KR20100039382A - 태양광 전지 어레이를 연결하는 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

태양광 전지 어레이를 연결하는 시스템, 방법 및 장치가 개시된다. 이 장치는 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제1 입력, 제2 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제2 입력, 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 제2 태양광 전지 어레의 중립선에 스위칭가능하게 연결하도록 구성되고, 전기 제어 신호에 의해 제어가능한 접촉기, 및 전기 제어 신호를 보냄으로써 제어기가 제1 스위치를 제어하게 하도록 스위치를 떨어져 위치한 제어기에 연결하도록 하는 제어 입력을 포함할 수 있다.

Description

태양광 전지 어레이를 연결하는 시스템, 방법 및 장치{System, method and apparatus for coupling photovoltaic arrays}
본원은 2008년 1월 29일 출원된 미국 출원번호 제12/022,147호, 발명의 명칭 "System and Method for Ground Fault Detection and Interruption"의 부분 계속 출원이고, 2007월 8월 3일 출원된 가특허출원 제60/953,875호, 발명의 명칭 "High Power Photovoltaic System and Method"를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 2개의 출원 모두 여기서 참조로 인용하고 있다.
본 발명은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에너지 변환 및/또는 에너지 배선 장치로 태양광 발전 어레이를 연결하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
재생 에너지에 대한 관심이 점점 증가하고 있다. 재생 에너지원 중에서, 발전용으로 태양 에너지를 사용하는 것은 많은 전기 에너지 요구에 대한 실행가능한 선택이 되었고, 태양 에너지는 다른 애플리케이션에 비해 더욱 더 실행가능하게 될 것이다. 발전 시스템(예를 들어, 100 kW 초과의 태양광 발전 시스템)의 경우, 3상 계통 연계형(grid-tie) 태양광 발전(PV) 인버터들 및 이들이 연결되는 어레이들의 성능, 신뢰성 및 규제 측면이 지속적으로 관심을 모으게 될 이슈이다.
최근에 북미 시장에 대한 이러한 부류의 장치의 개발은 통상적으로 마주치게 되는 특성들의 집합을 가져왔다. 다양한 경험을 통해 획득된 이러한 속성은 중요한 성능 지수, 특히 에너지 효율이 안정된 현재 상태를 이끌어 냄으로써, 새로운 해결책 및 접근방법이 성능 향상을 제공하기 위해 필요하다.
도면에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예가 아래와 같이 요약된다. 이러한 실시예 및 다른 실시예가 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서 더욱 상세하게 기재된다. 그러나, 본 발명을 [과제의 해결 수단] 및 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에 기재된 형태로 한정하고자 하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 청구범위에 표현된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 수많은 변형례, 균등례 및 대체례가 있음을 인식할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은, 직류 전력을 발생시키도록 구성되고, 접지 전위보다 위에 배치되고 포지티브 레일 및 제1 중립선을 포함하는 제1 태양광 전지 어레이, 직류 전력을 발생시키도록 구성되고, 접지 전위보다 아래에 배치되고 네거티브 레일 및 제2 중립선을 포함하는 제2 태양광 전지 어레이, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 포지티브 레일 및 제2 태양광 전지 어레이의 네거티브 레일 모두에 떨어져서 연결되고, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 포지티브 레일과 상기 제2 태양광 전지 어레이의 네거티브 레일 사이에서 전압을 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환하도록 하는 전력 변환부, 및 상기 제1 태양광 전지 어레이와 제2 태양광 전지 어레이 사이에 연결되고, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 전력 변환부로 공급하는 동안 상기 제1 태양광 전지 어레이의 제1 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 제2 중립선에 연결하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 상기 전력 변환부로 공급하지 않을 때 상기 제1 태양광 전지 어레이의 제1 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 제2 중립선으로부터 단절시키도록 구성되는 태양광 전지 결착부를 포함하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템으로서 특징지워질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 제1 태양광 전지 어레이를 접지 전위 위에 놓고 상기 제2 태양광 전지 어레이를 접지 전위 아래에 놓기 위해 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 연결하는 단계, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이의 위치로부터 떨어져서, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터의 전력을 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이의 중립선으로부터 떨어진 위치로부터 적어도 부분적으로, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 연결하는 것을 제어하는 단계를 포함하는 태양광 전지 어레이 제어 방법으로서 특징지워질 수 있다.
