KR102361319B1 - Intelligent PV Module Controller - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다수의 태양광 모듈이 배열된 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 극대화하기 위해 제어신호에 따라 태양광 모듈의 전기적 연결을 변경할 수 있는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(IPC)에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent photovoltaic module controller (IPC) capable of changing the electrical connection of a photovoltaic module according to a control signal in order to maximize the power generation efficiency of a photovoltaic power generation system in which a plurality of photovoltaic modules are arranged.
태양광으로부터 직류 전기를 일으키는 최소 단위를 셀(cell)이라고 하고, 다수의 셀이 연결되어 전기를 꺼내는 최소 단위인 모듈(module)이 구성된다. 일반적으로 태양광 발전 시스템은 다수의 태양광 모듈이 직렬 연결된 하나 이상의 어레이(array)와 DC-DC 또는 DC-AC 전력변환을 하는 전력변환장치를 포함하여 구성된다. 도 1은 종래의 태양광 발전 시스템의 구성도이다. The minimum unit that generates direct current from sunlight is called a cell, and a plurality of cells are connected to form a module, which is the minimum unit that takes out electricity. In general, a photovoltaic system is configured to include one or more arrays in which a plurality of photovoltaic modules are connected in series and a power converter that converts DC-DC or DC-AC power. 1 is a configuration diagram of a conventional solar power generation system.
태양광 모듈은 여러 장의 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 원하는 발전량을 갖도록 설계된다. 국제표준시험조건(입사조도 1000W/m, 태양전지 온도 25℃, 대기질량 1.5)에서 하나의 셀에서 발생하는 개방전압의 크기는 약 0.5~0.6V 정도이고 단락전류의 크기는 8 A 정도인데 이는 셀의 크기와 품질에 따라 차이가 있을 수 있다. 태양광 모듈에서 발전하는 전기의 전압-전류 특성에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 온도와 일사량이다. 온도가 상승하면 전압이 낮아지고 온도가 낮아지면 전압이 높아지는데, 예를 들어 실리콘 태양전지의 경우 온도가 1℃ 상승하면 에너지 변환효율이 약 0.4% 떨어지는 것으로 알려져 있다. 즉, 일사량이 충분하더라도 여름철에 셀 표면 온도가 60-70℃로 오를 경우 셀당 발전 전압이 낮아져 발전량은 오히려 감소될 수 있다. 동일 전압 조건에서 태양광 모듈이 흘릴 수 있는 전류 크기는 일사량에 비례하는데, 일사량이 크면 전류가 증가하지만 셀이 흘릴 수 있는 최대 전류에 이르면 일사량이 더 많아도 전류는 더 이상 증가하지 못한다. 따라서 최대 전압이 되는 지점에서 최대 전류가 흐르도록 할 때 이상적인 최대전력이 생산될 수 있다. A photovoltaic module is designed to have a desired amount of power by connecting several cells in series or in parallel. Under the international standard test conditions (irradiance of 1000W/m, solar cell temperature 25℃, air mass 1.5), the magnitude of the open-circuit voltage generated in one cell is about 0.5~0.6V and the magnitude of the short-circuit current is about 8A. There may be differences depending on the size and quality of the cell. The factors that have the greatest influence on the voltage-current characteristics of electricity generated from solar modules are temperature and insolation. When the temperature rises, the voltage decreases, and when the temperature decreases, the voltage rises. For example, in the case of a silicon solar cell, it is known that the energy conversion efficiency decreases by about 0.4% when the temperature rises by 1°C. That is, even if the amount of insolation is sufficient, when the cell surface temperature rises to 60-70°C in summer, the power generation voltage per cell is lowered, and thus the amount of power generation can be reduced. Under the same voltage condition, the amount of current that a photovoltaic module can flow is proportional to the amount of insolation. If the amount of insolation is large, the current increases, but when the maximum current that the cell can flow is reached, the current does not increase any more even if the amount of insolation is greater. Therefore, when the maximum current flows at the point where the maximum voltage is reached, the ideal maximum power can be produced.
태양광 모듈은 직렬 연결된 다수의 셀을 포함하는데, 특정 셀에만 일사량이 부족하여 전류가 감소하면 이 셀에 병목현상이 발생하여 다른 셀에 대해 부하로서 동작하게 된다. 직렬 연결된 특정 셀에서의 전류 감소는 직렬 연결 라인의 전체 전류를 감소시켜 발전 효율을 현격히 떨어뜨리고, 심하면 열점(hot spot) 현상으로 해당 셀이 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 고장 셀의 발열은 모듈 전체에 대한 2차 고장의 원인이 되기도 한다. 이러한 문제를 회피하기 위해 셀들을 그룹핑하여 고장이 발생한 그룹의 셀들을 우회하도록 바이패스 회로가 설치될 수 있고, 태양광 모듈의 발전 전압이 낮아질 경우 역전류가 흐르게 되는 것을 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드가 설치될 수 있다. A photovoltaic module includes a number of cells connected in series, and when the current decreases due to insufficient solar radiation in only a specific cell, a bottleneck occurs in this cell and operates as a load for other cells. Reducing the current in a specific cell connected in series reduces the total current of the series-connected line, which significantly reduces power generation efficiency, and in severe cases, a problem in which the cell is damaged due to a hot spot phenomenon may occur. Heating of a faulty cell can also cause secondary failure of the entire module. In order to avoid this problem, a bypass circuit may be installed to group the cells to bypass the cells of the group in which a failure occurs, and a reverse current prevention diode to prevent reverse current from flowing when the power generation voltage of the solar module is lowered can be installed.
날씨, 그림자, 오염 등 다양한 요인으로 실시간 변하는 일사량, 온도 또는 사고, 고장으로 인한 태양광 모듈의 전압-전류의 변동성은 태양광 발전 효율을 저해하는 중요한 요인이다. 최대전력을 생산할 수 있는 전류-전압 관계가 변화되기 때문이다. 변화되는 조건에 따라 전체 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 높이기 위한 다양한 최대전력 추종(MPPT; Maximum Power Point Tracking) 제어 방법이 공지되어 있다. 예를 들어 공개특허공보(KR) 제10-2013-0025286호에는 최대전력점을 추종하도록 전력변환장치를 제어하는 기술이 제시되어 있다. Insolation, temperature, which changes in real time due to various factors such as weather, shadows, and pollution, voltage-current fluctuations of photovoltaic modules due to accidents and failures are important factors hindering the efficiency of photovoltaic power generation. This is because the current-voltage relationship that can produce the maximum power changes. Various Maximum Power Point Tracking (MPPT) control methods are known to increase the power generation efficiency of the entire solar power generation system according to changing conditions. For example, Patent Publication (KR) No. 10-2013-0025286 discloses a technique for controlling a power conversion device to follow the maximum power point.
