KR102475105B1 - Solar photovotaics system having micro converters - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 태양광모듈에 마이크로 컨버터를 설치하고, 음영 발생 여부에 따라 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 보조적인 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 발전 효율성을 높이는데 있다.
일례로, 태양광모듈의 직렬 군이 상호 병렬 연결되어 이루어진 태양광모듈 그룹부; 상기 태양광모듈 그룹부와 연결되어 상기 태양광모듈 그룹부에 대한 MPPT을 수행하는 태양광 발전 인버터; 및 상기 태양광모듈에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 MPPT를 수행하는 마이크로 컨버터를 포함하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 개시한다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system equipped with a micro-converter. The problem to be solved is to install a micro-converter in a photovoltaic module, and to provide auxiliary MPPT (Maximum Power Point Tracking) to increase power generation efficiency.
For example, a solar module group unit made of a serial group of solar modules connected in parallel with each other; a photovoltaic power generation inverter that is connected to the photovoltaic module group unit and performs MPPT on the photovoltaic module group unit; and micro-converters installed in each of the photovoltaic modules and performing MPPT on the photovoltaic modules in which shade occurs when shading occurs.
Description
본 발명의 실시예는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 고효율 토폴로지로 마이크로 컨버터와 마이크로 컨버터를 이용하여 최대 전력점을 추종하기 위한 알고리즘을 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a photovoltaic power generation system with a micro-converter, and more specifically, a photovoltaic power generation system with a high-efficiency topology and an algorithm for following a maximum power point using a micro-converter and a micro-converter. It is about.
종래 태양광 발전 시스템은 태양광모듈을 직렬로 배치하고, 그 직렬군을 병렬로 결합하여 필요로 하는 용량으로 발전되도록 설계되었다. Conventional photovoltaic power generation systems are designed to generate power with a required capacity by arranging photovoltaic modules in series and combining the series group in parallel.
이런 직/병렬 구조의 태양광 발전 시스템에서 직렬군에 있는 하나의 태양광 모듈에 음영이 발생된 경우 그 직렬군에 속해 있는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 발전량을 감소시켜 전체적인 발전 손실을 발생시키게 된다. In this series/parallel structured photovoltaic power generation system, when one photovoltaic module in a series group is shaded, the total power generation loss occurs by reducing the amount of power generation of non-shaded photovoltaic modules belonging to the series group. will make
또한, 음영의 정도에 따라 음영된 태양광모듈은 미미하게나마 발전할 수 있으나, 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 직렬 전류에 의하여 발전량이 0W가 되어 그에 따른 손실이 발생할 수 있다. In addition, depending on the degree of shade, the shaded photovoltaic module may generate electricity, albeit insignificantly, but the power generation amount may be 0W due to the series current of the non-shaded photovoltaic module, resulting in loss.
이러한 발전 손실은 음영된 태양광모듈의 음영 정도에 따라 손실률이 달라지며, 태양광 발전 시스템의 전체적인 발전 효율에 악영향을 미치게 된다.The loss rate of this power generation loss varies according to the degree of shade of the shaded photovoltaic module, and adversely affects the overall power generation efficiency of the photovoltaic power generation system.
본 발명의 실시예는, 태양광모듈에 마이크로 컨버터를 설치하고, 음영 발생 여부에 따라 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 보조적인 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 발전 효율성을 높인 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공한다.In an embodiment of the present invention, a micro-converter is installed in a photovoltaic module, and a micro-converter with increased power generation efficiency is performed by performing auxiliary maximum power point tracking (MPPT) on a photovoltaic module shaded according to whether or not a shadow occurs. A solar power generation system is provided.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템은, 태양광모듈의 직렬 군이 상호 병렬 연결되어 이루어진 태양광모듈 그룹부; 상기 태양광모듈 그룹부와 연결되어 상기 태양광모듈 그룹부에 대한 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 태양광 발전 인버터; 및 상기 태양광모듈에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 MPPT를 수행하는 마이크로 컨버터를 포함한다.A photovoltaic power generation system having a micro-converter according to an embodiment of the present invention includes a photovoltaic module group unit in which series groups of photovoltaic modules are connected in parallel to each other; a photovoltaic power generation inverter that is connected to the photovoltaic module group unit and performs MPPT (Maximum Power Point Tracking) on the photovoltaic module group unit; and micro-converters installed in each of the photovoltaic modules and performing MPPT on the photovoltaic modules in which shade occurs when shading occurs.
