KR102283826B1 - 머신러닝 기반의 mppt 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템 - Google Patents

머신러닝 기반의 mppt 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군에 각각 연결되는 인버터에서 최대 출력점(MPP) 이하의 입력 전력이 이루어지는 경우에도 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군의 출력이 취합되도록 함에 따라 흐린 날씨 또는 일출, 일몰시와 같은 태양광패널의 낮은 전력 생산시에도 인버터가 정상적으로 가동되어 일별 전력생산시간을 증대시킬 수 있는 수 있도록 하는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 태양광에 노출되어 전력을 생산하는 복수의 태양광패널과; 상기 복수의 태양광패널에 각각 연결되어 해당 태양광패널로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터와; 상기 복수의 태양광패널과 각각 연결되어 해당 태양광패널의 출력 전력값을 감지하는 복수의 출력감지부와; 상기 복수의 태양광패널과 복수의 인버터 사이에 연결되어 각 태양광패널의 출력 전력값에 따라 각 태양광패널의 출력을 어느 하나의 태양광패널로 전달되도록 하는 스위칭부와; 상기 출력감지부의 센싱데이터를 전달받아 상기 스위칭부의 스위칭 연결 제어를 수행하는 제어부;를 포함한다.

Description

머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템{PV module serial/parallel conversion system for MPPT operating voltage optimization based on machine learning}
본 발명은 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군에 각각 연결되는 인버터에서 최대 출력점(MPP) 이하의 입력 전력이 이루어지는 경우에도 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군의 출력이 취합되도록 함에 따라 흐린 날씨 또는 일출, 일몰시와 같은 태양광패널의 낮은 전력 생산시에도 인버터가 정상적으로 가동되어 일별 전력생산시간을 증대시킬 수 있는 수 있도록 하는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템에서 인버터는 태양광 패널에서 생산된 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하는 기능을 한다. 인버터는 직류 입력 전력이 정상적인 동작에 필요한 일정 수준(Win-start) 이상이 되어야 작동을 시작하며 (기동), 최대 입력 전력(Win-max) 이상에서는 기기의 보호를 위해 정지한다. 최소 전력 이하의 입력(Win-min)에서는 운전을 정지한다. 여기서 (Win-min) 과 (Win-start) 의 값은 인버터에 따라 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
인버터의 효율은 입력 전력 대비 출력 전력의 비로 표시되는데, 전 운전 범위에 걸쳐 항상 일정한 값이 아니며, 도 1 에서와 같이 출력에 따라 변화한다. 인버터의 효율은 구조와 제어 방식에 따라 다르지만, 일반적으로 30% ~ 80% 범위에서 가장 높다고 알려져 있다.
태양광 발전 시스템의 인버터는 태양광 패널 및 어레이와의 조합 형태에 따라 MIC(Module-Integrated Converter), 스트링(string), 멀티스트링(multi-string), 센트럴(central), 멀티 센트럴(multi-central) 인버터로 구분할 수 있다.
MIC는 각 패널 별 인버터를 부착하는 형태로 별도의 DC 라인 배선이 필요치 않아 설치가 용이하며, 그림자나 설치 조건의 차이 등으로 인해 패널간 일조 조건이 상이할 때에도 최대 에너지 수확(Harvest)이 가능하다는 장점이 있으나, 대용량 구현 시 비용 부담이 크고 효율이 다소 낮다는 단점이 있다. 가정용을 포함한 BIPV(Building integrated Photovoltaics) 등 소형 시스템에서 패널 배치의 유연성 및 확장성 등의 장점을 기반으로 보급되기 시작하였다.
스트링 방식은 패널 직렬군당 DC/AC 인버터를 사용하는 방식으로 스트링 별 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 제어가 가능하며, 부분적인 그늘에 대해 비교적 효과적으로 에너지 수확을 할 수 있으나, 대용량 발전소에 적용할 때는 인버터의 개수가 너무 많아 유지보수 비용이 증가하며, 인버터의 중앙 제어가 되지 않아 단독운전 방지와 같은 계통 보호 측면에서는 다소 부적합하므로, 중간 정도 용량의 태양광 발전시스템에 적합하다.
