KR102433221B1 - 태양전지용 전압안정기를 검사하기 위한 시뮬레이터 및 그를 이용한 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지용 전압안정기를 양산하는 데 필요한 검사장치 기술에 관한 것이다. 태양전지용 전압안정기는 태양광 패널의 효율증대 및 전압안정을 목적으로 태양광 발전시스템과 부하단 사이에 게재될 장치이다.
본 발명은 특히 야외의 태양광 발전시스템 연동 상태에서 존재하는 다양한 파라미터를 가상적인 실내 검사장치가 생성하여 야외에 설치될 전압안정기의 기능을 실내 공장 내에서 정밀 검사할 수 있도록 하는 기술이다.
본 발명은 “직류 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부(11a-1);
제1전력발생부(11a-1)와 안정기(14)의 사이에 직렬로 삽입되고 상기 직렬 경로상의 전력 변동에 대하여 충격완충 작용을 하는 전압쿠션부(11a-2);
상기 제1전력발생부와 상기 전압쿠션부의 연동을 포함한 더미 솔라부(11a);
더미 솔라부(11a)로부터의 전력을 소모하는 부하단(13b);
상기 더미 솔라부(11a) 및 부하단(13b)을 전압안정기(14)에 연결할 수 있도록 구성된 전압안정기 연결용 컨넥터부(14의 A, B, C);
제1전력발생부의 출력전압을 승강 조절하면 전압안정기의 출력이 연동 변동되고 상기 전압쿠션부에 의해 충격완충 되는 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 시뮬레이션부(16);
상기 시뮬레이션부(16)로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수개의 검사 대상 전압안정기를 교체 연결할 수 있도록 된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전압안정기 검사장치.”를 포함한다.
본 발명에 의하면 전압안정기의 공장 내 대량생산 환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지용 전압안정기를 검사하기 위한 시뮬레이터 및 그를 이용한 검사 방법{Test Simulator and Inspection Method for Solar Cell Voltage Stabilizer}

본 발명은 태양전지용 전압안정기를 양산하는 데 필요한 검사장치 기술에 관한 것이다. 태양전지용 전압안정기는 태양광 패널의 효율향상 및 전압안정을 목적으로 태양광 발전시스템과 부하단 사이에 게재될 장치이다.

본 발명은 특히 야외의 태양광 발전시스템 연동 상태에서 존재하는 다양한 파라미터를 가상적인 실내 검사장치가 생성하여 야외에 설치될 전압안정기의 기능을 실내 공장 내에서 정밀 검사할 수 있도록 하는 기술이다.

태양광 발전시스템에서는 날씨와 온도 차이에 의해 생산되는 전류와 전압이 변동된다. 도 1은 태양광 에너지의 강약에 따라 전압 내지 전류가 변동되는 현상을 곡선으로 나타낸 도면이다. 여기서 P는 전류 또는 전압의 피크점, B는 최저점을 나타낸다.

도 2는 맑은 날에도 아침, 정오, 저녁 시간 또는 구름과 온도에 따라 전압 내지 전류의 양이 P점으로부터 B 점까지 변동되는 현상을 그래프로 나타낸 도면이다.

P와 B의 변동 폭을 수렴하면서 에너지저장장치(이하 ‘ESS’, 축전기 또는 ‘배터리’라고도 한다)와 태양전지 모듈(이하 약칭하여 ‘솔라’, ‘패널’ 또는 ‘솔라모듈’이라고도 한다)을 안정적으로 연동하기 위해 펄스폭 제어(이하 ‘PWM’이라 한다) 기술이 이용된다. 전압이 높은 P점에서는 유효 시간 폭을 감소시키고 전압이 낮은 B점에서는 유효 시간 폭을 증가시키면 비록 솔라 모듈로부터의 전압이 일정하지 않더라도 배터리 단자전압은 일정하게 되기 때문이다. 다만 펄스폭 제어를 적용하기 위해서는 배터리 전압이 B점의 높이임에도 불구하고 솔라의 전압은 적어도 A점 이상이 되어야 할 것을 전제한다. 그래야 충전 가능한 자연낙차 전압이 상시 안정적으로 유지될 수 있기 때문이다.

즉, 온도변화 및 일조상태의 변동을 감안하면서 효과적인 발전 효과를 이루도록 하기 위해서는 발전 전압을 A점만큼 상시 높게 설정하고 초과분을 PWM으로 조절하는 것인데, 태양광발전설비에서 이렇게 솔라의 전압을 높인다는 것은 곧 태양전지 셀의 수량을 증가하는 것이므로, 셀의 수량증가에 따른 설치비 및 장소(공간) 부담, 시공의 복잡 및 설비비 부담도 증가된다. 또한 개방전압(Voc)과 최대전력점전압(Vmp)의 차이가 커서 서지를 유발하는 문제점도 있다.

솔라와 ESS(축전지)와의 연동 관계는 태양에너지의 강약에 불구하고 적어도 도 3에서만큼의 충전 가능한 자연낙차 전압 차이를 유지하여야 정상적인 충전이 가능하다.

만약 솔라의 전압을 도 2의 A점처럼 높게 설정하지 않고 도 2의 B점으로 설정하게 되면, 태양에너지가 약해질 때인 B점 이하에서는 도 4에서처럼 충전 가능한 자연낙차가 성립되지 않는다. 결과적으로 솔라에서 전력을 생산하고 있더라도 외부 충전전류로 흘러나오지 못하게 된다. 즉 이때의 솔라 전력은 무효전력이 된다.

또한, 배터리(12V)의 단자전압은 충전 모드에 따라 12V, 13.5V, 14V, 14.5V 등으로 변화된다. 따라서 12V 배터리 충전용 솔라를 13.5V로 설계한다면 배터리가 완전방전 상태가 아닌 한, 정상적인 태양에너지 상태에서도 충전이 불가능한 상태로 될 수 있다.

일반적인 솔라는 최대 배터리 단자전압 15V에서도 충전이 가능한 +10%의 전압 및 이에 더하여 온도변화 시에도 안정을 보장하기 위한 +10%를 또 추가하므로 결국 솔라의 전압은 18V로 설계되고 있다. 이에 따라 솔라 전압은 기본 배터리 전압(12V)의 150%인 18V, 즉 50%의 잉여 설비가 더 필요로 하게 된다.

한편 솔라는 무부하 상태에서는 개방전압(Voc)으로 전압이 대폭 상승되는 것이므로 상기 50%의 잉여 설비는 개방전압(Voc)의 상승에도 영향을 주어 심지어는 배터리 전압보다 2배(100%)에 달하는 과전압을 발생하기도 한다. 즉 24V 배터리를 충전시키기 위한 솔라는 개방전압(Voc) 상태에서 44V ~ 48V까지도 전압이 상승되는 것이다.

본 발명에서 예로 들어 설명한 12V 등의 수치는 태양전지를 이용한 발전시스템에서 24V, 48V, 72V, 96V, 192V, 384V, 500V, 600V, ,..... 등의 고압의 구성에도 배수로 고려되는 사항이다.

이하 선행기술들은 잉여 설비를 줄이기 위해 처음부터 잉여 설비를 0%~20% 정도로 최소화 한 후, 필요할 당시에 보충전력을 공급하여 부족분을 충족하는 역발상 기술이다. 뿐만 아니라 이를 통해 처음부터 태양전지 셀을 줄일 수 있어 결과적으로 개방전압(Voc)을 배터리 대비 10%~20%의 수준으로 낮출 수 있다. 이러한 보충전력 공급 장치를 본 발명에서는 태양전지용 전압안정기(약칭 전압안정기 또는 전압안정장치)라 칭하기로 한다.

다만, 이하 선행기술들에서 개시된 전압안정기의 정상 작동 여부는 도 8 또는 도 10과 같은 필드(field)에서, 그리고 부하와 태양광시스템이 연동된 조건 하에서 발생되는 다양한 파라미터로 시험을 해야만 정상 작동 여부를 확인할 수 있어 실내 공장에서 양산을 하려면 이에 대하여 실내에서 간소하게 측정할 수 있는 측정장치의 추가적인 연구가 필요하다.

