KR20060087822A - Maximum power point tracking method of solar cell for solar powered cellular phone and tracking device adapted the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 충전식 핸드폰에서 태양전지로부터 최대한의 전력을 얻어내기 위한 새로운 방식의 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법 및 그 방법이 적용된 태양전지의 최대전력점 추적기에 관한 것이다.The present invention relates to a method of tracking the maximum power point of a solar cell for a solar cell rechargeable cell phone and a maximum power point tracker of the solar cell to which the method is applied in a solar cell rechargeable cell phone to obtain the maximum power from the solar cell. .
본 발명에 따른 태양전지의 최대전력점 추적방법은 최대전력점 제어기와 배터리 제어기로 구성된 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법에 있어서, 상기 최대전력점 제어기는 제어 입력을 스캔하면서 출력전류의 최대값을 알아낸 다음 이 값을 홀딩(Holding)하는 방식으로 태양전지의 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 한다.The maximum power point tracking method of a solar cell according to the present invention is a maximum power point tracking method of a solar cell for a solar cell rechargeable cell phone consisting of a maximum power point controller and a battery controller, the maximum power point controller while scanning the control input The maximum power point of the solar cell is tracked by finding the maximum value of the output current and then holding the value.
Description
도1 은 종래 기술에서의 태양전지의 전압-전류와 전력 대 전압 특성 커브이다.1 is a voltage-current and power versus voltage characteristic curve of a solar cell in the prior art.
(a) 태양전지 전류-전압 특성 (b) 태양전지 전력-전압 특성(a) Solar cell current-voltage characteristics (b) Solar cell power-voltage characteristics
도2 는 종래 기술에서의 펄스 방전시의 배터리와 태양전지의 전압/전류 파형도이다.2 is a voltage / current waveform diagram of a battery and a solar cell during pulse discharge in the prior art.
도3 은 본 발명에 따른 각 모드별로 최대전력점 추종능력실험 결과이다.3 is a maximum power point tracking capability test results for each mode according to the present invention.
본 발명은 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법에 관한 것으로, 특히 태양전지 충전식 핸드폰에서 태양전지로부터 최대한의 전력을 얻어내기 위한 새로운 방식의 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대 전력점 추적방법 및 그 방법이 적용된 태양전지의 최대전력점 추적기에 관한 것이다.The present invention relates to a method for tracking the maximum power point of a solar cell for a solar cell rechargeable cell phone, in particular, the maximum of the solar cell for a solar cell rechargeable cell phone of a new method for obtaining the maximum power from the solar cell in the solar cell rechargeable cell phone The present invention relates to a power point tracking method and a maximum power point tracker of a solar cell to which the method is applied.
본 발명에서는 기존의 추적방식이 펄스 부하 방전 조건하에서는 정확히 동작하지 않는 점에 착안하여, 새로운 추적방식을 제안, 구현하였으며, 실험으로 입증하였다.The present invention focuses on the fact that the conventional tracking method does not operate correctly under pulse load discharge conditions, and proposes and implements a new tracking method and proved it by experiment.
종래의 기술은 피 앤 오 방법(Perturb & Observation:P&O)이라 불리우는 방식을 사용하였는데, 이는 태양전지 전압을 조금씩 변화시키면서 그 때 발생되는 태양전지 출력의 변화를 관찰하여 최대전력점을 찾아가는 방법이다.The prior art used a method called Perturb & Observation (P & O), which is a method of finding the maximum power point by observing a change in solar cell output generated by changing the solar cell voltage little by little.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 있어서, 펄스부하 방전 상황하에서는 배터리 전압, 전류, 태양전지 전압, 전류가 모두 급격하게 변화하게 되는데, 이 경우 기존의 상기 P&O 방법이 오동작할 수 있는 문제점이 있었다.However, in the prior art as described above, under the pulse load discharge situation, the battery voltage, the current, the solar cell voltage, and the current all change abruptly. In this case, there is a problem that the conventional P & O method may malfunction.
태양전지 충전식 핸드폰의 구성은 크게 태양전지와 핸드폰 배터리, 그리고 태양전지 제어장치로 이루어져 있다. 태양전지는 입사되는 빛의 양에 비례하여 전류를 생성하는 비선형 전류원이고, 생성되는 전압은 다이오드의 밴드갭 전압(Band-gap voltage)에 비례하며, 일반적인 실리콘 태양전지인 경우, 25[oC]에서 0.56[V]를 유지하게 된다.The solar cell rechargeable cell phone consists of a solar cell, a cell phone battery, and a solar cell controller. The solar cell is a non-linear current source that generates current in proportion to the amount of light incident, and the generated voltage is proportional to the band-gap voltage of the diode, and in general silicon solar cell, at 25 [oC] 0.56 [V] is maintained.