또한, 상기 마이크로 컨버터는, 네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter may include a negative buck converter.
또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광모듈과 병렬 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터와 병렬 연결된 다이오드; 상기 다이오드와 병렬 연결된 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터의 양극단자와 상기 다이오드의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치; 및 상기 다이오드의 애노드와 상기 제2 커패시터의 양극단자 사이에 설치된 인덕터를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter may include a first capacitor connected in parallel with the photovoltaic module; a diode connected in parallel with the first capacitor; a second capacitor connected in parallel with the diode; a switch connected between the anode terminal of the first capacitor and the anode terminal of the diode; and an inductor installed between the anode of the diode and the positive terminal of the second capacitor.
또한, 상기 스위치는, 플로팅되지 않고 턴 온 상태를 유지하여 상기 마이크로 컨버터가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 마이크로 컨버터의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 할 수 있다.In addition, the switch does not float and maintains a turned-on state so that the micro-converter always operates in a bypass mode, but is switched to a turn-off state when shading occurs, so that the micro-converter for the shading solar module MPPT can be performed auxiliary.
또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광모듈의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양광모듈 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행할 수 있다.In addition, the micro-converter may perform input voltage control of each of the photovoltaic modules in parallel in order to prevent the voltage of the photovoltaic module from becoming 0V.
또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광 발전 인버터에 제어 우선권이 부여되도록 상기 태양광 발전 인버터보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 설정될 수 있다.In addition, the micro-converter may be set to have a relatively slower MPPT control cycle than the photovoltaic inverter so that control priority is given to the photovoltaic inverter.
또한, 상기 마이크로 컨버터와 각각 연결되어 외부 서버 또는 통신단말로 상기 마이크로 컨버터의 상태를 전송하기 위한 게이트웨이를 더 포함할 수 있다.In addition, each connected to the micro-converter may further include a gateway for transmitting the state of the micro-converter to an external server or communication terminal.
본 발명에 따르면, 태양광모듈에 마이크로 컨버터를 설치하고, 음영 발생 여부에 따라 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 보조적인 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 발전 효율성을 높인 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, a micro-converter is installed in a solar module, and a micro-converter with increased power generation efficiency is provided by performing auxiliary MPPT (Maximum Power Point Tracking) on the shaded solar module according to whether or not a shade occurs. A solar power generation system can be provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이다.
도 3은 음영이 발생한 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네거티브 벅 컨버터의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 1에서 각 태양광모듈 별 게이트웨이를 추가한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the entire configuration of a photovoltaic power generation system having a micro-converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in a solar module in which no shade occurs.
3 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in a shaded solar module.
4 is a circuit diagram showing the configuration of a negative buck converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the entire configuration of the photovoltaic power generation system in FIG. 1 to which a gateway is added for each photovoltaic module.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이고, 도 3은 음영이 발생한 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네거티브 벅 컨버터의 구성을 나타낸 회로도이다.1 is a diagram showing the entire configuration of a photovoltaic power generation system equipped with a micro-converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a voltage-power for explaining the maximum power generation point in a solar module in which no shade occurs. 3 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in a shaded solar module, and FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of a negative buck converter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 태양광 발전 시스템(100)은 태양광모듈 그룹부(110), 태양광 발전 인버터(120), 다수의 마이크로 컨버터(130), 접속반(140) 및 제어부(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the photovoltaic