멀티스트링 방식은 패널 직렬군당 인버터 또는 DC/DC 컨버터를 사용하는 방식으로 스트링 방식과 센트럴 방식의 장점을 모아놓은 형태이나 2중의 전력변환기를 사용하므로 시스템의 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
센트럴 방식은 모든 패널의 직, 병렬 조합으로 에너지 수확이 다소 낮다는 단점이 있으나 변환기의 효율이 우수하고, 출력 용량 대비 단가가 저렴하다는 장점이 있어 대용량 산업용 인버터 방식으로 주로 사용되고 있다. 이와 같은 센트럴 방식은 단일 인버터를 사용하므로 계통보호에 유리하며, 유지보수 비용이 적다는 장점은 있으나, 인버터 고장 시 전체 시스템이 작동하지 못하는 단점을 가지고 있다. 최근 이와 같은 단점을 보완하기 위한 방법으로 대용량 센트럴 인버터를 병렬 연결해 하나의 대용량 인버터 시스템을 구현하는 방식인 멀티 센트럴 방식이 많이 개발되고 있다.
멀티 센트럴 방식 인버터는 센트럴 방식의 인버터를 병렬 연결한 구조로, 발전 시스템 구성 시 1개의 인버터가 아닌 여러 대의 인버터로 구성된다. 일출, 일몰 및 흐린 날씨 등 태양광 에너지가 낮은 조건에서는 태양광 패널들에서 생산된 전력을 모아 특정 인버터만 구동시키고, 태양광 에너지가 많을 때에는 여러 개의 인버터를 모두 가동시킴으로써 인버터가 최적 조건에서 동작하도록 하여 태양광 발전 설비의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 인버터들의 가동 시간이 동일하게 유지되도록 순차로 운전하여 인버터의 사용 수명을 연장하고, 하나의 인버터 고장이나 유지, 보수 시 다른 인버터를 높은 에너지 레벨로 운전 할 수 있어 에너지 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있어 대규모 태양광 발전 시스템에 보급되기 시작하고 있다.
그러나, 멀티 센트럴 방식은 여러 개의 인버터와 태양광 패널들을 제어해야 하므로 시스템 구축 비용이 높아지고, 인버터 간 또는 인버터와 중앙 제어장치 간의 통신을 포함한 복잡한 제어 기능이 요구되므로 소형 태양광 발전 시스템에는 부적합하다는 단점이 있다.
일반적으로 계통 연계형 대용량 태양광 시스템의 태양광 모듈은 태양광 패널, DCLink단, DC/AC 인버터, LC필터, 변압기로 구성된다. 대용량 태양광 발전 시스템의 태양광 어레이에서 생산되는 전압은 계통 전원 전압보다 크므로 안정된 계통전압을 확보하기 위한 DC/DC 부스트 컨버터가 불필요하며, 태양광 모듈로부터 최대 전력을 얻도록 MPPT(maximum power point tracking) 제어된다. DC/AC 인버터는 발생된 최대 전력을 계통 전압의 위상에 맞춰 계통에 공급한다. 종래 기술에 따른 컨버터의 제어장치에 대한 설명은 한국 특허 출원번호 10-2012-0012700에 개시되어 있다.
이와 같은 다양한 인버터들은 흐린 날씨나 일출시 및 일몰시와 같이 태양광 모듈의 패널로부터 발생되는 전력이 MPPT 제어에 의해 정상적 또는 효율적으로 동작하기 위한 최소 입력 전력에 미치지 못하는 경우 전력 생산이 중단되고 있는 실정이다.
따라서 낮은 입력 전력에도 인버터의 동작이 이루어져 전력 생산이 이루어질 수 있는 태양광 모듈 시스템의 개발이 요구된다.
