최대 전력점(Pmpp)으로서 추적한다.
최대 전력점 추적부(300)에서 최대 전력점을 추적함에 따라, 태양광 발전 시스템에서는, 추적된 최대 전력점에서 태양광 발전을 수행하여 태양광 발전 효율을 향상할 수 있다.
본 도면 및 설명에서 태양광 발전 시스템의 차동전력 시스템의 구성을 간략히 도시하고 설명을 일부 생략하였지만, 태양광 발전 시스템 및 이의 차동전력 시스템의 구조 또는 태양광 발전 시스템에 연결되는 부하 등의 구조는 이미 공지된 태양광 발전 시스템의 구조로 형성되어야 함은 당업자에게 자명한 부분으로서, 본 명세서 상에서 이를 구체적으로 설명하지 않더라도 당업자의 수준에서 이해되어야 할 것이다.
다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 대해 설명하면, 본 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법은 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)에서 이루어지는 방법으로서, 근사 최대 전류를 추적하는 제1 단계(S1)와, P&O 알고리즘을 수행하는 제2 단계(S2)를 포함하여 수행된다.
먼저, 제1 단계(S1)에서, 태양광 패널의 전압, 전류 측정(S11)단계가 수행된다. 태양광 패널의 전압, 전류 측정(S11)단계는 태양광 패널 측정부(400)에서 수행될 수 있다.
다음으로, 태양광 패널에 대해 측정된 전압값 및 전류값으로부터, 전류 변화값이 설정값보다 크거나 같은지를 비교(Q11)하는 단계가 수행되는데, 이 단계(Q11)는 태양광 패널 측정부(400) 또는 바이패스 회로 제어부(100)에서 수행될 수 있으며, 이를 한정하지는 않는다.
이때, 전류 변화값을 비교하는 설정값은 기 저장된 설정값으로서, 태양광 패널의 전력 생산량 감소값의 비교 대상인 기준값에 대응하는 전류 변화값이다. 저장부(미도시)에 저장되어 이를 참조할 수 있으며, 해당 값은 태양광 패널의 용량 등에 의해 설계 변경될 수 있으므로, 본 명세서에서 이를 구체적으로 언급하지 않더라도 본 발명이 한정되지는 않아야 할 것이다.
다른 한 예에서, 도면에 도시하지는 않았으나, 위 단계(Q11)는, 전력 생산량 변동을 기준값과 비교하여 바이패스 회로를 동작시키는 구조로 구현될 수 있으며, 이를 한정하지는 않는다.
위 비교단계(Q11)에서 태양광 패널(1)의 전류 변화값이 설정값보다 크거나 같은 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여, 바이패스 회로 제어부(100)가 바이패스 회로를 제어하여 태양광패널을 절연(S12)한다.
그런 다음, 근사 최대 전류 추적부(200)는 메인회로로부터 절연된 태양광 패널(1)의 최대 전류(Imax)를 측정(S13)하고, 측정된 태양광 패널(1)의 최대 전류(Imax)를 식 1에 적용하여 근사 최대 전류를 계산(S14)한다.
근사 최대 전류 추적부(200)의 근사 최대 전류 계산(S14) 완료 후, 바이패스 회로 제어부(100)는 위 단계(S12)로부터 절연된 태양광 패널(1)을 턴오프 제어(S15)한다.
다음으로, 태양광 패널(1)의 전류(IPV)를 측정(S16)하는 단계와, 전압 증감분 계산(S17)단계를 수행한 후, 최대 전류값(Imax)과 위 단계(S16)에서 측정된 태양광 패널(1)의 전류(IPV)의 동일여부를 판단하는 단계(Q12)를 수행한다.
위 판단단계(Q12)에서는 태양광 패널(1)의 전류(IPV)값이 최대 전류(Imax)와 동일한지를 판단하여, 동일한 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여 최초 단계(S11)를 다시 수행하도록 하며, 동일하지 않은 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 이동하여 전류 측정(S16)단계를 재수행하도록 한다.
이때, 태양광 패널(1)에 대해 측정된 전류와 태양광 패널(1)의 최대 전류값의 비교에 있어서, 두 비교대상의 값이 동일해질때까지 특정 단계들(S16, S17)을 반복적으로 수행하며, 한편, 태양광 패널(1)에 대해 측정된 전류가 최대 전류인 경우, 태양광 패널(1)이 최대 전력점에 대응되는 최대 전류값을 갖는 것으로 간주할 수 있으므로, 더 이상 태양광 패널(1)의 전류를 최대전류와 비교하는 단계를 수행하지 않고, 전류 변화값을 설정값과 비교하는 단계(Q11)를 다시 수행할 수 있도록 단계들을 수행한다.
그리고, 위 판단단계(Q11)에서 태양광 패널(1)의 전류 변화값이 설정값보다 작은 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 제2 단계(S2)로 이동한다.
도 5를 참조하여 제2 단계(S2)의 흐름을 설명하면, 제2 단계(S2)는 태양광 패널(1)에서 전류 변화값이 설정값보다 작은 값을 갖는 일반적인 경우에 수행되는 P&O 알고리즘 수행 단계로, 도 4의 전류 변화값을 설정값과 비교하는 단계(Q11)의 비교결과에 따라 수행될 수도 있다.
이러한 제2 단계(S2)에서는 도면에 도시하지 않았으나, P&O 알고리즘을 수행하는 별도의 처리부에서 수행될 수 있고, 이때, 처리부(미도시)는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)에 추가적으로 포함되도록 구성될 수 있다.
먼저, 제2 단계(S2)는 태양광 패널의 전압, 전류로부터 전력을 계산하는 단계(S21)를 수행하고, 계산된 전력 변화값이 0보다 큰지 여부를 판단(Q21)하여, 큰 경우, 예 화살표 방향을 따라, 전압 변화값이 0보다 큰지 여부를 판단(Q22)한다.
위 판단단계(Q22)에서, 전압 변화값이 0보다 크지 않은 경우, 아니오 화살표를 따라, 전압 레퍼런스에 전압 레퍼런스 변화량을 더하여 전압 레퍼런스를 갱신하는 단계(S22)를 수행하고, 이후, 전압 증감분 계산(S24) 단계를 수행한다.
한편, 위 판단단계(Q22)에서, 전압 변화값이 0보다 큰 경우, 예 화살표를 따라, 전압 레퍼런스에 전압 레퍼런스 변화량을 감하여 전압 레퍼런스를 갱신하는 단계(S23)를 수행하고, 이후, 전압 증감분 계산(S24) 단계를 수행한다.
그리고, 전력 변화값을 0과 비교하는 단계(Q21)에서, 전력 변화값이 0보다 크지 않은 경우, 아니오 화살표를 따라 전압 변화량이 0보다 큰지를 판단하는 단계(Q23)를 수행하여, 그 결과에 따라 전압 레퍼런스 갱신 단계(S25, S26)를 택일 수행 후 전압 증감분 계산 단계(S24)를 수행한다.
도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)과, 도 4 내지 도 5를 참고로 하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법을 적용하는 경우의 전압과 전류를 종래의 차동전력조절 시스템 또는 종래의 최대 전력점 추적방법을 적용했을때와 대비한 효과를 도 6 내지 도 7을 참고로 하여 설명하면, 본 발명을 적용하는 경우, 태양광 패널들의 최대 전력점 추적을 위한 전압 및 전류가 도 6의 (b)에 도시한 것처럼 순시에 추적된 반면, 종래의 차동전력조절 시스템을 적용하는 경우, 도 6의 (b)에 도시한 것처럼 태양광 패널의 최대 전력점 추적을 위해 10초 이상의 시간이 소요되므로, 본 발명을 적용하였을 때 태양광 패널의 최대 전력점 추적 시간이 효율적으로 감소된다.
그리고, 이로 인해, 도 7의 (b)에 도시하고 있는 본 발명을 적용하였을 때의 태양광 발전 시스템의 총 전력생산량은, 도 7의 (a)에서 도시하고 있는 종래의 최대 전력점 추적을 적용했을 때의 총 전력생산량보다 발전 성능이 효과적으로 향상된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
S : 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템
1 : 태양광 패널 11 : 바이패스 회로
100 : 바이패스 회로 제어부 200 : 근사 최대 전류 추적부
300 : 최대 전력점 추적부 400 : 태양광 패널 측정부