상기 태양광모듈 그룹부(110)는, 태양광모듈(111)의 직렬군이 상호 병렬 연결되어 이루어질 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 다수의 태양광모듈(111)이 직렬로 연결되어 직렬군을 형성하고, 그 직렬군이 다수개가 모여 서로 병렬로 연결됨으로써 태양광모듈 그룹부(110)를 이룰 수 있다.The photovoltaic
상기 태양광 발전 인버터(120)는, 태양광모듈 그룹부(110)와 연결되어 태양광모듈 그룹부(110)에 대한 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행할 수 있다. MPPT는 태양광모듈의 배열로부터 가능한 최대 전력을 위기 위한 방법으로, 입력되는 전압을 조정하여 태양광모듈(111)의 최대 전력점을 찾아서 가장 효율적인 전력량을 유지하는 알고리즘 방식을 의미한다.The photovoltaic
종래에 마이크로 컨버터가 설치되지 않은 태양광 발전 시스템에서는 태양광 발전 인버터가 태양광모듈의 MPPT를 수행하는데, 전체 직/병렬 태양광모듈에서 음영이 없는 경우 도 2에 도시된 P0점과 같은 최대 전력점(MPP)을 찾을 수 있다. 그러나, 태양광 발전 인버터가 MPPT를 수행할 때 일부 태양광모듈에 음영(여기서 음영은 태양광모듈의 편차 및 고장까지 포함함)이 발생한 경우 도 2에 도시된 P1점은 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 발전 위치인 최대 발전점 P0로 발전하지 못하거나, 도 3에 도시된 P2점은 음영이 발생된 태양광모듈의 발전 위치인 최대 발전점 P0로 발전하지 못한다. 그 이유는 태양광 발전 인버터는 전체 태양광모듈을 대상으로 MPPT를 제어하므로, 전체 시스템에서 가장 효율적인 높은 지점을 찾지만 개별적인 각각의 태양광모듈이 최대 발전점에서 발전하지 못하기 때문이다.In a conventional photovoltaic power generation system in which a micro-converter is not installed, a photovoltaic power inverter performs MPPT of a photovoltaic module. When there is no shade in all series/parallel photovoltaic modules, the maximum power such as the P0 point shown in FIG. The point (MPP) can be found. However, when a photovoltaic inverter performs MPPT and some photovoltaic modules are shaded (here, the shadows include deviations and failures of the photovoltaic modules), point P1 shown in FIG. It does not develop to the maximum power generation point P0, which is the power generation position of the optical module, or does not develop to the maximum power generation point P0, which is the power generation position of the shaded solar module at point P2 shown in FIG. The reason is that the solar power inverter controls MPPT for all solar modules, so it finds the most efficient high point in the entire system, but individual solar modules do not generate power at the maximum power generation point.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 실시예에서는 태양광모듈(111)에 각각 마이크로 컨버터(130)(또는 옵티마이저, 컴팬세이터)를 설치하여 개별 MPPT를 수행할 수 있다.In order to solve this problem, in the present embodiment, micro converters 130 (or optimizers or compensators) may be installed in each
그러나, 기존의 상용 마이크로 컨버터는 특정 태양광 발전 인버터(PCS)를 설치해야 하며, 일반 상용 인버터와 호환이 되지 않는데, 그 이유는 마이크로 컨버터가 없는 종래 태양광 발전 시스템에서는 태양광 발전 인버터가 MPPT를 수행하기 때문에, 마이크로 컨버터가 추가로 MPPT를 수행하게 되면, 제어의 불안정성으로 인해 오히려 발전 효율이 감소될 수 있기 때문이다. 이러한 마이크로 컨버터의 제조사에서 태양광 발전 인버터를 함께 구현할 수 있는데, 이러한 경우 태양광 발전 인버터의 가격이 상승할 수 밖에 없으며, 장치 선택에 대한 폭이 좁아진다는 문제가 있다. However, conventional commercial micro-converters require a specific solar power inverter (PCS) to be installed, and are not compatible with general commercial inverters. This is because if the micro-converter additionally performs MPPT, power generation efficiency may rather decrease due to control instability. A manufacturer of such a micro-converter can implement a photovoltaic power generation inverter together, but in this case, the price of the photovoltaic power generation inverter inevitably rises, and there is a problem that the selection of devices is narrowed.
이와 같이 MPPT를 위해 마이크로 컨버터와 태양광 발전 인버터를 함께 사용해야 하는 경우 해당 인버터는 MPPT를 수행하지 않고, 입력 전압을 제어하며, 마이크로 컨버터가 각각 MPPT 제어를 수행할 수 있다. 이처럼 마이크로 컨버터를 이용해 태양광모듈의 개별 MPPT를 진행하기 위하여 DC/DC 컨버터를 사용해야 하며, 그 토폴로지는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터를 주로 사용해야 하지만, 이러한 경우 또한 여러 가지 문제를 내포하고 있다.In this way, when a micro converter and a photovoltaic power generation inverter must be used together for MPPT, the corresponding inverter controls the input voltage without performing MPPT, and the micro converters can each perform MPPT control. In this way, a DC/DC converter must be used to perform individual MPPT of a photovoltaic module using a micro converter, and the topology must mainly use a buck converter, a boost converter, and a buck-boost converter. However, this case also has several problems.