그런데 전력변환장치를 제어하여 최대전력점을 추종하도록 하더라도 태양광 모듈 어레이 전압이 전력변환장치의 가동 범위보다 낮아지는 상황에서는 전력변환장치의 동작이 정지될 수밖에 없는 문제가 있다. 일기 조건이 변화되어 일사량이 감소되거나 고온 현상으로 인하여 태양전지 모듈을 구성하는 셀의 에너지 변환효율이 감소되는 경우 전력변환장치는 내부 회로의 보호를 위하여 일정 시간(일예로서, 5분) 동안 저전압 트립이 발생되며, 이로 인하여 전력을 생산할 수 있는 일기 조건임에도 불구하고 전력을 생산하지 못하여 태양광 발전의 전체적인 에너지 효율이 감소하고 상기 저전압 트립시 발생할 수 있는 서지 혹은 아크로 인하여 부하 내부 회로가 손상되거나 혹은 수명이 단축될 수 있다. 이에 대해 공개특허공보(KR)제10-2011-0038975호에는 태양전지모듈의 전체 출력전압에 따라 주 태양전지모듈과 보조 태양전지모듈의 연결을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 제어함으로써 상기 태양전지모듈의 전체 출력전압을 전력변환장치(인버터)의 정상운전 범위로 유지할 수 있도록 하는 기술이 제시되어 있지만, 이를 위해서는 별도의 보조 배터리 내지 전압을 승압시키기 위한 부스터가 설치되어야 하는 문제가 있고, 통상 이러한 전압 보조는 전력변환장지가 정지되지 않도록 잠시동안 제공될 수 있을 뿐이다. However, even if the power converter is controlled to follow the maximum power point, there is a problem in that the operation of the power converter is inevitably stopped in a situation where the solar module array voltage is lower than the operating range of the power converter. When the amount of solar radiation is reduced due to a change in weather conditions or the energy conversion efficiency of the cells constituting the solar cell module is reduced due to a high temperature phenomenon, the power converter trips the low voltage for a certain period of time (for example, 5 minutes) to protect the internal circuit. is generated, and due to this, the overall energy efficiency of the photovoltaic power generation is reduced due to the failure to produce power despite the weather conditions that can produce power, and the internal circuit of the load is damaged or lifespan due to the surge or arc that may occur during the low voltage trip. This can be shortened. In contrast, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0038975 discloses a method of selectively controlling the connection of a main solar cell module and an auxiliary solar cell module in series or parallel according to the total output voltage of the solar cell module, thereby producing the solar cell module. Although the technology for maintaining the entire output voltage within the normal operation range of the power conversion device (inverter) has been proposed, there is a problem that a separate auxiliary battery or a booster for boosting the voltage must be installed for this, and usually such a voltage auxiliary can only be provided for a short time so that the power converter is not stopped.
또한 구름 등으로 인한 그림자(음영), 셀 표면 오염, 고장 등의 원인으로 특정 태양광 모듈의 발전량이 저하되어 흐를 수 있는 전류가 제한되는 병목현상이 발생한 경우, 해당 모듈과 직렬 연결된 태양광 모듈 어레이 전체의 전류가 감소하여 전체 발전 효율이 저하되는 문제가 발생하는데, 일시적으로 어레이 전압을 승압하더라도 정상인 태양광 모듈에서 생산되는 발전 전력이 손실되는 문제는 피할 수 없다. 이에 대해 각 태양광 모듈마다 센서모듈과 바이패스 회로을 설치하여 불량 또는 고장이 발생한 태양광 모듈을 발전 라인에서 제외(바이패스)함으로써 태양광 발전의 정상적인 효율과 동작이 지속되도록 관리하기 위한 기술이 등록특허공보(KR) 제10-1743908호에 제시되어 있다. 고장 등이 발생한 태양광 모듈을 바이패스하도록 제어하기 위해서는 각각의 태양광 모듈의 고장 등 상황을 감시하는 센서와 바이패스 스위치 회로가 각 태양광 모듈마다 설치되어야 하는데, 이는 비용 상승의 요인이 되어 태양광 발전 시스템의 수익성을 악화시킨다. 또한 문제 상황에서 회복된 태양광 모듈을 다시 연결시키는 최적화된 제어를 구현하는 것이 쉽지 않으며, 각 태양광 모듈에 센서 및 바이패스 회로가 설치되어 있지 않은 기존의 태양광 발전 시스템에는 적용하기 어려운 문제가 있다. In addition, if a bottleneck occurs in which the current that can flow is limited due to a decrease in the amount of power generation of a specific photovoltaic module due to shadows (shading) due to clouds, cell surface contamination, failure, etc., the photovoltaic module array connected in series with the module There is a problem in that the overall current is reduced and the overall power generation efficiency is lowered. Even if the array voltage is temporarily boosted, the problem of loss of power generated by a normal photovoltaic module is unavoidable. In this regard, a technology to manage the normal efficiency and operation of photovoltaic power generation is registered by installing a sensor module and a bypass circuit for each photovoltaic module and excluding (bypassing) the defective or faulty photovoltaic module from the power generation line. It is presented in Patent Publication (KR) No. 10-1743908. In order to control to bypass the solar module in which a failure has occurred, a sensor and a bypass switch circuit that monitor the failure of each solar module and a bypass switch circuit must be installed for each solar module. It deteriorates the profitability of the photovoltaic system. In addition, it is not easy to implement an optimized control that reconnects the recovered photovoltaic module from a problem situation, and it is difficult to apply to the existing photovoltaic power generation system in which a sensor and bypass circuit are not installed in each photovoltaic module. have.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 개별 태양광 모듈의 전압, 전류를 감지하지 않고도 태양광 모듈 사이의 전기적 연결을 직렬 또는 병렬로 제어함으로써 태양광 발전의 효율을 개선하고 유지관리를 쉽게 하기 위한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러를 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and improves the efficiency of photovoltaic power generation and maintenance by controlling the electrical connection between photovoltaic modules in series or in parallel without sensing the voltage and current of individual photovoltaic modules It aims to provide an intelligent solar module controller for easy
본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는, 태양전지 셀이 집적된 태양광 모듈 사이의 전기적 연결을 변환하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러로서; 제1 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제1 입력 단자쌍; 제2 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제2 입력 단자쌍; 전력변환장치와 전기적으로 연결되거나, 또는 다른 지능형 태양광 모듈 컨트롤러와 전기적으로 직렬 연결되는 (+), (-) 외부연결 단자쌍; 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 어느 한 단자 및 그와 다른 극성을 가지는 상기 제2 입력 단자쌍의 한 단자가 전기적으로 연결되고 상기 제1, 제2 입력 단자쌍의 남은 단자는 외부연결 단자의 (+)단자와 (-)단자에 각각 전기적으로 연결되는 직렬접속 회로; 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 (+), (-) 단자가 제2 입력 단자쌍의 동일한 극성을 가지는 (+), (-) 단자와 각각 전기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 각 단자가 외부연결 단자쌍의 (+), (-) 단자와 각각 연결되는 병렬접속 회로; 상기 직렬접속 회로와 상기 병렬접속 회로 중 어느 하나의 회로를 선택적으로 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이를 연결하도록 스위칭하는 스위치 회로; 상기 스위치 회로의 직렬접속 또는 병렬접속 스위칭 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다. 이러한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 상기 직렬접속 회로에서 상기 병렬접속 회로로 전기적 연결이 전환될 때 상기 외부연결 단자쌍 또는 외부연결 단자쌍에 접속된 스트링을 통하는 전류가 변화하는 정도에 기초하여 직렬접속 회로로의 복귀 여부가 결정되는 것을 특징으로 한다.The intelligent photovoltaic module controller of the present invention is an intelligent photovoltaic module controller that converts an electrical connection between photovoltaic modules in which photovoltaic cells are integrated; A first input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the first solar module, respectively; a second input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the second solar module, respectively; A pair of (+), (-) external connection terminals electrically connected to the power converter or electrically connected to another intelligent solar module controller in series; One terminal of the first input terminal pair and one terminal of the second input terminal pair having a different polarity are electrically connected between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, and 1, a series connection circuit in which the remaining terminals of the second input terminal pair are electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the external connection terminal, respectively; Between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, (+) and (-) terminals of the first input terminal pair have the same polarity as the second input terminal pair (+), (-) a parallel connection circuit electrically connected to each terminal, and each electrically connected terminal is connected to (+) and (-) terminals of an externally connected terminal pair, respectively; a switch circuit that switches any one of the series connection circuit and the parallel connection circuit to selectively connect between the first and second input terminal pairs and the externally connected terminal pair; and a control unit for controlling a series connection or parallel connection switching operation of the switch circuit. This intelligent solar module controller is based on the degree of change in the current through the string connected to the externally connected terminal pair or the externally connected terminal pair when the electrical connection is switched from the series connection circuit to the parallel connection circuit series connection circuit It is characterized in that it is determined whether to return to the furnace.
또한 본 발명은 상기 외부연결 단자쌍을 통하는 전류 크기를 감지하는 전류감지부를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a current sensing unit for sensing the amount of current passing through the pair of externally connected terminals.