도1 은 종래 기술에서의 태양전지의 전압-전류와 전력 대 전압 특성 커브이고, 도2 는 종래 기술에서의 펄스 방전시의 배터리와 태양전지의 전압/전류 파형도이다.1 is a voltage-current and power vs. voltage characteristic curve of a solar cell in the prior art, and FIG. 2 is a voltage / current waveform diagram of a battery and a solar cell during pulse discharge in the prior art.
이에 도시한 바와 같이, 태양전지의 상태가 온도와 광량에 따라서 달라지기 때문에, 태양전지에서 얻어낼 수 있는 전력도 달라지게 된다. 즉 5[Watt] 짜리 태양전지의 경우 25[oC]의 기준광량(AM0)에서 얻어낸 값이기 때문에, 온도가 달라지거나 광량이 달라질 경우 발생되는 전력도 기준값의 70[%] ~ 130[%] 까지 변화하게 된다. 따라서 변화하는 환경하에서 태양전지로부터 최대전력을 얻어내기 위해서는 최대전력점 제어기를 필요로 하게 된다. 태양전지의 최대전력점을 추종하는 알고리즘은 과거 수십 년 동안 개발되어 왔으며, 그 중 가장 대표적으로 사용되는 Perturb & Observation(P&O) 방법은 태양전지 전압을 변화시키면서 발생되는 전력의 변화를 관찰하는 것이다. 발생되는 전력은 태양전지 전압과 전류를 곱한 것으로서 전압 대비 전력 변화는 도1 에 도시된 바와 같다.As shown in the figure, since the state of the solar cell varies depending on the temperature and the amount of light, the power that can be obtained from the solar cell also changes. That is, in the case of 5 [Watt] solar cell, it is the value obtained from the reference light quantity (AM0) of 25 [oC]. Therefore, the power generated when the temperature changes or the light quantity varies from 70 [%] to 130 [%] of the reference value. Will change. Therefore, in order to obtain the maximum power from the solar cell under changing circumstances, the maximum power point controller is required. Algorithms for tracking the maximum power point of a solar cell have been developed for several decades, and the most commonly used Perturb & Observation (P & O) method is to observe the change in power generated by changing the solar cell voltage. The generated power is multiplied by the solar cell voltage and the current, and the power change relative to the voltage is shown in FIG. 1.
그런데, 이 방법의 가장 큰 단점은 이전 상태값을 저장하기 위한 메모리와 전압과 전류를 곱하기 위한 곱셈기(multiplier)를 필요로 한다는 것이다. 또한 펄스 부하가 연결된 경우, 고율의 방전기간 동안 배터리가 방전하기 때문에 배터리 전압도 감소하게 되는데, 이 때 태양전지의 전압/전류와 배터리의 전압/출력전류 간에는 상관관계가 있기 때문에 태양전지의 전압과 전류도 같이 변화하게 된다. 이 관계를 그림으로 나타내면 도2 와 같다.However, the main disadvantage of this method is that it requires a memory to store the previous state value and a multiplier to multiply the voltage and current. In addition, when the pulse load is connected, the battery voltage is also reduced because the battery is discharged during a high rate of discharge period, since the voltage and current of the solar cell and the voltage and output current of the battery have a correlation, The current will change as well. This relationship is shown graphically in Figure 2.
이런 조건하에서는 기존의 P&O 방법을 사용할 경우, 배터리 전압 및 태양전지 전압의 급격한 변동으로 인해 오동작할 수 있다. 따라서 P&O 대신 다른 알고리즘을 사용하여야만 한다.Under these conditions, when the conventional P & O method is used, there is a sudden change in battery voltage and solar cell voltage. It may malfunction. Therefore, other algorithms must be used instead of P & O.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 핸드폰에서 적용되는 펄스부하 방전시에도 태양전지의 최대전력점을 정확히 추적할 수 있도록 하는 태양전지의 최대전력점 추적기를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed in order to solve the problems in the prior art as described above, the maximum power point tracker of the solar cell to accurately track the maximum power point of the solar cell even in the pulse load discharge applied in the mobile phone The purpose is to provide.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 핸드폰에서 적용되는 펄스부하 방전시에도 태양전지의 최대전력점을 정확히 추적할 수 있도록 하는 태양전지의 최대전력점 추적방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for tracking the maximum power point of the solar cell to accurately track the maximum power point of the solar cell even when the pulse load discharge applied in the mobile phone.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 최대전력점 제어기와 배터리 제어기로 구성된 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법에 있어서, 상기 최대전력점 제어기는 제어 입력을 스캔하면서 출력전류의 최대값을 알아낸 다음 이 값을 홀딩(Holding)하는 방식으로 태양전지의 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 최대전력점 추적방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the object as described above, in the maximum power point tracking method of the solar cell for a solar cell rechargeable cell phone consisting of a maximum power point controller and a battery controller, the maximum power point controller is A method of tracking the maximum power point of a solar cell is provided by tracking the maximum power point of the solar cell by finding the maximum value of the output current while scanning the control input and then holding the value.
