KR102162006B1 - 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 패널로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템에 적용되는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템에 있어서, 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 전압 변동값을 증감시켜 전력 최대점이 포함된 구간을 탐색하는 MPP 구간 탐색부, 그리고 태양광 패널의 전력 생산량 변화에 따라 전압 변동값을 증가시키거나 감소시키도록 전압 변동값을 재설정하여 MPP 구간 탐색부에 제공하거나, MPP 구간 탐색부의 MPP 구간 탐색여부에 따라 전압 변동값을 재설정하여 MPP 구간 탐색부에 제공하는 전압 변동값 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 태양광 패널의 최대 전력점 추적에 소요되는 시간을 효율적으로 감소시켜, 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 지점을 최대 전력점 구간 탐색으로부터 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 구간 탐색으로부터 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, 상기 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 전압 변동값을 증감시켜 전력 최대점이 포함된 구간을 탐색하는 MPP 구간 탐색부, 그리고 상기 태양광 패널의 전력 생산량 변화에 따라 상기 전압 변동값을 증가시키거나 감소시키도록 상기 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하거나, 상기 MPP 구간 탐색부의 MPP 구간 탐색여부에 따라 상기 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하는 전압 변동값 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 MPP 추적부에서 탐색한 MPP 구간에서 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 패널에 연결되어, 상기 태양광 패널의 전력 생산량 변화를 감지하여 감지 결과를 상기 전압 변동값 설정부에 전달하는 전력 생산량 변화 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변동값 설정부는, 상기 MPP 구간 탐색부가 MPP 구간을 탐색함에 따라, 전압 변동값의 최초 값을 1/2로 감소시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변동값 설정부는, 상기 전력 생산량 변화 감지부로부터 전달받은 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 큰 경우, 전압 변동값을 2배만큼 증가시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변동값 설정부는, 상기 전압 변동값이 상기 전압 변동값의 최초 값보다 설정 비율 이하인 경우, 전압 변동값을 50배 내지 100배만큼 증가시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법은 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 MPP 구간을 탐색하는 MPP 구간 탐색부와, 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하는 전압 변동값 설정부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 있어서, 상기 MPP 구간 탐색부가 전압 변동값의 최초값을 이용하여 상기 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 MPP 구간을 탐색하는 단계, 그리고 상기 전압 변동값 설정부가 상기 MPP 구간 탐색부의 MPP 구간 탐색 결과에 따라 상기 전압 변동값의 초기값을 1/2만큼 감소시켜 전압 변동값을 재설정하거나, 상기 전압 변동값의 초기값을 2배만큼 증가시켜 전압 변동값을 재설정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 전압 변동값 설정부가, 재설정된 전압 변동값이 상기 전압 변동값의 초기값보다 설정 비율 이하인 지를 판단하여, 상기 전압 변동값을 50배 내지 100배만큼 증가시켜 전압 변동값을 재설정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 좋다.
이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에서는, 태양광 패널의 최대 전력점 구간을 이용하여 태양광 패널의 최대 전력점을 추적하므로, 태양광 패널의 최대 전력점 추적에 소요되는 시간을 효율적으로 감소시킬수 있어, 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 MPP 구간 탐색부가 MPP 구간을 탐색하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 회로도이다.
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 추적방법을 적용한 시간에 따른 전압 그래프 및 시간에 따른 전압 변동값 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법을 적용한 시간에 따른 전압 및 전류값을 종래 시스템에서의 시간에 따른 전압 및 전류값과 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 MPP 구간 탐색부가 MPP 구간을 탐색하는 것을 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 회로도이고, 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 추적방법을 적용한 시간에 따른 전압 그래프 및 시간에 따른 전압 변동값 그래프이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법을 적용한 시간에 따른 전압 및 전류값을 종래 시스템에서의 시간에 따른 전압 및 전류값과 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, 전압 변동값 설정부(100), MPP 구간 탐색부(200), 최대 전력점 추적부(300), 그리고 전력 생산량 변화 감지부(400)를 포함한다.