한국 특허 출원번호 10-2012-0012700
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군에 각각 연결되는 인버터에서 최대 출력점(MPP) 이하의 입력 전력이 이루어지는 경우에도 복수의 태양광패널 또는 복수의 태양광패널군의 출력이 서로 취합되도록 스위칭부를 제어함으로써 흐린 날씨 또는 일출, 일몰시와 같은 태양광패널의 낮은 전력 생산시에도 인버터가 정상적으로 가동되어 일별 전력생산시간을 증대시킬 수 있는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 태양광에 노출되어 전력을 생산하는 복수의 태양광패널과; 상기 복수의 태양광패널에 각각 연결되어 해당 태양광패널로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터와; 상기 복수의 태양광패널과 각각 연결되어 해당 태양광패널의 출력 전력값을 감지하는 복수의 출력감지부와; 상기 복수의 태양광패널과 복수의 인버터 사이에 연결되어 각 태양광패널의 출력 전력값에 따라 각 태양광패널의 출력을 어느 하나의 태양광패널로 전달되도록 하는 스위칭부와; 상기 출력감지부의 센싱데이터를 전달받아 상기 스위칭부의 스위칭 연결 제어를 수행하는 제어부;를 포함한다.
여기서 상기 복수의 태양광패널은 복수의 태양광패널이 직렬 연결되는 태양광패널군이 복수개 형성되며, 상기 각 태양광패널군의 단부측에 인버터가 각각 연결된다.
또한 상기 제어부는 상기 각 태양광패널군로부터 출력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 이들과 연결되는 각 인버터가 최대 출력점(maximum power point)에서 동작하도록 제어한다.
아울러 상기 태양광패널군이 2개소인 경우, 상기 제어부는 각 태양광패널군의 출력 전력값을 출력감지부로부터 전달받아 기설정된 출력 전력값보다 낮은 경우 어느 하나의 태양광패널군 출력을 다른 하나의 태양광패널군에 전달되도록 스위칭부를 제어한다.
또한 상기 태양광패널군이 3개소인 경우, 상기 제어부는 각 태양광패널군의 출력 전력값을 출력감지부로부터 전달받아 기설정된 출력 전력값보다 낮은 경우 어느 2개소의 태양광패널군 출력을 나머지 1개소의 태양광패널군에 전달되도록 스위칭부를 제어한다.
아울러 실시간으로 센싱되는 상기 제1태양광패널 및 제2태양광패널의 출력 전압 및 전류데이터를 전달받아 이들의 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 생성하고, 생성된 일정 시간 동안의 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 통해 스위칭부의 제어가 수행되는 머신러닝 기반의 패턴분석부를 포함한다.
본 발명에 따르면 흐린 날씨 또는 일출, 일몰시와 같은 태양광 패널의 낮은 전력 생산시에도 인버터가 정상적으로 가동될 수 있도록 함에 따라 인버터의 운전 시간을 단순히 확대시킴은 물론 인버터의 최고효율 구간 내 운전 시간을 극대화하여 발전 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양광 인버터의 효율 변화를 설명한 그래프이다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 출력 전압, 출력 전류 특성 및 최대 출력점의 변화를 설명한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 3개소의 태양광패널군에서 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 3개소의 태양광패널군에서 제어부의 스위칭부 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 9 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 N개소의 태양광패널군에서 병렬모드, 2개소 직렬모드, 3개소 직렬모드로 스위칭부 제어가 이루어진 모습을 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 일반적인 태양광 패널의 출력 전압, 출력 전류 특성 및 최대 출력점의 변화를 설명한 그래프이다.
태양광 에너지의 밀도는 시간과 기상 조건에 따라 변화하며, 이에 따라 태양광 패널의 출력도 변화한다. 태양광 발전용 인버터는 최대한의 전력을 얻기 위해 MPPT(maximum power point tracking; 최대 출력점 추적) 기능을 보유하고 있으며, 태양광 에너지 밀도의 변동에 따라 태양광 패널의 전압-전류 출력 조건을 최대 출력을 낼 수 있는 값으로 조정한다.
이 때, 도 1 에서와 같이, 인버터가 가급적 WFS-min 부터 WFS-max 사이의 효율이 높은 구간에서 운전되도록 하면 전체 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템(100)은 본 발명은 태양광에 노출되어 전력을 생산하는 복수의 태양광패널(10a)과, 상기 복수의 태양광패널(10a)에 각각 연결되어 해당 태양광패널(10a)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터(30)와, 상기 복수의 태양광패널(10a)과 각각 연결되어 해당 태양광패널(10a)의 출력 전력값을 감지하는 복수의 출력감지부(20)와, 상기 복수의 태양광패널(10a)과 복수의 인버터(30) 사이에 연결되어 각 태양광패널(10a)의 출력 전력값에 따라 각 태양광패널(10a)의 출력을 어느 하나의 태양광패널(10a)로 전달되도록 하는 스위칭부(40)와, 상기 출력감지부(20)의 센싱데이터를 전달받아 상기 스위칭부(40)의 스위칭 연결 제어를 수행하는 제어부(50)로 이루어진다.