또한 본 발명은 상기 외부연결 단자쌍에 인가되는 전압 크기를 감지하는 전압감지부;를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a voltage sensing unit for sensing the level of voltage applied to the pair of externally connected terminals.
또한 본 발명은 상기 제어부가 상기 병렬접속 회로가 연결되도록 상기 스위치 회로의 스위칭 동작을 제어한 경우, 상기 제어부는 상기 전류감지부에서 감지된 전류 크기를 회로 전환 전에 감지된 전류 크기와 비교하여 소정 값 이상 증가된 경우 병렬접속을 유지하고, 그렇지 않으면 직렬접속 회로 연결로 복귀하도록 스스로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, when the control unit controls the switching operation of the switch circuit so that the parallel connection circuit is connected, the control unit compares the magnitude of the current sensed by the current sensing unit with the magnitude of the current detected before switching the circuit to a predetermined value. It is characterized in that it maintains the parallel connection if it is increased more than that, otherwise it controls itself to return to the series connection circuit connection.
또한 본 발명에서 상기 제어부는 미리 설정된 주기에 따라 병렬접속 회로가 연결되도록 상기 스위치 회로의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the control unit is characterized in that it controls the switching operation of the switch circuit so that the parallel connection circuit is connected according to a preset period.
또한 본 발명은 상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 고유한 식별코드(ID)를 가지고 외부 통제장치와 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 통신부로 회로 제어 명령이 수신된 경우 그 제어 명령에 따라 상기 스위치 회로의 직렬접속 회로 또는 병렬접속 회로가 연결되도록 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention further comprises a communication unit for communicating with the external control device with the intelligent solar module controller having a unique identification code (ID), the control unit according to the control command when the circuit control command is received by the communication unit It is characterized in that the switching operation is controlled so that the series connection circuit or the parallel connection circuit of the switch circuit is connected.
또한 본 발명에서 상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 고유한 식별코드(ID)를 가지고 외부 통제장치와 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 통신부는 외부 통제장치로부터 회로 제어 명령을 수신하며, 상기 제어부는 상기 통신부에 수신된 제어 명령에 따라 상기 스위치 회로의 직렬접속 회로 또는 병렬접속 회로가 연결되도록 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the intelligent solar module controller further includes a communication unit that communicates with an external control device with a unique identification code (ID), the communication unit receives a circuit control command from the external control device, the control unit is the It characterized in that the switching operation is controlled so that the serial connection circuit or the parallel connection circuit of the switch circuit is connected according to the control command received from the communication unit.
또한 본 발명은 상기 입력 단자쌍과 접속되어 상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러 내부 부품에 동작 전력을 공급하기 위한 전원공급부를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a power supply unit connected to the input terminal pair for supplying operating power to the internal components of the intelligent solar module controller.
또한 본 발명은 상기 외부 연결 단자에 연결되어 외부로부터의 역류 전류를 방지하는 역류방지 회로를 더 포함할 수 있고, 상기 역류방지 회로에 고장, 또는 사고로 발생할 수 있는 과전력을 차단시키는 퓨즈 또는 PTC가 포함될 수 있다.In addition, the present invention may further include a backflow prevention circuit connected to the external connection terminal to prevent a reverse current from the outside, and a fuse or PTC for blocking overpower that may occur due to a failure or accident in the reverse flow prevention circuit. may be included.
본 발명은 날씨 변화, 온도, 오염, 고장 등 다양한 원인에 의하여 특정 태양광 모듈의 전압/전류 크기가 저하될 때, 지능형 태양광 모듈 컨트롤러가 태양광 모듈 사이의 전기적 연결을 적응적으로 직렬 또는 병렬로 전환하여 최대 전력을 추종할 수 있다. 이러한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 하나의 스트링으로 연결된 태양광 모듈 어레이에 유용하며, 기존의 태양광 발전 시스템에도 부가적으로 설치가 가능하다. According to the present invention, when the voltage/current size of a specific photovoltaic module is lowered due to various causes such as weather change, temperature, pollution, failure, etc., the intelligent photovoltaic module controller adaptively adjusts the electrical connection between photovoltaic modules in series or parallel can be switched to follow the maximum power. This intelligent photovoltaic module controller is useful for a photovoltaic module array connected by one string, and can be additionally installed in an existing photovoltaic power generation system.
본 발명은 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 전압 또는 전류를 감지하고 분석하여 태양광 모듈 사이의 직렬/병렬 연결을 실시간 전환할 수 있으며, 측정된 전압 또는 전류 정보에 의하여 문제가 발생한 특정 태양광 모듈을 찾아 필요한 조치를 할 수 있다. The present invention detects and analyzes the voltage or current of each intelligent photovoltaic module controller to switch the series/parallel connection between photovoltaic modules in real time. Find it and take the necessary action.
또한 태양광 모듈의 전기적 연결을 직렬/병렬 변환함으로써 전력변환장치가 MPPT 범위에서 운전을 계속하도록 할 수 있고, 이는 운전 정지 횟수를 줄여 발전 효율을 높이고 전력변환장치의 수명 단축, 고장을 방지하는 효과가 있다. In addition, by converting the electrical connection of the photovoltaic module in series/parallel, the power converter can continue to operate in the MPPT range, which reduces the number of stoppages to increase the power generation efficiency, shorten the life of the power converter, and prevent failure there is
본 발명 위하여 예시된 실시 예의 도면에 대한 간단한 설명은 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술인 태양광 발전시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 직·병렬을 위한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 지능형 태양광 모듈 컨트롤러가 적용된 태양광 발전 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다. A brief description of the drawings of the embodiments exemplified for the present invention is as follows.
1 is a view showing the overall configuration of a conventional solar power generation system.
2 is a diagram showing the configuration of an intelligent solar module controller for series/parallel according to the present invention.
3 is a diagram illustrating an embodiment of a solar power generation system to which an intelligent solar module controller according to the present invention is applied.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described so that those of ordinary skill in the art can easily implement them with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the reference numbers indicated on the components in the accompanying drawings use the same reference numbers as much as possible when indicating the same components in other drawings.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features presented in the drawings are enlarged, reduced, or simplified for ease of explanation, and the drawings and components thereof are not necessarily drawn to scale. However, one of ordinary skill in the art will readily understand these details.
도 2는 태양광 모듈 2장의 전기적 연결을 직렬접속 또는 병렬접속으로 제어할 수 있는 본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 구성을 나타낸다. 본 발명의 일실시예인 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(100)는 2개의 태양광 모듈(110)의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 2개의 입력 단자쌍을 포함하고 있으며, 또한 이웃하는 전력변환장치 또는 다른 지능형 태양광 모듈 컨트롤러와 전기적으로 직렬 연결되는 (+), (-) 외부연결 단자쌍을 포함하고 있다. 다수의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(100)의 외부연결 단자쌍이 직렬로 연결되어 하나의 태양광 모듈 어레이를 구성하며, 이 어레이의 출력 전압은 각 태양광 모듈 컨트롤러의 외부연결 단자쌍의 전압의 총합과 같다. Figure 2 shows the configuration of the intelligent solar module controller of the present invention that can control the electrical connection of two solar modules in series or parallel connection. The intelligent
예를 들어, 출력 전압이 40V인 태양광 모듈 2장이 직렬접속 상태라면 정상상태에서 태양광 모듈 컨트롤러의 외부연결 단자쌍의 전압은 80V이고 이러한 태양광 모듈 컨트롤러 10개가 직렬 연결된 어레이의 출력 전압은 800V가 된다. 태양광 모듈 컨트롤러는 모두 직렬로 연결되므로 어레이 내 태양광 모듈에는 모두 동일한 크기의 전류가 흐르게 된다. 만일 이때 10A의 전류가 흐른다면 총 발전 전력은 800V×10A=8000W가 된다. 태양광 모듈 컨트롤러에서 모두 태양광 모듈 2장의 전기적 연결이 병렬접속으로 바뀐다면 어레이의 출력 전압은 400V가 되고, 대신 출력 전류는 20A가 될 것이다. 이때 총 발전 전력은 400V×20A=8000W가 되므로, 태양광 모듈에 이상이 없다면 어레이 전체가 직렬접속인 경우와 생산 전력이 동일하다. 그렇지만 어느 하나의 태양광 모듈 컨트롤러라도 직렬접속으로 연결되어 있다면 어레이 전체 전류는 하나의 태양광 모듈 전류인 10A로 제한될 수 있다. For example, if two photovoltaic modules with an output voltage of 40V are connected in series, the voltage of the external connection terminal pair of the photovoltaic module controller is 80V in a normal state, and the output voltage of an array in which 10 such photovoltaic module controllers are connected in series is 800V. becomes Since all solar module controllers are connected in series, the same amount of current flows to all solar modules in the array. If a current of 10A flows at this time, the total generated power becomes 800V×10A=8000W. In the photovoltaic module controller, if the electrical connection of two photovoltaic modules is changed to a parallel connection, the output voltage of the array will be 400V, and the output current will be 20A instead. At this time, the total generated power is 400V×20A=8000W, so if there is no problem in the solar module, the power produced is the same as when the entire array is connected in series. However, if any one solar module controller is connected in series, the total current of the array can be limited to 10A, the current of one solar module.