먼저, 전압 변동값 설정부(100)는 태양광 발전 시스템의 최대 전력점(MPP) 추적을 위한 전압 변동값(ΔV)을 최초 설정하거나, 전력 생산량 변화 감지부(400)로부터 전달받는 신호에 따라 이를 재설정하는 부분으로서, 최초 전압 변동값 또는 재설정되는 전압 변동값을 저장하는 저장장치와 이를 참조하여 계산을 수행하는 계산장치, 즉, 컴퓨팅 장치를 포함하여 형성될 수 있다.
한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)가 저장장치 및 계산장치를 포함함에 있어서, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되는 처리 프로세서로 형성될 수 있으며, 이를 한정하지는 않아야 할 것이다.
한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)는 최초 전압 변동값을 5V로 설정할 수 있고, 이를 한정하지는 않는다.
전압 변동값 설정부(100)가 전력 생산량 변화 감지부(400)로부터 전달받은 신호에 따라 전압 변동값을 재설정함에 있어서, 최초 전압 변동값보다 크게 재설정거나, 최초 전압 변동값보다 작게 재설정할 수 있다.
한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)가 전력 생산량 변화 감지부(400)로부터 태양광 패널의 전력 생산량 변화가 감지되었다는 신호를 전달받는 경우, 전압 변동값을 최초 전압 변동값보다 크게 재설정한다.
좀더 자세한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)는 전력 생산량 변화 감지부(400)로부터 태양광 패널의 전력 생산량 변화가 감지되었다는 신호를 전달받음에 따라, 최초 전압 변동값의 2배 크기로 전압 변동값을 재설정하며, 이를 한정하지는 않는다.
그리고, 전압 변동값 설정부(100)는 MPP 구간 탐색부(200)로부터 MPP 구간 탐색 결과를 전달받아, 최초 전압 변동값을 재설정할 수 있다. 한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)는 MPP 구간 탐색부(200)로부터 MPP 구간이 탐색되었다는 신호를 전달받는 경우, 전압 변동값을 최초 전압 변동값보다 작게 재설정한다.
좀더 자세한 예에서, 전압 변동값 설정부(100)는 MPP 구간 탐색부(200)로부터 MPP 구간이 탐색되었다는 신호를 전달받음에 따라, 최초 전압 변동값의 절반 크기로 전압 변동값을 재설정하며, 이를 한정하지는 않는다.
MPP 구간 탐색부(200)는 전압 변동값 설정부(100)의 설명에서 이미 언급한 것처럼, MPP 구간 탐색 여부를 전압 변동값 설정부(100)로 전달하는 구성으로서, 전압 변동값 설정부(100)에서 최초 설정 또는 재설정된 전압 변동값을 이용하여 태양광 패널(1)의 전압에 따른 전력 그래프에서 MPP 구간을 탐색한다.
도 2를 참조하여 MPP 구간 탐색부(200)를 좀더 자세히 설명하면, MPP 구간 탐색부(200)는 태양광 패널(1)의 전압에 따른 전력 그래프에서 MPP(11)가 포함된 구간인 MPP 구간(10)을 탐색하는 구성이다.
이러한 MPP 구간 탐색부(200)는, 태양광 패널(1)의 전압에 따른 전력 그래프 상에서 전압 변동값을 1회 이상 적용하여, 그래프 상의 전압 변동값 적용 구간에 대한 전력값 구간 내에 MPP(11)가 포함되어 있는 경우, 해당 전압 변동값 적용 구간에 MPP 구간(10)이 포함된 것, 즉, MPP 구간이 탐색된 것으로 간주하여, MPP 구간 탐색 결과를 전압 변동값 설정부(100)로 전달한다.
MPP 구간 탐색부(200)가 도 2의 (a)에 도시한 것처럼, 전압에 따른 전력 그래프 상에서 전압 변동값을 V3에서 V2로, V2에서 V1로, 총 2회 적용하는 경우, V3 전압값에 따른 전력값과 V2 전압값에 따른 전력값, 그리고 V1 전압값에 따른 전력값들 사이에 형성된 구간에 최대전력점(MPP, 11)이 포함되어 있는지를 판단하고, 도 2의 (a)의 그래프에서는 V2 전압값에 따른 전력값과 V1 전압값에 따른 전력값 사이에서 MPP가 위치하므로, MPP 구간이 탐색되었다고 간주 및 MPP 구간 탐색 결과를 생성하여 전압 변동값 설정부(100)로 전달한다.