또다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제1 입력, 제2 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제2 입력, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레의 중립선에 스위칭가능하게 연결하도록 구성되고, 전기 제어 신호에 의해 제어가능한 접촉기, 및 상기 전기 제어 신호를 보냄으로써 제어기가 제1 스위치를 제어하게 하도록 스위치를 떨어져 위치한 제어기에 연결하도록 하는 제어 입력을 포함하는 태양광 전지 어레이를 연결하는 장치로서 특징지워질 수 있다.
상술한 바와 같이, 앞서 기재된 실시예 및 구현례는 설명만을 위한 것이다. 다수의 다른 실시예, 구현례 및 본 발명의 설명이 후술하는 설명 및 청구범위로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 인식된다.
본 발명의 다양한 목적 및 이점 및 더욱 완벽한 이해가 후술하는 첨부 도면과 함께 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용] 및 첨부된 특허청구범위를 참조함으로써 명백해지고 즉시 평가된다.
도 1은 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 예시적인 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 다른 예시적인 실시예를 나타내는 블록도.
도 3은 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 또다른 예시적인 실시예를 나타내는 블록도.
도 4는 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 특정한 실시예를 나타내는 블록도.
도 5는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예들과 연결하여 수행될 수 있는 방법을 나타내는 흐름도.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예의 블록도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 태양광 전지 어레이의 제1 세트(102) 및 제2 세트(104)가 태양광 전지 결착부(tie)(114)에 의해 함께 연결되어, 패널 어레이(106) 및 배선 시스템(110) 사이에 배치되는 전력 변환부(108)에 원격적으로 연결되는 바이폴라 패널 어레이(106)를 만든다. 또한, 태양광 전지 어레이의 제1 세트(102) 및 제2 세트(104) 사이에 배치되고 제어선(116) 및 결착 정보선(118)에 의해 제어부에 원격적으로 연결되는 태양광 전지 결착부(114)가 도시된다.
도 1에 도시된 구성요소의 배열은 논리적인 것이며 실제 하드웨어 다이어그램을 의미하는 것이 아니다. 따라서, 추가적인 구성요소가 추가될 수 있거나 또는 실제 구현례에서 나타내는 구성요소들과 결합될 수 있다. 여기의 개시물을 감안하여, 구성요소는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
일례로서, 제어부(107)가 전력 변환부(108)와는 다른 별도의 기능을 가진 구성요소로서 나타내지만, 제어부(107)는 전력 변환부(108) 내에 수용되거나 또는 전력 변환부(108)와 태양광 전지 결착부(114) 사이에 분포되는 구성요소에 의해 실현될 수 있다. 또한, 전력 변환부(108)는 패널 어레이(106)에 직접 연결되는 것으로 나타내지만, 이러한 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 일부 실시예에서, 예를 들어, PV 인터페이스가 패널 어레이(106)와 전력 변환부(108) 사이에 놓인다. 이 실시예에서, PV 인터페이스는 통상 패널 어레이(106)의 개방 부하, 레일 투 레일(rail-to-rail) 전압보다 낮은 전압에서 동작하도록 설계될 수 있는 전력 변환부(108)를, 전력 변환부(108)의 설계된 동작 전압을 초과하는 전압에서 시간(예를 들어, 언로디드(unloaded))의 적어도 일부에서 동작하는 PV 어레이(106)와 함께 사용되도록 하게 동작한다. 여기서 참조로 인용된 미국 출원 번호 제11/967,933호, 발명의 명칭 "Photovoltaic Inverter Interface Device, System and Method"는 본 발명의 하나 이상의 실시예와 함께 사용될 수 있는 예시적인 PV 인터페이스를 개시한다.
통상, 태양광 발전 어레이(106)는 태양 에너지를 DC 전력으로 변환하고, 이 전력은 전력 변환부(108)에 의해 다른 형태의 전력(예를 들어, 3상 AC 전력 또는 고전압 DC 전력)으로 변환될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전력 변환부(108)에 의해출력되는 전력은 많은 실시예에서 수요 측면 에너지 소비자(예를 들어, 상업체, 산업체, 또는 거주 단위의 집합체)의 3상 배선시스템인 배선 시스템(110)에 인가된다. 그러나, 다른 실시예에서, 배선 시스템(110)은 유틸리티(utility) 배선 시스템의 하나 이상의 부분으로 여겨진다.
