KR102339756B1 - 태양광발전 디바이스 - Google Patents

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마시밀리안 플라이셔
아르민 슈네틀러
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지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 상이한 셀 타입들의 2개의 PV 셀들(11, 21)을 갖는 탠덤 PV 셀 그룹(1)에 관한 것이다. 특정 PV 셀에서 생성된 전압 또는 대응하는 전력 수율이, 할당된 전력 전자기기 유닛에 공급될 수 있는 방식으로, 별개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)이 PV 셀들 각각에 할당된다. 각각의 경우에서 PV 셀들 중 하나를 갖는 각각의 PV 서브시스템 및 특정 PV 셀에 할당된 전력 전자기기 유닛이 그들의 최적의 동작점에서 동작하도록 하는 그러한 방식으로, 전력 전자기기 유닛들은 제어 디바이스(40)의 도움으로 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 이러한 목적으로, 제어 디바이스는, 각각의 PV 서브시스템의 전력 전자기기 유닛의 동작 동안, 특정 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압과 전력 수율의 곱이 최대가 되는 그러한 방식으로 동작될 수 있다.

Description

태양광발전 디바이스
본 발명은, 2개의 또는 다르게는 더 많은 별개의 솔라 셀(solar cell)들을 갖는 태양광발전 디바이스(photovoltaic device)에 관한 것이다.
태양광발전(PV; photovoltaic) 수단을 사용한 태양광 발전(solar power generation)은, 환경 및 또한 점점 더 경제적인 이유들로, 예컨대, 중앙유럽(Central Europe)에서, 급속도로 증가되는 규모로 전기 생산에 기여하고 있다. 그러나, 이러한 재생 에너지원(regenerative energy source)은 또한, 그리고 특히, 종래의 에너지원들과 비교하여 경쟁력이 있어야 하는데, 그 이유는, 예컨대 독일과 같이 적절히 집중적인 태양 조사(solar irradiation)가 있는 지역들에서도 PV 발전 비용들을, 종래의, 특히 화석 에너지 발전의 발전 비용들보다 더 낮게 만들도록 추구되기 때문이다.
PV 설비의 비용들은 대부분 시스템(system) 비용들, 예컨대 전체 패널(panel), 배선, 전력 전자기기(power electronics) 및 다른 구조 비용들에 의해 결정된다. 페로브스카이트 재료들로 알려진 것들, 이를테면, 예컨대 CH3NH3PbI3 (더 일반적으로는, (CH3NH3)MX3-xYx (여기서 M=Pb 또는 Sn 그리고 X,Y=I, Br 또는 Cl임)) ― 이는 그들의 광전자적 특성들로 인해 전기 에너지로의 전자기 방사 에너지의 고효율 변환을 허용함 ― 이 최근 몇 년 동안 중요해졌고, 운영 비용들을 낮추는 효과를 약속했지만, 그러한 새롭고 저렴한 솔라 셀들을 사용하는 것 자체로는 아직 충분하지 않다. 대조적으로, 솔라 셀들의 효율을 추가로 증가시킬 필요가 있다.
효율을 증가시키기 위한 하나의 접근법은, 2개 또는 훨씬 더 많은 감광 PV 셀들 또는 층들이, 하나가 다른 하나 위에 놓이는 식으로 배열되는 탠덤 PV 셀 그룹(tandem PV cell group)들로 알려진 것을 사용하는 것이다. 이러한 경우의 다양한 셀들은 그 다양한 셀들의 스펙트럼 감도(spectral sensitivity)의 관점에서 이상적으로 상이한데, 다시 말해, 상이한 셀들은 태양광(sunlight)의 상이한 스펙트럼 범위들에 대해 그들 개개의 최대 효율을 갖는다. 이는, 탠덤 셀 그룹이 전체적으로, 더 넓은 스펙트럼 범위에 대해 높은 효율을 제공하는 효과를 갖는다.
그러한 탠덤 셀 그룹은, 예컨대 종래의 실리콘계 PV 셀을 가질 수 있으며, 그 종래의 실리콘계 PV 셀에 추가의, 예컨대 페로브스카이트계 PV 셀이 적용된다. 페로브스카이트 재료들이 실리콘계 재료들보다 더 큰 밴드갭(bandgap)을 가지며, 이로 인해, 페로브스카이트계 PV 셀은 청색 또는 단파 스펙트럼 범위에서 더 높은 흡수 성분을 갖고, 그리고 더 긴 파장의 광을 통과시킨다. 실리콘계 PV 셀은, 페로브스카이트 셀 또는 층 또는 페로브스카이트 셀 또는 층의 적어도 일부에 의해 통과된 광이 실리콘 셀에 의해 흡수되도록, 더 긴 파장의 스펙트럼 범위에서 더 큰 정도까지 흡수한다.
도 1은 그러한 알려진 탠덤 PV 셀 그룹(1)의 측면도를 도시한다. 탠덤 셀 그룹(1)의 상부 셀(11), 다시 말해, 광원 또는 태양(예시되지 않음)을 향하는 상부 셀(11)은 제1 스펙트럼 범위(S1)에서 최대 효율을 갖는 제1 재료로 제조된 PV 셀이다. 하부 셀(21)은 제2 스펙트럼 범위(S2)에서 최대 효율을 갖는 제2 재료로 제조된 PV 셀이며, 스펙트럼 범위들(S1, S2) 및 또한 재료들은 상이하다. 그러한 탠덤 셀 그룹들은 원칙적으로, 광 입사(L) 하에서 생성된 전류(I)가 셀들(11, 21) 둘 모두를 통해 연속적으로 흐른다는 개념에 따라 동작하는데, 다시 말해, 셀들(11, 21)은 전기적으로 직렬로 연결된다. 그러나, 이러한 경우에서, 2개의 셀들(11, 21)에서 상당히 상이한 값의 전류들이 생성되는 경우, 다른 셀(21, 11)의 큰 전류가, 저전류가 생성된 셀(11, 21)을 통해 흐르는 문제가 발생하며, 이는 손상을 초래할 수 있다. 게다가, 셀들(11, 21) 둘 모두가 감광 표면적 당 동일한 전류를 전달하는 것이 이상적인 경우이다. 그러나, 다양한 셀들(11, 21)에서 사용되는 재료들의 상이한 성질로 인해, 이것은 일반적으로 그렇지 않다. 이는, 탠덤 PV 셀 그룹(1)의 효율이, 이론상 가능한 것보다 전체적으로 상당히 더 낮거나, 또는 개별적인 효율들에 기반하여 예상될 것이라는 효과를 갖는다.