본 발명은 전압안정기를 제조하는 공장 내에서 모의적인 태양광 발전시스템 환경에 대응되는 파라미터를 인가하여 검사를 할 수 있도록 착상된 발명이다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 대한민국 특허출원 10-2018-0001666

(특허문헌 2) 대한민국 특허출원 10-2017-0153635

(특허문헌 3) 대한민국 특허출원 10-2015-0008277

상기 선행기술들은 도 4와 같이 자연낙차가 성립되지 않은 상황에서 도 5에서처럼 보충전력(Level 1)을 공급함으로써 발전설비의 전력 출력점 전압을 레벨 2(Level 2)로 리프팅(Lifting)하는 기술이다. 만약 발전설비의 전압(솔라 전압)이 더 낮아지면 도 6에서처럼 보충전압의 레벨을 더 높이고 1일중 솔라 전압이 불규칙하게 변동되면 도 7에서처럼 그에 추종하여 보충전력의 전압을 레벨 1-1 내지 레벨 1-2로 가감함으로써 출력단으로의 전력 출력을 부하단 전압(13a, 13b) 보다 상시 일정한 높이만큼 안정적으로 높여서 공급한다.

이러한 기능은 결과적으로 태양전지 패널이 최대전력점전압(Vmp)과 개방전압(Voc)으로 변동됨에 불구하고 부하단으로 가해지는 전압의 크기는 어느 범위 내로 일정하게 유지시키는 것이 가능하게 된다. 즉 태양전지의 개방전압(Voc) 변동을 극소화 할 수 있게 된다.

본 발명은 이 선행기술들을 제품으로 양산하는 데 필요한 치공구(Jig) 기술이므로 시험대상인 이 선행기술들의 원리를 이해할 수 있도록 공보에 게시된 구성도를 도 8 및 도 9에 발췌하였다. 주요 원리는 솔라 모듈(11)의 전압이 배터리(13a) 또는 부하단(13b)의 단자전압보다 낮은 상태를 전력감지제어용 매칭컨트롤러(MC; Matching Controller, 142)가 감지하여 전력조절부(PC; Power Controller, 141)를 제어함으로써 보충전력(마중물 전력)을 도 5 내지 도 7에서의 Level 1에 상당하도록 공급 조절하고 이로써 솔라 출력단(Level 2)의 전압이 필요한 만큼만 상승되도록 한 것이다. 상기 전력조절부(PC)와 매칭컨트롤러(MC)가 통합된 구성이 태양전지용 전압안정기(14; Photovoltaic Stabilizer(PS) 또는 Solar Cell Voltage Stabilizer(VS))이다.

도 8에서 (11b)는 솔라 모듈의 전압이 배터리(13a) 전압보다 클 때 전압안정장치(14)를 거치지 않고 직접 솔라모듈과 배터리 간에 전류를 흘리는 바이패스다이오드이다.

도 8은 개념적 시스템 구성을 나타낸 것으로서 실제 필드에서는 발전설비(11)와 배터리(13a)의 사이에 충전전압을 제어하는 충전컨트롤러가 삽입 게재될 수 있다.

도 9는 도 8의 전력조절부(141)의 내부 구성을 도시한 도면이다. 도 9에서 (141-2)는 PWM블록이며, 내부에는 PWM신호발생기(141-2b)와 코일(141-2a), 커패시터(141-2d), 쇼트키다이오드(141-2c), FET 등의 파워소자로 결합을 이루어고 있고, 이러한 PWM블록으로서 출력단(11b)의 전압이 조절된다. 이때 조절은 다운컨버터 또는 부스트컨버터로 기능을 수행토록 구성할 수 있다. 매칭컨트롤러(142-1)는 부하단으로부터의 전압을 감지하고 이를 설정된 전압의 높이에 이르도록 피드백 제어하는 기능으로 PWM블록을 연동 제어한다. 도 8에서 매칭컨트롤러는 기준전압(142-2)과 비교입력단(sensing C)로 입력되는 전압의 차이를 감지하는 한편 전력조절부(PC)에 전원을 입력하는 기능을 하는 것으로 도시되어 있지만, 매칭컨트롤러는 전압 차이를 감지 제어하는 기능만 하고 전력조절부(PC)로 전원 공급은 별도의 경로를 통해 공급할 수 있음은 이 분야 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

도 8에서 (14-1)는 전력조절부(141)로 입력되는 전력을 감지하는 홀센서이고, (14-2)는 전력조절부(141)로부터의 전력과 솔라(11)로부터의 전력이 합산된 발전전력을 검출하는 홀센서이다. 전압안정기(14)에는 전류를 감지하는 제1센서(14-1) 및 제2센서(14-2)의 감지 값 비율 변화에 따라 전압안정기(14) 출력을 조절하는 기능을 포함할 수 있다. (14-2a)는 (14-2)를 위치 이동하여 설치할 수 있음을 나타낸다.

만약 이에 관한 더 이상의 추가적인 설명이 필요하다면 상기 선행기술들의 명세서를 참조하기 바란다.

본 발명의 제1목적은 전압안정기의 양산을 위한 전용의 검사장치 및 검사방법을 개시하고자 함에 있다.

본 발명의 제2목적은 단일 지그를 통해 전압안정기를 교체하면서 검사를 하되 자동화 조작되는 시켄스 절차에 따라 합부를 판정하고 체크 결과를 디스플레이 하는 태양전지용 전압안정기 양산 전용의 시뮬레이터 기술을 개시하고자 함에 있다.

본 발명은 다음을 요지로 하는 전압안정기 검사장치 기술을 개시한다.

“직류 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부;

제1전력발생부와 안정기의 사이에 직렬로 삽입되고 상기 직렬 경로상의 전력 변동에 대하여 충격완충 작용을 하는 전압쿠션부;

상기 제1전력발생부와 상기 전압쿠션부의 연동을 포함한 더미 솔라부;

더미 솔라부(11a)로부터의 전력을 소모하는 부하단;

상기 더미 솔라부 및 부하단을 전압안정기에 연결할 수 있도록 구성된 전압안정기 연결용 컨넥터부;

제1전력발생부의 출력전압을 승강 조절하면 전압안정기의 출력이 연동 변동되고 상기 전압쿠션부에 의해 충격완충 되는 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 시뮬레이션부;

상기 시뮬레이션부로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수개의 검사 대상 전압안정기를 교체 연결할 수 있도록 된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전압안정기 검사장치.”

또한, 본 발명은 다음을 요지로 하는 전압안정기 검사방법 기술을 개시한다.

“제1전력발생부와 전압쿠션부의 연동을 포함하는 더미 솔라부, 부하단, 안정기 연결 컨넥터부 및 시뮬레이션부로서 결합된 태양전지용 전압안정기 검사장치를 이용하는 검사방법에 있어서;

상기 제1전력발생부의 전압을 조절할 때 상기 컨넥터부에 연결된 전압안정기의 출력전압이 연동 변화되는 한편, 상기 부하단을 기준으로 상기 전압쿠션부가 상기 전압안정기 출력전압 변동분을 완충하여 상기 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정시키는지 여부의 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전압안정기 검사방법.”

본 발명에 의하면

야외 태양광 발전설비를 연결하지 않더라도 전압안정기의 검사가 가능하여 전압안정기의 공장 내 대량생산 환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.

전압안정기 제조 후 후속 검사절차를 자동화 하여 인력을 절감하는 등 저비용으로 양산 체계를 확보하는 효과가 있다.

컴퓨터 시뮬레이션에 의한 정규화 된 검사로 검사에 따른 개인오차를 방지하는 효과가 있다.

결과적으로 단일 공장 내의 검사만으로도 솔라의 최대전력점전압(Vmp)과 개방전압(Voc) 변동의 차이를 극소화 하는 전압안정장치의 기능을 정확히 점검할 수 있는 효과가 있다. (구체적인 효과는 상세한 설명의 해당 내용을 참조).

