KR20150091320A - 광전 시스템 및 광전 시스템의 작동 방법 - Google Patents

광전 시스템 및 광전 시스템의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전 시스템에 관한 것으로, 에너지 저장 장치, 광전 모듈 및 제어장치를 포함하고, 상기 에너지 저장 장치의 출력 단자에서 공급 전압을 생성하고, 상기 에너지 저장 장치는 병렬 접속된 적어도 하나의 에너지 공급 라인을 포함하고, 상기 에너지 공급 라인은 각각 상기 에너지 공급 라인 내에서 직렬 접속된 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 포함하고, 상기 에너지 저장 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 셀을 가진 에너지 저장 셀 모듈과 다수의 커플링 소자를 가진 커플링 장치를 포함하고, 상기 커플링 장치는 에너지 저장 셀 모듈을 선택적으로 각각의 에너지 공급 라인에 접속하거나 각각의 에너지 공급 라인에서 우회하도록 설계되고, 상기 광전 모듈은 하나 이상의 광전 셀을 포함하고, 상기 광전 셀은 에너지 저장 장치의 출력 단자에 직접 연결되고, 상기 제어장치는 에너지 저장 장치에 연결되고, 공급 전압의 조절을 위해 에너지 저장 모듈의 커플링 장치를 에너지 저장 장치의 출력 단자에서 하나 이상의 광전 셀 내의 전류 흐름에 의존해서 제어하도록 설계된다.

Description

광전 시스템 및 광전 시스템의 작동 방법{PHOTOVOLTAIC SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 발명은 광전 시스템, 및 특히 에너지 중간 저장 장치를 구비한 자가 발전식 전력 계통 및 버퍼형(buffered) 전력 계통망에서 광전 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
미래에는 풍력 발전 설비 또는 태양광 발전 설비와 같은 고정형 용도와 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차와 같은 차량에서 전기 구동 기술과 새로운 에너지 저장 기술을 결합하는 전자 시스템의 사용이 증가할 것으로 나타난다.
버퍼형 그리드 지원이 이루어지는 광전 시스템 또는 자가 발전식 광전 시스템은 일반적으로 전기 에너지 저장 장치를 포함하고, 상기 전기 에너지 저장 장치는 광전 셀로부터 공급된 전류용 중간 저장기로서 작용한다. 상기 에너지 저장 장치는 통상적으로 직류 초퍼에 의해 광전 모듈에 연결된다.
간행물 DE 10 2010 027 857 A1호 및 DE 10 2010 027 861 A1호는 에너지 저장 장치 내에 모듈 방식으로 접속된 배터리 셀을 기술하고, 상기 에너지 저장 장치들은 커플링 유닛의 적절한 제어에 의해 직렬 접속된 배터리 셀들의 라인에 선택적으로 접속될 수 있거나 분리될 수 있다. 이러한 방식의 시스템들은 배터리 직접 변환기(Battery Direct Converter, BDC)라는 명칭으로 공개되어 있다. 이러한 시스템은 에너지 저장 모듈 라인 내에 직류원을 포함하고, 상기 직류원은 전기 기계 또는 전기 그리드의 전기 에너지 공급을 위한 직류 전압 중간 회로에 펄스 인버터를 통해 접속 가능하다.
본 발명의 과제는 전기 에너지 저장 장치와 광전 모듈 사이의 직류 초퍼가 생략될 수 있는, 자가 발전 전원 공급 장치 및/또는 버퍼형 그리드를 포함하는 광전 시스템을 저렴하고 효율적이며 복잡하지 않은 기술적인 구현 가능성으로 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 광전 시스템 및 청구항 제 9 항에 따른 광전 시스템의 작동 방법에 의해 해결된다.
