KR102198283B1 - 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템 - Google Patents

마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예는 제1 태양광 모듈; 제1 태양광 모듈에 연결된 제1 마이크로 컨버터; 제1 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 제2 마이크로 컨버터; 제2 마이크로 컨버터에 연결된 제2 태양광 모듈; 및 제1, 2 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 인버터를 포함하고, 제1, 2 마이크로 컨버터는 각각 지락 검출부, 지락 차단부 및 지락 바이패스부를 포함하여, 제1 마이크로 컨버터의 지락 검출부가 지락을 검출하면 제1 마이크로 컨버터의 지락 차단부 및 지락 바이패스부가 동작하여 제1 태양광 모듈을 인버터로부터 전기적으로 분리시키는 동시에 제2 마이크로 컨버터를 직접 인버터에 전기적으로 연결시키는, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 개시한다.

Description

마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템{High-efficiency solar power system with micro-ground fault detection and blocking function}
본 발명의 실시예는 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈 문제와 화석 연료의 사용으로 인한 지구 온난화 문제 등으로 대체 에너지 개발 및 보급이 시급한 실정이어서 정부는 국내에서 소비하는 에너지 중 대체 에너지의 비중을 점차 확대하는 정책을 추진하고 있다.
오늘날 대체 에너지 가운데 가장 친환경적이고 무한한 에너지원으로서 태양광으로부터 직접 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 시스템이 각광을 받고 있으며, 정부의 지원으로 보급이 급속히 확대되고 있다.
이러한, 태양광 발전 시스템은 태양광으로부터 전기에너지를 얻는 다수의 태양광 모듈로 구성되어 있으며, 다수의 태양광 모듈을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 필요로 하는 전력을 얻고 있다. 태양광 발전시스템은 일반적으로 전류 용량을 크게 하기 위해서 태양광 모듈을 병렬로 연결하고, 전압을 크게 하기 위해서는 직렬로 연결하여 사용한다.
그러나, 이와 같이 다수의 태양광 모듈을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 사용하기 때문에 다수의 태양광 모듈 중 하나에 이상이 발생하게 될 경우 해당 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 시스템의 전체가 동작을 멈추는 문제가 있었다.
일례로, 태양광 발전 시스템은 직류 전압의 플러스 전력선 및 마이너스 전력선에 지락 계전기가 설치되어 있어, 지락 검출 시 시스템이 정지되도록 되어 있다. 여기서, 지락 계전기는 통상 태양광 발전 시스템에 하나가 설치되어 있음으로써, 특정 태양광 모듈에서 지락 발생 시 시스템 전체가 동작을 정지하여, 경제적 손실이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 마이크로 컨버터에 지락 검출 및 차단 회로를 추가하여, 지락이 발생한 태양광 모듈을 전기적으로 분리하여 해당 태양광 모듈만 발전을 정지하고 나머지 정상적인 태양광 모듈은 발전을 지속하도록 하여 발전 손실을 최소할 수 있는 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 지락이 검출 및 차단되면 이러한 상황을 모니터링 시스템으로 전송하여 사용자가 정확한 지락 위치를 파악하고 후속 조치를 취할 수 있도록 한 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템은 제1 태양광 모듈; 제1 태양광 모듈에 연결된 제1 마이크로 컨버터; 제1 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 제2 마이크로 컨버터; 제2 마이크로 컨버터에 연결된 제2 태양광 모듈; 및 제1, 2 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 인버터를 포함하고, 제1, 2 마이크로 컨버터는 각각 지락 검출부, 지락 차단부 및 지락 바이패스부를 포함하여, 제1 마이크로 컨버터의 지락 검출부가 지락을 검출하면 제1 마이크로 컨버터의 지락 차단부 및 지락 바이패스부가 동작하여 제1 태양광 모듈을 인버터로부터 전기적으로 분리시키는 동시에 제2 마이크로 컨버터를 직접 인버터에 연결시킨다.