우선, 마이크로 컨버터를 부스트(Boost) 컨버터로 적용하는 경우 태양광 발전 시스템이 정상적으로 동작하다가 여러 가지 이유로 태양광 발전 인버터가 정지 하는 경우 마이크로 컨버터의 출력이 급상승하게 되면서 태양광 발전 인버터로 매우 큰 전압이 인가되어 해당 인버터가 파손될 우려가 있다. 이러한 경우, 도 3에 도시된 발전점이 P2에 있는 경우 부스트(Boost) 컨버터로는 동작하지 못하며, 벅(Buck) 컨버터로 동작 해야 한다.First of all, when the micro converter is applied as a boost converter, when the photovoltaic power generation inverter stops for various reasons while the photovoltaic power generation system operates normally, the output of the micro converter rises rapidly, resulting in a very large voltage to the photovoltaic power generation inverter. There is a risk that the inverter may be damaged. In this case, when the power generation point shown in FIG. 3 is at P2, it cannot operate as a boost converter and must operate as a buck converter.
또한, 마이크로 컨버터를 벅(Buck) 컨버터로 적용하는 경우, 태양광 발전 인버터가 정지할 때 입력보다 출력이 높을 수가 없기 때문에, 출력이 급격히 상승하는 문제는 없으나, 벅 컨버터 스위치 위치 상 플로팅되어 있어 이를 구동하기 위해 절연된 드라이버를 사용하거나, 부스트스트랩 게이트 드라이브(Bootstrap Gate Drive)를 설계 해야 한다. 절연된 드라이버는 비용이 비싸며, 부스트스트랩 게이트 드라이브(Bootstrap Gate Drive)는 다이오드를 스위치로 변경하고, 하위 스위치를 항상 구동해야만 하는 단점으로 인해 지속적으로 출력을 내기 위하여 스위칭 동작이 지속적으로 이루어져야 함에 따라 효율성을 저감시킬 수 있다.In addition, when the micro-converter is applied as a buck converter, since the output cannot be higher than the input when the solar power inverter is stopped, there is no problem that the output rises rapidly, but it is floating on the buck converter switch position. Either an isolated driver must be used to drive it, or a bootstrap gate drive must be designed. The isolated driver is expensive, and the bootstrap gate drive changes the diode to a switch and has the disadvantage of always driving the lower switch. can reduce
또한, 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터는 벅(Buck) 컨버터와 부스트(Boost) 컨버터의 장점과 단점을 내포하고 있어 마이크로 컨버터로의 적용이 어렵다.In addition, the buck-boost converter has advantages and disadvantages of the buck converter and the boost converter, so it is difficult to apply it to a micro converter.
본 실시예에서는 상기와 같은 문제로 인하여 태양광 발전 인버터(120)에 적용 가능한 고효율의 저가형 마이크로 컨버터(130)가 적용되며, 해당 마이크로 컨버터(130)는 하기와 같이 조건으로 구성될 있다.In this embodiment, due to the above problems, a high-efficiency low-cost micro-converter 130 applicable to the
본 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)는 태양광 발전 인버터(120)의 MPPT 수행을 방해 하지 않고, 각각의 태양광모듈(111)의 음영 발생으로 인해 최대 전력점에서 발전하지 않는 경우 최대 전력점을 추종하도록 보조하는 알고리즘이 구비될 수 있다. 또한, 태양광모듈(111)에 음영이 발생하지 않은 경우 태양광 발전 인버터(120)에 의해 MPPT가 잘 수행되기 때문에 마이크로 컨버터(130)는 바이패스 모드로 동작할 수 있다. 또한, 마이크로 컨버터(120)는 음영이 발생한 해당 태양광모듈(111)에서만 동작하여 MPPT를 보조적으로 수행하며, 음영이 발생하지 않은 태양광모듈(111)은 바이패스하도록 동작할 수 있는데, 즉 마이크로 컨버터(130)는 스위칭을 하지 않은(스위치 턴온 상태를 그대로 유지한 상태) 바이패스 모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 음영이 발생한 태양광모듈(111)은 음영이 발생하지 않은 태양광모듈(111)의 직렬 전류에 의해 전압이 0V가 되어 발전량이 완전히 0W가 되는 것을 방지함으로써 최소한의 발전량을 추적할 수 있다. The micro-converter 130 according to this embodiment does not interfere with the MPPT performance of the
좀 더 구체적으로 설명 하면, 다수의 마이크로 컨버터(130)는, 태양광모듈(111)에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 해당 태양광모듈(111)에 대한 MPPT를 보조적으로 수행할 수 있다.More specifically, the plurality of
