KR20160146398A - Fire protection and solar power systems using micro-converter - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a solar power system which removes a reverse current prevention diode and an exhaust fan from a connection board, and does not perform a monitoring function, thereby simplifying configuration of the connection board. The solar power system comprises: a microconverter configured to correspond to a solar module, blocking string power, preventing reverse current, and performing a monitoring function; a fire measurement unit including a connection board for transferring direct current voltage outputted from the microconverter to an inverter in a lower end, in which the connection board detects a fire to prevent the fire; and a fire detection module including a microcontroller for determining a fire symptom based on the temperature, the humidity, CO_2, VOC, and an external temperature measurement value integrally detected in the fire measurement unit. By performing a string power blocking function, a reverse current prevention function, and a fire and power monitoring function in the microconverter, the connection board is simplified to have high reliability. And since heating is unnecessary by omitting a heating factor in the connection board, a dustproof and waterproof level of the connection board can be optimized to be suitable for outdoor installation specifications, thereby optimizing accuracy of the fire detection module additionally installed in properties of an enclosed structure without an exhaust fan. Therefore, the high reliability solar power system is realized.

Description

마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템{Fire protection and solar power systems using micro-converter} FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fire prevention and solar power generation system using a micro converter,

본 발명은 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전에 관한 것으로, 특히 접속 반에서 역 전류 방지 다이오드와 방열용 배기 팬(fan)을 제거하고 발전 모니터링 기능을 마이크로컨버터에서 수행함으로써 접속 반 내부에서 모니터링 기능을 수행하지 않도록 하여 접속 반의 구성을 단순화하고 저전력 환경감지센서를 적용한 복합형 화재감지모듈을 탑재하여 신뢰성을 향상시킨 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fire prevention and solar power generation using a micro-converter. In particular, a reverse current prevention diode and a heat exhaust fan are removed from a connection board, and a power monitoring function is performed in a micro- The present invention relates to a fire prevention and photovoltaic power generation system using a microconverter that improves reliability by using a hybrid fire detection module that simplifies the configuration of a connection panel and does not perform functions.

일반적으로 대형 태양광 발전 시스템은 다수개의 태양전지모듈을 직렬로 연결한 스트링으로부터 DC 1000V 급의 고전압 인입 선들이 접속 반에 병렬 구조로 모여서, 한 쌍의 DC출력 라인이 인버터로 연결되는 구조이다. 이때 스트링 간의 발전 상태가 상이함으로 각 스트링간 전압 차로 인해 특정 어레이들로 역 전류가 흘러갈 수 있는 데, 이를 방지하기 위해서 역 전류 방지 다이오드가 각 스트링 별로 직렬연결이 되어 있고, 아크 폴트(Arc Fault) 등의 과전류에 따른 기기 소손을 방지하기 위한 퓨즈 및 전원 차단기 등이 설치되어 있다. 그러나 실제로는 스트링에서의 사고 시 역 전류 다이오드의 영향으로 과전류용 퓨즈는 동작하지 않으며, 또한, 접속 반 수준에서 각 채널을 모니터링하기 위해서는 상시 AC 전원 또는 별도의 DC전원이 인가되며 별도의 전원공급장치와 모니터링 보드가 장착된다.Generally, a large PV system is a structure in which a DC 1000 V high-voltage input lines from a string connecting a plurality of solar cell modules in series are connected in parallel to a connection panel, and a pair of DC output lines are connected to an inverter. In this case, since the power generation state between the strings is different, a reverse current may flow to specific arrays due to the voltage difference between the strings. To prevent this, a reverse current prevention diode is connected in series for each string, and an arc fault ), And the like for preventing the device from being burned due to the overcurrent. However, the fuse for the overcurrent does not operate due to the influence of the reverse current diode in case of an accident in the string, and in order to monitor each channel at the connection level, the AC power or the separate DC power is always applied, And a monitoring board.

한편, 대형 태양광 발전 시스템에 적용되는 접속 반은 역 전류 방지 다이오드에서 많은 열이 발생하기 때문에, 방열부가 추가로 설치되어 있으나, 추가된 방열부만으로는 최적의 방열이 이루어지지 않아 별도의 배기 팬을 마련하여 접속 반 외부로 배출하게 된다.On the other hand, since a large number of heat is generated in the reverse current prevention diode of the connection panel applied to a large solar power generation system, an additional heat dissipation unit is installed, but an additional heat dissipation is not performed only by the additional heat dissipation unit, And discharged to the outside of the connection board.