여기서 상기 태양광패널(10a)은 태양광을 통해 직류 전력을 생성하는 패널로서 이러한 태양광패널(10a)은 생산된 직류 전력을 공급할 인버터(30)가 후단측에 연결된다.
아울러 인버터(30)와 태양광패널(10a) 사이에는 인버터(30)에 공급되는 전력값 즉, 태양광패널(10a)의 출력 전력값을 감지하는 출력감지부(20)가 각 태양광패널(10a)별로 설치된다.
이는 본 발명에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템(100)이 인버터(30)의 최대 출력점(maximum power point) 이상일 때 동작되도록 하는 최대 출력점 추적(MMPT;Maximum Power Point Tracking) 제어로 이루어짐에 따라 인버터(30)에 공급되는 태양광패널(10a)의 출력 전력값이 최대 출력점 보다 낮은 경우 인버터(30)의 구동이 중단되게 된다.
이에 따라 흐린 날씨 또는 일몰 직전, 일출 직후와 같은 태양광의 강도가 약한 시간대에는 최대 출력점 보다 낮기 때문에 인버터(30)의 구동이 중단되고 태양광패널(10a)을 통한 전력 생산이 중단되게 될 것이다.
따라서 본 발명은 이와 같은 인버터(30)의 최대 출력점 이하에서 전체 인버터(30)는 구동되지 않더라도 일부 인버터(30)라도 구동됨에 따라 생산 전력량 및 효율을 높이도록 하기 위해 일부 태양광패널(10a)의 출력 전력을 다른 태양광패널(10a)의 출력 전력에 전달하여 양 출력 전력이 합산될 수 있도록 하는 스위칭부(40)가 마련된다.
이러한 스위칭부(40)는 각 태양열패널(10a)과 이와 대응되어 연결되는 인버터(30)로 연결시키거나 다른 태양열패널(10a)의 후단부와 연결시켜 다른 태양열패널(10a)과 대응되어 연결되는 인버터(30)에 출력 전력이 전달되도록 연결시키게 된다.
도 3은 인버터(30)의 최대 출력점 이상으로 각 태양광패널(10a)의 출력 전력값이 형성되어 각각 태양열패널(10a)과 인버터(30)가 서로 연결된 상태를 나타내며, 도 4는 각 태양광패널(10a)의 출력 전력값이 최대 출력점 이하로 형성되어 하부측 태양광패널(10a)의 출력 전력이 상부측 태양광패널(10a)의 후단측으로 전달되도록 하여 상부측 태양광패널(10a)과 연결된 인버터(30)에 2개소의 태양광패널(10a) 생산 전력이 모두 전달되도록 구성되는 것이다.
물론 2개소의 태양광패널(10a)의 생산 전력이 모두 전달된 경우에도 이를 전달받은 해당 인버터(30)의 최대 출력점 이하 수준일 경우 인버터(30)는 구동을 중단할 것이다.
이와 같은 상기 인버터(30)은 상기 태양광패널(10a)로부터 전달받은 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환하여 외부로 전송한다.
한편 상기 제어부(50)는 전술한 바와 같이 출력감지부(20)로부터 태양광패널(10a)의 출력 전력값을 전달받아 기설정된 설정값보다 낮은 경우 스위칭부(40)를 제어하여 각 태양광패널(10a)의 생산 전력을 취합하여 어느 하나의 인버터(30)로 공급하도록 제어한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면 본 실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템(100)은 복수의 태양광패널(10a)이 직렬 연결되는 태양광패널군(10)이 2개소 형성되며, 상기 각 태양광패널군(10)의 단부측에 인버터(30)가 각각 연결되고, 전술한 실시예에서와 같이 각 인버터(30) 전단에 출력감지부(20)가 설치되고, 태양광패널군(10)과 인버터(30) 사이에 스위칭부(40)가 형성된다.