또한, 마이크로 컨버터(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이 네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 도 4를 참조하면, 네거티브 벅 컨버터(130)는 태양광모듈(111)과 병렬 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 커패시터(C1)와 병렬 연결된 다이오드(D), 다이오드(D)와 병렬 연결된 제2 커패시터(C2), 제1 커패시터(C1)의 양극단자와 다이오드(D)의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치(SW), 및 다이오드(D)의 애노드와 제2 커패시터(C2)의 양극단자 사이에 설치된 인덕터(L)를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter 130 may include a negative buck converter as shown in FIG. 4 . More specifically, referring to FIG. 4, the
여기서, 스위치(SW)는, 플로팅되지 않아 턴 온 상태를 유지할 수 있으며, 태양광모듈(111)에 음영이 발생하지 않은 경우 마이크로 컨버터(130)가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 해당 태양광모듈(111)에 대한 마이크로 컨버터(130)의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 할 수 있다. 이때, 태양광 발전 인버터(120)가 태양광모듈 그룹부(110)의 전체적인 MPPT를 수행할 수 있다.Here, the switch (SW) is not floating and can maintain a turned-on state, and when the
상기 마이크로 컨버터(130)는, 태양광모듈(111)의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 태양광모듈(111) 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행할 수 있다.The
또한, 마이크로 컨버터는(130), 태양광 발전 인버터(120)에 제어 우선권이 부여되도록 태양광 발전 인버터(120)보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 동작 모드가 설정될 수 있다.In addition, the operation mode of the micro-converter 130 may be set so that the MPPT control cycle is relatively slower than that of the
본 실시예에 따른 태양광 발전 인버터(120)는 기본적으로 MPPT를 수행하고 마이크로 컨버터(130)는 벅(Buck) 컨버터로서 음영진 태양광모듈(111)만 보상하게 되면 도 3에 도시된 P2점이 P0점으로 이동하며, 마이크로 컨버터(130)에 의해 음영이 발생된 태양광모듈(111)의 최대 전력점이 추종되므로, 전체 MPPT를 수행하는 태양광 발전 인버터(120)에 의해 도 2에 도시된 P1점이 P0점으로 이동하여 시스템 전체의 최대전력을 발전할 수 있다. 즉, 음영이 발생되지 않은 태양광모듈(111)은 바이패스(스위치 턴온 상태 유지) 모드로 동작하고, 음영이 발생된 태양광모듈(1110)의 벅(Buck) 컨버터만 보조로 MPPT를 수행할 수 있다. 일반적으로 음영이 발생된 태양광모듈(111)의 비율이 상대적으로 낮게 때문에 음영이 발생된 태양광모듈(111)을 보상할 수 있다.When the
또한 벅(Buck) 컨버터의 단점인 연속 스위칭을 하기 위한 고효율 저가형 토폴로지는 네거티브 벅(Negative Buck) 컨버터로 적용되는데, 이때 스위치(SW)가 플로팅되어 있지 않아 턴온을 유지 할 수 있다.In addition, a high-efficiency low-cost topology for continuous switching, which is a disadvantage of a buck converter, is applied as a negative buck converter, and at this time, the switch SW is not floating, so it can be turned on.
본 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)의 보조 MPPT 수단으로는 기본적으로 바이패스 모드로 동작하며, 태양광 발전 인버터(120)보다 MPPT 제어 주기를 느리게 하며, 태양광 발전 인버터(120) 제어 우선권을 부여할 수 있다.As an auxiliary MPPT means of the micro-converter 130 according to this embodiment, it basically operates in a bypass mode, slows down the MPPT control cycle compared to the
또한, 태양광모듈(111)의 전압이 0V가 되는 것을 막기 위하여 태양광모듈(111)의 입력 전압 제어를 병렬로 수행하며, MPPT 추정 효율을 높이고, 모듈의 리플 전류를 줄이기 위하여 벅(Buck) 컨버터를 2중으로 하여 인터리빙(inverting) 제어로 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, in order to prevent the voltage of the
도 5는 도 1에서 각 태양광모듈 별 게이트웨이를 추가한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing the entire configuration of the photovoltaic power generation system in FIG. 1 to which a gateway is added for each photovoltaic module.