일부 실시예에서, 어레이(106)의 셀은, 200 V에서 개방 부하 상태에서 동작하고 660 내지 960 V 사이에서 로딩된 상태에서 동작하는 결정(예를 들어, 단결정 또는 다결정) 실리콘을 포함한다. 또한, 다른 실시예에서, 어레이는, 1400 V에서 개방 부하 상태에서 동작하고 900 V 주위에서 로딩된 상태에서 동작하는 비정질 실리콘을 구비하는 셀을 포함한다. 그러나, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 태양광 발전 어레이(106)가 다양한 서로 다른 구성으로 배치되는 다양한 서로 다른 형태의 태양광 전지 셀을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 태양광 전지 셀은 병렬, 직렬 또는 그 조합으로 배열될 수 있다.
모노폴라(mono-polar) 어레이의 포지티브 또는 네거티브 레일 어느 한쪽의 종래의 접지 기준 하에, 저전압 규제(예를 들어, 미국 국가 전기 코드(NEC; National Electric Code)를 준수하기 위해, 모노폴라 어레이의 전압이 600 V DC로 제한된다. 또한, 중전압 장치를 사용하기 위해 비용이 실질적으로 증가하는 경우, 모노폴라 어레이는 동작 성능에서 제한된다.
그러나, 본 발명의 실시예에서, 어레이(102, 104)의 중심은 "바이폴라" 구성에서 함께 연결되며, NEC 저전압 한계를 위반하기 전에 전체 PV 전압을 2배로 하게 한다. 고전압에서 동작하는 것으로부터의 효율 이득을 제외하고, 480 V AC로 직접 변환(예를 들어, 변압기 없음)하는 것이 가능하여, 변압기의 비율 변화 기능을 제거한다. 여기서 참조로 인용된 미국 출원 번호 제12/122,950호, 발명의 명칭 "COMMON MODE FILTER SYSTEM AND METHOD FOR A SOLAR POWER INVERTER"는 바이폴라 어레이를 실현하는 것과 함께 사용될 수 있고 하나 이상의 바이폴라 어레이를 변압기 없이 배선 시스템에 연결하는 추가적인 설명을 제공한다.
많은 실시예에서, 어레이(106)는 600 V DC 대 접지(VDC-to-ground) NEC 한계를 초과하지 않는 1200 V DC 최대 차분 개방 부하 전압을 제공한다. 전력을 처리하는 동안, PV 어레이(106) 접지 기준이 전력 변환부(108)(예를 들어, 인버터)의 스위칭 동작을 통해 AC 배선 시스템 상에 스타 포인트(star-point) 접지로부터 도출될 수 있다.
통상, 전력 변환부(108)는 어레이(106)에 의해 인가되는 전력을 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환한다. 일부 실시예에서, 전력 변환부(108)는 어레이에 의해 제공되는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 인버터를 포함한다. 다른 실시예에서, 전력 변환부(108)는 어레이(106)로부터의 전력을 더 높거나 또는 더 낮은 전압으로 변환하는데 사용될 수 있는 DC 대 DC 전력 변환부를 포함한다.
배선 시스템(110)은 어레이(106) 및 전력 변환부(108)로부터의 전력을, 어레이(106) 및 전력 변환부(108)가 위치한 구내(premises) 및/또는 유틸리티 배선 시스템으로 배선한다. 많은 실시예에서, 배선 시스템(110)은 AC 배선 시스템, 및 변압기와 같은 관련 AC 부품을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 배선 시스템(110)이 DC 전력을 떨어진 위치로 배선하기 위해 DC 배선부를 포함할 수 있다고 생각된다.
태양 PV 시스템 설계자에게 가장 도전적인 과제 중의 하나는 전력 변환부(108)를 설치하는 것이다. 때로는 전력 변환부(108)(예를 들어, 인버터)를 태양 에러이(106)에 인접하여 설치하는 것이 바람직하지만, 이러한 설치는 때로는 물리적으로 가능하지 않거나 비용이 효율적이지 못하다. 또한, 어레이(106)와 전력 변환부(108) 사이의 거리가 멀수록, 배선 비용으로 인해 비용 증가를 초래하고 DC 케이블 손실이 증가된다.