개별적인 셀들(11, 21)이 동일한 값의 전류들을 전달하도록 개별적인 셀들(11, 21)이 설계된다는 점에서, 이러한 문제는 원칙적으로 "전류 매칭(current matching)"으로 알려진 접근법을 사용하여 해결될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 2개의 PV 셀들(11, 21)의, 적절한 조명 하에서 전류를 생성하는 감광 영역들(12, 22)이 서로 매칭될(matched) 수 있으며, 제1 셀(11)의 영역들(12)은 제1 재료로 구성되고, 제2 셀(21)의 영역들(22)은 제2 재료로 구성된다. 이러한 경우, 하나의 영역(12, 22)에서 생성된 전류는 개개의 영역(12, 22)의 표면적에 비례하는 것으로 가정된다. 따라서, 2개의 셀들(11, 21)이 궁극적으로 동일한 값의 전류들을 전달하도록, 도 2에 표시된 바와 같이, 표면적들뿐만 아니라 영역들(12, 22)의 개수들이 상이하게 선택될 수 있다. 이러한 경우, 이러한 목적을 위해 표면적들에 대해 선택될 개수들 및 변수들은 개개의 재료들에 따른다. 그러나, 이와 관련하여, 하나가 다른 하나 위에 놓이는 식으로 놓이는, 상이하게 형성된 구조들은 기술적으로 문제가 있는 것으로 밝혀졌다.
도 2는 도 1에서 점선들로 표시된 평면들 상으로의 y-방향의 도면을 도시하며, 도 2의 예시는, 도 1의 셀(1)이 펼쳐져서 2개의 층들(11, 21)이 이제 서로 나란히 놓이는 것처럼 선택된다. 제1 셀(11)의 영역들(12)의 표면적들이 제2 셀(21)의 영역들(22)의 표면적들보다 더 크다는 것이 설명된다. 이러한 경우, 명확성을 위해, 개개의 영역들(12, 22) 중 수 개의 영역들에만 참조 부호들이 제공된다. 각각의 PV 셀(11, 21)에 대해, 이는 개개의 셀(11, 21)의 영역들(12, 22)이 직렬로 연결되어 개개의 영역 그룹(13, 23)을 형성하는 경우이다. 게다가, 2개의 영역 그룹들(13, 23)은 또한, 연이어, 다시 말해, 직렬로 전기적으로 연결된다.
감광 영역들(12, 22)의 표면적들을 매칭시키는 개념이 이론상 상기 문제에 대한 해결책을 제공하지만, 사실상, 이러한 방식으로 구성된 탠덤 PV 셀 그룹(1)의 효율은 평균적으로, 이론상 가능한 값 미만으로 계속 유지된다는 것이 밝혀졌다. 이는, 광 강도들이 사실상 시간의 경과에 따라 일정하지 않고, 오히려 온종일에 걸쳐 더 많거나 또는 더 적은, 강한 편차들을 겪는다는 사실과 관계되며, 이는, 다양한 셀들에 의해 생성되는 전압들 또는 전류들에 상이한 크기의 영향을 미친다. 따라서, 실리콘계 PV 셀들(Si 셀들)은, 높은 광 강도들, 다시 말해, 예컨대 완전한 태양광에서 특히 높은 효율로 동작한다. 그러나, 그러한 Si 셀들의 효율은 더 약한 광 하에서는 예컨대 유기 PV 셀들의 효율 아래로 떨어지며, 이러한 유기 PV 셀들은 특히 확산 및 약한 광 하에서 비교적 양호한 효율들을 갖는다. 게다가, 상이한 셀들은 상이한 노화(aging) 영향들 및 온도 반응들을 겪는 것으로 가정되어야 한다. 따라서, 감광 영역들의 매칭된 표면적들을 갖는 도 2에 예시된 접근법은 궁극적으로는 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 고효율 태양광발전 셀에 대한 대안적인 접근법을 특정하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항에서 설명되는 PV 디바이스 및 청구항 제10 항에서 설명되는 동작 방법에 의해 달성된다. 종속항들은 유리한 구성들을 설명한다.
본 발명에 따른 PV 디바이스는 다중-PV 셀 그룹을 가지며, 다중-PV 셀 그룹은, 적어도, 제1 셀 타입(cell type)의 하나의 제1 PV 셀 및 제2 셀 타입의 하나의 제2 PV 셀을 갖고, 제1 셀 타입과 제2 셀 타입은 서로 상이하고, 그리고 PV 셀들 각각은 개개의 PV 셀로의 광 입사 하에 전기 셀 전압(U1, U2)을 제공한다. 게다가, 제1 PV 셀에 할당된 별개의 제1 전력 전자기기 유닛(power electronics unit) 및 제2 PV 셀에 할당된 별개의 제2 전력 전자기기 유닛을 갖는 전력 전자기기가 제공된다. 개개의 PV 셀에서 생성된 전기 셀 전압(U1, U2) 및 대응하는 전류 수율(I1, I2)은, 예컨대 적절한 전기 연결들을 통해, 개개의 PV 셀에 할당된 별개의 전력 전자기기 유닛에 피딩될(fed) 수 있다. 게다가, PV 디바이스는 전력 전자기기를 제어하기 위한 제어 디바이스를 갖는다. 그 다음으로, 제1 전력 전자기기 유닛 및 제2 전력 전자기기 유닛은, 각각의 PV 서브시스템(subsystem)이 그 각각의 PV 서브시스템의 최적의 동작점(operating point)에서 동작하도록, 제어 디바이스에 의해 서로 독립적으로 동작될 수 있으며, 각각의 PV 서브시스템 각각은 PV 셀들 중 하나, 및 개개의 PV 셀에 할당된 전력 전자기기 유닛을 갖는다. 다시 말해, PV 디바이스는 적어도, 하나의 제1 PV 서브시스템 및 하나의 제2 PV 서브시스템을 갖고, 제1 PV 서브시스템은 제1 PV 셀 및 제1 전력 전자기기 유닛을 갖고, 제2 PV 서브시스템은 제2 PV 셀 및 제2 전력 전자기기 유닛을 갖는다.
가변적인 조명 강도 하에서도 자신의 높은 효율을 잃지 않는, 여기서 제안된 고효율 다중-PV 셀 그룹의 설계를 위해, 위에서 설명된 "전류 매칭" 접근법을 생략하는 것이 가능하다. 탠덤 PV 셀 그룹은, 직렬 또는 임의의 다른 방식으로 직접적으로 전기적으로 연결되지 않은 2개의 갈바닉적으로 절연된(galvanically isolated) PV 셀들을 갖는다. 오히려, 조명 하의 셀 그룹의 PV 셀들에 의해 생성되는 전압들, 및 결과적으로 또한, 대응하는 전류들은 각각 별개의 전력 전자기기 유닛에 피딩된다. 다양한 PV 셀들에 대해 개별적인 전력 전자기기 유닛들을 사용함으로써, 각각의 PV 셀이 최적의 동작점에서 동작될 수 있게 하는 상황이 달성된다.