본 발명은 제 1 양상에 따라, 에너지 저장 장치, 광전 모듈 및 제어장치를 포함하고, 에너지 저장 장치의 출력 단자에서 공급 전압을 생성하고, 상기 에너지 저장 장치는 병렬 접속된 적어도 하나의 에너지 공급 라인을 포함하고, 상기 에너지 공급 라인은 각각 에너지 공급 라인 내에서 직렬 접속된 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 포함하고, 상기 에너지 저장 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 셀을 가진 에너지 저장 셀 모듈과 다수의 커플링 소자를 가진 커플링 장치를 포함하고, 상기 커플링 장치는 에너지 저장 셀 모듈을 선택적으로 각각의 에너지 공급 라인에 접속하거나 각각의 에너지 공급 라인에서 우회하도록 설계되고, 상기 광전 모듈은 하나 이상의 광전 셀을 포함하고, 상기 광전 셀은 에너지 저장 장치의 출력 단자에 직접 연결되고, 상기 제어장치는 에너지 저장 장치에 연결되고, 공급 전압의 조절을 위해 에너지 저장 모듈의 커플링 장치를 에너지 저장 장치의 출력 단자에서 하나 이상의 광전 셀 내의 전류 흐름에 의존해서 제어하도록 설계된, 광전 시스템을 제공한다.
다른 양상에 따라 본 발명은, 하나 이상의 광전 셀 내의 현재 전류 흐름을 결정하는 단계, 에너지 공급 라인으로 관련 에너지 저장 셀 모듈의 접속을 위해 에너지 저장 장치의 제 1 개수의 에너지 저장 모듈의 커플링 장치를 제어하는 단계, 에너지 공급 라인에서 관련 에너지 저장 셀 모듈의 우회를 위해 에너지 저장 장치의 제 2 개수의 에너지 저장 모듈의 커플링 장치를 제어하는 단계, 및 하나 이상의 광전 셀에서 결정된 현재 전류 흐름에 의존해서 에너지 저장 장치의 제 1 및 제 2 개수의 에너지 저장 모듈을 결정하는 단계들을 포함하는, 본 발명에 따른 광전 시스템의 작동 방법을 제공한다.
본 발명의 사상은, 에너지 저장 모듈의 직렬 회로로 모듈 방식으로 구성된 하나 이상의 에너지 공급 라인을 가진 에너지 저장 장치를 광전 모듈에 직접 연결하고, 에너지 저장 장치의 출력 전압을 에너지 저장 모듈의 모듈 방식의 제어에 의해 광전 모듈의 요구에 맞게 조정하는 것이다. 이 경우 바람직하게 최대 전력에 따른 조절은(Maximum Power Point Tracking, MPPT; 최대 전력점 추종) 에너지 저장 장치의 출력 전압의 적절한 조절에 의해 이루어지므로, 광전 모듈은 항상 최적의 전력 범위에서 작동한다. 또한 에너지 저장 장치는 광전 모듈의 광전 셀 내의 현재 전류 흐름에 의존해서 제어될 수 있다.
바람직하게 에너지 공급 라인의 모듈 방식의 구조는 에너지 저장 장치의 출력 전압 전체를 예를 들어 개별 에너지 저장 셀 모듈을 위한 관련 커플링 유닛의 위상 이동된 제어에 의해 또는 개별 에너지 저장 모듈의 펄스폭 변조된 제어에 의해 세밀하게 등급화할 수 있다. 이로 인해, MPPT용 전압이 매우 정확하게 조절될 수 있다.
바람직하게 에너지 저장 셀들의 균일한 부하를 달성할 수 있도록 하기 위해, 에너지 공급 라인의 에너지 저장 모듈들은 접속 작동 시 주기적으로 교체될 수도 있다. 또한 에러의 경우 개별 에너지 저장 모듈들은 선택적으로 모듈 회전으로부터 분리될 수 있고, 이 경우 시스템 전체의 기본적인 기능은 저하되지 않는다.