바람직하게는, 상기 최대전력점 제어기에서 기준전압을 발생하기 위한 알고리즘은 Iout(k) > Iout(k-1) => Vsa_ref 증가, Iout(k) < Iout(k-1) => Vsa_ref 감소와 같은 방식으로 이루어진 것을 특징으로 한다.Advantageously, the algorithm for generating a reference voltage in the maximum power point controller may be characterized by increasing Iout (k)> Iout (k-1) => Vsa_ref, decreasing Iout (k) <Iout (k-1) => Vsa_ref. Characterized in the same way.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 최대전력점 제어기와 배터리 제어기로 구성된 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적기에 있어서, 상기 최대전력점 제어기는 제어 입력을 스캔하면서 출력전류의 최대값을 알아낸 다음 이 값을 홀딩(Holding)하는 방식으로 태양전지의 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 최대전력점 추적기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the maximum power point tracker of the solar cell for a solar cell rechargeable cell phone consisting of a maximum power point controller and a battery controller, the maximum power point controller scans the control input while the maximum value of the output current The maximum power point tracker of the solar cell is provided by tracking the maximum power point of the solar cell by finding and then holding this value.
이하 본 발명에 따른 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법 및 그 방법이 적용된 태양전지의 최대전력점 추적기를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a maximum power point tracking method of a solar cell for a solar cell rechargeable mobile phone according to the present invention and a maximum power point tracker of the solar cell to which the method is applied will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
핸드폰의 배터리는 핸드폰에 전력을 공급하여 통화를 가능하게 하고, 대기상태(Slot mode)에서 주기적인 펄스 방전을 하게 된다. 태양전지가 비선형 전류원이고 외부온도와 입사되는 광량에 비례하여 동작특성이 달라지기 때문에, 태양전지의 상태를 알아내어 제어할 수 있는 태양전지 제어장치를 필요로 하게 된다. 태양전지 제어장치는 크게 최대전력점 제어기와 배터리 제어기로 구성되어 있는데, 본 발명은 최대전력점 제어기를 설계하고 동작시키는 장치에 관한 내용이다.The battery of the cell phone powers the cell phone to make a call, and periodically discharges pulses in a slot mode. Since the solar cell is a non-linear current source and its operating characteristics vary in proportion to the external temperature and the amount of incident light, a solar cell controller capable of detecting and controlling the state of the solar cell is required. The solar cell controller is largely composed of a maximum power point controller and a battery controller, the present invention relates to a device for designing and operating the maximum power point controller.
도2 를 참조하면, 기존의 기술에서 만약 전력단의 손실이 없다고 가정하면, 태양전지의 에너지는 출력단에 흐르는 전류와 배터리의 전압의 곱과 동일하다. 따라서 배터리의 전압이 매우 느리게 변화하여 일정하다고 가정하면 출력단의 전류의 최대값이 태양전지의 최대전력점에 해당하게 된다.Referring to FIG. 2, in the existing technology, if there is no loss of power stage, the energy of the solar cell is equal to the product of the current flowing through the output stage and the voltage of the battery. Therefore, if the voltage of the battery changes very slowly and is assumed to be constant, the maximum value of the output current corresponds to the maximum power point of the solar cell.
Psa = Vsa * Isa = Vbat * Iout (1) Psa = Vsa * Isa = Vbat * Iout (1)
Psa(max)는 Iout(max)에 비례하게 된다. 즉 출력전류의 최대값을 추적하면 최대 전력점을 구할 수 있다. 이런 경우, 제어하는 데에 곱셈기나 미분기를 필요로 하지 않고, 태양전지의 전압/전류에 대한 정보도 필요로 하지 않게 된다. 다만 펄스 방전으로 인한 출력전류의 순간 감소에 대응할 수 있는 아주 작은 필터만 필요로 하게 된다. 또한 아주 간단한 하드웨어와 소프트웨어로 구현이 가능하다.Psa (max) becomes proportional to Iout (max). In other words, the maximum power point can be obtained by tracking the maximum value of the output current. In this case, there is no need for a multiplier or differential to control, and no information about the voltage / current of the solar cell is required. However, only a very small filter is needed to cope with the instantaneous reduction of the output current due to pulse discharge. It can also be implemented in very simple hardware and software.
위에서 설명한 내용을 구현하기 위해 기준전압을 발생하기 위한 알고리즘은 다음과 같다. To implement the above description, the algorithm for generating the reference voltage is as follows.