제어 디바이스는, 각각의 PV 서브시스템의 전력 전자기기 유닛의 동작 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U1, U2)과 전류 수율(I1, I2)의 곱(product)이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛을 제어하도록 설계된다. 이러한 경우, 물론, 여기에서 그리고 이하에서, 곱이 "최대가 되어야" 한다는 표현은, 항상 상기 곱이 절대적 최대치에 도달하는 정확한 지점을 반드시 의미하는 것은 아니거나 또는 반드시 의미하는 것은 아닐 수 있다는 것이 가정된다. 이는 또한, 제어 디바이스에 피딩되는 값들이 소정의 범위 내에서 사실상 계속해서 변화하는 한, 기술적으로 구현될 수 없어서, 시간 T1에서의 이론상 실제 최대 값은 이미 더 이상 다음 시간 T2에서의 이론상 최대 값이 아니다. 따라서, 개개의 곱이 "최대가 되어야" 한다는 표현은, 제어의 맥락에서, 개개의 전류-전압 곱이 순시의 이론상 가능한 최대치(instantaneous theoretically possible maximum)에 대해 변화되게 전력 전자기기 유닛들이 각각 지속적으로 조정되도록, 제어가 각각의 경우에서 수행된다는 것을 의미한다. 따라서, 사실상, 특정 시간 기간에 걸쳐 고려되는 전류-전압 곱이 더 작아지지 않도록, 제어가 수행된다. 다시 말해, 이론상 가능한 최대치에 이미 도달한 경우, 곱은 더 커져야 하거나 또는 일정하게 유지될 수 있다.
제어 디바이스는, 이러한 목적을 위해, 개개의 전력 전자기기 유닛의 제어 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U1, U2)과 전류 수율(I1, I2)의 곱이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛의 입력 저항이 조정될 수 있도록, 동작할 수 있다. 제어 디바이스는 특히, 전력 전자기기 유닛들을 서로 독립적으로 제어하도록 설계된다. 이를 위해, 제어 디바이스는, 예컨대 PV 서브시스템들의 개수에 대응하는 다수의 제어기들을 가질 수 있다. 이러한 제어기들은, 예컨대 PID 제어기들로 알려진 것들로서 설계될 수 있다.
대안으로서 또는 부가하여, PV 디바이스는 센서 디바이스(sensor device)를 가지며, 센서 디바이스는 PV 셀들의 온도들을 결정하고 그리고/또는 다중-PV 셀 그룹의 주변 온도를 결정하기 위한 디바이스를 갖고, 온도들 및/또는 주변 온도를 설명하는 하나 이상의 파라미터(parameter)들이 입력 변수로서 제어 디바이스에 피딩된다. 부가하여 또는 대안으로서, 센서 디바이스는, PV 디바이스, 특히 제1 PV 셀에 입사되는 광 강도를 결정하기 위한 디바이스를 가질 수 있으며, 광 강도를 설명하는 파라미터가 입력 변수로서 제어 디바이스에 피딩된다. 마찬가지로, 부가하여 또는 대안으로서, 센서 디바이스는, PV 디바이스, 특히 제1 PV 셀에 입사되는 광의 스펙트럼(spectrum)을 결정하기 위한 디바이스를 가질 수 있으며, 스펙트럼을 설명하는 파라미터가 입력 변수로서 제어 디바이스에 피딩된다. 그 다음으로, 제어 디바이스는 제어 디바이스에 피딩되는 입력 변수 또는 입력 변수들에 기반하여 전력 전자기기 유닛들을 제어하도록 설계된다.
특히, 제어 디바이스는, 이러한 경우, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 각각의 전력 전자기기 유닛에 대한 입력 변수 또는 입력 변수들에 따라, 입력 저항이 결정 및 설정되도록, 특히 룩업 테이블(lookup table)들에 기반하여 또는 모델-기반 방식(model-based manner)으로 제어를 수행하도록 설계된다.
제1 및 제2 셀 타입은 바람직하게, 제1 및 제2 셀 타입의 PCE 최대치들(PCE = 전력 변환 효율(power conversion efficiency))이 상이한 스펙트럼 범위들에 놓이도록 선택된다.
제2 PV 셀의 경우, 특히, 셀 타입의 PCE 최대치가 스펙트럼 범위 ― 그 스펙트럼 범위에 대해 제1 PV 셀은 실질적으로 투과성임 ― 에 놓이는 셀 타입이 선택된다. 이러한 경우, "실질적으로 투과성"이라는 것은, 제1 PV 셀이, 이러한 특정 스펙트럼 범위를 다른 스펙트럼 범위들과 비교하여 훨씬 더 작은 정도로 흡수한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 물론, 제1 PV 셀이 원칙적으로, 이러한 적용과 관련하여 각각의 스펙트럼 범위에서 특정 흡수도(degree of absorption)를 갖는 것으로 가정되어야 하지만, 마찬가지로, 광 스펙트럼의 일부 범위들에서의 흡수도는 비교적 낮으며, 따라서, "실질적으로 투과성"인 것으로 가정될 수 있다.
예로서, 제1 PV 셀은 페로브스카이트계 PV 셀일 수 있고, 그리고/또는 제2 PV 셀은 실리콘계 PV 셀일 수 있다.
이러한 경우, 제어 디바이스는, 제1 PV 셀의 출력 변수들의 히스테리시스(hysteresis)가 보상되도록, 제1 페로브스카이트계 PV 셀에 할당된 전력 전자기기 유닛을 제어하도록 설계된다. 이 보상은, 제어기의 동작 파라미터들, 예컨대 PID 파라미터들을 상응하게 조정함으로써 달성된다.
게다가, 제어 디바이스는, 개개의 PV 셀의 노화 및/또는 다중-PV 셀 그룹 또는 개별적인 PV 셀들의 소일링(soiling)이 보상되도록, 전력 전자기기 유닛들의 제어를 실행하도록 설계된다. 이러한 경우, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱을 최적화하는 것이 다시 추구되며, 여기서 전력 전자기기 유닛들의 입력 저항들은 또한 서로 독립적으로 설정된다.
초기에 언급된 타입들의 다중-PV 셀 그룹, 전력 전자기기 및 제어 디바이스를 갖는 그러한 PV 디바이스를 동작시키기 위한, 본 발명에 따른 방법에서, 제1 및 제2 전력 전자기기 유닛들은, 각각의 PV 서브시스템 ― 그 각각의 PV 서브시스템 각각은 PV 셀들 중 하나, 및 그 하나의 PV 셀에 할당된 전력 전자기기 유닛을 가짐 ― 이 그 각각의 PV 서브시스템의 최적의 동작점에서 동작하도록, 제어 디바이스에 의해 서로 독립적으로 동작된다.
각각의 PV 서브시스템의 전력 전자기기 유닛의 동작 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛은, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U1, U2)과 전류 수율(I1, I2)의 곱이 최대가 되게 제어된다.