모듈 방식으로 구성된 에너지 저장 장치의 사용에 의해 배터리 관리 시스템이 간단해질 수 있는데, 그 이유는 모듈 방식의 제어만을 필요로 하기 때문이다. 또한 에너지 공급 라인의 개수 또는 에너지 공급 라인 당 설치된 에너지 저장 모듈의 개수가 다른 조정 문제없이 변경될 수 있음으로써, 에너지 저장 장치는 간단하게 스케일링될 수 있다. 이로써 광전 모듈의 다양한 변형예들이 저렴하게 지원될 수 있다. 특히 에너지 저장 모듈의 개수는 조정될 수 있으므로, 에너지 저장 셀 모듈의 에너지 저장 셀이 완전히 방전된 경우에도 모든 에너지 저장 모듈의 추가에 의해 광전 모듈을 위한 최대로 가능한 전압은 조절 가능하게 유지된다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 일 실시예에 따라 에너지 저장 장치는 또한 적어도 하나의 저장 인덕턴스를 포함할 수 있고, 상기 저장 인덕턴스는 에너지 저장 장치의 출력 단자들 중 하나의 출력 단자와 에너지 공급 라인들 중 하나의 에너지 공급 라인 사이에 연결된다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 에너지 저장 장치는 또한 직류 전압 중간 회로를 포함할 수 있고, 상기 회로는 에너지 저장 장치의 출력 단자에 연결되고, 에너지 공급 라인에 대해 병렬 접속된다. 이로 인해 전압 변동이 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 광전 시스템은 또한 인버터를 포함할 수 있고, 상기 인버터는 에너지 저장 장치의 출력 단자 및 광전 모듈에 연결된다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 인버터는, 에너지 저장 장치 및/또는 광전 모듈로부터 직류 전압을 공급 받도록 그리고 직류 전압을 단상 또는 다상 교류 전압으로 변환하도록 설계될 수 있다. 이는 바람직하게 광전 셀 및/또는 에너지 공급 장치로부터 공급망으로 전류의 공급을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 제어장치는 또한, 인버터의 현재 전력 수요를 결정하도록 그리고 에너지 저장 장치의 출력 전압의 조정을 위해 결정된 전력 수요에 의존해서 에너지 저장 모듈의 커플링 장치를 제어하도록 설계될 수 있다. 이는 특히, 광전 셀로부터 에너지가 인출되지 않고 또는 인출될 수 없는 작동 단계에서, 예를 들어 암중 시 바람직하다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 에너지 저장 모듈의 커플링 장치는 다수의 커플링 소자로 이루어진 하프 브리지 회로 또는 풀 브리지 회로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광전 시스템의 다른 실시예에 따라 광전 시스템은 또한 다이오드를 포함할 수 있고, 상기 다이오드는 광전 셀 내로 전류의 역류를 방지하기 위해 에너지 저장 장치의 출력 단자들 중 하나의 출력 단자와 광전 모듈 사이에 연결된다.
본 발명의 다른 특징, 장점 및 실시예들은 하기 설명에 첨부된 도면과 관련해서 제시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 저장 모듈의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 에너지 저장 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치와 광전 모듈을 포함하는 광전 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전 모듈의 전류-전압 특성곡선 및 전력 특성곡선을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광전 시스템의 작동 방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 에너지 저장 장치(10)의 2개의 출력 단자(4a, 4b) 사이에서 병렬 접속 가능한 에너지 공급 라인(10a, 10b)을 통해 공급 전압을 제공하기 위한 에너지 저장 장치(10)를 도시한다. 에너지 공급 라인(10a, 10b)은 각각 라인 단자(1a, 1b)를 포함한다. 에너지 공급 장치(10)는 병렬 접속된 적어도 2개의 에너지 공급 라인(10a, 10b)을 포함한다. 예를 들어 도 1에서 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 개수는 2개이지만, 더 많은 개수의 에너지 공급 라인(10a, 10b)도 가능하다. 마찬가지로 라인 단자(1a, 1b) 사이에 에너지 공급 라인(10a)만이 접속될 수도 있고, 이러한 경우에 상기 라인 단자들은 에너지 저장 장치(10)의 출력 단자를 형성한다.