Iout(k) > Iout(k-1) => Vsa_ref 증가 Iout (k)> Iout (k-1) => increase Vsa_ref
Iout(k) < Iout(k-1) => Vsa_ref 감소 (2) Iout (k) <Iout (k-1) => Vsa_ref reduction (2)
이렇게 구성하면 매우 간단하고 고 신뢰성의 최대 전력점 제어기가 구성된다.This configuration results in a very simple and highly reliable maximum power point controller.
이렇게 구성된 최대전력제어기의 성능을 알아보기 위하여 태양전지 시뮬레이터를 이용하여 태양전지의 특성 곡선 3개를 주고, 각각의 경우 최대 전력점에 추종하는가를 알아보는 실험을 하였다. 아래 표 1에 각각의 모드에 대한 태양전지 파라미터 설정값이 주어져 있다. 표에 주어진 파라미터의 정의는 다음과 같다.In order to examine the performance of the maximum power controller, three characteristic curves of the solar cell were given by using the solar cell simulator, and in each case, an experiment was conducted to determine whether the maximum power point was followed. Table 1 below gives the solar cell parameter settings for each mode. The definitions of the parameters given in the table are as follows.
Voc : 태앙전지 개방전압 (Open circuit voltage) Voc: Open circuit voltage
Vmp : 최대전력점 전압 (Maximum power point voltage) Vmp: Maximum power point voltage
Imp : 최대전력점 전류 (Maximum power point current) Imp: Maximum power point current
Pmp : 최대전력점 전력 (Maximum power point power) Pmp: Maximum power point power
도3 은 본 발명에 따른 각 모드별로 최대전력점 추종능력실험 결과이다.3 is a maximum power point tracking capability test results for each mode according to the present invention.
여기서는, 최대전력점에 정확히 추종하는지를 보여주기 위해서 상기 수식 (2)의 알고리즘을 이용하여 제어 입력을 스캔(Scan)하면서 출력전류의 최대값을 알아낸 다음 이 값을 홀딩(Holding)하는 과정을 보여준다. 즉 추적하는 과정에서 최대전력점을 알아내고, MPPT(최대전력점추적) 홀딩 단계에서 이 값을 계속 유지하는 것을 보여주고 있다. 모드별로 태양전지의 파라미터를 바꾸어서 실험을 하였고, 그 결과 아주 우수한 최대전력점 추종능력을 가짐을 보여주고 있다. 모드 1의 실험 그림에서 제어 입력에 대한 출력전류 값의 변화를 살펴 보면, 제어 입력을 스캔하면서 이에 대응되는 출력전류의 최대값을 찾아내는 아주 간단한 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 도3 에 도시된 것처럼, 주기적인 펄스 방전 부하로 인하여 태양전지 전압, 제어 입력, 출력 전류 모두에 펄스 방전 부하 영향이 나타나지만, 최대전류를 찾아내서 유지하는 면에서는 전혀 문제점을 보이지 않고 있다. 모드 2와 3의 실험 그림에서도 방전 외란에도 불구하고 강인한 최대전력점 추종능력을 보여주고 있다.Here, the process of finding the maximum value of the output current while scanning the control input using the algorithm of Equation (2) to show that it accurately follows the maximum power point is shown. . In other words, it shows the maximum power point during the tracking process and maintains this value during the MPPT holding phase. The experiment was carried out by changing the parameters of the solar cell for each mode, and the result shows that it has a very good maximum power point tracking ability. Looking at the change in output current value for the control input in the experimental diagram of
본 발명에 따른 태양전지 충전식 핸드폰을 위한 태양전지의 최대전력점 추적방법 및 그 방법이 적용된 태양전지의 최대전력점 추적기에 의하면, 태양전지 충전식 핸드폰에서 태양전지로부터 최대한의 전력을 얻어낼 수 있는 효과가 있는 유용한 발명이다.
According to the present invention, a method for tracking the maximum power point of a solar cell and a maximum power point tracker of the solar cell to which the method is applied, the effect of obtaining the maximum power from the solar cell in the solar cell rechargeable cell phone. There is a useful invention.
본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 기술 하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위를 기초로 다양하게 변형실시 할 수 있음은 물론이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made based on the following claims.
Claims (4)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8461798B2 (en) | 2009-12-11 | 2013-06-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus and method for extracting maximum power from solar cell by changing the duty cycle of a pulse width modulation signal |
KR20170027603A (en) | 2015-09-02 | 2017-03-10 | 정동협 | Collection efficiency is improved electrostatic precipitator |
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2005
- 2005-01-31 KR KR1020050008672A patent/KR20060087822A/en not_active Application Discontinuation
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US8461798B2 (en) | 2009-12-11 | 2013-06-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus and method for extracting maximum power from solar cell by changing the duty cycle of a pulse width modulation signal |
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