이에 따라 하나의 태양광패널군(10) 전체의 출력 전력값을 출력감지부(20)가 감지하여 이와 연결된 인버터(30)의 최대 출력점을 기준으로 제어부(50)가 스위칭부(40)의 제어를 수행하게 된다.
이에 따라 도 5에서와 같이 각 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 기설정된 설정값 이상인 경우 각 태양광패널군(10)과 각 인버터(30)가 정상 연결 및 정상 구동되고, 도 6에서와 같이 각 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 기설정된 설정값 이하인 경우 스위칭부(40) 제어를 통해 어느 하나의 태양광패널군(10)의 출력을 다른 하나의 태양광패널군(10)으로 전달하도록 하여 하나의 인버터(30)만을 정상 구동하도록 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 3개소의 태양광패널군에서 인버터 입력 전력이 최대 출력점 이하일 경우 스위칭부의 동작 과정을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 3개소의 태양광패널군에서 제어부의 스위칭부 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면 본 실시예에 따른 태양광 모듈 직병렬 변환시스템(100)은 3개소의 태양광패널군(10)으로 형성되어 각 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 기설정된 설정값 이상인 경우 각 태양광패널군(10)과 각 인버터(30)가 정상 연결 및 정상 구동되고, 도 7에서와 같이 각 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 기설정된 설정값 이하인 경우 스위칭부(40) 제어를 통해 어느 2개소의 태양광패널군(10)의 출력을 다른 하나의 태양광패널군(10)으로 전달하도록 하여 하나의 인버터(30)만을 정상 구동하도록 한다.
이때 설정에 따라 각 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 기설정된 설정값 이하인 경우 3개소의 태양광패널군(10)의 출력 전력값이 도 7과 같이 모두 합산되도록 스위칭부(40) 제어가 이루어질 수 있고, 도 8과 같이 출력감지부(20)의 출력 전력값에 따라 1개소 -> 2개소 -> 3개소의 태양광패널군(10)이 인버터(30)에 연결될 수 있다.
즉, 각 태양광패널군(10)이 각각 대응되는 인버터(30)와 연결되고(S10), 감지되는 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하여(S20), 설정치 이상인 것으로 판단되면 계속하여 설정 시간에 따라 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하게 되고(S21), 만일 설정치 이하인 것으로 판단되면(S22), 3개소의 태양광패널군(10) 중 2개소의 태양광패널군(10)이 우선 직렬 연결되어 출력 전력이 합산되어 어느 하나의 인버터(30)로 전달되도록 스위칭부(40)의 스위칭 제어가 제어부(50)에 의해 수행된다(S30).
그런 다음 다시 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하여(S40) 설정치 이상인 것으로 판단되면 현재 스위칭 제어를 그대로 유지한 상태로 계속하여 설정 시간에 따라 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하게 되고(S41), 만일 설정치 이하인 것으로 판단되면(S42), 3개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되어 출력 전력이 합산되어 어느 하나의 인버터(30)로 전달되도록 스위칭부(40)의 스위칭 제어가 제어부(50)에 의해 수행된다(S50).
아울러 3개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되도록 스위칭 제어가 이루어지면 다시 출력감지부(20)를 통한 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하여(S60) 설정치 이상인 것으로 판단되면 현재 스위칭 제어를 그대로 유지한 상태로 계속하여 설정 시간에 따라 출력 전력값이 설정치 이상인지 여부를 판단하게 되고(S61), 만일 설정치 이하인 것으로 판단되면(S62), 3개소의 태양광패널군(10)이 모두 병렬 연결 즉, 각 태양광패널군(10)이 각 인버터(30)와 대응되어 연결되도록 제어부(50)에 의해 스위칭부(40)의 스위칭 제어가 수행된다(S10).