에너지 공급 라인(10a, 10b)은 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 라인 단자(1a, 1b)를 통해 병렬 접속될 수 있기 때문에, 에너지 공급 라인(10a, 10b)은 가변 출력 전류의 전류원으로서 작용한다. 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 출력 전류는 에너지 공급 장치(10)의 출력 단자(4a)에서 합해져서 전체 출력 전류가 된다.
에너지 공급 라인(10a, 10b)은 저장 인덕턴스(2a, 2b)를 통해 에너지 저장 장치(1)의 출력 단자(4a)에 연결될 수 있다. 저장 인덕턴스(2a, 2b)는 예를 들어 집중된 또는 분배된 소자일 수 있다. 대안으로서 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 기생 인덕턴스가 저장 인덕턴스(2a, 2b)로서 사용될 수 있다. 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 적절한 제어에 의해 직류 전압 중간 회로(9) 내로 전류 흐름이 제어될 수 있다. 저장 인덕턴스(2a, 2b) 전의 평균 전압이 순시 중간 회로 전압보다 높으면, 직류 전압 중간 회로(9) 내로 전류 흐름이 이루어지는 한편, 저장 인덕턴스(2a, 2b) 전의 평균 압력이 순시 중간 회로 전압보다 낮으면, 에너지 공급 라인(10a 또는 10b) 내로 전류 흐름이 이루어진다. 최대 전류는 직류 전압 중간 회로(9)와 함께 작동 시 저장 인덕턴스(2a, 2b)에 의해 제한된다.
이러한 방식으로 각각의 에너지 공급 라인(10a 또는 10b)은 저장 인덕턴스(2a, 2b)에 의해 가변 전류원으로서 작용하고, 상기 전류원은 병렬 접속 및 전류 중간 회로의 구현에 적합하다. 에너지 공급 라인(10a)이 하나인 경우에 저장 인덕턴스(2a)는 생략될 수 있으므로, 에너지 공급 라인(10a)이 에너지 공급 장치(1)의 출력 단자(4a, 4b) 사이에 직접 연결된다.
각각의 에너지 공급 라인(10a, 10b)은 직렬 접속된 적어도 2개의 에너지 저장 모듈(3)을 포함한다. 예를 들어 도 1에서 에너지 공급 라인 당 에너지 저장 모듈(3)의 개수는 2개이지만, 에너지 저장 모듈(3)의 다른 개수도 가능하다. 바람직하게 각각의 에너지 공급 라인(10a, 10b)은 동일한 개수의 에너지 저장 모듈(3)을 포함하지만, 각각의 에너지 공급 라인(10a, 10b)마다 상이한 개수의 에너지 저장 모듈(3)이 제공될 수도 있다. 에너지 저장 모듈(3)은 각각 2개의 출력 단자(3a, 3b)를 포함하고, 상기 단자를 통해 에너지 저장 모듈(3)의 출력 전압이 제공될 수 있다.
에너지 저장 모듈(3)의 예시적인 구조 형태는 도 2 및 도 3에서 확대하여 상세히 도시된다. 에너지 저장 모듈(3)은 다수의 커플링 소자(7a, 7c 및 경우에 따라서 7b, 7d)를 가진 커플링 장치(7)를 포함한다. 에너지 저장 모듈(3)은 또한 각각 직렬 접속된 하나 이상의 에너지 저장 셀(5a, 5k)를 가진 에너지 저장 셀 모듈(5)을 포함한다.
에너지 저장 셀 모듈(5)은 예를 들어 직렬 접속된 배터리(5a 내지 5k), 예를 들어 리튬 이온 배터리 또는 리튬 이온 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 수퍼 커패시터 또는 이중층 커패시터도 에너지 저장 셀(5a 내지 5k)로서 사용될 수 있다. 이 경우 에너지 저장 셀(5a 내지 5k)의 개수는 도 2에 도시된 에너지 저장 모듈(3)에서 예를 들어 2개이지만, 에너지 저장 셀(5a 내지 5k)의 다른 개수도 가능하다.