본 발명의 실시예에서, 태양광 전지 결착부(114)는, 중립선(120, 122)을 전력 변환부(108)(예를 들어, 인버터)로 돌아오지 않게 하면서 어레이(102, 104)의 중립선(120, 122)을 연결한다. 많은 구현례에서, 어레이(106)의 포지티브(124) 및 네거티브(126) 레일은 도관 내에 포함되고, 높은 레벨의 전류(예를 들어, 500 A)를 흐르게 할 수 있는 도전체에 의해 전력 변환부(108)에 연결되지만, 태양광 전지 결착부와 전력 변환부(108) 사이에 이어지는 제3 하이 게이지(high-gauge) 중립선은 불필요하다. 대신에, 어레이(106)가 전력을 전력 변환부(108)로 인가하고 있는 동안, 제어선(116) 및 결착 정보선(118)이 로우 게이지(예를 들어, 16 AWG) 전선에 의해 제어부(107)에 연결되고, 중립선(120, 122)이 전력 변환부(108)로부터 연결되지 않을 수 있다. 그 결과, 수 만 달러에 이를 수 있는, 도관 및 설치 노동 뿐만 아니라, 중립 DC 홈런(home runs), 및 긴 길이 및 큰 직경 유선의 중립 홈런 레그가 제거된다. 어레이로부터 떨어져서(예를 들어, 전력 변환부(108)에 인접하거나 또는 내부에) 함께 연결되는 바이폴라 어레이와 비교하면, DC 전송 전류의 거리는 2배로 감소될 수 있다.
따라서, 어레이(102, 104) 사이의 태양광 전지 결착부(114)의 설치는 DC 배선 손실을 잠재적으로 반으로 감소시킬 수 있므며, 전력 변환부(108)(예를 들어, 인버터)는 AC 손실을 감소시키기 위해 설비로 공급되는 유틸리티의 입구 근처에 배치될 수 있다. 그 결과, 전체 시스템 효율을 더욱 높일 수 있거나 또는 동일한 에너지 산물에 대한 시스템 설치에서 패널을 더욱 적게 사용할 가능성을 더욱 높일 수 있다.
다음, 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 예시적인 실시예의 일부의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 어레이(202, 204)는 태양광 전지 결착부(214)에 연결되고, 태양광 전지 결착부(214)는 제어선(216) 및 결착 정보선(218)에 의해, 이 실시예에서, 전력 변환부(208) 내에 수용되는 제어부(207)에 떨어져서 연결된다. 또한, 제1 어레이(202)의 포지티브 레일(224) 및 제2 어레이(204)의 네거티브 어레이(226)는 에너지 변환부(208)에 스위칭가능하게 연결된다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 주 접촉기(main contactor)(228)는 제1 및 제2 어레이(202, 204)의 각각의 중립선(220, 222)을 연결하고 단절하도록 구성되고, 태양광 전지 결착부(214)의 보조 스위치(230, 232)는 제1 및 제2 어레이(202, 204)의 각각의 중립선(220, 222)을 전력 변환부(208)에서 접지로 또는 접지로부터 연결하고 단절하도록 구성된다. 특히, 어레이(202, 204)가 전력 변환부(208)로 전력을 공급하는 동안, 주 콘텍터(228)는 중립선(220, 222)을 함께 연결하도록 닫히고, 보조 스위치(230, 232)는 어레이(202, 204)의 중립선(220, 222)을 전력 변환부(208)로부터 단절하도록 개방된다. 이러한 동작 상태에서, 중립선(220, 222)은 "가상 접지"라고 말할 수 있는 접지 전위 또는 그 근처에 있고, 전력을 전력 변환부(208)로 인가하는 2개의 도전체, 즉, 제1 어레이(202)의 포지티브 레일(224) 및 제2 어레이의 네거티브 레일(226)이 있음으로써, 어레이(202, 204)와 전력 변환부(208) 사이에 걸쳐 있는 고가의 하이 게이지 중립선이 제거된다.