이와 같이 전술한 실시예에서의 2개소의 태양광패널군(10)이 설치되는 경우보다 3개소의 태양광패널군(10)이 설치될 경우 보다 작은 전력 생산치에서도 하나의 인버터(30)를 구동할 수 있게 되어 전력 생산효율을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 9 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 N개소의 태양광패널군에서 병렬모드, 2개소 직렬모드, 3개소 직렬모드로 스위칭부 제어가 이루어진 모습을 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는 N개소의 태양광패널군(10)이 형성되는 경우 도 9에서와 같이 각각 태양광패널군(10)과 인버터(30)가 일대일 대응되어 연결될 수 있고, 도 10에서와 같이 2개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되어 하나의 인버터(30)와 연결될 수 있으며, 도 11에서와 같이 3개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되어 하나의 인버터(30)에 연결될 수 있다.
이를 위해 N개소의 태양광패널군(10)이 있는 경우, 제어부(50)는 우선 각 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이상인지 이하인지, 즉, 인버터(30)의 최대 출력점 이상인지 이하인지 여부를 판단하여 각 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이상인 것으로 판단되면 도 9에서와 같이 모든 태양광패널군(10)이 병렬모드로 인버터(30)와 일대일 대응 연결되도록 한다.
만일 각 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이하인 경우, 제어부(50)는 우선 N개소의 태양광패널군(10)을 각각 2개소씩 순차적으로 묶은 후 2개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되어 하나의 인버터(30)로 생산된 전력이 공급되도록 스위칭부(40) 제어를 수행한다.
그런 다음 출력감지부(20)의 출력 전력값을 다시 판단하여 설정치 이하인지 이상인지 여부를 확인하고, 만일 설정치 이상인 경우 도 10에서와 같이 2개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되는 2개소 직렬 모드로 인버터(30) 구동을 수행한다.
만일 출력감지부(20)의 출력 전력값이 설정치 이하인 것으로 판단되면 도 11에서와 같이 3개소의 태양광패널군(10)을 직렬 연결하여 하나의 인버터(30)에 생산된 전력이 공급되도록 스위칭부(40) 제어를 수행하고 전력을 공급받는 인버터(30)의 전단에 설치되는 출력감지부(20)의 출력 전력값을 다시 확인한다.
여기서 만일 출력 전력값이 설정치 이상으로 판단되면 도 11과 같이 3개소의 태양광패널군(10)이 직렬 연결되는 3개소 직렬 모드로 인버터(30)를 구동하면 되고, 설정치 이하로 판단되면 필요에 따라 4개소의 태양광패널군(10)을 직렬 연결하여 출력감지부(20)를 통한 출력 전력값 판단을 수행할 수 있다.
물론 3개소 직렬 모드로도 하나의 인버터(30)를 구동하기 어려운 경우 스위칭부(40)를 전체 병렬모드로 변환하고 모든 인버터(30)의 구동을 중단시키도록 제어할 수도 있다.
한편 본 발명에 따른 제어부(50)는 실시간으로 센싱되는 상기 태양광패널(10a) 또는 태양광패널군(10)의 출력 전력데이터(전압 또는 전류데이터 포함)를 전달받아 이들의 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 생성하고, 생성된 일정 시간 동안의 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 통해 스위칭부(40)의 제어가 수행되도록 구성될 수 있다.
이를 위해 상기 제어부(50)는 출력감지부(20)로부터 실시간 전달받은 출력 전력데이터 및 스위칭부(40) 제어 정보를 별도의 머신러닝 분석서버로 전송하고 머신러닝 분석서버에서는 이러한 출력 전력데이터의 변화 추이 분포데이터와 변화 추이 패턴데이터를 학습하여 현재 출력 전력데이터의 추이가 일몰 전 추이데이터인지 일출 전 추이데이터인지 흐리거나 비가 오는 날의 추이데이터인지 등을 학습을 통해 판단 정확도를 높이도록 할 수 있다.
이러한 머신러닝 분석서버에서 학습을 통한 추이데이터 판단 알고리즘은 다시 본 발명에 따른 제어부(50)로 전달되어 제어부(50)의 스위칭부(40) 제어에 적용될 수 있다.
상기 머신러닝 분석서버에서는 상기 출력 전력데이터를 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 머신러닝하게 되는데, 이러한 머신러닝을 통해, 출력 전력데이터의 변화 추이 분포데이터를 통해, 패턴데이터를 추정할 때는 MTTP  전압의 상승이나 하강 때, 유사한 환경 변수에 대해서는 유사한 출력 전력 데이터의 패턴이 형성될 것이기 때문에, 이러한 점에 착안하여 구체적인 머신러닝 알고리즘을 선정할 수 있다.