개개의 전력 전자기기 유닛의 제어 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛의 입력 저항은, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U1, U2)과 전류 수율(I1, I2)의 곱이 최대가 되게 조정된다.
제어 디바이스는 바람직하게, 전력 전자기기 유닛들을 서로 독립적으로 제어한다.
또한, PV 디바이스가 위에서 언급된 타입의 센서 디바이스를 갖는 경우, 전력 전자기기 유닛들은 제어 디바이스에 피딩되는 입력 변수 또는 입력 변수들에 기반하여 제어된다.
이러한 경우, 제어는, 개개의 전력 전자기기 유닛에 할당된 PV 셀의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 각각의 전력 전자기기 유닛에 대한 입력 변수 또는 입력 변수들에 따라, 입력 저항이 결정 및 설정되도록, 특히 룩업 테이블들에 기반하여 또는 모델-기반 방식으로 실행된다. 이러한 경우, 셀 상황의 노화 곡선(aging curve)이 또한 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
따라서, 각각의 전력 전자기기에 대해, 전압 및 전류 레벨(level)들은, 개개의 PV 셀의 최대 에너지 수율이 달성되도록, 다시 말해, 각각의 PV 셀이 그 각각의 PV 셀에 할당된 전력 전자기기와 함께 그 각각의 PV 셀의 최적의 동작점에서 동작하도록 조정된다.
조정은 예컨대, 개개의 전력 전자기기의 입력 저항을 제어함으로써 수행될 수 있으며, 입력 저항을 제어하는 것은, 이러한 전력 전자기기에 연결된 PV 셀의, 조명에 따른, 셀 전압(U)의 경우에서의 전류 수율(I)에 영향을 미친다. 조명 하에서 PV 셀에 의해 생성된 전압(U)과 대응하는 전류(I)의 곱은 PV 셀의 에너지 수율을 설명한다.
이는, 별개의 전력 전자기기 유닛을 통해 가능한 개별적인 조정에 의해, PV 셀들이 전기적으로 고정적으로 커플링된(coupled) 상황 ― 여기서 하나의 셀 타입은 항상 사실상 차선책 방식(suboptimal manner)으로 동작됨 ― 과 비교하여 상당히 더 낮은 손실들로 수행될 수 있다. 따라서, 개념은, 공통 전자기기를 갖는 다중-PV 셀 그룹의 개별적인 셀들의 종래의 직렬 연결의 이전의 유비쿼터스 패러다임(ubiquitous paradigm)들로부터 벗어나, 최적의 조건들 하에서 PV 셀들 둘 모두를 동작시키기 위해 별개의 1차 전자기기가 사용되고 그리고 유용한 에너지들이 전자기기의 레벨에서 부가될 수 있는, 개별적인 PV 셀들의 병렬화 개념을 향해 이동하는 것에 기반한다.
이러한 접근법에 의해, 상이한 PV 셀들의 다양한 전류-전달 능력들의 설명된 단점들이 제거된다. 동시에, 셀 그룹의 각각의 PV 셀은 그 각각의 PV 셀의 최적의 동작점에서 동작할 수 있는데, 다시 말해, PV 셀들 둘 모두를 위해 별개의 전력 전자기기가 제공된다는 사실에 의해, PV 셀들 둘 모두는 개개의 최적의 동작점에서 연속적으로 동작될 수 있다.
제공된 접근법은 부가적으로, 다중-PV 셀 그룹들의 다른 문제 있는 양상: PV 셀들이 일반적으로 노화 과정(aging process)을 겪는 것을 해결한다. 이는, 종래 기술에 따른 셀 그룹의 셀들의 종래의 직렬 연결에서, 개별적인 셀들의 매칭의 디튜닝(detuning)을 불가피하게 초래한다. 이 영향은 본 발명에 따른 접근법에서는 더 이상 역할을 하지 못한다.
게다가, "전류 매칭"을 생략하는 것은, 개별적인 셀들에 대한 광범위한 설계 자유도(design freedom)들을 초래한다. 따라서, 예컨대, 셀 그룹의 PV 셀들 둘 모두의 표면적들은 가능한 한 자유롭게 선택될 수 있는데, 다시 말해, 각각의 경우에서 개개의 기술에 최적으로 적절한 셀 표면적이 사용될 수 있다. 물론, 하나가 다른 하나 위에 놓이는 식으로 놓인 동일한 크기의 PV 셀들이 마찬가지로 사용될 수 있다. 이는, 개별적인 PV 셀들에 대해 박막 시스템들 ― 층 경계들 및 대응하는 스테이지(stage)가 종종, 그 위에 증착되는 층들에 대한 기술적 장애물(technological hurdle)들을 구성함 ― 을 사용할 때 특히 유리하다.
위에서 설명된, 개별적인 셀들로의 셀 그룹의 분할 및 특히, 별개의 독립적인 전력 전자기기의 사용에 의해, 개개의 PV 셀에 대해 최적화된 전자기기를 사용하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면, 별개의 전자기기로 인해, 개개의 최적의 동작점으로 조정하는 것에 부가하여, 새로운 페로브스카이트계 PV 셀들에서 특히 발생하는 또 다른 추가의 문제 있는 주제들을 해결하는 것이 가능하다. 예로서, 페로브스카이트계 셀은 셀의 출력 특징 변수들의 히스테리시스를 보이는데, 다시 말해, 셀의 이전의 동작에 따라 셀의 출력 특징들이 변화한다. 이는, 예컨대 페로브스카이트계 PV 셀의 전력 전자기기에 통합된 PID 제어기의 PID 파라미터들을 조정함으로써 보상될 수 있다.
게다가, 종래의 PV 셀들과 대조적으로, 페로브스카이트계 PV 셀들은 종종, 셀의 최대 효율을 수반하는 유입 효과(inflow effect)로 알려진 것을 보이는데, 이는 종종 "전력 변환 효율"(PCE)로 지칭되며, 일정한 조명 하에서, 셀이 사용되기 시작한 후 소정의 지연 시간 후에만 달성된다. 페로브스카이트계 셀과 대조적으로, 실리콘계 PV 셀의 PCE는 실리콘계 PV 셀이 사용되기 시작한 후 거의 즉시 달성된다. 또한, 상이한 PV 서브시스템들의 개별적인 제어 및 별개의 전력 전자기기 유닛들로 인해, 서브시스템들 둘 모두가 최적의 동작점에서 동작될 수 있다. 유입 효과의 영향들 동안에 다른 셀들의 수율과 비교하여 페로브스카이트계 셀의 에너지 수율은 감소되지만, 그럼에도 불구하고, 개별적인 제어의 옵션(option)으로 인해, 기존의 조건들에 대해 최적이다.