직렬/병렬 스위칭 회로부(120)는 직렬접속 회로, 병렬접속 회로 및 이들을 스위칭하는 스위치 회로를 포함한다. 상기 2장의 태양광 모듈과 접속되는 태양광 모듈 컨트롤러(100)의 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 어느 한 단자 및 그와 다른 극성을 가지는 상기 제2 입력 단자쌍의 한 단자가 전기적으로 연결되고 상기 제1, 제2 입력 단자쌍의 남은 단자는 외부연결 단자의 (+)단자와 (-)단자에 각각 전기적으로 연결되는 직렬접속 회로 및 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 (+), (-) 단자가 제2 입력 단자쌍의 동일한 극성을 가지는 (+), (-) 단자와 각각 전기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 각 단자가 외부연결 단자쌍의 (+), (-) 단자와 각각 연결되는 병렬접속 회로가 구비된다. 상기 스위치 회로는 제어부(130)의 신호에 따라 상기 직렬접속 회로와 상기 병렬접속 회로 중 어느 하나의 회로를 선택하여 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이를 연결하도록 스위칭한다.The series/parallel switching circuit unit 120 includes a series connection circuit, a parallel connection circuit, and a switch circuit for switching them. One terminal of the first input terminal pair between the first and second input terminal pairs of the
본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 상기 외부연결 단자쌍을 통하는 전류 또는 전압 감지를 통해 태양광 모듈의 발전 상태를 감시하고 필요한 직렬/병렬 연결을 위한 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 스위칭 회로의 전환이 있을 때 감지된 전류 또는 전압 크기를 전환 전 감지된 전류 또는 전압 크기와 비교할 수 있다. 전환 전 감지된 전류 또는 전압 크기는 각 감지부에 저장되어 필요시 제어부로 전달되거나, 또는 제어부로 전달되어 저장될 수 있다. 상기 제어부(130)는 미리 설정된 조건에 따라 스스로 상기 스위치 회로의 직렬접속 또는 병렬접속 스위칭 동작을 제어할 수 있고, 통신부(160)가 구비된 경우에는 외부 통제장치로부터의 명령에 따라 스위칭 동작을 제어할 수도 있다. 전력변환장치가 운전을 유지하기 위해서는 태양광 모듈 어레이의 전체 전압이 최소가동 설정전압보다 높아야 하므로, 일출, 일몰, 날씨 등 영향으로 어레이 전체 전압이 최소가동 설정전압 이하가 될 때는 병렬접속 회로에 연결된 스위치 회로를 모두 직렬접속 회로에 연결되도록 제어할 수 있다.The intelligent photovoltaic module controller of the present invention can monitor the power generation state of the photovoltaic module by sensing the current or voltage through the external connection terminal pair and control the switching operation for necessary series/parallel connection. The controller 130 may compare the magnitude of the current or voltage sensed when the switching circuit is switched with the magnitude of the current or voltage sensed before the switching. The magnitude of the current or voltage sensed before switching may be stored in each sensing unit and transmitted to the control unit when necessary, or may be transmitted to and stored in the control unit. The control unit 130 can control the serial connection or parallel connection switching operation of the switch circuit by itself according to a preset condition, and when the communication unit 160 is provided, it controls the switching operation according to a command from an external control device. You may. In order for the power converter to maintain operation, the total voltage of the solar module array must be higher than the minimum operation set voltage. All switch circuits can be controlled to be connected to the series connection circuit.
전류감지부(140)는 외부연결 단자쌍을 통하는 전류를 감지한다. 상기 스위치 회로가 병렬접속 회로를 연결시킨 경우 감지된 전류 정보는 제어부로 전달되어 스위치 회로의 직렬 또는 병렬접속 회로의 전환 여부 판단에 제공되거나, 통신부로 전달되어 외부 통제장치로 송신될 수 있다. 외부 통제장치는 전력변환장치에 내장되는 경우를 포함하여 전력변환장치 내에 설치될 수 있으나, 그와 달리 태양광 모듈 어레이의 중간이나 원격지에 별도로 설치될 수도 있다. 외부 통제장치는 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러들을 통합하여 통제하는 것도 가능하다. 외부 통제장치와 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 유/무선 네트워크 통신을 이용하여 통신할 수 있다. The current sensing unit 140 senses a current passing through an externally connected terminal pair. When the switch circuit connects the parallel connection circuit, the sensed current information may be transmitted to the control unit and provided to determine whether to switch the series or parallel connection circuit of the switch circuit, or may be transmitted to the communication unit and transmitted to an external control device. The external control device may be installed in the power conversion device including the case where it is built into the power conversion device, but alternatively, it may be separately installed in the middle or remote location of the solar module array. It is also possible to control the external control device by integrating each intelligent solar module controller. The external control device and the intelligent solar module controller can communicate using wired/wireless network communication.