도 1은 태양에너지 변화에 따른 전압 내지 전류의 변화를 곡선으로 나타낸 도면.
도 2는 1일 중 태양에너지의 시간적인 변화를 전압 내지 전류 곡선으로 나타낸 도면.
도 3은 정상적인 태양에너지 하에서 ESS(배터리)에 충전 경로가 성립되는, 자연낙차에 의한 충전원리를 설명하는 도면.
도 4는 태양광에너지의 약화, 솔라모듈 온도의 상승 또는 ESS 단자전압의 상승으로 충전이 되지 못하는 원리를 나타낸 도면.
도 5는 선행기술들에서 상기 도 4의 미충전 상태를 보충하기 위한 보충전력 공급 원리를 묘사한 도면이고, 도 6은 보충전력 공급이 강화되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 5 내지 도 6의 상태가 레벨(1-1)로부터 레벨(1-2)로 연속 변화되면서 추종하는 상태를 나타낸 도면.
도 8 및 도 9는 도 5 내지 도 7의 작용을 위해 발명된 선행기술들의 기술적 내용을 도면 발췌로 간단히 소개한 블록다이어그램.
도 10은 전압안정기를 중심으로 솔라와 배터리와 부하단이 연동되는 상태를 나타낸 블록다이어그램.
도 11은 야외에 설치되는 솔라를 등가적으로 대체하고 전압안정기를 시켄스적으로 제어하기 위한 본 발명의 검사장치를 개괄적으로 도시한 블록다이어그램.
도 12는 도 11의 시뮬레이터의 기능을 좀 더 구체적으로 묘사한 블록다이어그램.
도 13은 도 11의 더미 솔라부를 확대 도시한 블록다이어그램.
도 14는 도 11의 전압쿠션부를 확대 도시한 블록다이어그램.
도 15는 도 11의 부하단 및 부하단전압조절부를 확대 도시한 블록다이어그램.
도 16은 제2전력발생부를 이용하여 전압안정기의 부하전류를 가감 조절하는 원리를 도시한 블록다이어그램.
도 17은 제1전력발생부의 전압 승강에 따라 전압안정기와 더미 솔라부가 연동 작동되는 관계를 체크하고 체크 결과를 디스플레이 하는 구조를 나타낸 흐름도.
도 18은 부하단 설정 전압의 승강에 따라 전압안정기와 더미 솔라부가 연동 작동되는 관계를 체크하고 체크 결과를 디스플레이 하는 구조를 나타낸 흐름도.
도 19는 제2전력발생부의 전압 승강에 따라 전압안정기와 더미 솔라부가 연동 작동되는 관계를 체크하고 체크 결과를 디스플레이 하는 구조를 나타낸 흐름도.
도 20은 전압쿠션부의 저항 값 승강에 따라 전압안정기와 더미 솔라부가 연동 작동되는 관계를 체크하고 체크 결과를 디스플레이 하는 구조를 나타낸 흐름도.
도 21은 제1전력발생부의 전압 승강을 하나의 단위로 하여서 순차 자동으로 체크하고 결과를 나타내는 검사방법의 과정을 시켄스적으로 도식한 흐름도.
도 22는 제1전력발생부의 전압 승강 및 부하단 전압의 승강을 이어서 순차 자동으로 체크하고 결과를 나타내는 검사방법의 과정을 시켄스적으로 도식한 흐름도.
도 23은 제1전력발생부의 전압 승강, 부하단 전압의 승강 및 제2전력발생부의 전압 승강을 이어서 순차 자동으로 체크하고 결과를 나타내는 검사방법의 과정을 시켄스적으로 도식한 흐름도.
도 24는 제1전력발생부의 전압 승강, 부하단 전압의 승강, 제2전력발생부의 전압 승강 및 전압쿠션부의 저항 값 승강을 이어서 순차 자동으로 체크하고 결과를 나타내는 검사방법의 과정을 시켄스적으로 도식한 흐름도.
도 25는 전압안정기(14)의 내부 구성요소인 전력조절부 또는 매칭컨트롤러 중 어느 하나를 구분하여 검사하는 검사장치를 예시한 블록다이어그램.
도 26은 도 25의 구성이 전압쿠션부를 배제한 구성에서도 실시될 수 있음을 나타낸 블록다이어그램.

본 발명은 이하 설명하는 외에도 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바 특정한 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 자세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니므로, 이하 개시하는 구성은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으나, 예를 들어 제1, 제2, 첫 번째, 두 번째 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되고 있을 뿐, 이 구성요소들을 제1, 제2, 첫 번째, 두 번째 등으로 용어를 붙여서 한정되는 것으로 이해를 하여서는 아니 된다. 상기 용어들은 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 마찬가지의 원리로 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 첫 번째와 두 번째의 경우도 마찬가지이다.

이와 같은 원칙하에 본 발명에 따른 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 목적과 특징들은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.

도 10은 전압안정기(14)가 공간적으로 태양광 발전시스템에 어떻게 연동되고 작동되는지를 설명하는 도면이다. 즉, 도 10에서 전압안정기(14)는 야외(건물 옥상 또는 노지 등 태양에너지를 받을 수 있는 공간)에 설치되는 솔라(11), 배터리 보관 장소에 설치되는 배터리(13a)와 충전제어장치(12), 그리고 접속함 내지 상용전원 전주 등 계통전원에 연결되는 부하단계통(13b, 13c, 13d)과 연결된다. 따라서 전압안정기(14)가 제대로 제작되었는지를 확인하려면 야외에 설치된 솔라에 우선 연결되어야함을 알 수 있을 것이다. 당연히 주간에 태양에너지가 가해질 때만 측정이 가능하다.

태양광 발전용 인버터만을 시험하기 위해서는 태양광 발전설비와 등가적인 전력을 생산하는 파워서플라이(전원장치)로 실내에서 시험을 할 수 있다. 하지만 도 10과 같이 충전제어장치, 배터리, 인버터, 솔라로 일체화 결합된 태양광 발전시스템에 설치될 전압안정기는 상기 파워서플라이에서 발전시스템과 등가적인 파라미터를 만들어낼 수 없기 때문에 실내에서 시험을 할 수가 없다. 설령 실내 공간으로 태양전지 전력선을 인입한다 하더라도 그 배선 경로의 전력손실 때문에 각 실내 공간의 위치마다 파라미터가 달라져 정밀한 시험을 기대하기는 어렵고(즉 시험인력마다, 시험장소마다 오차가 발생된다), 태양광이 비추어질 때만 검사할 수 있으므로 이로서 제대로 된 검사환경이 만들어진다고 할 수 없다.

결과적으로 전용의 실내용 검사장치가 특별히 마련되지 않으면 전압안정기의 대량 생산 환경의 구축은 어려운 것이다.

참고로 도 10에서 (14-6)은 전압안정기(14)를 작동시키기 위한 전원을 솔라전력으로부터 피드백 받는 루트이고, (14-7)은 배터리로부터 공급받는 루트이다. 그 외에도 상용전원이나 독립된 솔라로부터 받을 수도 있으나 여기서는 도시 생략하였다.

도 11은 야외의 솔라를 등가적으로 대체하는 한편 전압안정기를 시켄스적으로 제어하는 본 발명의 검사장치를 개괄적으로 도시한 블록다이어그램이며, 도 12는 도 11의 시뮬레이션부(16) 위주로 좀 더 구체화 묘사한 블록다이어그램이다.

도 11 및 도 12로 나타내는 본 발명은,

“직류 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부(11a-1);

제1전력발생부(11a-1)와 전압안정기(14)의 사이에 직렬로 삽입되고 상기 직렬 경로상의 전력 변동에 대하여 충격완충 작용을 하는 전압쿠션부(11a-2);

상기 제1전력발생부와 상기 전압쿠션부의 연동을 포함한 더미 솔라부(11a);

더미 솔라부(11a)로부터의 전력을 소모하는 부하단(13b);

상기 더미 솔라부(11a) 및 부하단(13b)을 전압안정기(14)에 연결할 수 있도록 구성된 전압안정기 연결용 컨넥터부(14의 A, B, C);

제1전력발생부의 출력전압을 승강 조절하면 전압안정기의 출력이 연동 변동되고 상기 전압쿠션부에 의해 충격완충 되는 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 시뮬레이션부(16);

상기 시뮬레이션부(16)로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수개의 검사 대상 전압안정기를 교체 연결할 수 있도록 된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전압안정기 검사장치.”를 개시한 것이다.