커플링 장치(7)는 도 2에서 예시적으로 각각 2개의 커플링 소자(7a, 7c) 및 2개의 커플링 소자(7b, 7d)를 가진 풀브리지 회로로서 형성된다. 커플링 소자(7a, 7b, 7c, 7d)는 각각 능동 스위칭 소자, 예를 들어 반도체 스위치일 수 있고, 이에 대해 병렬 접속된 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 반도체 스위치는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 이러한 경우에 프리휠링 다이오드들은 각각 반도체 스위치 내에 통합될 수도 있다.
도 2의 커플링 소자들(7a, 7b, 7c, 7d)은 예를 들어 도 1의 제어장치(8)에 의해, 에너지 저장 셀 모듈(5)이 선택적으로 출력 단자들(3a, 3b) 사이에 접속되도록 또는 에너지 저장 셀 모듈(5)이 우회되도록, 제어될 수 있다. 커플링 장치(7)의 적절한 제어에 의해 각각의 에너지 저장 모듈(3)은 의도대로 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 직렬 회로에 통합될 수 있다.
도 2와 관련해서 에너지 저장 셀 모듈(5)은, 커플링 소자(7d)의 능동 스위칭 소자와 커플링 소자(7a)의 능동 스위칭 소자가 폐쇄 상태가 되는 한편, 커플링 소자(7b, 7c)의 나머지 2개의 능동 스위칭 소자들이 개방 상태가 됨으로써, 예를 들어 순방향으로 출력 단자들(3a, 3b) 사이에 접속될 수 있다. 이러한 경우에 커플링 장치(7)의 출력 단자(3a, 3b) 사이에 모듈 전압이 인가된다. 우회 상태는 예를 들어, 커플링 소자(7a, 7b)의 2개의 능동 스위칭 소자들이 폐쇄 상태가 되는 한편, 커플링 소자(7c, 7d)의 2개의 능동 스위칭 소자들은 개방 상태로 유지됨으로써 설정될 수 있다. 제 2 우회 상태는 예를 들어, 커플링 소자(7c, 7d)의 2개의 능동 스위치가 폐쇄된 상태가 되는 한편, 커플링 소자(7a, 7b)의 능동 스위칭 소자가 개방 상태가 됨으로써 설정될 수 있다. 2개의 우회 상태에서 커플링 장치(7)의 2개의 출력 단자(3a, 3b) 사이에 전압 0이 인가된다. 또한 커플링 소자(7b, 7c)의 능동 스위칭 소자들이 폐쇄 상태가 되는 한편, 커플링 소자(7a, 7d)의 능동 스위칭 소자들은 개방 상태가 됨으로써, 에너지 저장 셀 모듈(5)은 역방향으로 커플링 장치(7)의 출력 단자(3a, 3b) 사이에 접속될 수 있다. 이러한 경우에 커플링 장치(7)의 2개의 출력 단자(3a, 3b) 사이에 마이너스 모듈 전압이 인가된다.
에너지 공급 라인(10a, 10b)의 전체 출력 전압은 각각 등급으로 조절될 수 있고, 이 경우 등급의 개수는 에너지 저장 모듈(3)의 개수로 스케일링된다. 제 1 및 제 2 에너지 저장 모듈(3)이 n개인 경우에, 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 전체 출력 전압은 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 마이너스 전체 전압과 플러스 전체 전압 사이에서 2n+1개의 등급으로 조절될 수 있다. 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 전체 출력 전압에 기여하는 개별 에너지 저장 모듈(3)은 주기적으로 또는 다른 조절 가능한 방식으로 교체될 수 있으므로, 작동 중에 개별 에너지 저장 셀 모듈(5)에 대한 부하가 가능한 한 균일하게 유지될 수 있다.
도 3은 에너지 저장 모듈(3)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 3에 도시된 에너지 저장 모듈(3)은, 커플링 장치(7)가 4개의 커플링 소자 대신 2개의 커플링 소자를 포함하고, 상기 커플링 소자들은 풀브리지 회로 대신 하프 브리지 회로 접속되는 점에서 도 2에 도시된 에너지 저장 모듈(3)과 다르다.