또한, 어레이(202, 204)가 전력을 전력 변환부(208)로 공급하지 않을 때(예를 들어, 밤에), 주 접촉기(228)는 어레이(202, 204)의 중립선을 단절하도록 개방되고 보조 스위치(230, 232)는 중립선(220, 222)을 로우 게이지 도전체(예를 들어, 5 A 미만)를 통해 접지로 연결하도록 닫힌다.
많은 실시예에서, 주 스위치(228) 및 보조 스위치(230, 232)는 제어부(207)가 보조 스위치(230, 232)를 개방할 때 주 접촉기(228)를 동시에 닫게 하고, 그 역으로도 할 수 있도록 단일 릴레이 장치 내에 통합된다. 보다 구체적으로는, 제어부(207)는 릴레이 코일(238)을 활성화시키며, 센서(240)는 피드백 신호를 결착 정보선(218)을 통해 제어부(207)로 공급하여 주 접촉기(228) 및 보조 스위치(234, 236)의 상태에 대한 상태 정보를 공급한다.
정상 상태 동안, DC 접촉기(250, 252)는 어레이(202, 204) 상에 부과되는 가상 접지를 제거하기 위해 우선 개방될 수 있고, 접촉기(250, 252)가 개방되면, 주 접촉기는 포지티브 및 네거티브 어레이(202, 204)를 절연시키기 위해 개방될 수 있다. 최종으로, 어레이(202, 204)의 중립선(220, 222)은 스위치(230, 232)와 함께 접지에 접속된다. 접지 전류가 여전히 존재하면, 적합한 퓨즈(234, 236)가 개방됨으로써, 접지 전류를 인터럽핑하고 위험한 전류가 흐르는 것을 방지한다.
여기서 참조로 인용된 미국 출원 번호 제12/022,147호, 발명의 명칭 "System and Method for Ground Fault Detection and Interruption"은, 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 다른 기술적 진보 중에서, 시스템 인터럽셥을 필요로 하는 접지 정상 상태가 검출되면 바이폴라 태양광 전지 어레이의 구성요소를 단절시키는 새로운 구조 및 방법을 개시한다.
다음, 도 3을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예의 블록도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 어레이(306', 306") 각각의 포지티브 레일(324', 324")이 전력 변환부(308)에 함께 연결되고 어레이(306', 306") 각각의 네거티브 레일(326', 326")이 전력 변환부(308)에 떨어져서 연결되도록, 2개의 분리된 바이폴라 어레이(306', 306")가 병렬로 배치된다. 도시된 바와 같이, DC 대 DC 변환기 또는 인버터의 스위칭부와 같은 전력 변환 회로(도시하지 않음)는 노드(360, 362)에 연결될 수 있고, 이는 어레이(306', 306")의 포지티브 레일(324', 324") 및 네거티브 레일(326', 326")에 연결된다.
이 실시예에서, 2개의 어레이(306', 306") 각각은 다른 어레이와 비교하여 떨어져서 배치될 수 있고, 어레이(306', 306") 모두 전력 변환부(308)로부터 떨어져서 배치될 수 있다. 또한, 2개의 어레이(306', 306") 각각이 전력을 전력 변환부(308)로 인가하는 동안, 4개의 전도체만이 어레이(306', 306")에 의해 만들어지는 전류를 전력 변환부(308)로 흐르게 하는데 사용될 수 있다. 그 결과, 어레이와 전력 변환부 사이에 통상적으로 존재하는 하이 게이지 중립선을 제거할 수 있기 때문에, 엄청난 양의 비용을 절약할 수 있다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 태양광 전지 결착부(314', 314")의 스위칭(예를 들어, 어레이의 제1 쌍(302', 304') 및 어레이의 제2 쌍(302", 304")을 연결하기 위해 스위칭)을 제어하는데 사용되는 제어선(316', 316")은 병렬로 배열되고 제어부(307)에 연결되며, 태양광 전지 결착부(314', 314")의 어느 하나가 동작하는 것을 실패하면(예를 들어, 어레이의 제1 쌍(302', 304') 또는 어레이의 제2 쌍(302", 304")을 연결하는 것을 실패하면), 제어부(307)가 어레이의 온라인 상태를 표시하는 피드백을 수신하지 않고 제어부(307)가 전력 변환부(308)의 동작을 막게 하기 위해, 결착 정보선(318', 318")은 직렬로 배열된다.