또한 위와 같은 본 발명 검사장치에서,

상기 더미 솔라부(11a)와 부하단(13b)의 사이에는 부하단 전압 조절부(13e)를 게재 삽입하는 한편, 상기 시뮬레이션부(16)는 상기 부하단 전압 조절부(13e)의 설정전압을 조절하면서 상기 전압안정기(14)의 출력전압이 대응 연동되는지 여부로 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이 하도록 된 구성을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

또한 위와 같은 본 발명 검사장치에는,

상기 전압안정기의 출력(14의 B)에 연결되어 상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 제2전력발생부(15)의 연동 구성을 더 포함하는 한편,

상기 시뮬레이션부(16)는 상기 제2전력발생부(15)의 전위를 조절하여 상기 전압안정기의 부하를 가중 또는 경감 조절하면서 상기 가중 또는 경감에 따라 상기 전압안정기의 출력 전압이 변동되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

또한 위와 같은 본 발명 검사장치에서,

상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 구성은 제2전력발생부(15)의 출력단에 연결된 제1방향분류기(15a) 및 제2방향분류기(15b)에 공급되는 F점 전위에 따라 전압안정기의 출력 전류를 보충하거나 소모하도록 제어되는 구성으로 실시될 수 있다.

또한 위와 같은 본 발명 검사장치에서,

상기 시뮬레이션부(16)는 상기 충격완충 계수 조절을 위해 상기 전압쿠션부(11a-2)의 저항 값을 조절하는 구성을 더 포함하고, 상기 전압쿠션부의 저항 값이 조절될 때 상기 전압안정기의 출력 전압이 대응 조절되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 더 포함할 수 있다.

또한 위와 같은 본 발명 검사장치에서,

상기 전압안정기(14)가 연결되는 입력 또는 출력 경로에는 상기 시뮬레이션부(16)가 순차적으로 제어되어 체크될 수 있도록 지연함수제어부(14-3, 14-4)가 게재된 구성을 더 포함할 수 있다.

이하 각 구성요소별 기능과 연동작용을 설명한다.

‘제1전력발생부(11a-1)’는 태양에너지 공급 상태에서 태양전지로부터 발생되는 전력과 등가적인 전력을 발생하기 위한 구성요소이다.

도 13을 참조하면 제1전력발생부(11a-1)’는 태양에너지에 따라 변동되는 전압과 전류를 등가적으로 조절 출력하는데, 조절 방법은 인력 조작에 의할 수도 있고 시뮬레이션부(16)에 의하여 자동으로 조절할 수도 있다.

도 12를 참조하면 ‘전압쿠션부(11a-2)’는 제1전력발생부(11a-1)와 측정대상의 전압안정기(14) 사이에 직렬로 삽입되는 구성요소일 수 있다. 직렬 경로상의 전력 변동에 대하여 전압을 충격완충 하는 작용을 수행하는데, 상기 제1전력발생부와 상기 전압쿠션부는 ‘더미 솔라부(11a)’에 수용되는 연동으로서 내부저항이 포함된 태양전지로서의 등가적인 작동을 한다. 즉 더미 솔라부(11a)의 (+), (-)를 단락시키면 전압쿠션부가 내부저항으로 작용하여 제1전력발생부의 전력 방출을 제한하는 기능을 한다(태양전지에서의 단락전류(Isc)에 대응한다). 이때 제1전력발생부의 전류제한 기능은 태양전지의 단락전류(Isc)에 대응되도록 보조할 수 있다. 결국 제1전력발생부와 전압완충부가 연동 결합된 더미 솔라부가 태양전지와 등가적인 기능을 하게 되는 것이다.

전압쿠션부는 외부, 즉 전압안정기로부터 출력되는 전력이 과다하여 제1전력발생부(11a-1)로 과전류가 흐를 때 전압 측면에서 이를 흡수하여 완충하는 보호 작용도 수행한다.

태양전지가 태양에너지 변동에 따라 전압과 전류에서 변동이 일어나듯이 상기 제1전력발생부는 수동 또는 자동 시뮬레이션으로 제어되고 이것이 태양전지 변동 파라미터로 시뮬레이션 제어되어 이하 본 발명의 작용에 활용될 수 있다.

전압쿠션부(11a-2)는 대용량 저항이거나 도 14로 나타낸 바와 같이 FET 등 파워소자로 구성된 전자적 저항체로 구성될 수 있다. 전자적 저항체인 경우 시뮬레이션부(16)는 소용량 전력으로 제어가 가능하게 되므로 효과적이다.

‘부하단(13b)’은 더미 솔라부(11a)에서 발생되는 전력을 소모하는 구성요소이다.

더미 솔라부(11a)와 부하단(13b) 사이에는 부하단 전압 조절부(13e)를 게재 삽입할 수 있다. 이때 시뮬레이션부(16)는 부하단 전압 조절부(13e)의 설정전압을 자동으로 조절할 수 있고, 그 조절에 대응되는 전압안정기(14)의 출력전압 변동을 감지하여 합부를 판정 및 부하단 전압 조절부에서 변동된 전압 값과 전압안정기의 출력전압 값을 대비하여 판정한 결과와 데이터 값을 디스플레이 하는 구성을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

부하단 전압 조절부의 역할은 더미 솔라부의 양측단 전압에 변동을 주고 그에 대응하여 전압안정기 출력이 변동되는지 여부를 검사하기 위한 것이다. 부하단 전압 조절부에 의해 부하단 전압을 증가시키는 것은 배터리 전압이 올라간 상태와 등가적인 관계이고, 그와 반대로 부하단 전압 조절부에 의해 부하단 전압이 내려간다는 것은 배터리 방전상태에서 단자전압이 내려간 것과 등가적인 관계이다.

결국 배터리의 전압 변동에 추종하여 전압안정기의 출력이 조절되고 있는지를 확인할 수 있는 것이다.

한편, 부하단 전압 조절부는 무부하 상태로 부하단을 개방하면서 측정할 수 있다. 이 구성은 제1전력발생부에서 과다한 전압이 발생될 때, 즉 태양전지의 개방전압(Voc)에 대응되는 높은 전압이 발생될 때 전압안정기가 안전 기능으로 피크 치를 제한하는지 검사하는 기능이다. 시뮬레이션부는 이러한 조절 기능과 합부 판정 및 측정데이터를 디스플레이 하는 기능도 수행하는 것이 바람직하다.

도 15는 부하단(13b)과 부하단 전압 조절부(13e)를 하나의 파워소자 제어부로 통합 구성한 실시일례를 나타낸다. 부하단 전압 조절은 도 15의 부하단 및 부하단 전압 조절부(13b, 13e)에서 설정된 전압(CV 모드; Constant Voltage Mode)로 달성된다.

도 11 및 도 12에서, ‘전압안정기 연결용 컨넥터부(14의 A, B, C)’는 상기 더미 솔라부(11a) 및 부하단(13b)을 전압안정기(14)에 연결할 수 있도록 하는 검사용 지그 컨넥터이다. 이 컨넥터부는 빠른 시간 내에 다수의 전압안정기를 교체하면서 검사를 할 수 있도록 된 구성을 포함하는데, 이와 연동되는 시뮬레이션부는 검사에 소요되는 시간을 단축하기 위해 컨넥터 연결 이후 자동으로 시뮬레이션부의 작동이 스타트 되도록 하는 자동 시뮬레이션 기동 구성을 더 포함할 수 있다.

도 11에서 ‘시뮬레이션부(16)’는 상기 제1전력발생부의 출력전압을 승강 조절하면 전압안정기의 출력이 연동 변동되고 상기 전압쿠션부에 의해 충격완충 되는 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 구성요소이다. 예를 들어 마이크로프로세서 하드웨어와 전문 프로그램을 포함한다. 전문 프로그램이란 후술하는 검사방법이 포함된 시켄스 프로그램 등을 의미한다.

도 12에서 시뮬레이션을 하기 위해서는 기본적으로 제1전력발생부의 전압 또는 전류를 가변적으로 조절하는 구성을 포함하는데 시뮬레이션에 대응하여 전압안정기가 작동하는 원리는 다음과 같다.

시뮬레이션부는 먼저 제1전력발생부의 출력전압을 높은 방향으로 스텝 조절하여 검사한다. 스텝 조절된 전압은 전압안정기의 입력단(sensing C) 전압을 높이도록 작용하며, 이를 감지한 전압안정기는 이 전압이 당초의 전압크기로 복귀되도록 출력단(PS_out B)의 전압을 높이고, 이 높아진 출력전압을 전압쿠션부가 흡수하는 피드백 완충작용을 통해 결국 더미 솔라부(11a)의 양측단 전압은 본래의 전압 위치로 복귀하게 된다.