도 2의 (b)를 참조하는 다른 일 예에서, MPP 구간 탐색부(200)는 전압에 따른 전력 그래프 상에서 V3 전압값에 따른 전력값과 V2 전압값에 따른 전력값 사이에 최대전력점이 포함되어 있으므로, MPP 구간이 탐색되었다고 간주하고 MPP 구간 탐색 결과를 생성하여 전압 변동값 설정부(100)로 전달한다.
한편, 도 2의 (c)를 참조하는 다른 일 예에서, MPP 구간 탐색부(200)는 전압에 따른 전력 그래프 상에서 V3 전압값에 따른 전력값과 V2 전압값에 따른 전력값, 그리고 V1 전압값에 따른 전력값들 사이에 형성된 구간에 최대전력점이 포함되어 있지 않으므로, MPP 구간이 탐색되지 않은 것으로 간주 및 MPP 구간 탐색 실패의 결과를 생성하여 전압 변동값 설정부(100)로 전달한다.
그리고, MPP 구간 탐색부(200)는 최대 전력점 추적부(300)가 탐색된 MPP 구간에서 최대 전력점을 추적하도록, MPP 구간 탐색 결과를 최대 전력점 추적부(300)로 전달한다.
한 예예서, MPP 구간 탐색부(200)는 도 2의 (a) 내지 (c) 순서를 거쳐, 도 2의 (c)의 그래프와 같이, 전압 변동값 적용에 따른 전력값 구간에 더 이상 MPP 구간이 포함되지 않는 경우, MPP가 추적된 것으로 간주하여, 최대 전력점 추적부(300)로 최대 전력점을 추적하도록 신호를 전달할 수 있다.
이러한 MPP 구간 탐색부(200)는 전압 변동값 설정부(100)와 마찬가지로, 계산동작을 처리하는 프로세서로 구현될 수 있다.
또한, MPP 구간 탐색부(200)가 도 2의 (a) 내지 (c)의 그래프로부터 MPP 구간을 탐색함에 있어서, MPP 구간 탐색부(200)는 전압 변동값 설정부(100)로부터 전달받은 전압 변동값을 전압에 따른 전력 그래프에 적용하여 MPP 구간을 탐색한다. 이때, 도 2의 (a)에서는 최초 전압 변동값을 V3로 간주하여 V3 전압에 대한 전력값을 그래프 상에서 확인하고, V3에 최초 전압 변동값을 더하여 V2를 산출하고 V2 전압에 대한 전력값을 그래프 상에서 확인하며, V2에 최초 전압 변동값을 더하여 V1를 산출하고 V1 전압에 대한 전력값을 그래프 상에서 확인한다.
이와 같이, MPP 구간 탐색부(200)는 V3, V2, V1의 순서로 전압값에 따른 전력값을 확인하며, 해당 전력값 구간에서 MPP 구간이 확인되는 경우, 도 2의 (a) 그래프에서 생성된 V1 전압을 V3 전압으로 간주하고, 전압 변동값 설정부(100)로부터 전달받은 전압 변동값을 적용하여 V2, V1에 걸쳐 전압에 대한 전력값을 그래프 상에서 확인한다.
이처럼, MPP 구간 탐색부(200)는 V3, V2, V1 순서로 전압 변동값을 적용하여 전압에 대한 전력 그래프에서 MPP 구간을 확인하고, MPP 구간 확인시 마지막으로 전압 변동값을 적용한 V1값을 새로운 그래프 상의 V3로 적용하는 방식으로 MPP 구간을 탐색함으로써, 전압 변동값 설정부(100)로부터 전달받는 전압 변동값을 순차적으로 적용하여 MPP 구간을 종래의 MPP 구간 탐색보다 빠른 시간 내에 탐색할 수 있게 된다.