다음, 도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 태양광 전지 에너지 변환 시스템의 다른 예시적인 실시예의 부분의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 어레이(402, 404)는 태양광 전지 결착부(414)에 연결되고, 태양광 전지 결착부(414)는 제어선(416) 및 결착 정보선(418)에 의해 떨어져서 전력 변환부(408)에 연결된다. 또한, 제1 어레이(402)의 포지티브 레일(424) 및 제2 어레이(404)의 네거티브 레일(426)은 단절 스위치(450, 452)에 의해 전력 변환부(408)에 연결된다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 주 접촉기(428)는 제1 및 제2 어레이(402, 404)의 각각의 중립선(420, 422)을 연결하고 단절하도록 구성되고, 태양광 전지 결착부(414)의 보조 스위치(430, 432)는 제1 및 제2 어레이(402, 404)의 각각의 중립선(420, 422)을 전력 변환부(408)에 있는 접지 접촉부로 또는 접지 접촉부로부터 연결하고 단절하도록 구성된다. 특히, 어레이(402, 404)가 전력을 전력 변환부(408)로 공급하는 동안, 주 접촉기(428)는 중립선(420, 422)을 함께 연결하도록 닫히고, 보조 스위치(430, 432)는 어레이(402, 404)의 중립선(420, 422)를 전력 변환부(408)로부터 단절하도록 개방된다. 이러한 동작 상태에서, 중립선(420, 422)은 접지 전위 또는 그 근처에 있고, 전력을 전력 변환부(408)로 인가하는 2개의 전도체, 즉, 제1 어레이(402)의 포지티브 레일(424) 및 제2 어레이(404)의 네거티브 레일(426)만이 있음으로써, 어레이(402, 404)와 전력 변환부 사이에 설치되는 고가의 중립선이 제거된다.
다음, 도 5를 참조하면, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예와 함께 수행될 수 있는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 제1 태양광 전지 어레이를 접지 전위보다 위에 놓고 제2 태양광 전지 어레이를 접지 전위보다 아래에 놓기 위해, 제1 태양광 전지 어레이(예를 들어, 어레이(102, 202, 302', 302", 402))의 중립선(예를 들어, 중립선(120, 220, 320', 320", 420))은 제2 태양광 전지 어레이(예를 들어, 어레이(104, 204, 304', 304", 404))의 중립선(예를 들어, 중립선(122, 222, 322', 322", 422))에 (태양광 전지 결착부(144, 214, 314')에 의해) 연결된다(블록 502, 504). 상술한 바와 같이, 어레이의 중립선을 연결함으로써(예를 들어, 중립선을 가상 접지에 유지시키기 위해), 지붕 위 또는 다른 떨어지 위치에 통상적으로 배치되는 어레이로부터 전기 서비스 패널(전력 변화 및 배선 장치가 위치한 장소에 근접하게 있음)로 고가의 무거운 게이지 중립선을 설치할 필요가 없어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 어레이로부터의 전력은 (예를 들어, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터 떨어져 있는 전력 변환부(108, 208, 308, 408)에 의해) 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환된다(블록 505). 상술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 어레이부터의 DC 전력은 고전압에서 DC 전력으로 변환되고, 다수의 실시예에서, 어레이로부터의 DC 전력은 AC 전력으로 변환된다.
수개의 실시예에서, 제1 태양광 전지 어레이의 중립선의 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에의 연결을 제어하는 것(예를 들어, 제어부(107, 207, 307)에 의해 수행됨)은 제1 및 제2 어레이의 중립선으로부터 떨어진 위치로부터 적어도 부분적으로 수행된다.
결론적으로, 본 발명은 다른 것들 중에서 태양광 전지 어레이를 에너지 변환 및/또는 에너지 배선 장치로 연결하는 시스템 및 방법을 제공한다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 수많은 변화례 및 대체례가 본 발명, 본 발명의 사용 및 본 발명의 구성에서 만들어져 여기서 설명한 실시예에 의해 달성된 결과와 실질적으로 동일한 결과를 달성할 수 있다는 것을 용이하게 인식할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 예시적인 형태로 제한하고자 하는 것은 아니다. 많은 변화례, 변형례 및 대체례가 특허청구범위에 표현된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.