본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은, 마이크로 컨버터(130)와 각각 연결되어 외부 서버부(170) 또는 통신단말부(180)로 마이크로 컨버터(130)의 상태를 전송하기 위한 다수의 게이트웨이(160)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 모든 마이크로 컨버터(130)의 상태를 취합하기 위하여 게이트웨이(160)를 통해 각각의 마이크로 컨버터(130)에 무선통신기능을 추가하고, 이를 이용하여 관리자에게 마이크로 컨버터(130)의 상태정보를 전달할 수 있다.The photovoltaic
상기 접속반(140)은, 태양광모듈 그룹부(110) 및/또는 마이크로 컨버터(130)와 연결되며, 이들을 인버터(120)와 연결시키는 수단으로서 구성될 수 있다.The
상기 제어부(150)는 태양광 발전 시스템(100)의 전반적인 제어를 담당하는 하드웨어 및 소프트웨어가 구성된 수단일 수 있다.The
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a photovoltaic power generation system having a micro-converter according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and as claimed in the following claims Anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.
100: 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템
110: 태양광모듈 그룹부
111: 태양광모듈
120: 태양광 발전 인버터
130: 마이크로 컨버터
C1: 제1 커패시터
D: 다이오드
C2: 제2 커패시터
SW: 스위치
L: 인덕터
140: 접속반
150: 제어부
160: 게이트웨이
170: 서버부
180: 통신단말부100: Solar power generation system with micro-converter
110: photovoltaic module group unit
111: solar module
120: solar power inverter
130: micro converter
C1: first capacitor
D: diode
C2: second capacitor
SW: switch
L: Inductor
140: connection board
150: control unit
160: gateway
170: server unit
180: communication terminal unit
Claims (7)
상기 태양광모듈 그룹부와 연결되어 상기 태양광모듈 그룹부에 대한 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 태양광 발전 인버터; 및
상기 태양광모듈에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 MPPT를 수행하고, 상기 태양광 발전 인버터에 제어 우선권이 부여되도록 상기 태양광 발전 인버터보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 설정된 마이크로 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
A photovoltaic module group unit formed by connecting a series group of photovoltaic modules in parallel with each other;
a photovoltaic power generation inverter that is connected to the photovoltaic module group unit and performs MPPT (Maximum Power Point Tracking) on the photovoltaic module group unit; and
It is installed in each of the photovoltaic modules, and performs MPPT on the photovoltaic modules shaded when shading occurs, and the MPPT control cycle is relatively slower than that of the photovoltaic inverter so that control priority is given to the photovoltaic inverter. A solar power generation system with a micro-converter, comprising a micro-converter set to
상기 마이크로 컨버터는,
네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
According to claim 1,
The micro converter,
A solar power generation system with a micro-converter, characterized in that it includes a negative buck converter.
상기 마이크로 컨버터는,
상기 태양광모듈과 병렬 연결된 제1 커패시터;
상기 제1 커패시터와 병렬 연결된 다이오드;
상기 다이오드와 병렬 연결된 제2 커패시터;
상기 제1 커패시터의 양극단자와 상기 다이오드의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치; 및
상기 다이오드의 애노드와 상기 제2 커패시터의 양극단자 사이에 설치된 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
According to claim 2,
The micro converter,
A first capacitor connected in parallel with the solar module;
a diode connected in parallel with the first capacitor;
a second capacitor connected in parallel with the diode;
a switch connected between the anode terminal of the first capacitor and the anode terminal of the diode; and
A solar power generation system with a micro-converter comprising an inductor installed between the anode of the diode and the positive terminal of the second capacitor.
상기 스위치는,
플로팅되지 않고 턴 온 상태를 유지하여 상기 마이크로 컨버터가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 마이크로 컨버터의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
According to claim 3,
The switch is
Keeping the turned-on state without floating so that the micro-converters always operate in bypass mode, but when shading occurs, the micro-converter's MPPT for the shaded solar module is auxiliaryly performed by switching to the turn-off state A solar power generation system with a micro-converter, characterized in that for.
상기 마이크로 컨버터는,
상기 태양광모듈의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양광모듈 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
According to claim 3,
The micro converter,
The photovoltaic power generation system having a micro converter, characterized in that performing the control of the input voltage of each of the photovoltaic modules in parallel to prevent the voltage of the photovoltaic module from being 0V.
상기 마이크로 컨버터와 각각 연결되어 외부 서버 또는 통신단말로 상기 마이크로 컨버터의 상태를 전송하기 위한 게이트웨이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
According to claim 1,
The photovoltaic power generation system with a micro-converter, characterized in that it further comprises a gateway connected to the micro-converter and transmitting a state of the micro-converter to an external server or communication terminal.
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2021
- 2021-01-13 KR KR1020210004790A patent/KR102475105B1/en active IP Right Grant
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