지락 검출부는 플러스 전력선과 마이너스 전력선 사이에 연결된 분압 저항; 분압 저항으로부터 지락 전류를 검출하는 전류 검출부; 검출된 지락 전류로부터 노이즈를 제거하는 필터; 필터를 통과한 지락 전류의 값을 절대값으로 변환하는 절대값 회로부; 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰지 판단하고, 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰 경우, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰지 판단하고, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰 경우 트립 신호를 출력하는 비교부; 및 비교부의 트립 신호에 따라 지락 차단부 및 지락 바이패스부에 동작 신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
통신부를 더 포함하고, 제어부는 통신부를 통하여 제1 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호를 게이트웨이로 출력할 수 있다.
모니터링 시스템 및 모바일 디바이스를 더 포함하고, 게이트웨이를 통해 지락된 제1 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호가 모니터링 시스템 및 모바일 디바이스에 전송될 수 있다.
지락 차단부는 릴레이를 포함하고, 지락 바이패스부는 다이오드를 포함할 수 있다.
제1 태양광 모듈; 제1 마이크로 컨버터; 제2 마이크로 컨버터 및 제2 태양광 모듈과 동일한 구성이 인버터에 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는 마이크로 컨버터에 지락 검출 및 차단 회로를 추가하여, 지락이 발생한 태양광 모듈을 전기적으로 분리하여 해당 태양광 모듈만 발전을 정지하고 나머지 정상적인 태양광 모듈은 발전을 지속하도록 하여 발전 손실을 최소할 수 있는 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 지락이 검출 및 차단되면 이러한 상황을 모니터링 시스템으로 전송하여 사용자가 정확한 지락 위치를 파악하고 후속 조치를 취할 수 있도록 한 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템의 구성을 도시한 블럭다이아그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템중 하나의 태양광 모듈의 구성을 도시한 블럭다이아그램이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템의 동작을 위한 검출 지락 전류 기울기 및 부하 전류 기울기를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭다이아그램이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)은 다수의 태양광 모듈(110,120), 다수의 마이크로 컨트롤러(130,140) 및 인버터(150)(접속반/인버터로 지칭되기도 함)를 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 태양광 모듈(110,120) 및/또는 다수의 마이크로 컨트롤러(130,140)는 인버터(150)에 직렬로/전기적으로 연결될 수 있다. 더불어, 다수의 태양광 모듈(110,120) 및/또는 다수의 마이크로 컨트롤러(130,140)는 인버터(150)에 병렬로/전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 본 발명의 이해를 위해 다수의 태양광 모듈은 제1, 2 태양광 모듈(110,120)로 구분하고, 다수의 마이크로 컨버터는 제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)로 구분하여 설명한다.
제1, 2 태양광 모듈(110,120)은 태양 전지를 포함하며, 이들은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)로 발전된 전력을 각각 출력한다.
제1 마이크로 컨버터(130)는 플러스 직류 전력선(P) 및 마이너스 직류 전력선(N)을 통해 제1 태양광 모듈(110)에 전기적으로 연결된다.
제2 마이크로 컨버터(140)는 플러스 직류 전력선(P) 및 마이너스 직류 전력선(N)을 통해 제2 태양광 모듈(120)에 전기적으로 연결된다.
제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)는 상호간 직렬로/전기적으로 연결되며 또한 인버터(150)에 직렬로/전기적으로 연결된다. 더불어, 제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)는 각각 MPPT(최대전력점추적:Maximum Power Point Tracking) 컨트롤 기능을 가질 수 있다. 즉, 제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)는 각각 MPPT 컨트롤 기능을 가짐으로써, 제1, 2 태양광 모듈(110,120)로부터 입력되는 각각의 전압을 조정하여 제1, 2 태양광 모듈(110,120)의 최대 출력점을 찾아 가장 효율적인 전력을 출력할 수 있다.