그리고, 최대 전력점 추적부(300)는 MPP 구간 탐색부(200)로부터 최대 전력점 추적 신호를 전달받아, 최대 전력점을 추적한다. 이때, 최대 전력점 추적부(300)는 도 2의 (c)의 그래프를 확장하는 형태, 즉, 도 2의 (c) 그래프의 V1을 V3 값으로 기준하도록 전압 변동값을 더 적용하여 MPP를 추적하거나, 도 2의 (c) 그래프의 V1값에 따른 전력 값을 최대 전력점으로 추적한다.
전력 생산량 변화 감지부(400)는 위에서 이미 설명한 것처럼, 전압 변동값 설정부(100)로 태양광 패널(1)의 전력 생산량 변화 감지 신호를 전달하는 부분으로서, 태양광 패널(1)의 전력 생산량 변화를 감지하고, 전력 생산량 변화량을 설정값과 비교하여 그 결과까지 전압 변동값 설정부(100)로 전달할 수 있다.
한 예에서, 전력 생산량 변화 감지부(400)는 설정값을 저장하는 저장장치를 포함하거나 이를 참조할 수 있으며, 전력 변화량을 설정값과 비교하는 처리를 수행하는 프로세서로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 것처럼, 태양광 발전 시스템의 차동전력 시스템(S)이 전압 변동값 설정부(100), MPP 구간 탐색부(200), 최대 전력점 추적부(300) 및 전력 생산량 변화 감지부(400)를 포함하여 구성됨으로써, MPP 구간 탐색여부 및 전압 변동값 재설정으로부터 태양광 패널(1)의 최대 전력점을 단시간에 유연하게 추적할 수 있어, 태양광 패널(1)의 최대 전력점 추적의 소요시간 단축으로부터 태양광 발전 시스템의 에너지 발전 효율이 증대되는 효과를 기대할 수 있다.
이러한 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력 시스템(S)은 도 3에 도시한 회로와 같이 구현될 수 있다.
도 3의 회로는, 제1 일사량(insolation 1) 및 제2 일사량(insolation 2)에 따른 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템으로서, 본 명세서에서 해당 회로도의 구성을 각각 설명하지 않더라도, 회로도의 각 기호들은 당업자의 수준에서 해석될 수 있으며, 본 명세서 상에서 이를 설명하지 않더라도 본 발명이 한정되지는 않아야 할 것이다.
다음으로, 도 4 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 대해 설명하면, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 설명한 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템(S)에서 이루어지는 방법으로서, 태양광 패널의 최대 전력점을 추적하는 제1 단계(S1)와, P&O 알고리즘을 수행하는 제2 단계(S2)를 포함하여 수행된다.
먼저, 제1 단계(S1)에서, 태양광 패널의 전압, 전류, 전력 측정(S11)단계가 수행된다. 태양광 패널의 전압, 전류 및 전력 측정(S11)단계는 전력 생산량 변화 감지부(400)에서 수행될 수 있다.
다음으로, 전압 변동값이 초기설정(S12)되는데, 전압 변동값의 초기 설정값, 즉, 최초 전압 변동값은 이미 저장된 값일 수 있고, 전압 변동값 설정부(100)가 이를 이용한다.
MPP 구간 탐색부(200)는 위 단계(S12)에서 초기 설정된 최초 전압 변동값을 이용하여 도 2의 (a)와 같이 태양광 패널의 전압에 대한 전력값 그래프에서 MPP 구간을 탐색(Q11)한다.
이때, MPP 구간 탐색 단계(Q11)에서, MPP 구간이 탐색되는 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여, 위 단계(S12)에서 초기 설정된 전압 변동값을 재설정(S13)한다.
전압 변동값 제1 재설정(S13) 단계에서, 전압 변동값 설정부(100)는 다음의 식 1을 이용하여 전압 변동값을 재설정할 수 있다.
[식 1]
ΔV=50%×ΔV
위의 식 1에서, 우변의 ΔV는 전압 변동값 초기설정(S12) 단계에서 설정된 최초 전압 변동값이고, 좌변의 ΔV는 전압 변동값 제1 재설정(S13) 단계에서 재설정된 전압 변동값이다.