이것은 전압안정기(14)가 더미 솔라부(11a)의 양측단 전압을 상시 일정한 높이로 안정시키는 원리에 의한 것이므로, 시뮬레이션부는 이러한 피드백 원리에 의해 제1전력발생부를 조절하더라도 더미 솔라부 양단의 전압은 본래의 설정상태를 유지하는지 여부를 검사하는 것이다. 여기서 본래의 설정상태란 시뮬레이션부 및 전압안정기에서 용도별로 미리 설정된 12V, 24V, 384V 등의 전압을 말한다.

다만 이러한 피드백 작용은 순간적으로 일어나는 것인데, 시뮬레이션부(16)는 제1전력발생부 양측단의 전압과 전압쿠션부 양측단의 전압과 더미 솔라부의 양측단 전압과 전압안정기의 출력단 전압을 추종하면서 측정하여 합부를 판정하고 그 측정결과의 데이터 내지 오류 발생 부분을 지적하여 디스플레이되도록 할 수 있다.

이러한 피드백은 순간적으로 일어나는 것이어서 순간적인 순차 작동이 시뮬레이션부가 데이터를 취득하는 시간과 미스 매칭될 수 있으므로 이를 고려한 것이 지연함수제어부(14-3, 14-4)이다.

‘지연함수제어부(14-3, 14-4)’는 상기 전압안정기(14)가 연결되는 입력 또는 출력 경로에 게재되는 구성요소로서, 상기 시뮬레이션부(16)가 순차적으로 제어될 때 데이터 취득의 시간을 확보할 수 있도록 각 구성요소 간 작동에 시차를 두도록 제어하는 작용을 한다. 예를 들어 제1지연함수제어부(14-3)는 제1전력발생부(11a-1)의 출력 전압 상승 상태를 시뮬레이션부(16)가 측정할 수 있도록 시간적 여유를 준 후, 전압안정기의 입력단(C)에 그 전압 상승 상태를 전달한다. 제2지연함수제어부(14-4)는 전압안정기(14)의 출력 전압 상승 상태를 시뮬레이션부(16)가 측정할 수 있도록 시간적 여유를 준 후, 전압쿠션부(11a-2)에 전압안정기의 변동된 출력전력을 공급한다.

이러한 지연함수제어부에 의하여 본디 동시적으로 피드백 제어되던 타이밍을 시차적 순서적으로 제어되도록 하면서 그 시차 동안에 시뮬레이션부가 각각의 출력단과 입력단 변동 데이터를 취할 수 있게 되는 것이다.

지연함수제어부는 인력으로 검사 조작을 할 때 육안으로 변동 상태를 확인할 수 있도록 하므로 효과적이다.

상기의 각 구성요소를 포함하는 태양전지용 전압안정기 검사장치는 결과적으로 “상기 시뮬레이션부(16)로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수개의 검사 대상 전압안정기를 교체 연결할 수 있는 테스트 시뮬레이터”의 기능을 하게 되는 것이다.

한편 위와 같은 본 발명 검사장치에는,

제2전력발생부(15)를 통해 강제적으로 전압안정기의 부하를 가중하거나 경감하면서 그에 반응하는 전압안정기의 최대전력점추적(MPPT), 최대전류점추적(MCPT) 또는 전류밸런스추적(CBT) 기능을 시험 내지 측정할 수 있다.

도 12에서 ‘제2전력발생부(15)’는 전압안정기(14)의 출력단(14의 B)에 연결되어 상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 연동 구성요소인데, 시뮬레이션부(16)가 제2전력발생부(15)의 전위를 조절하여 상기 전압안정기의 부하를 가중 또는 경감 조절하면서 상기 가중 또는 경감에 따라 상기 전압안정기의 출력 전압이 변동되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이 할 수 있다.

이하 이에 대하여 설명한다.

전압안정기(14)는 입력단(A) 전력을 측정하는 제1센서(14-1)와 출력단(B) 전력을 측정하는 제2센서(14-2)의 취득 값에 의해 전압안정기 입력 대비 솔라 출력 이득이 커지도록 하는 MPPT 내지 MCPT 또는 전압안정기의 입력단(A) 전력과 출력단(B) 전력이 일정한 비율로 유지되도록 출력을 제어하는 CBT 기능 중 어느 하나 이상을 보유한다.

본 발명 제2전력발생부(15)는 도 16에서 보듯이 출력단에 제1방향분류기(15a) 및 제2방향분류기(15b)를 경유하여 전압안정기의 출력단을 연결하고 있는데, 도 16의 F점을 기준으로 제1방향분류기는 제2전력발생부와 전압안정기 간에 직렬연결 요소이고, F점을 기준으로 제2방향분류기는 병렬연결 요소로 결합되어 있다. 물론 이외에도 이하에서 설명하는 기능 범위에서 다양한 연결 구성이 있을 수 있다.

제2전력발생부(15)의 출력단 전압을 높여서 F점의 전압이 전압안정기의 출력(14의 B) 점 전압보다 높아지게 되면 F점으로부터의 전력은 스위치(SW)를 경유하여 전압안정기(14)의 출력단(B) 방향으로 흐르게 되고 이것은 더미 솔라부의 (-)입력단으로 공급된다. 즉 제2전력발생기가 보충전원(도 16의 Current 1)으로 작용하는 것인데, 이로 인해 제1센서(14-1)로 취득된 값보다 제2센서(14-2)로 취득된 값이 더 커지게 되고 이것은 전압안정기의 동작에 대한 불평형을 조장하므로 결국 전압안정기는 출력 전압을 더 높이는 방향으로 상태를 변경한다(이것은 극성 구조상 반대로 출력 전압을 더 낮추는 방향으로 변동될 수도 있으므로, 본 발명의 변동이라 함은 이를 위해 높거나 낮음 어느 하나로 변동이 한정되는 것은 아니다. 이하 같다).

이러한 원리에 기초하여 시뮬레이션부(16)는 제2전력발생부의 전압을 높인 직후 전압안정기의 반응 상태를 보아 합부 판정 및 대응되는 변동 데이터를 취득하여 디스플레이 될 수 있다.

제2전력발생부(15)의 전압을 낮추어 F점 전압이 전압안정기(14)의 출력단(B) 전압보다 낮아지면 전압안정기(14)의 출력단(B) 전력 중 일부는 제2방향분류기(15b)를 통해 일부 소실(도 16의 Current 2)된다. 이로 인해 제1센서(14-1)로 취득된 값보다 제2센서(14-2)로 취득된 값이 더 적어지도록 평형 상태가 변동되며 이것은 전압안정기의 동작에 대한 불평형을 조장하므로 결국 전압안정기는 출력 전압을 더 낮추는 방향으로 상태를 변경한다.

이러한 원리에 기초하여 시뮬레이션부(16)는 제2전력발생부의 전압을 낮춘 직후 전압안정기의 반응 상태를 보아 합부 판정 및 대응되는 변동 데이터를 취득하여 디스플레이 될 수 있다.

위와 같은 동작은 결국 전압안정기 외부에서 부가적으로 제어하는 제2전력발생기의 전력 조절이 결국 제1센서(14-3) 및 제2센서(14-4)의 감지에 오작동을 유도하여 전압안정기의 상태 변동을 유발하고 이를 통해 발전시스템에 대응되는 시뮬레이터 전체의 작용을 검사할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서 제1방향분류기(15a)와 제2방향분류기(15b)는 도 16에서 보듯이 제2전력발생기가 전압안정기 출력에 대해 전력을 보충하거나 소모하도록 경로를 제어하는 매트릭스임을 알 수 있을 것이다.

본 발명에서 전압쿠션부(11a-2)는 이때 더미 솔라부의 연동과 관련되는 전압 언밸런스를 완충하는 작용을 겸하게 된다. 즉 강제로 불평형 작동시킬 때의 전압 차이 부분을 완충시키는 과전류 제한 등의 역할을 하게 된다.

도 12를 참조하면, 스위치(SW)를 off 할 경우 더미 솔라부와 부하단 제어에 의한 전압안정기의 패널전압 안정 기능, 피크전압 제한 기능, 부하단 전압 추종 기능의 수동 내지 자동 검사가 가능하고, 스위치(SW)를 on 할 경우 제2전력발생기를 부가적으로 추가하여 최대전력점추적, 최대전류점추적 및 전류평형추적 검사가 가능하게 된다.