도시된 변형 실시예에서 커플링 장치(7)의 능동 스위칭 소자들은 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), JFET(Junction Field-Effect Transistor) 형태의 파워 반도체 스위치로서 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)로서 구현될 수 있다.
에너지 저장 셀 모듈(5)의 등급화에 의해 정해진 2개의 전압 등급 사이의 평균 전압값을 유지하기 위해, 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 소자(7a, 7c 및 경우에 따라서 7b, 7d)는 클록 제어 방식으로, 예를 들어 펄스폭 변조(PMW)로 제어될 수 있으므로, 관련 에너지 저장 모듈(3)은 시간에 따라 평균하여 모듈 전압을 공급하고, 상기 전압은 0 내지 에너지 저장 셀(5a 내지 5b)에 의해 규정된 최대 가능 모듈 전압의 값을 가질 수 있다. 커플링 소자(7a, 7b, 7c, 7d)의 제어는 예를 들어 도 1의 제어장치(8)와 같은 제어장치에 의해 실행될 수 있고, 상기 제어장치는, 예를 들어 보조적인 전압 제어에 의해 전류 조절을 실시하도록 설계되므로, 개별 에너지 저장 모듈(3)의 단계적 접속 및 차단이 이루어질 수 있다.
에너지 저장 장치(10)는 또한 직류 전압 중간 회로(9)를 포함할 수 있고, 상기 회로는 에너지 저장 장치(10)의 출력 단자(4a, 4b)에 연결되고, 에너지 공급 라인(10a, 10b)에 대해 병렬 접속된다. 저장 인덕턴스(2a, 2b)와 직류 전압 중간 회로(9)의 협력에 의해 에너지 저장 장치(10)의 출력 전압 및 출력 전류는 거의 변동 없이, 즉 전류 또는 전압 리플 없이 유지될 수 있다.
도 4는 예시적인 광전 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 광전 시스템(100)은 예를 들어 광전 셀(12)로 이루어진 어레이에서 접속될 수 있는 하나 이상의 광전 셀(12)를 가진 광전 모듈(11)을 포함한다. 광전 셀(12)의 개수는 도 4에서 예를 들어 4개로 도시되지만, 각각의 다른 개수도 가능하다.
광전 모듈(11)은 예를 들어 도 5에 도시된 전류-전압 특성곡선(IK)에 따라 전기 에너지를 출력부(11a 또는 11b)에 공급한다. 전압(UM) 및 해당 전류 강도(IM)를 갖는 지점에서 광전 모듈(11)은 전력 특성곡선(PK)에 예시적으로 도시된 최대 전력(PM)을 공급한다.
광전 시스템(100)은 에너지 저장 장치(10)를 포함하고, 상기 장치의 출력 단자(4a 또는 4b)는 노드점(13a 또는 13b)에서 광전 모듈(11)의 출력부(11a, 11b)에 직접 연결된다. 특히 중간 접속된 직류 초퍼는 생략될 수 있다. 광전 시스템(100)은 또한 전류 인버터(14)를 포함할 수 있고, 상기 전류 인버터는 에너지 저장 장치(10) 및/또는 광전 모듈(11)로부터 받은 직류 전압을 전기 기계 또는 에너지 공급망(15)을 위한 단상 또는 다상 교류 전압으로 변환한다.
광전 시스템(100)은 또한 제어장치(8)를 포함할 수 있고, 상기 제어장치는 에너지 저장 장치(10)에 연결되고, 상기 제어장치에 의해 에너지 저장 장치(10)가 제어될 수 있으므로, 에너지 저장 장치(10)의 소정의 전체 출력 전압이 각각의 출력 단자(4a, 4b)에 제공될 수 있다.