도 1은 일반적인 대형 태양광 발전 시스템의 접속반 및 어레이의 구성도로서, 태양광 어레이(11 ~ 10N), 접속반(20)을 포함한다.Fig. 1 is a schematic view of a connection panel and an array of a general large solar power generation system, and includes solar arrays 11 to 10N and a connection board 20. Fig.

접속반(20)은 다수개의 태양광 어레이(11 ~ 10N)로부터 출력되는 고압의 DC 출력선들을 병렬 형태로 모아서, 한 쌍의 DC출력 라인으로 출력한다. The connection board 20 collects the high-voltage DC output lines output from the plurality of solar arrays 11 to 10N in a parallel form and outputs them to a pair of DC output lines.

이러한 접속반(20)은 퓨즈(21), 역 전류 방지 다이오드(22), 감시 보드(23), 마이크로 컨버터(MCCB)(24) 및 배기 팬(25)을 포함한다. 여기서 퓨즈 및 역 전류 방지 다이오드는 각각의 태양광 어레이 별로 마련되는 것이 바람직하다.The connection board 20 includes a fuse 21, a reverse current prevention diode 22, a monitoring board 23, a microconverter (MCCB) 24 and an exhaust fan 25. It is preferable that the fuse and the reverse current prevention diode are provided for each solar array.

예컨대, 다수개의 태양광 어레이(11 ~ 10N)로부터 케이블이 접속되는 데, 보통 -선(접지선)들을 한곳에 묶어서 MCCB라는 전원 차단기(24)에 연결을 하고, +선은 퓨즈(21) 및 역 전류 방지 다이오드(22)를 통과한 후, 한 곳에 묶여서 상기 전원 차단기(24)에 연결이 된다. 그리고 전원 차단기(24)의 출력이 후단의 인버터에 연결된다. 아울러 채널별(스트링별) 모니터링 기능을 구비한 태양광 발전 시스템은 감시용 디지털 보드 및 전류 센싱 장치와 전압검출을 위한 전압센서 및 션트(Shunt) 저항기 등이 필요하기 때문에 이를 구동하기 위한 상시 AC 전원과 이를 DC로 변환하는 직류변환 전원공급장치도 보조적으로 필요해진다.For example, a cable is connected from a plurality of solar arrays 11 to 10N, and a normal line is connected to a power breaker 24 of MCCB, and a + line is connected to a fuse 21 and a reverse current After passing through the protection diode 22, it is bundled into one place and connected to the power source breaker 24. The output of the power breaker 24 is connected to the inverter at the rear end. In addition, a photovoltaic power generation system with a monitoring function per channel (per string) requires a digital board for monitoring, a current sensing device, a voltage sensor for voltage detection, and a shunt resistor. And a DC converting power supply for converting the DC to a DC are also needed.

한편, 마이크로 컨버터를 적용한 태양광 발전 장치에 대한 종래 기술이 하기의 <특허문헌 1>에 개시된다.On the other hand, a prior art for a photovoltaic device using a micro converter is disclosed in Patent Document 1 below.

상기 <특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 태양광 발전시스템 분야에 대한 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 개선하기 위해, 각 태양광 모듈(PV모듈)에 마이크로 인버터 컨버터를 구비하고, 상기 마이크로 인버터 컨버터에서 실시간 모듈단위의 환경/상황 요인에 대응, 전력/환경 감시를 수행한다.In order to improve energy efficiency and cost reduction in the field of solar power generation system, the prior art disclosed in the above Patent Document 1 has a micro inverter converter in each solar module (PV module), and in the micro inverter converter It responds to environment / situation factors in real-time module unit, and performs power / environment monitoring.

대한민국 등록특허 등록번호 10-1245827호(2013.03.20. 공고)Korean Registered Patent Registration No. 10-1245827 (Announced on March 20, 2013)

그러나 상기와 같은 일반적인 태양광 발전 시스템 및 종래기술에는 역 전류 방지 다이오드와 방열을 위한 배기 팬이 설치되어 있는 접속 반이 마련되어 있는 데, 통상 옥외에 설치하는 접속 반의 방수 기능이 배기 팬 및 이를 위한 개구부로 인해 만족하지 못하는 문제점을 유발하였다.However, in the conventional solar photovoltaic generation system and the related art as described above, there is provided a connection panel in which a reverse current prevention diode and an exhaust fan for heat dissipation are installed. In general, the waterproof function of the connection panel installed outdoors is an exhaust fan, Resulting in unsatisfactory results.