즉 하나의 테스트 시뮬레이터로서 상기 선행기술에서의 전압안정기에 대한 모든 기능을 야외에서 발생되는 파라미터처럼 시뮬레이션 하여 검사가 가능하게 되는 것이다.

한편 위와 같은 본 발명 검사장치에서,

상기 시뮬레이션부(16)는 상기 충격완충 계수 조절을 위해 상기 전압쿠션부(11a-2)의 저항 값을 조절하는 구성을 더 포함하고, 상기 전압쿠션부의 저항 값이 조절될 때 상기 전압안정기의 출력 전압이 대응 조절되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 더 포함할 수 있다.

이러한 충격완충 계수를 조절하더라도 더미 솔라부 양측단 전압은 변동되지 않는 상태로 피드백 제어되는 것이 바람직하므로 도 14에서 예시한 전압쿠션부(11a-2)는 이러한 시험 측정을 하는 기능으로 확장 응용됨을 고려하고 있다.

도 11에서 개념적으로 도시된 시뮬레이션부(16)는 도 12에서 나타낸 바와 같이 실제적으로는 각 구성요소에 연동되어 각 구성요소별로 전압 및/또는 전류를 조절하고 그에 관한 상태를 측정하여 합부 판정 및 부적합 시에 알람을 발생하며, 합격 또는 부적합에 따른 측정데이터와 부적합 이유를 디스플레이하는 기능을 수행한다. 따라서 시뮬레이션부(16)는 연산증폭기, PWM 등으로 된 단일 칩 하드웨어 내지 복수의 마이크로프로세서를 포함하는 하이브리드 구성으로 실시될 수 있다.

제1전력발생부 및 제2전력발생부에 연결된 스위칭전원부(11a-2, 15-2)는 외부 전원을 연결하여 연동 사용할 수 있는, 예를 들면 교류전원용 어댑터 등을 나타낸다. 이때 제1전력발생부 또는 제2전력발생부는 업 또는 다운 컨버터로서 어댑터 등으로부터 공급되는 고정된 전원을 가변적으로 제어하여 전압안정기에 시험측정용 전원으로 공급하게 된다.

상기 전압안정기 검사장치를 개시하는 본 발명은 이를 이용하는 검사방법도 아울러 포함 개시한다.

즉 도 17의 본 발명은 상기 제1전력발생부(11a-1)와 전압쿠션부(11a-2)의 연동을 포함하는 더미 솔라부(11a), 부하단(13b), 전압안정기 연결 컨넥터부(14의 A, B, C) 및 시뮬레이션부(16)로서 결합된 전압안정기 검사장치를 이용하는 검사방법에 관한 것으로서, 시뮬레이션부(16)는

“상기 제1전력발생부의 전압을 조절할 때 상기 컨넥터부에 연결된 전압안정기의 출력전압이 연동 변화되는 한편, 상기 부하단을 기준으로 상기 전압쿠션부가 상기 전압안정기 출력전압의 변동분을 완충하여 상기 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정시키는지 여부의 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 태양전지용 전압안정기 검사방법.”을 포함한다.

도 17을 참조하여 그 작용을 상세히 설명하면,

1) 먼저, 시뮬레이션부(16)로서 제1전력발생부 출력전압을 상승(110) 조절하면, 더미 솔라부의 양측단 전압은 상승(111a) 하지만, 이어서 전압안정기 출력이 상승(111d) 하므로 결과적인 피드백 작용으로 더미 솔라부의 양측단은 제1전력발생부의 전압 조절 이전 상태로 복귀하게 된다. 즉 제1전력발생부의 전압 상승분을 전압안정기의 출력 전압 상승으로 상쇄하는 작용이 일어난다. 이것은 전압안정기가 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정시키도록 제어하는 고유의 기능에 의한 작용이며 이에 따라 전압쿠션부의 양측단은 제1전력발생부에서 증가된 전압만큼 압착으로 흡수하는 완충 작용이 일어나게 된다.

시뮬레이션부는 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압이 이전 상태로 복귀되지 못할 경우 불합격 판정(111b, 111f)을 하는 한편 어느 과정에서 불합격 사유가 발생되었는지를 불합격의 이유로 나타내고(111c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 합격 판정 및/또는 측정 데이터(111g)를 디스플레이 하게 된다.

이때 더미 솔라부 내의 전압쿠션부는 제1전력발생부와 전압안정기 사이의 전압 격차를 완충하는 역할을 수행하게 된다. 피드백은 순간적이거나 앞에서 설명한 제1 또는 제2 지연함수제어부가 적용되는 시간차 제어를 통해 시차적으로 이루어질 수 있다.

상기 시뮬레이션부의 제어와 측정은 상기 연결 컨넥터부에 전압안정기가 장착될 때부터 자동으로 기동되도록 실시될 수 있다.

전압안정기를 불합격으로 판정할 가능성은 전압안정기의 기능 이상, 전압안정기의 출력 전압 내지 전류 부족, 응답 타이밍 부적합, 제1전력발생부의 전압 변동 범위와 전압안정기의 출력 변동 범위 간의 미스매칭 등이다.

2) 다음으로, 시뮬레이션부(16)로서 제1전력발생부 출력전압을 하강(120) 조절하면, 더미 솔라부의 양측단 전압은 하강(121a) 하지만, 이어서 전압안정기 출력이 하강(121d) 하므로 결과적인 피드백 작용으로 더미 솔라부의 양측단은 제1전력발생부의 전압 조절 이전 상태로 복귀하게 된다.

시뮬레이션부는 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압을 이전 상태로 복귀되지 못할 경우 불합격 판정(121b, 121f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(121c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 측정 데이터(121g)를 디스플레이 하게 된다.

제1전력발생부의 하강에 대한 나머지 작용은 앞에서 설명한 제1전력발생부의 상승 작용 설명과 반대의 개념이 적용되므로 더 이상의 설명은 생략한다.

또한, 상기 검사방법에는 부하단 전압을 변동 조절할 때 전압안정기 출력전압이 연동 변화되는 한편 더미 솔라의 양측단 전압을 안정시키는지 여부의 과정을 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 구성을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

도 18을 참조하여 그에 대한 작용을 상세히 설명하면,

1) 먼저, 시뮬레이션부(16)로서 부하단 설정 전압을 상승(130)으로 조절하면, 부하단의 전압에 맞추기 위해 전압안정기 출력이 상승(131a) 하므로 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 합산된 종합전위는 부하단 전압과 같거나 그 이상으로 상승(131e)하게 된다. 즉 부하단의 전압 상승분만큼 전압안정기의 출력 전압이 더 높아지는 작용이 일어난다.

시뮬레이션부는 부하단 전압과 전압안정기 출력이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 최상단 종합전위가 부하단 전압과 동등 수준이 되지 못할 경우 불합격 판정(131b, 131f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(131c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 합격 판정 및/또는 측정 데이터(131g)를 디스플레이 하게 된다.

이때 더미 솔라부 내의 전압쿠션부는 제1전력발생부와 전압안정기 사이의 전압 격차를 완충하면서 전압안정기가 부하단 설정 전압 변동에 추종하여 전압을 출력하는 데 있어서 보조적인 완충 작용을 하게 된다. 여기에 지연함수제어부의 시간차 제어, 시뮬레이션부의 제어, 측정, 기동 등이 포함될 수 있다.

2) 다음으로, 시뮬레이션부(16)로서 부하단 설정 전압을 하강(140) 조절하면, 전압안정기 출력이 하강(141a) 하므로 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 합산된 종합전위는 부하단 전압과 같거나 그 이하로 하강(141e)하게 된다. 즉 부하단의 전압 하강만큼 전압안정기의 출력 전압이 더 낮아지는 작용이 일어난다.

시뮬레이션부는 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 종합전위가 부하단과 미스매칭 될 경우 불합격 판정(141b, 141f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(141c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 측정 데이터(141g)를 디스플레이 하게 된다.