위의 단계들(Q11, S13)로부터, MPP 구간이 탐색됨에 따라 전압 변동값을 최초 전압 변동값으로부터 1/2만큼 감소시키는 처리를 수행하게 되므로, 전압에 대한 전력값 그래프에서 최대 전력점을 추적함에 있어서 MPP 추적을 위한 전압 변동값을 유연하게 변동시키며 최대 전력점을 빠르게 추적할 수 있게 된다.
그리고, 전압 변동값 제1 재설정(S13) 단계 수행 이후에 화살표를 따라 전압 변동값 초기설정(S12) 단계를 다시 수행하게 되는데, 전압 변동값 재설정 이후 수행되는 전압 변동값 초기설정(S12) 단계는, 전압 변동값 설정부(100)가 전압 변동값 재설정 단계(S13)로부터 재설정된 전압 변동값을, 전압 변동값으로 초기설정하는 것으로 수행된다.
한편, MPP 구간 탐색(Q11) 단계에서, MPP 구간이 탐색되지 않는 경우, 위 단계(S12)에서 초기 설정된 전압 변동값이 너무 작은 값을 가짐에 따라 MPP 구간에 도달하지 못하는 경우이므로, MPP 구간 탐색(Q11) 단계에서 아니오 화살표 방향을 따라 이동하여, 태양광 패널 전력생산량 변화여부를 판단(Q12)하는 단계를 수행한다.
이 판단단계(Q12)는 전력 생산량 변화 감지부(400)에서 수행될 수 있고, 태양광 패널의 전력 생산량의 변화가 감지되는 경우, 예 화살표 방향을 따라 다음 판단단계(Q13)를 수행하고, 전력 생산량의 변화가 감지되지 않는 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 P&O 알고리즘을 수행하는 제2 단계(S2)를 수행하도록 한다.
이때, 위 판단단계(Q12)에서 태양광 패널의 전력 생산량 변화가 감지되어 예 화살표 방향을 따라 수행되는 판단단계(Q13)에서는, 전력 생산량 변화 감지부(400)가 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 큰지의 여부를 판단한다.
한 예에서, 전력 생산량 변화 감지부(400)는 태양광 패널의 전력 생산량 변화값을 기 저장된 설정값과 비교한다. 이때, 기 저장된 설정값은 태양광 패널의 용량 등에 따라 설정 변경될 수 있는 비교 기준값으로서, 이를 한정하지는 않는다.
그리고, 위 판단단계(Q13) 수행결과, 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 큰 것으로 판단되는 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여, 전압 변동값 제2 재설정(S14) 단계를 수행한다.
전압 변동값 제2 재설정(S14) 단계는 전압 변동값 설정부(100)가 다음의 식 2로부터 전압 변동값을 재설정할 수 있다.
[식 2]
ΔV=2×ΔV
위의 식 2에서, 우변의 ΔV는 전압 변동값 초기설정(S12) 단계에서 설정된 최초 전압 변동값이거나 전압 변동값 제1 재설정(S13) 단계에서 재설정된 전압 변동값일 수 있고, 좌변의 ΔV는 전압 변동값 제2 재설정(S14) 단계에서 재설정된 전압 변동값이다.
위의 단계들(Q13, S14)로부터, 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 큰 값을 가짐에 따라 전압 변동값을 최초 전압 변동값으로부터 2배만큼 증가시키는 처리를 수행하게 되므로, 전압에 대한 전력값 그래프에서 최대 전력점을 추적함에 있어서 MPP 추적을 위한 전압 변동값을 유연하게 변동시키며 빠르게 최대 전력점을 추적할 수 있게 된다.
그리고, 위 판단단계(Q13)에서, 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 크지 않은 경우, 아니오 화살표 방향을 따라, 전압 변동값 재설정 필요여부 판단단계(Q14)를 수행한다.
전압 변동값 재설정 필요여부를 판단하는 단계(Q14)에서는, 전압 변동값 설정부(100)가 전압 변동값의 재설정 필요여부를 판단하는데, 전압 변동값이 최초 전압 변동값의 1% 미만인 경우, 전압 변동값의 재설정이 필요한 것으로 판단하여, 예 화살표 방향을 따라, 전압 변동값 제3 재설정 단계(S15)를 수행한다.
한 예에서, 위 단계(S15)에서, 전압 변동값 설정부(100)가 하기의 식 3으로부터 전압 변동값을 재설정한다.