태양광 모듈 컨트롤러에 접속된 2장의 태양광 모듈 중 어느 하나에서 문제가 발생한 경우, 문제가 발생한 태양광 모듈에서의 발전되는 전류 크기에 민감한 영향을 미치게 된다. 그러므로 두 태양광 모듈이 병렬접속 회로에 연결된 경우 외부연결 단자쌍을 통하는 전류의 크기를 측정하여 이것이 전환 전에 저장된 전류 크기보다 큰 경우, 태양광 모듈의 발전 상태에 문제가 생긴 것으로 판단할 수 있다. 태양광 모듈 어레이 내의 다수 태양광 모듈들 중 일부가 병렬접속 회로에 연결되어도 직렬접속 회로에 연결된 다른 태양광 모듈에 흐르는 최대 전류가 증가할 수 없다. 그러므로 정상 상태에서는 어느 하나의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에서 직렬접속 회로를 병렬접속 회로로 전환하더라도 외부연결 단자쌍을 통하는 전체 전류가 증가하지 못한다. 그러나 해당 태양광 모듈 컨트롤러에 접속된 두 태양광 모듈 중 하나가 전류의 병목 현상을 발생시키고 있었다면, 이것이 병렬 접속으로 전환되었을 때 전체 전류가 증가할 수 있다. 이렇게 어느 한 태양광 모듈에서의 생산 전류가 작아지면 직렬 연결된 전체 어레이의 전류 크기가 작은 전류로 제한되므로, 비록 다른 태양광 모듈들이 정상적으로 발전하더라도 전체 전류가 감소하여 발전 전력 손실이 발생한다. 따라서 전류감지부(140)에서 병렬접속 회로 전환 후 감지된 전류 크기가 전환 전 전류 크기보다 크다면, 두 태양광 모듈의 병렬접속을 유지하도록 스위치 회로를 제어하여 전체 어레이 전류가 낮은 전류로 제한되는 상황을 방지할 수 있다. 이러한 스위치 회로 전환 및 유지 여부의 판단은 2장의 태양광 모듈이 병렬로 연결되어 어레이의 전체 전압이 감소됨으로써 발생하는 전력 손실과, 직렬로 연결되었을 때 어레이 전류가 작은 전류로 제한됨으로써 정상 발전하는 다른 태양광 모듈의 전류까지 제한됨으로써 발생할 수 있는 전력 손실을 고려하여 결정할 수도 있다. If a problem occurs in any one of the two photovoltaic modules connected to the photovoltaic module controller, the magnitude of the current generated in the photovoltaic module in which the problem occurs is sensitively affected. Therefore, when two solar modules are connected to a parallel connection circuit, the magnitude of the current through the external connection terminal pair is measured and if it is larger than the magnitude of the current stored before conversion, it can be determined that a problem has occurred in the power generation state of the solar module. Even if some of the plurality of photovoltaic modules in the photovoltaic module array are connected to the parallel connection circuit, the maximum current flowing through the other photovoltaic modules connected to the series connection circuit cannot increase. Therefore, in the normal state, even if any one intelligent solar module controller converts the series-connected circuit to the parallel-connected circuit, the total current through the externally connected terminal pair does not increase. However, if one of the two solar modules connected to that solar module controller was generating a current bottleneck, the total current could increase when it was switched to parallel connection. In this way, when the production current in one photovoltaic module becomes small, the current magnitude of the entire array connected in series is limited to a small current, so even if other photovoltaic modules normally generate power, the total current decreases, resulting in power loss. Therefore, if the current magnitude detected after switching the parallel connection circuit in the current sensing unit 140 is larger than the current magnitude before switching, the switch circuit is controlled to maintain the parallel connection of the two solar modules so that the entire array current is limited to a low current. situation can be avoided. The determination of whether to switch and maintain such a switch circuit is determined by the power loss caused by the reduction of the total voltage of the array when two solar modules are connected in parallel, and the other normal power generation by limiting the array current to a small current when connected in series. It can also be determined by considering the power loss that may occur by limiting the current of the solar module.
병렬접속 전후의 전류 크기를 비교하지 않으면 태양광 모듈들이 직렬접속 회로에 연결된 상태에서 어떤 태양광 모듈에서 문제가 발생하여 전류가 작아졌는지 확인하기 어려우므로, 전류감지부에서 감지되는 전류는 일시 저장될 필요가 있다. 상기 제어부(130)는 미리 설정된 주기에 따라 병렬접속 회로가 연결되도록 스위치 회로를 제어하고, 전류감지부(140)가 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 외부연결 단자쌍을 통하는 전류를 감지한다. 이러한 발전 상태 점검을 위한 회로 전환 동작은 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에서 자체적으로 이루어질 수도 있고, 통신부(16)가 구비된 경우 다른 태양광 모듈 컨트롤러와의 상호 작용 또는 외부 통제장치의 명령에 따라 순차적으로 이루어질 수도 있다. 병렬접속되는 태양광 모듈 사이에 전압 차이가 있더라도, 상용 태양광 모듈에는 일반적으로 역류방지회로가 구비되어 있므로 태양광 모듈간 전압 차로 인한 역전류 문제는 발생하지 않는다. If the magnitude of the current before and after parallel connection is not compared, it is difficult to determine which photovoltaic module has a problem while the photovoltaic module is connected to the series connection circuit and the current is small. There is a need. The control unit 130 controls the switch circuit so that the parallel connection circuit is connected according to a preset period, and the current sensing unit 140 detects a current passing through an external connection terminal pair of each intelligent solar module controller. The circuit switching operation for checking the power generation status may be performed by each intelligent solar module controller by itself, and when the communication unit 16 is provided, sequentially according to interaction with another solar module controller or a command of an external control device may be done Even if there is a voltage difference between the photovoltaic modules connected in parallel, a reverse current problem does not occur due to the voltage difference between the photovoltaic modules because the commercial photovoltaic module is generally provided with a backflow prevention circuit.
상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 또한 전압감지부(150)를 더 구비할 수 있다. 각 태양광 모듈의 제1, 제2 입력 단자쌍이 직렬접속 회로에 연결되어 있는 경우 전압감지부(150)는 외부연결 단자쌍에 인가된 전압 크기를 감지한다. 감지된 전압의 크기가 미리 설정된 소정 전압 크기보다 작다면, 태양광 모듈의 발전 상태에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 태양광 모듈간에 어느 정도 일사량 차이가 발생하더라도 발전 전압의 크기는 전류에 비하여 민감하게 변화되지 않는다. 만일 감지된 전압 크기가 현저히 낮다면 전류 역시 감소했을 가능성이 높으므로, 상기 제어부(130)는 병렬접속 회로가 연결되도록 상기 스위치 회로를 제어하고 전류감지부(140)가 전류 크기를 감지한다. 병렬접속 전환 후 감지되는 전류 크기와 전환 전 직렬접속의 전류 크기를 비교하여 변화 정도에 별 차이가 없다면 다시 직렬접속 회로와 연결되도록 스위치 회로를 제어한다. 일몰 등으로 전력변환장치에서 요구하는 최저 전압보다 어레이의 출력 전압이 낮아져 운전이 정지되는 경우 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 스위치 회로는 직렬접속 회로에 연결된 상태에서 정지된다.The intelligent solar module controller may further include a voltage sensing unit 150 . When the first and second input terminal pairs of each photovoltaic module are connected to the series connection circuit, the voltage sensing unit 150 detects the magnitude of the voltage applied to the externally connected terminal pair. If the magnitude of the sensed voltage is smaller than a predetermined voltage magnitude, it may be determined that a problem has occurred in the power generation state of the solar module. Even if a certain amount of insolation difference occurs between solar modules, the magnitude of the generated voltage is not sensitively changed compared to the current. If the sensed voltage level is remarkably low, it is highly likely that the current is also reduced. Therefore, the controller 130 controls the switch circuit so that the parallel connection circuit is connected, and the current sensing unit 140 senses the current level. If there is no difference in the degree of change by comparing the magnitude of the current sensed after switching to parallel connection with that of the serial connection before switching, the switch circuit is controlled to be connected to the serial connection circuit again. When the operation is stopped because the output voltage of the array is lower than the minimum voltage required by the power converter due to sunset, etc., the switch circuit of each intelligent solar module controller is stopped while connected to the series connection circuit.
본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 고유한 식별코드(ID)를 가지고 외부 통제장치와 통신하는 통신부(160)를 포함할 수 있다. 통신부(160)에서는 전류감지부(140) 또는 전압감지부(150)에서 감지된 전압/전류 크기 정보, 회로 스위치 상태 정보 등을 어레이 전체 출력을 통제하는 외부 통제장치로 송신하며, 또한 직렬/병렬 회로 제어 명령을 수신한다. The intelligent solar module controller of the present invention may include a communication unit 160 that communicates with an external control device having a unique identification code (ID). The communication unit 160 transmits the voltage/current magnitude information and circuit switch state information detected by the current sensing unit 140 or the voltage sensing unit 150 to an external control device that controls the entire output of the array, and also serial/parallel Receive circuit control commands.