또한 상기 검사방법에서, 상기 전압안정기의 컨넥터부(14의 B)에는 전압안정기 출력단의 부하를 경감하거나 전압안정기 출력단의 부하를 가중하는 제2전력발생부(15)의 연동 구성을 더 포함하는 한편,

상기 시뮬레이션부(16)는 상기 제2전력발생부(15)의 전압을 조절하는 구성을 더 포함함과 아울러

상기 제2전력발생부(15)의 출력전압이 변동 조절될 때 전압안정기의 출력전압이 연동되어 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정시키는 지 여부의 과정을 체크하고 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하는 구성을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

도 19를 참조하여 그에 대한 작용을 상세히 설명하면,

1) 먼저, 시뮬레이션부(16)로서 제2전력발생부(15) 전압을 상승(150)으로 조절하면, 제1센서(14-1) 출력과 제2센서(14-2) 출력 간의 비율을 맞추기 위해(또는 제1센서와 제2센서의 차이가 커지도록) 전압안정기(14)의 출력 전압을 증가(151a)하고 이에 따라 더미 솔라부의 양측단 전압은 제2전력발생부 상승 이전에 대비하여 낮아지게 된다(또는 전압안정기의 극성에 따라서는 그 반대로 높아지게 될 수 있기 때문에 본 발명에서는 이를 변동이라는 용어를 사용한다. 이하 같다). 즉 더미 솔라부에 외부 보충전력을 공급하는 만큼 전압안정기의 부하 부담은 적어져 이 부하 부담이 제1센서 및 제2센서의 검출 평형에서 차이로 감지하여 위와 같은 제어 작용이 일어나는 것이다.

시뮬레이션부는 제2전력발생부 출력 전압과 전압안정기 출력 전압이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압 시프트로서 미리 설정된 범위로 변화 등 영향을 미치지 못하는 경우 불합격 판정(151b, 151f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(151c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 합격 판정 및/또는 측정 데이터(151g)를 디스플레이 하게 된다.

이때 더미 솔라부 내의 전압쿠션부는 제1전력발생부와 전압안정기 사이의 전압 격차를 완충하는 작용을 하게 된다. 여기에 지연함수제어부의 시간차 제어, 시뮬레이션부의 제어, 측정, 기동 등이 포함될 수 있다.

2) 다음으로, 제2전력발생부(15) 전압을 하강(160)으로 조절하면, 제1센서(14-1) 출력과 제2센서(14-2) 출력 간의 비율을 맞추기 위해(또는 제1센서와 제2센서의 차이가 커지도록) 전압안정기(14)의 출력 전압을 하강(161a)하고 이에 따라 더미 솔라부의 양측단 전압은 제2전력발생부 상승 이전에 대비하여 높아지게 된다(또는 전압안정기의 극성에 따라서는 그 반대로 낮아지게 될 수 있다. 이하 같다). 즉 더미 솔라부로 공급되어야 할 전압안정기(14)의 출력 전력 중 일부가 누설되는 작용으로 전압안정기의 부하가 증가하여 이 부하 증가를 제1센서 및 제2센서의 검출 평형 차이로 감지하여 위와 같은 작용이 일어나는 것이다.

시뮬레이션부는 더미 솔라부와 전압안정기 출력이 연동 변동되지 않거나 연동 변동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압 시프트로서 미리 설정된 범위로 변화 등 영향을 미치지 못하는 경우 불합격 판정(161b, 161f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(161c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 측정 데이터(161g)를 디스플레이 하게 된다.

또한 본 발명의 검사방법에서,

상기 시뮬레이션부(16)는 상기 전압쿠션부(11a-2)의 저항 값을 조절하는 구성을 더 포함하고, 충격완충 계수로서 상기 전압쿠션부의 저항 값이 조절될 때 상기 전압안정기의 출력 전압이 대응 조절되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이 하도록 된 구성을 더 포함할 수 있다.

도 20을 참조하여 그에 대한 작용을 상세히 설명하면,

1) 먼저, 부하단으로 흐르는 전압(또는 전류)이 일정한 상태에서 시뮬레이션부(16)로서 전압쿠션부(11a-2) 저항 값을 상승(170)으로 조절하면, 더미 솔라부의 양측단 전압은 하강(171a)을 하게 되는데, 전압안정기는 이를 보상하기 위해 전압을 상승(171d)하게 되고 결국은 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정(171e)시키게 된다. 즉 더미 솔라부의 내부저항이 증가하여 외부로 분출되는 전압이 하강하는 만큼을 전압안정기의 출력 전압이 보상하는 작용을 검사할 수 있게 되는 것이다.

시뮬레이션부는 전압쿠션부 저항 값 변동과 전압안정기 출력 전압 변동이 연동되지 않거나 연동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압을 변동 이전의 값으로 복귀하지 못하는 경우 불합격 판정(171b, 171f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(171c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 합격 판정 및/또는 측정 데이터(171g)를 디스플레이 하게 된다.

여기에는 지연함수제어부의 시간차 제어, 시뮬레이션부의 제어, 측정, 기동 등이 포함될 수 있다.

2) 다음으로, 부하단으로 흐르는 전압(또는 전류)이 일정한 상태에서 시뮬레이션부(16)로서 전압쿠션부(11a-2) 저항 값을 하강(180)으로 조절하면, 더미 솔라부의 양측단 전압은 상승(181a)을 하게 되는데, 전압안정기는 이를 보상하기 위해 전압을 하강(181d)하게 되고 결국은 이를 통해 더미 솔라부의 양측단 전압을 안정(181e)시키게 된다. 즉 더미 솔라부의 내부저항이 감소하여 외부로 분출되는 전압이 상승하는 만큼을 전압안정기의 출력 전압이 대응 보상하는 작용을 검사할 수 있게 되는 것이다.

시뮬레이션부는 전압쿠션부 저항 값 변동과 전압안정기 출력 전압 변동이 연동되지 않거나 연동되더라도 더미 솔라부의 양측단 전압을 변동 이전의 값으로 복귀하지 못하는 경우 불합격 판정(181b, 181f)을 하는 한편 불합격의 이유를 나타내고(181c), 모든 검사 과정에서 합격일 경우 합격 판정 및/또는 측정 데이터(181g)를 디스플레이 하게 된다.

도 21 내지 도 24는 상기 도 17부터 도 20까지의 각 시뮬레이션부 제어 및 측정 방법이 구분 또는 종합되어 전압안정기의 검사방법으로 응용되는지를 설명하는 개념도이다.

즉 도 21은 제1전력발생부 하나만을 승강 제어하여 결과를 확인하는 검사방법이고, 도 22는 여기에 부하단 설정전압 승강 제어를 추가하여 상기 두 가지의 검사를 이어서 하나의 검사 과정으로 묶은 검사방법을 나타낸다.

또한 도 23은 여기에 제2전력발생부 전압 승강 제어를 추가하여 전체적으로 세 가지의 검사를 이어서 하나의 검사 과정으로 묶은 검사방법을 나타내며, 도 24는 여기에 전압쿠션부 저항 값 승강 제어까지를 추가하여 전체 네 가지의 검사를 이어서 하나의 검사 과정으로 묶은 검사방법을 나타낸다.

도 24에 의하면 네 가지의 검사 기능을 한 번의 자동화 작동으로 검사할 수 있는 양산성이 확보되고, 컨퓨터에 의한 개인오차까지 해소하는 효과가 있다.

도 21 내지 도 24까지 흐름도 블록은 도 17 내지 도 20에서 설명한 사항이 적용되는 것이므로 구체적인 자세한 설명은 생략한다.

도 25는 전압안정기(14)의 내부 구성요소인 전력조절부(141) 또는 매칭컨트롤러(142)를 개별적으로 구분하여 검사하는 검사장치를 예시한 블록다이어그램이다.

즉 도 25는 매칭컨트롤러(142)가 전력조절부로부터 제1센서로부터의 감지데이터(P1a), 제2센서로부터의 감지데이터(P2a) 및 기타 더미 솔라부의 전압을 감지하여 MPPT, MCPT 또는 CBT 프로세스를 수행한 후 제어포트(control)를 통해 전력조절부(141)를 조절하게 되는 것이므로, 이러한 원리를 이용하여 매칭컨트롤러(142)는 시뮬레이터에 고착하고 전력조절부(141)만을 시험측정 대상으로 하거나 전력조절부(141)는 시뮬레이터에 고착하고 매칭컨트롤러(142)를 시험측정 대상으로 하는 등, 전압안정기(14)의 내부 구성품을 구분해서 시험 측정할 수 있음을 나타낸 것이다.

도 26은 도 25의 구성이 전압쿠션부(11a-2)를 배제한 구성에서도 실시될 수 있음을 나타낸 블록다이어그램이다.