[식 3]
ΔV=50×ΔV
위의 식 3에서, 우변의 ΔV는 전압 변동값 제2 재설정(S14) 단계에서 재설정된 전압 변동값이고, 좌변의 ΔV는 전압 변동값 제3 재설정(S15) 단계에서 재설정된 전압 변동값이다.
다른 일 실시예에서, 위의 식 3에서 우변에 곱하는 상수 50은 100으로 설정 변경될 수 있으며, 이를 한정하지는 않아야 할 것이다.
한편, 위 판단단계(Q14)에서, 전압 변동값의 재설정이 필요하지 않다고 판단되는 경우 아니오 화살표 방향을 따라 이동하여, 전압 변동값 초기설정(S12)단계를 재수행하도록 한다.
그리고, 위 판단단계(Q12)의 판단결과에 따라 수행되는 제2 단계(S2)를 도 5를 참고로 하여 설명하면, P&O 알고리즘을 수행하는 제2 단계(S2)는, 먼저, 전력 변화량이 0인지를 판단하는 단계(Q21)를 수행한다.
이때, 전력 변화량이 0인 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여, 0 값을 리턴하는 return 0; 단계(S20)를 수행하지만, 전력 변화량이 0이 아닌 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 이동하여, 전력 변화량이 0보다 큰지를 판단하는 단계(Q22)를 수행한다.
위 판단단계(Q22)에서, 전력 변화량이 0보다 큰 경우, 예 화살표 방향을 따라 이동하여, 전압 변동값이 0보다 큰지를 판단하는 단계(Q23)를 수행하고, 전압 변동값이 0보다 큰 경우, 예 화살표 방향을 따라 전압 변동값만큼을 감소시켜 전압 레퍼런스를 업데이트하는 단계(S21)를 수행한다. 한편, 전압 변동값이 0보다 큰지를 판단하는 단계(Q23)에서, 전압 변동값이 0보다 크지 않은 경우, 아니오 화살표 방향을 따라 전압 변동값만큼을 증가시켜 전압 레퍼런스를 업데이트하는 단계(S22)를 수행한다.
그리고, 전력 변동값이 0보다 크지 않은 경우, 아니오 화살표를 따라 전압 변동값이 0보다 큰지를 판단하는 단계(S24)를 수행하여, 전압 변동값이 0보다 큰 경우, 예 화살표를 따라, 전압 변동값만큼을 증가시켜 전압 레퍼런스를 업데이트하는 단계(S23)를 수행하고, 위 판단단계(Q24)에서 전압 변동값이 0보다 크지 않은 경우 아니오 화살표를 따라 전압 변동값만큼을 감소시켜 전압 레퍼런스를 업데이트하는 단계(S24)를 수행한다.
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.
도 4 내지 도 5를 참고하여 설명한 것처럼, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법은 태양광 패널의 전력 생산량 변화값을 설정값과 비교한 결과와, 최초 설정된 전압 변동값을 이용한 MPP 구간 탐색결과에 따라 태양광 패널의 최대 전력점을 추적하는 방법을 제시하고 있어, 태양광 패널의 최대 전력점 추적에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라, 태양광 발전 시스템의 발전 효율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
한 예에서, 도 6에 도시하고 있는 본 발명을 적용하였을 때의 태양광 발전 시스템의 시간에 따른 전압값 및 전압 변동값을 나타낸 그래프에서, 도 6의 (a)와 같이 MPP 구간(MPP Zone) 탐색으로부터 최대 전력점인 MPP 값의 전압값 17.76V를 2초 이내에 획득할 수 있음을 알 수 있다.
그리고, 도 6의 (b)와 같이 MPP 구간이 탐색됨에 따라 전압 변동값이 50%만큼씩 감소되며 최초 전압 변동값이 큰 값을 가졌던 것과는 달리, 작은 전압 변동값으로 MPP를 추적하게 되며, 특히, 1.75초에서 일사량 변화가 발생함에 따라 변경된 MPP 지점을 재추적해야 하는 경우, 전압 변동값이 0.078의값으로 MPP 추적에 많은 시간이 소요될 수 있으나, 본 발명을 적용함에 따라, 전압 변동값을 2배 곱하는 재설정을 수행하여 MPP를 재추적할 수 있다.