그 개념은, 페로브스카이트계 셀과 실리콘계 셀의 조합의 경우뿐만 아니라, 원칙적으로, 다른 PV 셀 타입들, 이를테면, 예컨대, 박막 솔라 셀들, 또는 III/V 반도체 셀들과의 임의의 원하는 조합들에도 적용될 수 있다.
추가의 장점들 및 실시예들은 도면들 및 대응하는 설명으로부터 명백해진다.
본 발명 및 예시적인 실시예들은 도면들을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다. 여기서, 상이한 도면들에서의 동일한 컴포넌트(component)들은 동일한 참조 부호들을 사용하여 식별된다.
도면들에서:
도 1은 종래 기술에 따른 탠덤 PV 셀 그룹을 도시하고,
도 2는 종래 기술에 따른 탠덤 PV 셀 그룹의 단면들을 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 PV 디바이스를 도시하고,
도 4는 통상적인 PV 셀의 경우에서의 전류 수율(I)과 셀 전압(U) 사이의 관계를 도시하고,
도 5는 제1 변형의, 본 발명에 따른 PV 디바이스를 도시하고,
도 6은 제2 변형의, 본 발명에 따른 PV 디바이스를 도시한다.
상이한 도면들에서의 동일한 참조 부호들은 동일한 컴포넌트들을 식별한다.
도 3은 다중-PV 셀 그룹(1)을 갖는 PV 디바이스(100)를 도시하며, 다중-PV 셀 그룹(1)은, 제1 셀 타입의 제1 PV 셀(11), 다시 말해, 조명 하에 전압(U1)을 제공하는 제1 재료로 제조된 하나 이상의 제1 감광 영역들(12)을 갖는 제1 PV 셀(11), 및 제2 셀 타입의 제2 PV 셀(21), 다시 말해, 마찬가지로 조명 하에 전압(U2)을 제공하는 제2 재료로 제조된 하나 이상의 제2 감광 영역들(22)(예시되지 않음)을 갖는 제2 PV 셀(21)을 갖는다. 따라서, 2개의 PV 셀들(11, 21)을 갖는 다중-PV 셀 그룹(1)은 탠덤 PV 셀 그룹이다. 간략함을 위해, 개개의 PV 셀이 전압(또는 그와 유사한 것)을 생성한다는 표현이 아래에서 일반적으로 사용되지만, 이는, 이러한 전압들이 셀들의 개개의 감광 영역들에 의해 생성된다는 것을 의미한다.
셀 그룹(1)은 동작 동안, 제1 PV 셀(11)이 광원, 예컨대 태양을 향하도록 배열된다. 따라서, 광원에 의해 방출되고 셀 그룹(1)에 입사되는 광(L)은 첫 번째로, 제1 PV 셀 모두에 부딪치고(impinge), 이는 알려진 바와 같이, 제1 PV 셀(11), 또는 제1 전기 셀 전압(U1)을 생성하는, 제1 재료로 제조된, 제1 PV 셀(11)의 감광 영역들(12)로 이어진다. 제1 PV 셀(11)을 통과한 후에, 대응하는 나머지 광은 제2 PV 셀(21)에 부딪치고, 이는 마찬가지로 알려진 바와 같이, 제2 PV 셀(21), 또는 제2 전기 셀 전압(U2)을 생성하는, 제2 재료로 제조된, 제2 PV 셀(21)의 감광 영역들(22)로 이어진다.
유리하게, 셀 타입들 둘 모두는, "전력 변환 효율"(PCE)로 또한 지칭되는, 다양한 셀들(11, 21)의 최대 효율이 상이한 스펙트럼 범위들에 놓이도록 선택된다. 특히, 제2 PV 셀(21)의 경우, 셀 타입의 PCE 최대치가 스펙트럼 범위 ― 그 스펙트럼 범위에 대해 제1 PV 셀(11)은 실질적으로 투과성임 ― 에 놓이는 셀 타입이 선택된다. 이러한 경우, "실질적으로 투과성"이라는 것은, 제1 PV 셀(11)이, 이러한 특정 스펙트럼 범위를 다른 스펙트럼 범위들과 비교하여 훨씬 더 작은 정도로 흡수한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 물론, 제1 PV 셀(11)이 원칙적으로, 이러한 적용과 관련하여 각각의 스펙트럼 범위에서 특정 흡수도를 갖는 것으로 가정되어야 하지만, 마찬가지로, 광 스펙트럼의 일부 범위들에서의 흡수도는 비교적 낮으며, 따라서, 셀(11)은 이 스펙트럼 범위에 대해 "실질적으로 투과성"인 것으로 가정될 수 있다.
도시된 예에서, 제1 PV 셀(11)은 페로브스카이트계 PV 셀인데, 다시 말해, 제1 PV 셀(11)의 감광 영역들(12)은 페로브스카이트 재료를 갖는다. 한편, 제2 PV 셀(21)은 실리콘계 PV 셀이다. 페로브스카이트 재료들이 실리콘계 재료들보다 더 큰 밴드갭을 가지며, 이로 인해, 페로브스카이트계 PV 셀(11)은 청색 또는 단파 스펙트럼 범위에서 더 높은 흡수 성분을 갖고, 그리고 더 긴 파장의 광을 통과시킨다. 실리콘계 PV 셀(21)은, 페로브스카이트 셀(11) 또는 페로브스카이트 셀(11)의 적어도 일부에 의해 통과된 광이 실리콘 셀(21)에 의해 흡수될 수 있도록, 더 긴 파장의 스펙트럼 범위에서 더 큰 정도까지 흡수한다.
PV 디바이스(100)는 전력 전자기기(30)를 가지며, 전력 전자기기(30)는 제1 전력 전자기기 유닛(31) 및 제2 전력 전자기기 유닛(32)을 갖고, 전력 전자기기 유닛들(31, 32)은 서로 개별적으로 그리고 독립적으로 동작한다. 제1 전력 전자기기 유닛(31)은 제1 PV 셀(11)에 할당되고, 제2 전력 전자기기 유닛(32)은 제2 PV 셀(21)에 할당된다. 이러한 경우, 제1 PV 셀(11)과 제1 전력 전자기기 유닛(31)은 셀 그룹(1)의 제1 PV 서브시스템(10)을 형성한다. 마찬가지로, 제2 PV 셀(21)과 제2 전력 전자기기 유닛(32)은 셀 그룹(1)의 제2 PV 서브시스템(20)을 형성한다. 조명 하에서 PV 셀들(11, 21)에 의해 생성된 셀 전압들(U1, U2)은 적절한 전기 연결들(14, 24)을 통해 개개의 전력 전자기기 유닛들(31, 32)에 피딩된다. 전력 전자기기 유닛들(31, 32)의 개개의 입력 저항에 따라, 대응하는 전류 수율들(I1, I2)이 초래된다.