한편, 제1, 2 마이크로 컨버터(130,140)는 각각 지락 검출부(130A), 지락 차단부(131) 및 지락 바이패스부(132)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 컨버터(130)의 지락 검출부(130A)가 지락을 검출하면 제1 마이크로 컨버터(130)의 지락 차단부(131) 및 지락 바이패스부(132)가 동작하여 제1 태양광 모듈(110)을 인버터(150)로부터 전기적으로 분리시키는 동시에 제2 마이크로 컨버터(140)를 직접 인버터(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 다른 예로, 제2 마이크로 컨버터(140)의 지락 검출부가 지락을 검출하면 제2 마이크로 컨버터(140)의 지락 차단부 및 지락 바이패스부가 동작하여 제2 태양광 모듈(120)을 인버터(150)로부터 전기적으로 분리시키는 동시에 제1 마이크로 컨버터(130)를 직접 인버터(150)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
일부 예들에서, 지락 차단부(131)는 릴레이를 포함할 수 있고, 지락 바이패스부(132)는 다이오드 또는 파워 MOSFET과 같은 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)은 마이크로 컨버터(130,140)로부터 유무선 신호(예를 들면, TCP/IP 방식 또는 지그비 방식 등)를 수신하는 게이트웨이(160), 게이트웨이(160)에 유무선 방식으로 연결된 모니터링 시스템(170) 및/또는 모바일 디바이스(180)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 게이트웨이(160)를 통해 지락된 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호가 모니터링 시스템(170) 및/또는 모바일 디바이스(180)에 수신될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 각각의 마이크로 컨버터에 지락 검출 및 차단 회로를 추가하여, 지락이 발생한 태양광 모듈만을 전기적으로 분리하여 해당 태양광 모듈만 발전을 정지하고 나머지 정상적인 태양광 모듈은 발전을 지속하도록 하여 발전 손실을 최소할 수 있는 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 지락이 검출 및 차단되면 이러한 상황을 모니터링 시스템(170) 및/또는 모바일 디바이스(180)로 전송하여 사용자가 정확한 지락 태양광 모듈의 위치를 파악하고 후속 조치를 취할 수 있도록 한 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)중 하나의 태양광 모듈의 구성을 도시한 블럭다이아그램이다. 이러한 태양광 모듈의 구성은 상술한 바와 같이 모든 태양광 모듈에 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템(100)중 마이크로 컨버터(130)는 지락 차단부(131)(예를 들면, 릴레이) 및 지락 바이패스부(132)(예를 들면, 다이오드 또는 파워 MOSFET)를 포함하는 동시에, 지락 검출부(130A)를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 지락 검출부(130A)는 플러스 직류 전력선과 마이너스 직류 전력선 사이에 연결된 분압 저항(R1,R2)과, 분압 저항(R1,R2)으로부터 지락 전류를 검출하는 전류 검출부(133)와, 검출된 지락 전류로부터 노이즈를 제거하는 필터(134)와, 필터(134)를 통과한 지락 전류의 값을 절대값(즉, 양수)으로 변환하는 절대값 회로부(135)와, 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰지 판단하고, 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰 경우, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰지 판단하며, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰 경우 트립 신호를 출력하는 비교부(136)와, 비교부(136)의 트립 신호에 따라 지락 차단부(131) 및 지락 바이패스부(132)에 동작 신호를 출력하는 제어부(137)를 포함할 수 있다. 여기서, 절대값 회로부(135)에 의해 플러스 직류 전력선 및 마이너스 직류 전력선의 지락 전류가 모두 양의 값으로 감지 및 변환될 수 있어, 이후이 신호 처리가 쉬워진다. 더불어 비교부(136)에는 두개의 기준값, 예를 들면 기준 지락 전류값 및 기준 지락 전류 변활율이 입력되거나 저장될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 검출된 지락 전류를 기준 지락 전류와 비교하는 동작에 추가적으로 검출된 지락 전류의 변화율(dI/dt)을 기준 지락 전류 변화율(dI/dt)과 비교함으로써, 직류 전력선의 지락 상태를 더욱 빨리 감지할 수 있다. 예를 들어, 검출된 지락 전류가 기준 지락 전류에 도달하는데 대략 500ms가 소요된다면 지락 전류 변화율이 기준 지락 진류 변화율에 도달하는데 수십 ms가 소요될 수 있다. 따라서, 본 발명은 지락 전류를 더욱 신속하게 감지함으로써, 지락 전류 차단 시간 및 지락 바이패스 시간이 더욱 빨라지고, 이에 따라 전체 태양광 발전 시스템(100)의 안전성/안정성도 더욱 향상될 수 있다. 물론, 여기서 기준 지락 전류는 통상의 기준 지락 전류보다 낮은 값으로 설정된다.