Claims (8)

  1. 태양광 패널로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템에 적용되는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템에 있어서,
    태양광 패널에 일대일 대응되어 연결되고, 외부로부터 절환제어신호를 인가받아 상기 태양광 패널을 태양광 발전 시스템의 메인회로로부터 절연하거나, 상기 메인회로로 다시 연결하는 바이패스 회로,
    상기 태양광 패널의 전력 생산량을 측정하고, 측정된 태양광 패널의 전력 생산량이 기준값보다 큰 경우, 상기 바이패스 회로를 절환 제어하는 신호를 생성하여 상기 바이패스 회로에 인가하는 바이패스 회로 제어부, 그리고,
    상기 바이패스 회로 제어부에서 상기 바이패스 회로를 절환제어한 이후, 상기 메인회로에서 절연 처리된 태양광 패널의 근사 최대 전류를 추적하는 근사 최대 전류 추적부
    를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근사 최대 전류 추적부는 하기의 식 1을 이용하여 상기 근사 최대 전류를 추적하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
    [식 1]
    Figure 112019037825504-pat00004

    (위의 식 1에서, Impp는 근사 최대 전류이고, k는 고정상수, Imax는 태양광 패널의 최대 전류임.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 근사 최대 전류 추적부에서 추적한 상기 근사 최대 전류값을 태양광 패널의 전압-전류 특성 곡선에 적용하여 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적부
    를 더 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 패널의 전압, 전류 또는 전력값을 측정하여 측정값을 상기 바이패스 회로 제어부 또는 상기 근사 최대 전류 추적부에 제공하는 태양광 패널 측정부
    를 더 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  5. 태양광 패널에 연결되는 바이패스 회로, 상기 바이패스 회로를 제어하는 바이패스 회로 제어부, 그리고 상기 태양광 패널의 근사 최대 전류를 추적하는 근사 최대 전류 추적부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 있어서,
    상기 바이패스 회로 제어부가 상기 태양광 패널의 전류 변화값을 설정값과 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 태양광 패널에 연결된 바이패스 회로를 제어하여 상기 태양광 패널을 절연하는 단계,
    상기 바이패스 회로 제어부가 절연된 상기 태양광 패널의 최대 전류를 측정하는 단계, 그리고,
    상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계 이후에,
    상기 바이패스 회로 제어부가, 절연된 상기 바이패스 회로를 턴오프 제어하는 단계
    를 더 포함하여 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계는, 하기의 식 1로부터 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.
    [식 1]
    Figure 112019037825504-pat00005

    (위의 식 1에서, Impp는 근사 최대 전류이고, k는 고정상수, Imax는 태양광 패널의 최대 전류임.)
  8. 제5항에 있어서,
    상기 근사 최대 전류 추적부가 측정된 태양광 패널의 최대 전류로부터 근사 최대 전류를 계산하는 단계 이후에,
    상기 태양광 패널의 전류를 측정하여, 측정된 전류가 상기 태양광 패널의 최대 전류인 경우, 상기 바이패스 회로 제어부가 상기 태양광 패널의 전류 변화값을 설정값과 비교하는 단계를 재수행하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하여 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.


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