게다가, PV 디바이스(1)는 제어 디바이스(40)를 가지며, 제어 디바이스(40)는, 각각의 PV 서브시스템(10, 20)의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 동작 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 PV 셀(11, 22)의 셀 전압(U1 또는 U2)과 전류 수율(I1 또는 I2)의 곱이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)을 제어하도록 설계된다. 이는 개개의 PV 서브시스템(10, 20)의 에너지 수율이 최대치에 도달하게 하며, 여기서 요점은, 최적의 동작점이 PV 서브시스템들(10, 20)에 대해 서로 개별적으로 그리고 독립적으로 도달된다는 것이다.
이러한 맥락에서 그리고 제어 디바이스(40)의 동작을 설명하기 위해, 도 4는 통상적인 PV 셀에 대한 일정한 조명 하에서의 전류 수율(I)과 셀 전압(U) 사이의 관계를 도시한다. 최대 에너지 수율 또는 최적의 에너지 생성을 갖는 최적의 동작점은 그래프(graph)에서 MAX로 식별되는 지점에 있으며, 그 지점에서, 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱은 최대치에 도달한다. 가변적인 사용 조건들에서, 다시 말해, 예컨대 변화되는 조명 조건들 하에서, 광 강도 및 온도 등의 변화들에 대해 통상적으로 상이하게 반응하는, 셀 그룹(1)의 PV 셀들(11, 21)의 상이한 성질로 인해, PV 셀들(11, 21) 중 적어도 하나가 더 이상 최적의 동작점에서 동작하지 않는 상황들이 불가피하게 발생한다. 이는, 전체 셀 그룹(1)에 대해, 전체 셀 그룹(1)이 전체적으로 최적의 동작점에서 사용될 수 없다는 것을 의미한다. PV 서브시스템들(10, 20) 또는 셀 그룹(1)을 형성하는 개별적인 PV 셀들(11, 21)이 각각 최적의 동작점에서 자체적으로 동작할 때에만, 셀 그룹(1)이 최적의 동작점에서 동작하는 것이 가능하다. 이를 달성하기 위해, 별개의 전력 전자기기들(31, 32)의 사용이 이루어지는데, 왜냐하면, 별개의 전력 전자기기들(31, 32)을 개별적으로 그리고 독립적으로 사용하는 것은, 각각의 PV 셀(11, 21)에 대한 또는 각각의 PV 서브시스템(10, 20)에 대한 동작 파라미터들을 개별적으로 최적화하는 것을 가능하게 만들기 때문이다.
그 다음으로, 제어 디바이스(40)는, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 제어 동안에, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 PV 셀(11, 21)에 대해 셀 전압(U1 또는 U2)과 전류 수율(I1 또는 I2)의 곱이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 입력 저항 및 그에 따른 개개의 PV 서브시스템(10, 20)에서의 전류 수율(I)을 조정하도록 설계되며, 제어 디바이스(40)는 전력 전자기기 유닛들(31, 32)을 특히 서로 독립적으로 제어한다. 이러한 목적을 위해, 제어 디바이스(40)는, 예컨대 PV 서브시스템들(10, 20)의 개수에 대응하는 다수의 제어기들(41, 42)을 가질 수 있으며, 각각의 전력 전자기기 유닛(31, 32) 또는 각각의 PV 서브시스템(10, 20)이 제어기(41, 42)에 할당된다. 이러한 제어기들(41, 42)은, 예컨대 PID 제어기들로 알려진 것들로서 설계될 수 있다.
제어 디바이스(40) 또는 개별적인 제어기들(41, 42)은, 예컨대, 각각의 PV 서브시스템(10, 20)에 대해, 그 각각의 PV 서브시스템(10, 20)의 전류 수율(I1 또는 I2) 및 셀 전압(U1 또는 U2)이 개별적으로 측정되도록, 동작한다. 구체적으로, 예컨대 제1 제어기(41)는, 상기 제1 제어기에 피딩되는 I1 및 U1 값들에 기반하여 제1 전력 전자기기 유닛(31)의 입력 저항을 변화시킬 수 있고, 그리고 프로세스(process)에서, 전류 수율(I1) 및 셀 전압(U1) 또는 이러한 측정된 값들의 곱을 모니터링(monitor)할 수 있다. 그 다음으로, 입력 저항은, 이미 언급된 바와 같이, 셀 전압(U1)과 전류 수율(I1)의 곱이 최대치에 도달하여, 제1 PV 서브시스템(10)의 최대 에너지 수율이 동반되도록, 설정된다. 제2 PV 서브시스템(42)의 제어기(42)는, 제2 PV 서브시스템(20)의 셀 전압(U2)과 전류 수율(I2)의 곱이 또한 최대치에 도달하여, 제2 PV 서브시스템(20)의 최대 에너지 수율이 동반되도록, 제2 전력 전자기기 유닛(32)의 입력 저항을 변화시킴으로써, 동일한 방식으로 동작한다. 따라서, 제어기들(41, 42)에 전류 및 전압 값들(I1, I2, U1, U2)이 제공되도록, 그리고 제어기들(41, 42)이 전력 전자기기 유닛들(31, 32)의 입력 저항들을 제어한다는 점에서, 제어기들(41, 42)이 이러한 값들에 기반하여 전력 전자기기 유닛들(31, 32)에 영향을 미치도록, 전력 전자기기 유닛들(31, 32)과 제어기들(41, 42) 사이의 양방향 화살표들에 의해 표시되는 전기 연결들(43, 44)을 통해, 서로 연결되는 컴포넌트들(31, 41 또는 32, 42)이 서로 상호작용한다.
전류 및 전압 측정치들에 기반하는 위에서 설명된 절차에 부가하여 또는 대안으로서, 제어 디바이스(40)에는 센서 디바이스(50)로부터의 데이터(data)가 피딩될 수 있다. 센서 디바이스(50)는, PV 셀들(11, 21)의 온도들을 결정하기 위한 그리고/또는 탠덤 PV 셀 그룹(1)의 주변 온도를 결정하기 위한 디바이스(51)를 갖는다. 온도들 및/또는 주변 온도를 설명하는 하나의 또는 가능하게는 다수의 파라미터들이 입력 변수로서 제어 디바이스(40)에 그리고 별개의 제어기들(41, 42)에 피딩된다. 대안으로서 또는 부가하여, 센서 디바이스(50)는, 다중-PV 셀 그룹(1), 특히 제1 PV 셀(11)에 입사되는 광 강도를 결정하기 위한 디바이스(52)를 가질 수 있으며, 광 강도를 설명하는 파라미터가 입력 변수로서 제어 디바이스(40) 또는 제어기들(41, 42)에 피딩된다. 게다가, 센서 디바이스(50)는, 다중-PV 셀 그룹(1), 특히 제1 PV 셀(11)에 입사되는 광의 스펙트럼을 결정하기 위한 디바이스(53)를 가질 수 있으며, 스펙트럼을 설명하는 파라미터가 입력 변수로서 제어 디바이스(40) 또는 제어기들(41, 42)에 피딩된다. 그 다음으로, 제어 디바이스(40)는, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 제어 디바이스(40)에 피딩되는 입력 변수 또는 입력 변수들에 기반하여, 전력 전자기기 유닛들(31, 32)을 제어하도록 설계된다. 이는 다시, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 입력 저항을 상응하게 조정함으로써 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 타겟 값(target value)들 ― 그 타겟 값들에 대해 입력 저항들이 설정됨 ― 은, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 각각의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 대한 입력 변수 또는 입력 변수들에 따라, 그 입력 저항이 대응하는 룩업 테이블로부터 결정 및 설정되도록, 예컨대 모델-기반 방식으로 결정되거나 또는 룩업 테이블들에 기반하여 결정될 수 있다.