또한, 본 발명의 실시예는 제어부(137)로부터 신호를 받는 통신부(138)를 더 포함할 수 있다. 물론, 통신부(138)는 게이트웨이(160)로 신호를 전송한다. 제어부(137)는 통신부(138)를 통하여 지락된 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호를 게이트웨이(160)로 출력한다. 물론, 게이트웨이(160)는 지락된 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호를 모니터링 시스템(170) 및 모바일 디바이스(180)에 전송함으로써, 태양광 발전 시스템(100)의 관리자가 즉각적으로 지락된 태양광 모듈을 인식하여 후속 조치를 취할 수 있도록 한다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 제1 태양광 모듈(110), 제1 마이크로 컨버터(130), 제2 마이크로 컨버터(140) 및 제2 태양광 모듈(120)과 동일한 구성을 구비하고, 이러한 구성이 다수 구비되어 인버터(150)에 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 구성이 다수 구비되어 인버터(150)에 병렬로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)은 지락 전류 검출 단계(S1), 필터링 및 절대값 변환 단계(S2), 기준값 비교 단계(S3), 변화율(기울기) 비교 단계(S4) 및 지락 차단, 지락 바이패스 및 통신 단계(S5)를 포함하여 구동될 수 있다.
지락 전류 검출 단계(S1)에서, 태양광 모듈의 직류 전력선(P,N)에 연결된 분압 저항(R1,R2) 및 전류 검출부(133)를 통하여 지락 전류가 검출될 수 있다. 여기서, 플러스 직류 전력선(P) 또는 마이너스 직류 전력선(N)의 지락에 따라 지락 전류의 방향이 반대일 수 있다.
필터링 및 절대값 변환 단계(S2)에서, 필터(134)를 통하여 검출된 지락 전류에서 노이즈가 제거되고, 절대값 변환 단계에서 지락 전류의 방향에 관계없이 양의 방향으로 변환될 수 있다. 따라서, 플러스 및 마이너스 전력선의 지락에 관계없이 지락 전류는 항상 양의 값으로 관측될 수 있다.
기준값 비교 단계(S3)에서, 현재 감지된 지락 전류(값)에서 직전 감지된 지락 전류(값)를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류(값)보다 큰지 판단한다. 여기서, 기준 지락 전류는 종래의 기준 지락 전류의 값보다 상대적으로 작은 값으로(예민하게) 설정될 수 있다. 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 작다면 단계 S1으로 복귀한다. 물론, 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 크다면 단계 S4를 수행한다.
변화율 비교 단계(S4)에서, 변환된 시간당 지락 전류의 변화율(dI/dt)이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율(dI/dt)보다 클 경우 트립 신호를 제어부(137)에 출력한다. 변환된 시간당 지락 전류의 변화율(dI/dt)이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율(dI/dt)보다 작을 경우 단계 S1으로 복귀한다.
지락 차단, 지락 바이패스 및 통신 단계(S4)에서, 제어부(137)는 지락 차단부(131)에 동작 신호를 전송하여 지락된 태양광 모듈이 인버터(150)로부터 전기적으로 분리되도록 하고, 또한 지락 바이패스부(132)에 동작 신호를 전송하여 지락된 태양광 모듈에 인접한 다른 태량광 모듈로부터 발전된 전력이 바이패스되어 인버터(150)로 출력되도록 한다. 더욱이, 제어부(137)는 통신부(138)를 통하여 게이트웨이(160)에 지락된 태양광 모듈의 주소 및 지락 신호를 전송한다.
이에 따라, 게이트웨이(160)는 모니터링 시스템(170) 및 모바일 디바이스(180)에 지락된 태양광 모듈의 주소 및 지락 상태를 전송하게 되고, 따라서 관리자가 즉각적인 후속 조치를 취하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템(100)의 동작을 위한 검출 지락 전류 기울기 및 부하 전류 기울기를 도시한 그래프이다. 여기서, X축은 시간이고 Y축은 지락 전류값이다.