즉, 도 26은 도 23에서처럼 전압쿠션부의 검사 과정이 불필요한 경우 전압쿠션부(11a-2)의 하드웨어적 구성을 생략(제1전력발생부의 전류제한 구성으로 대체)하고 부하단 전압 조절부(13e)를 매칭컨트롤러(142) 측으로 연동하여 시험 측정하는 경우를 개시하고 있다. 도 26은 특히 전력조절부의 입력전원을 더미 솔라부로부터 구분된 상용전원 등 독립전원으로 구성할 때 유효한 장치 구성 수단이다.

기타 나머지 도 25 및 도 26의 각 구성 및 작동은 이제까지 설명한 내용들로부터 용이하게 이해될 수 있을 것이어서 더 이상 구체적인 설명은 생략한다.

도 25 내지 도 26에 의하면 전압안정기(14) 내부의 구성품에 대하여도 개별적으로 검사가 가능하게 됨을 알 수 있다.

전술된 실시예의 장치적인 구성요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있으며, 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명은 이외에도 다양한 실시예를 포함할 수 있지만 더 이상을 설명은 생략한다. 다만 생략은 본 발명의 청구범위가 개시하는 범위 내에서 균등 내지 치환의 범위를 권리에 포함하고 있는 것으로 해석됨을 전제로 한다.

요컨대 위와 같은 본 발명은 제2전력발생부의 역할 위주로 전압안정기를 검사하는 구성으로서,

“직류 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부를 포함하는 더미 솔라부; 상기 더미 솔라부를 전압안정기에 연결할 수 있도록 구성된 전압안정기 연결용 컨넥터부; 상기 전압안정기의 출력에 연결되어 상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 제2전력발생부; 상기 제2전력발생부의 전위를 조절하여 상기 전압안정기의 부하를 가중 또는 경감 조절하면서 상기 가중 또는 경감에 따라 상기 전압안정기의 출력 전압이 변동되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 시뮬레이션부; 상기 시뮬레이션부로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수개의 검사 대상 전압안정기를 교체 연결할 수 있도록 된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전압안정기 검사장치.”로 구성될 수 있는 것이다.

본 발명의 전압안정기 검사장치에서 역할하는 각각의 구성요소에 대한 조절 기능을 태양광 발전시스템에서 발생되는 현장의 파라미터에 각각 대응하여 설명하면,

제1전력발생부의 전압 조절은 태양전지의 최대전력점전압 내지 개방전압에 대응되는 전압변동 파라미터에 대응되고,

전압쿠션부의 저항 값 조절은 태양에너지의 변화에 따른 태양전지의 전류변화 파라미터에 대응되며,

부하단 전압 조절부의 설정전압 조절은 배터리 단자 전압 등 부하단의 전압변동 요소임과 아울러 개방전압 때의 고전압 발생 파라미터에 대응되며,

제2전력발생부는 전압안정기의 입력전력 대 솔라 모듈에서의 출력전력을 비교하여 상시 최대의 전력(MPPT, MCPT) 또는 형평을 유지(CBT)하도록 하는 태양전지 온도변화 파라미터에 대응된다.

즉 하나의 검사장치로서 야외 기반의 태양광 발전시스템에서 발생될 수 있는 모든 파라미터를 생성하여 태양전지용 전압안정기를 정밀하게 검사할 수 있게 되는 것이다. 본 발명의 권리범위는 이들을 선택적으로 수용하거나 일괄 수용한 태양전지용 전압안정기 전용의 테스트 시뮬레이터의 생산, 사용 등의 법률 내지 사실적 행위로 한다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

더미 솔라부(11a)
제1전력발생부(11a-1)
전압쿠션부(11a-2)
충전제어장치(12)
부하단 전압 조절부(13e)
배터리(13a)
DC부하단(13b)
인버터(13c)
AC부하단(13d)
제2전력발생부(15)
제1방향분류기(15a)
제2방향분류기(15b)
PS분류스위치부(SW)
바이패스다이오드(11b)
전압안정기(14)
제1센서(14-1)
제2센서(14-2, 14-2a)
솔라전력피드백루트(14-6)
배터리전력피드백루트(14-7)
제1지연함수제어부(14-3)
제2지연함수제어부(14-4)
시뮬레이션부(16)
전력조절부(Power Controller) (141)
바이패스다이오드(11b)
역방향보호다이오드(141-1)
자동레벨조절, 즉 PWM제어(141-2)
PWM 집적회로(141-1a)
PWM 인덕터(141-2a)
평활커패시터(141-2d)
플라이휠다이오드(141-2c)
전력감지제어부(매칭컨트롤러) (142)
기준전압부(142-2)
전압비교부(142-1)
110 ~ 180 ; 전압안정기 검사방법에 대한 흐름도 (각 흐름도 내의 기능은 해당 도면 내에 설명됨)

Claims (9)

1. 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부;
   상기 제1전력발생부와 전압안정기 사이에 연결되는 전압쿠션부;
   상기 제1전력발생부로부터의 전력을 소모하는 부하단; 및
   시뮬레이션부를 포함하되,
   상기 시뮬레이션부는 상기 제1전력발생부의 출력전압을 조절하였을 때 상기 전압안정기의 출력이 연동 변동되는 지를 체크하여 상기 전압안정기가 정상적으로 동작하는 지를 확인하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1전력발생부 및 상기 전압쿠션부는 더미 솔라부에 포함되며, 상기 전압쿠션부는 상기 제1전력발생부와 상기 전압안정기 사이에 직렬로 연결되되,
   상기 시뮬레이션부는 상기 전압안정기의 출력 전압 변동, 상기 더미 솔라부의 양측단 전압 변동 또는 상기 전압쿠션부에 의해 충격 완충되는 과정을 체크하여 상기 전압안정기를 합부 판정하고, 상기 합부 판정 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 더미 솔라부 및 상기 부하단을 상기 전압안정기에 연결할 수 있도록 구성된 전압안정기 연결용 컨넥터부를 더 포함하되,
   상기 시뮬레이션부로서 전압안정기의 작동 상태를 검사하는 한편 상기 컨넥터부로서 복수의 검사 대상 전압안정기들을 교체 연결할 수 있도록 된 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 더미 솔라부와 상기 부하단의 사이에 부하단 전압 조절부를 게재 삽입하되,
   상기 시뮬레이션부는 상기 부하단 전압 조절부의 설정전압을 조절하면서 상기 전압안정기의 출력전압이 대응 연동되는지 여부로 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전압안정기의 출력에 연결되어 상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 제2전력발생부의 연동 구성을 더 포함하되,
   상기 시뮬레이션부는 상기 제2전력발생부의 전위를 조절하여 상기 전압안정기의 부하를 가중 또는 경감 조절하면서 상기 가중 또는 경감에 따라 상기 전압안정기의 출력 전압이 변동되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전압안정기의 부하를 경감하거나 가중하는 구성은 상기 제2전력발생부의 출력단에 연결된 제1방향분류기 및 제2방향분류기에 공급되는 전위에 따라 상기 전압안정기의 출력 전류를 보충하거나 소모하도록 제어되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이션부는 상기 전압쿠션부의 충격완충 계수 조절을 위해 상기 전압쿠션부의 저항 값을 조절하는 구성을 더 포함하되,
   상기 전압쿠션부의 저항 값이 조절될 때 상기 전압안정기의 출력 전압이 대응 조절되는 상태를 체크하여 합부 판정 및 체크 결과를 디스플레이하도록 된 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전압안정기가 연결되는 입력 또는 출력 경로에는 상기 시뮬레이션부가 순차적으로 제어되어 체크될 수 있도록 지연함수제어부가 게재된 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사장치.
9. 전력을 조절 출력할 수 있는 제1전력발생부;
   상기 제1전력발생부와 전압안정기 사이에 연결되는 전압쿠션부;
   상기 제1전력발생부로부터의 전력을 소모하는 부하단; 및
   시뮬레이션부를 포함하되,
   상기 시뮬레이션부는 상기 부하단의 전압을 조절하거나 상기 전압 쿠션부의 저항 값을 조절하였을 때 상기 전압안정기의 출력 전압이 대응 조절하는 지를 체크하여 합부 판단하는 것을 특징으로 하는 전압안정기 검사 장치.
   
   
   

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