Claims (17)

  1. 직류 전력을 발생시키도록 구성되고, 접지 전위보다 위에 배치되고 포지티브 레일 및 제1 중립선을 포함하는 제1 태양광 전지 어레이;
    직류 전력을 발생시키도록 구성되고, 접지 전위보다 아래에 배치되고 네거티브 레일 및 제2 중립선을 포함하는 제2 태양광 전지 어레이;
    상기 제1 태양광 전지 어레이의 포지티브 레일 및 제2 태양광 전지 어레이의 네거티브 레일 모두에 떨어져서 연결되고, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 포지티브 레일과 상기 제2 태양광 전지 어레이의 네거티브 레일 사이에서 전압을 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환하도록 하는 전력 변환부; 및
    상기 제1 태양광 전지 어레이와 제2 태양광 전지 어레이 사이에 연결되고, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 전력 변환부로 공급하는 동안 상기 제1 태양광 전지 어레이의 제1 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 제2 중립선에 연결하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 상기 전력 변환부로 공급하지 않을 때 상기 제1 태양광 전지 어레이의 제1 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 제2 중립선으로부터 단절시키도록 구성되는 태양광 전지 결착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 전지 어레이로부터 떨여져 위치하고, 상기 태양광 전지 결착부에 제어선 및 피드백선에 의해 연결되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 에너지 변환부에 수용되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환부는 인버터 및 DC 대 DC 전력 변환기로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양광 전지 어레이의 포지티브 레일과 상기 제2 태양광 전지 어레이의 네거티브 레일은 800 V를 초과하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포지티브 레일과 제1 중립선 사이의 개방 부하 전압은 600 V를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양광 전지 어레이 및 제2 태양광 전지 어레이는 함께 바이폴라 어레이를 형성하고, 상기 바이폴라 어레이와 상기 전력 변환부 사이의 2개 이하의 도전체가 5 A 이하인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 전지는, 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 상기 전력 변환부로 공급하지 않을 때 상기 제1 중립선 및 제2 중립선을 접지에 연결시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이가 전력을 상기 전력 변환부로 공급하지 않을 때 상기 제1 중립선 및 제2 중립선이 접지에 연결되도록 상기 태양광 전지 결착부 및 상기 전력 변환부가 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 에너지 변환 시스템.
  10. 상기 제1 태양광 전지 어레이를 접지 전위 위에 놓고 상기 제2 태양광 전지 어레이를 접지 전위 아래에 놓기 위해 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 연결하는 단계;
    제1 및 제2 태양광 전지 어레이의 위치로부터 떨어져서, 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터의 전력을 하나의 형태로부터 다른 형태로 변환하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이의 중립선으로부터 떨어진 위치로부터 적어도 부분적으로, 상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 연결하는 것을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터의 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터의 전력을 상기 제1 및 제2 태양광 전지 어레이로부터의 전력의 전압보다 높은 DC 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는 상기 제1 태양광 전지 어레이로부터의 도전체 및 상기 제1 태양광 전지 어레이의 도전체만에 의해 인가되는 전력을 변환하는 단계를 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이 제어 방법.
  14. 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제1 입력;
    제2 태양광 전지 어레이의 중립선을 연결하도록 하는 제2 입력;
    상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 스위칭가능하게 연결하도록 구성되고, 전기 제어 신호에 의해 제어가능한 접촉기; 및
    상기 전기 제어 신호를 보냄으로써 제어기가 제1 스위치를 제어하게 하도록 스위치를 떨어져 위치한 제어기에 연결하도록 하는 제어 입력을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이를 연결하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 출력;
    제2 출력; 및
    상기 접촉기가 상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 태양광 전지 어레이의 중립선에 연결하지 않을 때 상기 제1 태양광 전지 어레이 및 제2 태양광 전지 어레이가 접지되게 하기 위해 상기 제1 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제1 출력에 연결하고 상기 제2 태양광 전지 어레이의 중립선을 상기 제2 출력에 연결하도록 구성된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이를 연결하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 접촉기 및 제2 스위치가 상기 전기 제어 신호에 의해 모두 제어가능한 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이를 연결하는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 접촉기 및 제2 스위치에 연결되고 상기 접촉기 및 제2 스위치의 상태가 결정되도록 하는 피드백부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 어레이를 연결하는 장치.
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