본 발명은 검출된 지락 전류(현재 전류와 직전 전류의 차이)와 기준 지락 전류를 비교하는 동작 외에(여기서, 기준 지락 전류는 종래에 비해 낮게 설정됨), 도 4에 도시된 바와 같이, 검출된 시간당 지락 전류의 변화율(dI/dt)과 기준 시간당 지락 전류의 변화율(dI/dt)을 상호간 비교하여, 트립 신호를 발생시킴으로써, 지락에 따라 해당 태양광 모듈의 분리 및 바이스패스 동작을 더욱 신속하게 수행할 수 있도록 한다. 이에 따라, 태양광 발전 시스템(100)의 전체적인 안전성/안정성이 더욱 향상될 수 있다. 더욱이, 이러한 변화율(기울기)을 트립 신호 발생 기준으로 이용함으로써, 부하 전류의 증가를 지락 전류로 착각하여 시스템을 정지시키지 않게 되어, 시스템의 안전성이 더욱 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 고효율 태양광 발전 시스템
110; 제1 태양광 모듈
120; 제2 태양광 모듈
130; 제1 마이크로 컨버터
130A; 지락 검출부
R1.R2; 분압저항
131; 지락 차단부
132; 지락 바이패스부
133; 전류 검출부
134; 필터
135; 절대값 회로부
136; 비교부
137; 제어부
138; 통신부
140; 제2 마이크로 컨버터
150; 인버터
160; 게이트웨이
170; 모니터링 시스템
180; 모바일 디바이스

Claims (6)

  1. 제1 태양광 모듈;
    제1 태양광 모듈에 연결된 제1 마이크로 컨버터;
    제1 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 제2 마이크로 컨버터;
    제2 마이크로 컨버터에 연결된 제2 태양광 모듈; 및
    제1, 2 마이크로 컨버터에 직렬로 연결된 인버터를 포함하고,
    제1, 2 마이크로 컨버터는 각각 지락 검출부, 지락 차단부 및 지락 바이패스부를 포함하여, 제1 마이크로 컨버터의 지락 검출부가 지락을 검출하면 제1 마이크로 컨버터의 지락 차단부 및 지락 바이패스부가 동작하여 제1 태양광 모듈을 인버터로부터 전기적으로 분리시키는 동시에 제2 마이크로 컨버터를 직접 인버터에 전기적으로 연결시키고,
    지락 검출부는 플러스 전력선과 마이너스 전력선 사이에 연결된 분압 저항; 분압 저항으로부터 지락 전류를 검출하는 전류 검출부; 검출된 지락 전류로부터 노이즈를 제거하는 필터; 필터를 통과한 지락 전류의 값을 절대값으로 변환하는 절대값 회로부; 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰지 판단하고, 현재 지락 전류에서 직전 지락 전류를 뺀 값이 미리 설정된 기준 지락 전류보다 큰 경우, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰지 판단하고, 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 큰 경우 트립 신호를 출력하고 시간당 지락 전류의 변화율이 미리 저장된 시간당 기준 지락 전류 변화율보다 작은 경우 트립 신호를 출력하지 않는 비교부; 및 비교부의 트립 신호에 따라 지락 차단부 및 지락 바이패스부에 동작 신호를 출력하는 제어부를 포함하는, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    통신부를 더 포함하고,
    제어부는 통신부를 통하여 제1 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호를 게이트웨이로 출력하는, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    모니터링 시스템 및 모바일 디바이스를 더 포함하고,
    게이트웨이를 통해 지락된 제1 태양광 모듈의 번지수와 지락 신호가 모니터링 시스템 및 모바일 디바이스에 전송되는, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    지락 차단부는 릴레이를 포함하고, 지락 바이패스부는 다이오드를 포함하는, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 태양광 모듈; 제1 마이크로 컨버터; 제2 마이크로 컨버터 및 제2 태양광 모듈과 동일한 구성이 인버터에 병렬로 연결된, 마이크로 지락 검출 및 차단 기능을 겸비한 고효율 태양광 발전 시스템.
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