한편, 외부 통제장치는 별도의 전류 감지부를 두어 전력변환장치 측으로 입력되는 태양광 모듈 어레이 전체 전류를 감지할 수 있다. 이 경우 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에는 전류감지부(140) 또는 전압감지부(150)가 설치되지 않을 수 있다. 외부 통제장치는 별도의 전류감지부로부터 전류 변화를 판단하여 직렬/병렬 접속 회로를 전환하도록 특정 식별코드(ID)를 가진 태양광 모듈 컨트롤러의 통신부로 명령을 송신할 수 있다. 태양광 모듈 컨트롤러들은 외부연결 단자쌍들이 상호 직렬연결되어 있으므로, 외부연결 단자쌍을 통하는 전류는 전력변환장치측의 어레이 전체 전류와 동일하다. 따라서 외부 통제장치는 특정 태양광 모듈 컨트롤러로 병렬접속 회로 연결 명령을 송신하고, 그에 따라 회로 전환이 실행된 후 변화되는 어레이 전체 전류의 변화를 감지하여 이를 기초로 해당 컨트롤러의 병렬접속 회로 유지 여부를 통제할 수 있다. 예를 들어 특정 태양광 모듈 컨트롤러의 스위치 회로를 병렬접속 회로로 전환한 후 전체 전류가 증가한다면, 해당 컨트롤러에 접속된 태양광 모듈에 전류의 병목현상이 있는 상태이므로 병렬접속을 유지하도록 하고, 그렇지 않다면 직렬접속으로 복귀하도록 한다. 태양광 모듈 컨트롤러의 통신부(160)에서 외부 통제장치가 송신한 회로 제어 명령을 수신하면, 전류감지부(140) 및/또는 전압감지부(150)가 구비된 경우라 하더라도 제어부(130)는 스스로의 제어에 우선하여 수신된 제어 명령에 따라 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. On the other hand, the external control device can detect the entire current of the solar module array input to the power conversion device by placing a separate current sensing unit. In this case, the current sensing unit 140 or the voltage sensing unit 150 may not be installed in the intelligent solar module controller. The external control device may transmit a command to the communication unit of the solar module controller having a specific identification code (ID) to determine the current change from the separate current sensing unit to switch the series/parallel connection circuit. Since the solar module controllers have external connection terminal pairs connected in series with each other, the current through the external connection terminal pair is the same as the total current of the array on the power converter side. Therefore, the external control device sends a parallel connection circuit connection command to a specific solar module controller, detects a change in the total array current that changes after circuit switching is executed, and determines whether to maintain the parallel connection circuit of the controller based on this. can be controlled For example, if the total current increases after switching the switch circuit of a specific photovoltaic module controller to a parallel circuit, the photovoltaic module connected to the controller has a current bottleneck, so keep the parallel connection. If not, return to serial connection. When the communication unit 160 of the solar module controller receives the circuit control command transmitted from the external control device, the control unit 130 automatically controls even if the current sensing unit 140 and/or the voltage sensing unit 150 is provided. It is possible to control the switching operation of the switching circuit according to the received control command in preference to the control of .
본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 입력 단자쌍으로부터 공급되는 발전 전력을 사용하여 내부 부품에 동작 전력을 공급하기 위한 전원공급부(170)를 포함할 수 있다. The intelligent solar module controller of the present invention may include a power supply unit 170 for supplying operating power to internal components using the generated power supplied from the input terminal pair.
본 발명의 외부 연결 단자에는 외부로부터의 전류 역류를 방지하는 역류방지 회로가 연결될 수 있는데, 이 역류방지 회로에는 고장이나 사고로 발생할 수 있는 과전력을 차단하는 퓨즈 또는 PTC(positive temperature coefficient)가 포함될 수 있다.The external connection terminal of the present invention may be connected to a backflow prevention circuit for preventing a reverse current from the outside, and the reverse flow prevention circuit includes a fuse or a positive temperature coefficient (PTC) for blocking overpower that may occur due to a failure or accident. can
본 발명의 일 실시예에 의하면, 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 상기 감지부(140, 150)를 통해 검출된 전류 및/또는 전압의 정보를 근거로 상기 제어부(130)에서 상기 태양광모듈의 이상 유무를 적극적으로 파악할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)에서는 일정한 시간을 설정하여 주기적으로 모든 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에 전기적으로 연결된 태양광 모듈 2장을 직렬화 시킨 후 상기 감지부(140, 150)에서 검출된 전압/전류 정보를 비교 판단할 수 있다. 직렬접속 회로에 연결된 상태에서 측정되는 외부연결 단자쌍의 전류 크기는 어레이 전체 전류 크기와 동일한데, 이를 초기 전류값으로 저장한다. 이후 병렬접속 회로에 연결되었을 때의 전류 크기를 감지하면 직렬-병렬 연결 변화에 따른 전류의 크기 변화를 비교 판단할 수 있다. 만약 실질적인 전류 값이 상승하면 병렬 연결을 유지하고 그렇지 않다면 병렬로 변환시켰던 것을 직렬로 원상 복귀하는 제어를 스스로 실행할 수 있다. 특정 태양광 모듈 컨트롤러의 스위치 회로가 병렬접속 전환된 후 상기 외부연결 단자쌍을 통하는 전류가 증가하지 않는 것은 해당 태양광 모듈 컨트롤러에 접속되어 있는 태양광 모듈들의 발전 상태에 이상이 없음을 보여주는 것이다. 각 지능형 태양광 모듈 컨트롤러가 순차적으로 직렬접속 회로를 병렬접속 회로로 전환하면서 변환 전/후 전류값을 감지하는 점검을 진행하도록 하면, 어레이의 전체 전압 변동을 최소화하면서 태양광 모듈의 발전 상태를 점검할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the intelligent photovoltaic module controller determines whether the photovoltaic module is abnormal in the controller 130 based on the information of the current and/or voltage detected through the sensing units 140 and 150 . can be actively identified. More specifically, the control unit 130 serializes two photovoltaic modules electrically connected to all intelligent photovoltaic module controllers periodically by setting a predetermined time, and then the voltage/current information detected by the sensing units 140 and 150 can be compared. The current magnitude of the externally connected terminal pair measured while connected to the series connection circuit is the same as the total current of the array, and this is stored as the initial current value. Thereafter, when the magnitude of the current when connected to the parallel connection circuit is sensed, it is possible to compare and determine the change in the magnitude of the current according to the change in the series-parallel connection. If the actual current value rises, it can execute the control itself to keep the parallel connection and, if not, to restore the series that has been converted to parallel. The fact that the current through the external connection terminal pair does not increase after the switch circuit of a specific photovoltaic module controller is switched to parallel connection shows that there is no abnormality in the power generation state of the photovoltaic modules connected to the photovoltaic module controller. When each intelligent photovoltaic module controller sequentially converts a series-connected circuit to a parallel-connected circuit and conducts a check that detects the current value before and after conversion, it checks the power generation status of the photovoltaic module while minimizing the total voltage fluctuation of the array can do.
본 발명의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 스트링(190)을 통해 직렬로 연결되어 태양광 발전 전력을 전력변환장치로 전달하며, 전류감지부(140) 및/또는 전압감지부(150)를 두어 직렬/병렬 접속 변환을 스스로 제어 가능하므로, 별도의 통제장치가 없는 기존의 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈에도 적용이 가능하다. 스트링(190)에 연결된 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 요구되는 전체 전압에 맞추어 수량이 결정될 수 있으며, 또한 하나의 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에 접속되는 태양광 모듈의 수도 전체 발전 시스템의 설치 환경이나 용량에 따라 적절히 설계될 수 있다.The intelligent photovoltaic module controller of the present invention is connected in series through a
본 발명에 의하면 지능형 태양광 모듈 컨트롤러가 태양광 모듈의 직렬 연결과 병렬 연결을 적응적으로 실시간 제어함으로써 일부 태양광 모듈에 대한 환경, 고장 등의 요인으로 발생할 수 있는 전류 병목현상을 방지할 수 있다. 또한 전체 발전 전압이 전력변환장치가 요구하는 최저 전압보다 낮아지는 경우에는 전력변환장치의 운전이 정지되는 상황을 방지하기 위해 병렬접속되어 있던 태양광 모듈의 연결을 직렬화할 수 있다. 전압은 일출, 일몰, 구름 등 환경변화에 의해 변화가 심하고, 평상시에는 전압의 변동이 거의 없다. 그러나 급격한 전압 저하가 발생하여 전압이 전력변환장치가 요구하는 최저 전압값보다 낮게 될 경우 제어부(130)는 전류의 변화로 병렬화 되어 있던 스위치 회로를 전류의 변화에 관계없이 직렬화 되도록 하는 것이 가능하다.According to the present invention, the intelligent photovoltaic module controller adaptively controls the series and parallel connections of photovoltaic modules in real time, thereby preventing current bottlenecks that may occur due to factors such as environmental, failure, etc. for some photovoltaic modules. . In addition, when the total generated voltage is lower than the minimum voltage required by the power converter, the connection of the solar modules connected in parallel can be serialized in order to prevent a situation in which the operation of the power converter is stopped. The voltage varies greatly due to environmental changes such as sunrise, sunset, and clouds, and there is almost no voltage fluctuation in normal times. However, when a sudden voltage drop occurs and the voltage becomes lower than the minimum voltage value required by the power conversion device, the control unit 130 can serialize the switch circuits that were paralleled by the change in current regardless of the change in current.