에너지 저장 장치(1)의 전체 출력 전압은 바람직하게 광전 모듈(11)의 작동 전압마다 적절한 출력 전압이 설정될 수 있는 전압 범위에 걸쳐 가변적이다. 이는 에너지 공급 라인(10a, 10b)의 개수 또는 에너지 공급 라인(10a 또는 10b) 당 에너지 저장 모듈(3)의 개수의 적절한 선택에 의해 이루어질 수 있으므로, 에너지 저장 모듈(3)의 에너지 저장 셀(5a 내지 5)의 충전 상태가 가장 낮은 경우에도 광전 모듈(11) 내에서 최대로 달성 가능한 전압에 상응하는 적절한 출력 전압이 제공될 수 있다.
제어장치(8)는 예를 들어 파라미터 범위의 예정된 특성 필드를 에너지 저장 장치(1)의 출력 전압을 위해 저장할 수 있고, 구동 시스템(100)의 작동 동안에 결정된 작동 파라미터들, 예를 들어 에너지 저장 셀(5a 내지 5k)의 충전 상태, 광전 모듈(11)의 작동 전압, 직류 전압 중간 회로(9)의 충전 상태, 전류 인버터(14)의 요구 전력 또는 다른 파라미터에 의존해서 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)의 제어를 위해 사용할 수 있다. 특성필드는 예를 들어 도 5에 도시된 특성필드에 상응할 수 있다. 제어장치(8)는 하나 이상의 에너지 저장 모듈(3)의 적절한 제어에 의해 에너지 저장 장치(1)를 소정의 출력 전압으로 조절할 수 있다. 이 경우 제어장치(18)는 특히 광전 모듈(1)의 최대 전력(MPPT)으로 조절을 실행할 수 있다.
제어장치(8)에 의해 또한 인버터(14)의 출력부에서 광전 시스템(100)의 현재 전력 수요가 검출될 수 있으므로, 에너지 저장 장치(10)는 특히 광전 셀들(12)이 전력을 공급하지 않거나 또는 공급할 수 없는 광전 모듈(11)의 작동 단계에서 인버터를 위한 그리드 버퍼로서 작용한다.
도 6은 광전 시스템, 특히 도 1 내지 도 5와 관련해서 설명한 바와 같이 에너지 공급 장치(10)와 광전 모듈(11)을 포함하는 광전 시스템(100)의 작동을 위한 예시적인 방법(20)을 개략적으로 도시한다.
제 1 단계(21)에서 하나 이상의 광전 셀(12) 내의 현재 전류 흐름(IK)의 결정이 이루어진다. 단계 22와 23에서 에너지 공급 라인(10a 또는 10b)으로 관련 에너지 저장 셀 모듈의 스위칭을 위해 에너지 저장 장치(10)의 제 1 개수의 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)의 제어가 이루어지고, 에너지 공급 라인(10a 또는 10b)에서 관련 에너지 저장 셀 모듈(5)의 우회를 위해 에너지 저장 장치(10)의 제 2 개수의 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)의 제어가 이루어진다.
계속해서 단계 24에서 하나 이상의 광전 셀(12)에서 결정된 현재 전류 흐름(IK)에 의존해서 에너지 저장 장치(10)의 제 1 및 제 2 개수의 에너지 저장 모듈(3)의 결정이 이루어진다.