일실시예로는 이러한 패턴 데이터의 추정의 추정을 위해 심층 신경망 방식 중 CNN( Convolutional Neural Network) 방식을 사용하여, 상기 출력 전력데이터의 변화 추이 데이터를 복수개의 레이어로 학습화하는 것이 바람직하며, 특히 인버터의 동작 패턴에 착안하여, SVM(Supported Vector Machine)을 사용하여 데이터 패턴을 추정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 태양광패널군 10a : 태양광패널
20 : 출력감지부 30 : 인버터
40 : 스위칭부 50 : 제어부
100 : 태양광 모듈 직병렬 변환시스템

Claims (5)

  1. 태양광에 노출되어 전력을 생산하는 복수의 태양광패널(10a)과;
    상기 복수의 태양광패널(10a)에 각각 연결되어 해당 태양광패널(10a)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터(30)와;
    상기 복수의 태양광패널(10a)과 각각 연결되어 해당 태양광패널(10a)의 출력 전력값을 감지하는 복수의 출력감지부(20)와;
    상기 복수의 태양광패널(10a)과 복수의 인버터(30) 사이에 연결되어 각 태양광패널(10a)의 출력 전력값에 따라 각 태양광패널(10a)의 출력을 어느 하나의 태양광패널(10a)로 전달되도록 하는 스위칭부(40)와;
    상기 출력감지부(20)의 센싱데이터를 전달받아 상기 스위칭부(40)의 스위칭 연결 제어를 수행하는 제어부(50);를 포함하여 이루어지며,
    상기 복수의 태양광패널(10a)은
    복수의 태양광패널(10a)이 직렬 연결되는 태양광패널군(10)이 복수개 형성되며, 상기 각 태양광패널군(10)의 단부측에 인버터(30)가 각각 연결되고,
    상기 태양광패널군(10)이 2개소인 경우, 상기 제어부(50)는
    각 태양광패널군(10)의 출력 전력값을 출력감지부(20)로부터 전달받아 기설정된 출력 전력값보다 낮은 경우 어느 하나의 태양광패널군(10) 출력을 다른 하나의 태양광패널군(10)에 전달되도록 스위칭부(40)를 제어하며,
    상기 제어부(50)는 실시간으로 센싱되는 상기 태양광패널(10a) 또는 태양광패널군(10)의 출력 전력데이터(전압 또는 전류데이터 포함)를 전달받아 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 생성하고, 생성된 일정 시간 동안의 변화 추이 분포데이터 및 변화 추이 패턴데이터를 통해 스위칭부(40)의 제어가 수행되되,
    상기 출력감지부(20)로부터 실시간 전달받은 출력 전력데이터 및 스위칭부(40) 제어 정보를 머신러닝 분석서버로 전송하고,
    상기 머신러닝 분석서버는 상기 출력 전력데이터의 변화 추이 분포데이터와 변화 추이 패턴데이터를 학습하여 사계절의 태양 위치에 따른 태양광 입사각, 날씨, 조도 센싱의 환경데이터를 이용하여 현재 출력 전력데이터의 추이가 일몰 전 추이데이터인지 일출 전 추이데이터인지 흐리거나 비가 오는 날의 추이데이터인지에 대한 학습을 통해 판단 정확도를 높여 상기 제어부(50)의 스위칭부(40) 제어에 적용하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(50)는
    상기 각 태양광패널군(10)로부터 출력되는 전압 및 전류를 모니터링하여 이들과 연결되는 각 인버터(30)가 최대 출력점(maximum power point)에서 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양광패널군(10)이 3개소인 경우, 상기 제어부(50)는
    각 태양광패널군(10)의 출력 전력값을 출력감지부(20)로부터 전달받아 기설정된 출력 전력값보다 낮은 경우 어느 2개소의 태양광패널군(10) 출력을 나머지 1개소의 태양광패널군(10)에 전달되도록 스위칭부(40)를 제어하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 MPPT 동작전압 최적화를 위한 태양광 모듈 직병렬 변환시스템.
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