본 발명의 외부 통제장치는 관리자가 원격에서 모니터링을 통해 모든 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(100)에 속한 태양광 모듈(110)의 이상 유무 상태를 손쉽게 파악할 수 있도록 정보를 제공할 수 있으며, 어떤 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 이상 상태 확인 시 즉각적인 대응과 보수를 가능하게 함으로써 발전 효율을 증가시키고 시스템 관리를 쉽게 할 수 있다. 미리 설정된 조건에 따라 무선네트워크 통신으로 원격지의 관리자에게 이상 상황을 통지하거나, 원격지에서 조회하는 정보를 제공하는 것이 가능하다. 또한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러에 제어 명령을 송신함으로써 발전 상태를 점검하고 그에 따라 직렬/병렬 접속 회로의 연결을 전환할 수 있다. 상기 외부 통제장치는 스트링(190)을 통하는 전체 전류를 감지하는 도면에 도시되지 않은 전류감지부를 구비할 수 있는데, 이 경우 지능형 태양광 모듈 컨트롤러의 접속 회로 전환에 따른 전체 전류 변화를 감지하여 제어 명령을 상기 컨트롤러의 통신부로 송신할 수 있으므로 상기 외부 통제장치의 제어 명령에 따라 동작하는 상기 컨트롤러는 별도로 전류감지부(140) 및/또는 전압감지부(150)를 구비하지 않을 수 있다. The external control device of the present invention can provide information so that the administrator can easily grasp the status of abnormalities of the
본 발명의 도면 3은 본 발명에 의하여 구성된 지능형 태양광 발전 시스템의 일 실시예를 보여준다. 하나의 스트링상에 지능형 태양광 모듈 컨트롤러가 10EA, 태양광 모듈(최대전압 40V, 최대전류 10A)은 20EA가 설치된 경우, 정상일 때는 전체 직렬 시 스트링상의 총전압은 800V, 전류는 10A, 총 전력은 8KW이다. 또한 전체 병렬시 스트링(190)상의 총전압은 400V, 전류는 20A, 총 전력은 8KW가 된다(만약 일부만 병렬로 된다면 전체 전류는 20A가 아닌 10A로 제한될 수 있다). 그런데 전체 직렬시 어떤 태양광 모듈(110)에서 외부환경에 의하여 전류가 감소하여 1A가 되면, 전체 전류가 1A로 제한될 수 있어 발전 전력에 큰 손실이 발생한다. 이때 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(100)가 문제가 발생한 태양광 모듈과 정상 상태인 태양광 모듈 사이를 병렬화 시키면 전체 전류는 1A로 제한되지 않을 수 있다. 기존의 태양광발전시설들은 태양광 모듈들이 직렬로 고정되어 있어 이러한 능동적인 대응이 불가하다. 3 of the present invention shows an embodiment of an intelligent solar power generation system constructed according to the present invention. If 10 intelligent solar module controllers and 20 solar modules (maximum voltage 40V, maximum current 10A) are installed on one string, the total voltage on the strings is 800V, the current is 10A, and the total power is It is 8KW. In addition, when all strings are paralleled, the total voltage on the
직·병렬을 위한 지능형 태양광 모듈 컨트롤러(100)의 설치 개수와 각 컨트롤러에 연결되는 태양광 모듈의 개수, 그리고 그에 따른 전력변환장치의 용량은 제조자 혹은 사용자의 선택에 따라 변경될 수 있으므로 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.The installation number of the intelligent
또한, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 변형과 응용은 본 발명의 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.In addition, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications and applications not exemplified are possible without departing from the essential characteristics of the present invention. Such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the claims of the present invention.
100: 지능형 태양광 모듈 컨트롤러
110: 태양광 모듈
120: 스위칭 회로부 130: 제어부
140: 전류감지부 150: 전압감지부
160: 통신부 170: 전원공급부
180: 역류방지 회로부 190: 스트링
200: 전력변환장치(인버터, PCS 등)
300: 지능형 전력변환장치
310: 지능형 태양광 모듈 컨트롤러 통제장치100: intelligent solar module controller
110: solar module
120: switching circuit unit 130: control unit
140: current sensing unit 150: voltage sensing unit
160: communication unit 170: power supply unit
180: backflow prevention circuit unit 190: string
200: power conversion device (inverter, PCS, etc.)
300: intelligent power converter
310: intelligent solar module controller controller
Claims (9)
제1 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제1 입력 단자쌍;
제2 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제2 입력 단자쌍;
전력변환장치와 전기적으로 연결되거나, 또는 다른 지능형 태양광 모듈 컨트롤러와 전기적으로 직렬 연결되는 (+), (-) 외부연결 단자쌍;
상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 어느 한 단자 및 그와 다른 극성을 가지는 상기 제2 입력 단자쌍의 한 단자가 전기적으로 연결되고 상기 제1, 제2 입력 단자쌍의 남은 단자는 외부연결 단자의 (+)단자와 (-)단자에 각각 전기적으로 연결되는 직렬접속 회로;
상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 (+), (-) 단자가 제2 입력 단자쌍의 동일한 극성을 가지는 (+), (-) 단자와 각각 전기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 각 단자가 외부연결 단자쌍의 (+), (-) 단자와 각각 연결되는 병렬접속 회로;
상기 직렬접속 회로와 상기 병렬접속 회로 중 어느 하나의 회로를 선택적으로 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이를 연결하도록 스위칭하는 스위치 회로;
상기 스위치 회로의 직렬접속 또는 병렬접속 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 외부연결 단자쌍을 통하는 전류 크기를 감지하는 전류감지부를 포함하며;
상기 직렬접속 회로에서 상기 병렬접속 회로로 전기적 연결이 전환될 때 상기 전환에 의하여 상기 외부연결 단자쌍 또는 외부연결 단자쌍에 접속된 스트링을 통하는 전류가 변화하는 정도에 기초하여 직렬접속 회로로의 복귀 여부가 결정되며;
상기 제어부는, 직렬접속 회로로의 복귀 여부 결정 시 상기 전류감지부에서 감지된 전류 크기를 회로 전환 전에 감지된 전류 크기와 비교하여 소정 값 이상 증가된 경우 병렬접속을 유지하고, 그렇지 않으면 직렬접속 회로 연결로 복귀하도록 스스로 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
An intelligent photovoltaic module controller for converting electrical connections between photovoltaic modules in which photovoltaic cells are integrated;
A first input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the first solar module, respectively;
a second input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the second solar module, respectively;
A pair of (+), (-) external connection terminals electrically connected to the power converter or electrically connected to another intelligent solar module controller in series;
One terminal of the first input terminal pair and one terminal of the second input terminal pair having a different polarity are electrically connected between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, and 1, a series connection circuit in which the remaining terminals of the second input terminal pair are electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the external connection terminal, respectively;
Between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, (+) and (-) terminals of the first input terminal pair have the same polarity as the second input terminal pair (+), (-) a parallel connection circuit electrically connected to each terminal and each electrically connected to (+) and (-) terminals of an externally connected terminal pair;
a switch circuit for switching any one of the series connection circuit and the parallel connection circuit to selectively connect between the first and second input terminal pairs and the externally connected terminal pair;
a control unit for controlling a series connection or parallel connection switching operation of the switch circuit; and
and a current sensing unit for sensing the amount of current passing through the pair of externally connected terminals;
When the electrical connection is switched from the series connection circuit to the parallel connection circuit, the return to the series connection circuit based on the degree of change in the current through the external connection terminal pair or the string connected to the external connection terminal pair by the switching is determined;
The control unit, when determining whether to return to the series connection circuit, compares the magnitude of the current sensed by the current sensing unit with the magnitude of the current sensed before switching the circuit, and maintains the parallel connection if it increases by more than a predetermined value, otherwise the series connection circuit Intelligent solar module controller, characterized in that it self-controls to return to connection.