1a, 1b 라인 단자
2a, 2b 저장 인덕턴스
3 에너지 저장 모듈
4a, 4b 출력 단자
5a, 5k 에너지 저장 셀
7 커플링 장치
8 제어장치
9 직류 전압 중간 회로
10 에너지 저장 장치
10a, 10b 에너지 공급 라인
11 광전 모듈
12 광전 셀
100 광전 시스템

Claims (9)

  1. 광전 시스템(100)으로서,
    에너지 저장 장치(10), 광전 모듈(11) 및 제어장치(8)를 포함하고,
    상기 에너지 저장 장치(10)의 출력 단자(4a, 4b)에서 공급 전압을 생성하고, 상기 에너지 저장 장치는 병렬 접속된 적어도 하나의 에너지 공급 라인(10a; 10b)을 포함하고, 상기 에너지 공급 라인은 각각 상기 에너지 공급 라인(10a; 10b) 내에서 직렬 접속된 하나 이상의 에너지 저장 모듈(3)을 포함하고, 상기 에너지 저장 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 셀(5a, 5k)를 가진 에너지 저장 셀 모듈(5)과 다수의 커플링 소자(7a, 7b, 7c)를 가진 커플링 장치(7)를 포함하고, 상기 커플링 장치는 상기 에너지 저장 셀 모듈(5)을 선택적으로 각각의 에너지 공급 라인(10a; 10b)에 접속하거나 각각의 에너지 공급 라인(10a; 10b)에서 우회하도록 설계되고,
    상기 광전 모듈(11)은 하나 이상의 광전 셀(12)를 포함하고, 상기 광전 셀은 에너지 저장 장치의 출력 단자(4a, 4b)에 직접 연결되고,
    상기 제어장치(8)는 상기 에너지 저장 장치(10)에 연결되고, 공급 전압의 조절을 위해 상기 에너지 저장 모듈(3)의 상기 커플링 장치(7)를, 상기 에너지 저장 장치(10)의 상기 출력 단자(4a, 4b)에서 하나 이상의 광전 셀(12) 내의 전류 흐름(IK)에 의존해서 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 저장 인덕턴스(2a; 2b)가 제공되고, 상기 저장 인덕턴스는 상기 에너지 저장 장치(10)의 출력 단자들(4a, 4b) 중 하나의 출력 단자와 에너지 공급 라인들(10a, 10b) 중 하나의 에너지 공급 라인 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 직류 전압 중간 회로(9)가 제공되고, 상기 직류 전압 중간 회로는 상기 에너지 저장 장치(10)의 출력 단자(4a, 4b)에 연결되고, 상기 에너지 공급 라인(10a, 10b)에 대해 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 인버터(14)가 제공되고, 상기 인버터는 상기 에너지 저장 장치(10)의 상기 출력 단자(4a, 4b) 및 상기 광전 모듈(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 인버터(14)는, 상기 에너지 저장 장치(10) 및/또는 상기 광전 모듈(11)로부터 직류 전압을 공급받도록 그리고 직류 전압을 단상 또는 다상 교류 전압으로 변환하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제어장치(8)는 또한, 상기 인버터(14)의 현재 전력 수요를 결정하도록 그리고 상기 에너지 저장 장치(10)의 출력 전압의 조정을 위해 결정된 전력 수요에 의존해서 상기 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)를 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 저장 모듈(3)의 상기 커플링 장치(7)는 다수의 커플링 소자들(7a, 7b, 7c, 7d)로 이루어진 하프 브리지 회로 또는 풀 브리지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 다이오드가 제공되고, 상기 다이오드는 상기 광전 셀(12) 내로 전류의 역류를 방지하기 위해 상기 에너지 공급 장치(10)의 상기 출력 단자들(4a, 4b) 중 하나의 출력 단자와 상기 광전 모듈(11) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 광전 시스템(100)의 작동 방법(20)으로서,
    하나 이상의 광전 셀(12) 내의 현재 전류 흐름(IK)을 결정하는 단계(21),
    에너지 공급 라인(10a; 10b)으로 관련 에너지 저장 셀 모듈(5)의 접속을 위해 에너지 저장 장치(10)의 제 1 개수의 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)를 제어하는 단계(22),
    상기 에너지 공급 라인(10a; 10b)에서 각각의 에너지 저장 셀 모듈(5)의 우회를 위해 에너지 저장 장치(10)의 제 2 개수의 에너지 저장 모듈(3)의 커플링 장치(7)를 제어하는 단계(23) 및,
    하나 이상의 광전 셀(12)에서 결정된 현재 전류 흐름(IK)에 의존해서 상기 에너지 저장 장치(10)의 제 1 개수 및 제 2 개수의 에너지 저장 모듈(3)을 결정하는 단계(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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