또한, 2. 25초에서 일사량의 변화가 발생하는 경우, 전압 변동값이 최초 전압 변동값의 1%보다 작은 0.00488의 값을 가지므로, 전압 변동값을 100배만큼 증가시켜 0.488의 값으로 MPP를 재추적할 수 있다.
이처럼, MPP 구간 탐색에 따라 전압 변동값을 재설정하고, 일사량 변화가 발생여부에 따라 전압 변동값을 재설정함으로써, 최대 전력점 추적에 소요되는 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있게 된다.
이는, 도 7의 (a)에서 도시하고 있는 종래의 최대 전력점 추적을 적용했을 때의 두 태양광 패널에 대한 시간에 따른 전압 및 전류와 비교해보면, 도 7의 (b)에서 도시하고 있는 본 발명을 적용한 경우, 최대 전력점 추적에 소요되는 시간이 종래 시스템보다 빨라지고, 추적값이 안정적임을 알 수 있다. 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 10 : 최대 전력점
11 : MPP 구간 100 : 전압 변동값 설정부
200 : MPP 구간 탐색부 300 : 최대 전력점 추적부
400 : 전력 생산량 변화 감지부

Claims (8)

  1. 태양광 패널로부터 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템에 적용되는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템에 있어서,
    상기 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 전압 변동값을 증감시켜 전력 최대점이 포함된 구간을 탐색하는 MPP 구간 탐색부, 그리고
    상기 태양광 패널의 전력 생산량 변화에 따라 상기 전압 변동값을 증가시키거나 감소시키도록 상기 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하거나, 상기 MPP 구간 탐색부의 MPP 구간 탐색여부에 따라 상기 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하는 전압 변동값 설정부
    를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MPP 추적부에서 탐색한 MPP 구간에서 최대 전력점을 추적하는 최대 전력점 추적부
    를 더 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 패널에 연결되어, 상기 태양광 패널의 전력 생산량 변화를 감지하여 감지 결과를 상기 전압 변동값 설정부에 전달하는 전력 생산량 변화 감지부
    를 더 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변동값 설정부는, 상기 MPP 구간 탐색부가 MPP 구간을 탐색함에 따라, 전압 변동값의 최초 값을 1/2로 감소시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전압 변동값 설정부는, 상기 전력 생산량 변화 감지부로부터 전달받은 태양광 패널의 전력 생산량 변화값이 설정값보다 큰 경우, 전압 변동값을 2배만큼 증가시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변동값 설정부는, 상기 전압 변동값이 상기 전압 변동값의 최초 값보다 설정 비율 이하인 경우, 전압 변동값을 50배 내지 100배만큼 증가시키도록 전압 변동값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템.
  7. 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 MPP 구간을 탐색하는 MPP 구간 탐색부와, 전압 변동값을 재설정하여 상기 MPP 구간 탐색부에 제공하는 전압 변동값 설정부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법에 있어서,
    상기 MPP 구간 탐색부가 전압 변동값의 최초값을 이용하여 상기 태양광 패널의 전압에 대한 전력 그래프에서 MPP 구간을 탐색하는 단계, 그리고
    상기 전압 변동값 설정부가 상기 MPP 구간 탐색부의 MPP 구간 탐색 결과에 따라 상기 전압 변동값의 초기값을 1/2만큼 감소시켜 전압 변동값을 재설정하거나, 상기 전압 변동값의 초기값을 2배만큼 증가시켜 전압 변동값을 재설정하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 변동값 설정부가, 재설정된 전압 변동값이 상기 전압 변동값의 초기값보다 설정 비율 이하인 지를 판단하여, 상기 전압 변동값을 50배 내지 100배만큼 증가시켜 전압 변동값을 재설정하는 단계
    를 더 포함하여 이루어지는 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템을 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법.

KR1020190043127A 2019-04-12 2019-04-12 태양광 발전 시스템의 차동전력조절 시스템 및 이를 이용한 태양광 패널의 최대 전력점 추적방법 KR102162006B1 (ko)

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