상기 외부연결 단자쌍에 인가되는 전압 크기를 감지하는 전압감지부를 더 포함하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
The method according to claim 1,
Intelligent solar module controller further comprising a voltage sensing unit for detecting a voltage level applied to the pair of externally connected terminals.
상기 제어부는 미리 설정된 주기에 의하여 병렬접속 회로가 연결되어 발전 상태를 점검하도록 상기 스위치 회로의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
The method according to claim 1,
The controller is an intelligent solar module controller, characterized in that for controlling the switching operation of the switch circuit so that the parallel connection circuit is connected by a preset period to check the power generation state.
제1 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제1 입력 단자쌍;
제2 태양광 모듈의 (+)단자 및 (-)단자와 각각 전기적으로 연결되는 제2 입력 단자쌍;
전력변환장치와 전기적으로 연결되거나, 또는 다른 지능형 태양광 모듈 컨트롤러와 전기적으로 직렬 연결되는 (+), (-) 외부연결 단자쌍;
상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 어느 한 단자 및 그와 다른 극성을 가지는 상기 제2 입력 단자쌍의 한 단자가 전기적으로 연결되고 상기 제1, 제2 입력 단자쌍의 남은 단자는 외부연결 단자의 (+)단자와 (-)단자에 각각 전기적으로 연결되는 직렬접속 회로;
상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이에서 상기 제1 입력 단자쌍의 (+), (-) 단자가 제2 입력 단자쌍의 동일한 극성을 가지는 (+), (-) 단자와 각각 전기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 각 단자가 외부연결 단자쌍의 (+), (-) 단자와 각각 연결되는 병렬접속 회로;
상기 직렬접속 회로와 상기 병렬접속 회로 중 어느 하나의 회로를 선택적으로 상기 제1, 제2 입력 단자쌍과 상기 외부연결 단자쌍 사이를 연결하도록 스위칭하는 스위치 회로;
상기 스위치 회로의 직렬접속 또는 병렬접속 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 및
고유한 식별코드(ID)를 가지고 외부 통제장치와 통신하는 통신부를 포함하며,
상기 외부 통제장치는 전류 감지부를 포함하여, 전력변환장치 측으로 입력되는 태양광 모듈 어레이 전체 전류를 감지하며;
상기 직렬접속 회로에서 상기 병렬접속 회로로 전기적 연결이 전환될 때 상기 전환에 의하여 상기 외부연결 단자쌍 또는 외부연결 단자쌍에 접속된 스트링을 통하는 전류가 변화하는 정도에 기초하여 직렬접속 회로로의 복귀 여부가 결정되며;
상기 외부 통제장치는, 직렬접속 회로로의 복귀 여부 결정 시 상기 전류감지부에서 감지된 전류 크기를 회로 전환 전에 감지된 전류 크기와 비교하여 소정 값 이상 증가된 경우 병렬접속을 유지하고, 그렇지 않으면 직렬접속 회로 연결로 복귀하도록 특정 식별코드(ID)를 가진 태양광 모듈컨트롤러의 통신부로 회로 제어 명령을 송신하며;
상기 제어부는 상기 통신부로 회로 제어 명령이 수신된 경우 그 제어 명령에 따라 상기 스위치 회로의 직렬접속 회로 또는 병렬접속 회로가 연결되도록 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
An intelligent photovoltaic module controller for converting electrical connections between photovoltaic modules in which photovoltaic cells are integrated;
A first input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the first solar module, respectively;
a second input terminal pair electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the second solar module, respectively;
A pair of (+), (-) external connection terminals electrically connected to the power converter or electrically connected to another intelligent solar module controller in series;
One terminal of the first input terminal pair and one terminal of the second input terminal pair having a different polarity are electrically connected between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, and 1, a series connection circuit in which the remaining terminals of the second input terminal pair are electrically connected to the (+) terminal and the (-) terminal of the external connection terminal, respectively;
Between the first and second input terminal pairs and the external connection terminal pair, (+) and (-) terminals of the first input terminal pair have the same polarity as the second input terminal pair (+), (-) a parallel connection circuit electrically connected to each terminal and each electrically connected to (+) and (-) terminals of an externally connected terminal pair;
a switch circuit for switching any one of the series connection circuit and the parallel connection circuit to selectively connect between the first and second input terminal pairs and the externally connected terminal pair;
a control unit for controlling a series connection or parallel connection switching operation of the switch circuit; and
It includes a communication unit that communicates with an external control device with a unique identification code (ID),
The external control device, including a current sensing unit, detects the total current of the solar module array input to the power conversion device;
When the electrical connection is switched from the series connection circuit to the parallel connection circuit, the return to the series connection circuit based on the degree of change in the current through the external connection terminal pair or the string connected to the external connection terminal pair by the switching is determined;
When the external control device determines whether to return to the series-connected circuit, compare the current sensed by the current sensing unit with the current sensed before switching the circuit, and maintain the parallel connection if it increases by more than a predetermined value, otherwise the series connection is maintained. sending a circuit control command to the communication unit of the solar module controller with a specific identification code (ID) to return to the connection circuit connection;
The control unit intelligent solar module controller, characterized in that when a circuit control command is received from the communication unit, the switching operation is controlled so that the serial connection circuit or the parallel connection circuit of the switch circuit is connected according to the control command.
상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러는 고유한 식별코드(ID)를 가지고 외부 통제장치와 통신하는 통신부를 더 포함하고,
상기 통신부는 외부 통제장치로부터 회로 제어 명령을 수신하며,
상기 제어부는 상기 통신부에 수신된 제어 명령에 따라 상기 스위치 회로의 직렬접속 회로 또는 병렬접속 회로가 연결되도록 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
4. The method according to claim 3,
The intelligent solar module controller further includes a communication unit that communicates with an external control device with a unique identification code (ID),
The communication unit receives a circuit control command from an external control device,
The control unit intelligent solar module controller, characterized in that for controlling the switching operation so that the serial connection circuit or the parallel connection circuit of the switch circuit is connected according to the control command received from the communication unit.
상기 입력 단자쌍과 접속되어 상기 지능형 태양광 모듈 컨트롤러 내부 부품에 동작 전력을 공급하기 위한 전원공급부를 더 포함하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.
7. The method according to any one of claims 1, 3, 5 and 6,
The intelligent solar module controller further comprising a power supply unit connected to the input terminal pair to supply operating power to the internal components of the intelligent solar module controller.
상기 외부 연결 단자에 연결되어 외부로부터의 역류 전류를 방지하는 역류방지 회로를 더 포함하고,
상기 역류방지 회로에는 고장, 또는 사고로 발생할 수 있는 과전력을 차단시키는 퓨즈 또는 PTC가 포함되는 것을 특징으로 하는 지능형 태양광 모듈 컨트롤러.7. The method according to any one of claims 1, 3, 5 and 6,
Further comprising a backflow prevention circuit connected to the external connection terminal to prevent a reverse current from the outside,
The intelligent solar module controller, characterized in that the backflow prevention circuit includes a fuse or a PTC that blocks excessive power that may occur due to a failure or accident.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210042568A KR102361319B1 (en) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Intelligent PV Module Controller |
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| KR1020210042568A KR102361319B1 (en) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Intelligent PV Module Controller |
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Legal Events
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| GRNT | Written decision to grant |