게다가, 제어 디바이스(40)는 또한, 셀들(11, 21)의 노화 과정을 관찰하고 가능하게는 고려하는 데 사용될 수 있다. 최적의 동작점을 발견하는 유효성이 전력 전자기기 유닛들(31, 32) 둘 모두에서 모니터링되는(monitored) 경우, 셀들 중 하나의 셀의 열화에 관한 경고가 출력될 수 있거나, 또는 노화 상태가 모니터링될 수 있다.
특히 건조한 사막 지역들에서, 먼지의 침착으로 인해 솔라 셀들의 소일링이 발생하며, 종종 염(salt)을 함유한 에어로졸(aerosol)들에 의해 훨씬 더 증가하는 것이 일반적인 경우이다. 습하고 자연적인 지역들에서는 (녹색) 세포들의 축적으로 인해 그리고 산업 지역들에서는 입자들, 예컨대 그을음(soot)의 침착으로 인해 소일링이 발생한다. 먼지 및 녹색 세포들의 침착들은 명확하게 인식가능한 색상을 가져서, 실제 PV 셀들에 도달하는 광의 스펙트럼 구성을 변화시킨다. 언뜻 보기에는 외견상으로 무색인, 다시 말해, 실질적으로 흑색인 그을음의 침착들의 경우, 추가의 검사 시, 어둡게 보이는 그을음 입자들이 또한, 스펙트럼적으로 의존적인 광 흡수(spectrally dependent light absorption)를 갖는 것이 명백해진다. 표면의 기계적인 변화 시에, 예컨대 모래 입자들로 인한 무광택 표면(matte surface)의 생성 시에, 광은 대조적으로 산란되며, 근본적으로, 스펙트럼 시프트(spectral shift)가 없다. 광의 스펙트럼 구성에서 소일링으로 인한 변화 시에, 탠덤 셀(1)의 2개의 스펙트럼적으로 상이한 PV 개별 셀들(11, 21)의 전류 생성의 디튜닝이 불가피하게 존재한다. 소일링에도 불구하고 이전과 같이 안정적인 방식으로 셀들(11, 21) 둘 모두를 최적으로 동작시킬 수 있는 유일한 옵션은, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U)과 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 각각의 서브시스템(10, 20)에 대한 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)이 제어되는 위에서 설명된 접근법에 따라, 셀들 둘 모두를 개별적으로 구동시키거나 또는 PV 서브시스템들(10, 20) 둘 모두를 독립적으로, 개별적으로 제어하는 것이다. 소일링을 보상하고 그리고 동일한 방식으로, PV 셀들(11, 21)의 임의의 노화를 보상하는 것이 가능한 이러한 애플리케이션(application)에서 또한, 제어는, 상기 곱이 최대치에 도달하도록, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 입력 저항을 설정하는 것에 기반한다.
따라서, 본원에서 제안된 접근법은 다양한 상황들 또는 환경 조건들을 보상하는 데 적합하며, PV 서브시스템들(10, 20) 또는 전력 전자기기 유닛들(31, 32)이 서로 독립적으로 제어되는 것이 요점이다.
도 5는, 셀 그룹(1)과 전력 전자기기(40) 사이의 배선 복잡성이 감소되는 PV 디바이스(100)의 일 실시예를 도시한다. 이러한 목적을 위해, 셀들(11, 21)은, 단지 3개의 전기 라인(electrical line)들만이 전력 전자기기(40)로 라우팅될(routed) 필요가 있도록 서로 연결되거나 또는 공통 전위로 설정된다.
도 6에 도시된 실시예는, 개별적인 셀들(11, 21)의 전체 발생 전압들, 및 그에 따른 배선 절연의 관점에서의 요건들이 최소화될 수 있는 효과를 갖는다. 이 목적을 위해, 셀들(11, 21) 둘 모두는, 그들의 전압들(U1, U2)이 서로 반대되도록, 배열된다. 물론 이는 종래의 탠덤 PV 셀 그룹들의 경우에는 바람직하지 않지만, 본원에서는 유리하게 적용될 수 있다. 도 5에 예시된 실시예에서와 같이, 셀들(11, 21)의 상호 대향하는 단자들을 공통 전위에 위치시키는 것이 또한 선택적으로 바람직하다.

Claims (15)

  1. PV 디바이스(device)(100)로서,
    제1 셀 타입(cell type)의 적어도 하나의 제1 PV 셀(11) 및 제2 셀 타입의 적어도 하나의 제2 PV 셀(21)을 갖는 다중-PV 셀 그룹(multi-PV cell group)(1) ― 상기 제1 셀 타입과 제2 셀 타입은 서로 상이하고, 그리고 상기 PV 셀들(11, 21) 각각은 개개의 PV 셀(11, 21)로의 광 입사 하에 전기 셀 전압(U1, U2)을 제공함 ―,
    상기 제1 PV 셀(11)에 할당된 별개의 제1 전력 전자기기 유닛(power electronics unit)(31) 및 상기 제2 PV 셀(21)에 할당된 별개의 제2 전력 전자기기 유닛(32)을 갖는 전력 전자기기(30) ― 개개의 PV 셀(11, 21)에서 생성된 전기 셀 전압(U1, U2) 및 대응하는 전류 수율(current yield)(I1, I2)은, 개개의 PV 셀(11, 21)에 할당된 별개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 피딩될(fed) 수 있음 ―, 및
    상기 제1 전력 전자기기 유닛(31)을 독립적으로 제어하기 위한 제1 제어기(41) 및 상기 제2 전력 전자기기 유닛(32)을 독립적으로 제어하기 위한 제2 제어기(42)를 갖는 제어 디바이스(40)
    를 갖고,
    상기 제1 전력 전자기기 유닛(31) 및 상기 제2 전력 전자기기 유닛(32)은, 각각의 PV 서브시스템(subsystem)(10, 20)이 각자의 최적의 동작점(operating point)에서 동작하도록, 상기 제1 제어기(41) 및 상기 제2 제어기(42)에 의해 서로 독립적으로 동작될 수 있고, 상기 PV 서브시스템(10, 20) 각각은 상기 PV 셀들(11, 21) 중 하나의 PV 셀과 개개의 PV 셀(11, 21)에 할당된 전력 전자기기 유닛(31, 32)을 가지며,
    개개의 제어기(41, 42)는, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 제어 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 상기 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U1, U2)과 상기 전류 수율(I1, I2)의 곱이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 입력 저항을 조정하도록 설계되는,
    PV 디바이스(100).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    센서 디바이스(sensor device)(50)를 특징으로 하며,
    상기 센서 디바이스(50)는,
    상기 PV 셀들(11, 21)의 온도들 또는 상기 다중-PV 셀 그룹(1)의 주변 온도 중 적어도 하나를 결정하기 위한 디바이스(51) ― 상기 온도들 또는 상기 주변 온도 중 적어도 하나를 기술하는 하나 이상의 파라미터(parameter)들이 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―,
    상기 PV 디바이스(100)에 입사되는 광 강도를 결정하기 위한 디바이스(52) ― 상기 광 강도를 기술하는 파라미터가 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―, 또는
    상기 PV 디바이스(100)에 입사되는 광의 스펙트럼을 결정하기 위한 디바이스(53) ― 상기 스펙트럼을 기술하는 파라미터가 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―
    중 적어도 하나를 갖고,
    상기 제어 디바이스(40)는, 상기 제어 디바이스(40)에 피딩되는 입력 변수 또는 입력 변수들에 기반하여 상기 전력 전자기기 유닛들(31, 32)을 제어하도록 설계되는,
    PV 디바이스(100).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(40)는, 각각의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 대한 입력 변수 또는 입력 변수들에 따라, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 상기 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U)과 상기 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 상기 입력 저항이 결정 및 설정되도록, 제어를 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100).
  6. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 셀 타입은, 상기 제1 및 제2 셀 타입의 PCE(power conversion efficiency) 최대치들이 상이한 스펙트럼 범위(spectral range)들에 놓이도록 선택되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100).
  7. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 PV 셀(11)은 페로브스카이트계 PV 셀이고, 그리고/또는 상기 제2 PV 셀(21)은 실리콘계 PV 셀인 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(40)는, 상기 제1 페로브스카이트계 PV 셀(11)의 출력 변수들의 히스테리시스(hysteresis)가 보상되게, 상기 제1 페로브스카이트계 PV 셀(11)에 할당된 전력 전자기기 유닛(31)을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100).
  9. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(40)는, 개개의 PV 셀(11, 21)의 노화(aging) 또는 상기 다중-PV 셀 그룹(1)의 소일링(soiling) 중 적어도 하나가 보상되게, 상기 전력 전자기기 유닛들(31, 32)의 제어를 실행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100).
  10. PV 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 PV 디바이스(100)는,
    제1 셀 타입의 적어도 하나의 제1 PV 셀(11) 및 제2 셀 타입의 적어도 하나의 제2 PV 셀(21)을 갖는 다중-PV 셀 그룹(1) ― 상기 제1 셀 타입과 제2 셀 타입은 서로 상이하고, 그리고 상기 PV 셀들(11, 21) 각각은 개개의 PV 셀(11, 21)로의 광 입사 하에 전기 셀 전압(U1, U2)을 제공함 ―,
    상기 제1 PV 셀(11)에 할당된 별개의 제1 전력 전자기기 유닛(31) 및 상기 제2 PV 셀(21)에 할당된 별개의 제2 전력 전자기기 유닛(32)을 갖는 전력 전자기기(30) ― 개개의 PV 셀(11, 21)에서 생성된 전기 셀 전압(U1, U2) 및 대응하는 전류 수율(I1, I2)은, 개개의 PV 셀(11, 21)에 할당된 별개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 피딩됨 ―,
    상기 제1 전력 전자기기 유닛(31)을 독립적으로 제어하기 위한 제1 제어기(41) 및 상기 제2 전력 전자기기 유닛(32)을 독립적으로 제어하기 위한 제2 제어기(42)를 갖는 제어 디바이스(40)
    를 갖고,
    상기 제1 전력 전자기기 유닛(31) 및 상기 제2 전력 전자기기 유닛(32)은, 각각의 PV 서브시스템(10, 20)이 각자의 최적의 동작점에서 동작하도록, 상기 제1 제어기(41) 및 상기 제2 제어기(42)에 의해 서로 독립적으로 동작될 수 있고, 상기 PV 서브시스템(10, 20) 각각은 상기 PV 셀들(11, 21) 중 하나의 PV 셀과 개개의 PV 셀(11, 21)에 할당된 전력 전자기기 유닛(31, 32)을 가지며,
    개개의 제어기(41, 42)는, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 제어 동안, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 상기 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U1, U2)과 상기 전류 수율(I1, I2)의 곱이 최대가 되게, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)의 입력 저항을 조정하도록 설계되는,
    PV 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 PV 디바이스(100)는 센서 디바이스(50)를 갖고,
    상기 센서 디바이스(50)는,
    상기 PV 셀들(11, 21)의 온도들을 또는 상기 다중-PV 셀 그룹(1)의 주변 온도 중 적어도 하나를 결정하기 위한 디바이스(51) ― 상기 온도들 또는 상기 주변 온도 중 적어도 하나를 기술하는 하나 이상의 파라미터들이 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―,
    상기 PV 디바이스(100)에 입사되는 광 강도를 결정하기 위한 디바이스(52) ― 상기 광 강도를 기술하는 파라미터가 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―, 또는
    상기 PV 디바이스(100)에 입사되는 광의 스펙트럼을 결정하기 위한 디바이스(53) ― 상기 스펙트럼을 기술하는 파라미터가 입력 변수로서 상기 제어 디바이스(40)에 피딩됨 ―
    중 적어도 하나를 가지며,
    상기 전력 전자기기 유닛들(31, 32)은, 상기 제어 디바이스(40)에 피딩되는 입력 변수 또는 입력 변수들에 기반하여 제어되는,
    PV 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어는, 각각의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 대한 입력 변수 또는 입력 변수들에 따라, 개개의 전력 전자기기 유닛(31, 32)에 할당된 상기 PV 셀(11, 21)의 셀 전압(U)과 상기 전류 수율(I)의 곱이 최대가 되게, 상기 입력 저항이 결정 및 설정되도록, 실행되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
  15. 제10 항, 제13 항 및 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 전자기기 유닛들(31, 32)은, 개개의 PV 셀의 노화에 의해 야기된 영향들 또는 상기 다중-PV 셀 그룹(1)의 소일링에 의해 야기된 영향들 중 적어도 하나가 보상되도록, 제어되는 것을 특징으로 하는,
    PV 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
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