또한, 일반적인 태양광 발전 시스템의 접속 반에는 모니터링을 하기 위한 복잡한 디지털 보드의 추가로 인해 접속 반의 구성이 복잡해짐은 물론 신뢰성이 저하되고, 고장 율이 높아지는 단점도 있었다.In addition, a complicated digital board for monitoring is added to the connection module of a general solar power generation system, which not only complicates the configuration of the connection panel, but also lowers the reliability and increases the failure rate.

또한, 종래의 기술에서는 전압 및 전류 등급이 다른 여러 디바이스들이 동일함체 내에 구획되지 않고 배치되어 있어 고저압 혼촉사고의 위험이 내포되어 있었고, 다이오드의 발열을 외부로 배출하기 위한 개구부가 존재하여 이로 인해 배기 팬의 가동시 공기순환에 따라 외부로부터 습기와 먼지가 유입되어 접속반내 도체부에 침착되어 절연파괴로 이어져 빈번하게 화재가 발생되는 문제점을 가지고 있었다.In addition, in the related art, various devices having different voltage and current ratings are arranged without being partitioned in the same enclosure, so that there is a danger of a high-low pressure interfering accident, and there is an opening for discharging the heat of the diode to the outside, Moisture and dust are introduced from the outside due to the circulation of air during operation of the exhaust fan and deposited in the conductor portion in the connection panel, leading to insulation breakdown, resulting in frequent occurrence of fire.

또한, 종래의 기술에서는 역 전류 다이오드가 설치되어 있어 발전전압이 낮은 스트링으로의 역 전류를 방지하는 기능을 부여했으나, 실제 이 결과로 태양전지 모듈과 모듈 사이를 직렬로 구성한 스트링 내에서 지락 또는 단락사고가 발생시 사고 역전류가 흐르지 않아 접속 반에 설치된 스트링 보호용 퓨즈는 동작하지 않고 지속적으로 필드에서 DC사고 동작을 반복하게 됨으로서, 결국에 규정치 이상의 과도전압이나 과전류가 흐를 경우 일시에 다이오드가 도통되거나 파괴되어 아크폴트로 인한 화재로 이어지기도 하는 문제점을 내포하고 있었다.In addition, in the conventional technology, a reverse current diode is provided to prevent a reverse current to a string having a low power generation voltage. However, as a result, in a string formed between the solar cell module and the module in series, In the event of an accident, there is no reverse current flow, so that the string protection fuse installed in the connection panel does not operate and the DC accident occurs repeatedly in the field. As a result, if the overvoltage or overcurrent exceeds a predetermined value, Resulting in fire due to arc faults.

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 대형 태양광 발전 시스템 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 접속 반 내에서 역 전류 방지 다이오드와 배기 팬(fan)을 제거하는 대신에 모니터링 기능을 접속 반 외부에서 수행하도록 하여 접속 반의 구성을 단순화하여 방수·방진 등급을 높이고, 주된 화재요인을 파악하여 발화 이전에 화재 위험을 감지하여 회로를 차단하는 기능을 갖춘 고신뢰성 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in order to overcome the problems of the conventional large-scale solar power generation system and the related art, and instead of removing the reverse current prevention diode and the exhaust fan in the connection panel, To prevent fire by using a highly reliable micro-converter that has the function of blocking the circuit by sensing the fire risk before ignition by detecting the main fire factor and enhancing the waterproof and dustproof grade by simplifying the configuration of the connection panel And a solar power generation system.

본 발명의 다른 목적은 접속 반 내에서 스트링 모니터링 기능을 제거하여 상시 교류 전원(AC전원) 및 이에 따른 제반 디바이스를 필요 없도록 하여, 접속 반이 스마트하고 높은 안전성이 구현되도록 한 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a fire prevention system using a micro converter that eliminates the string monitoring function in a connection board and eliminates a need for a constant AC power source and all devices therefrom, And a solar power generation system.

본 발명의 또 다른 목적은 역 전류 방지 기능이 특정 마이크로컨버터에서 수행될 수 있도록 한 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter that can perform a reverse current prevention function in a specific micro-converter.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템은 태양광 모듈에 대응하게 구성되어, 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 마이크로 컨버터; 상기 마이크로 컨버터에서 출력된 직류 전력을 후단의 인버터에 전달하는 접속 반을 포함하고,In order to accomplish the above object, a fire prevention and solar power generation system using a micro converter according to the present invention is configured to correspond to a solar module, Micro converter; And a connection unit for transmitting the DC power output from the micro-converter to the inverter of the subsequent stage,

상기 접속 반은 화재방지를 위해 화재를 감지하는 화재 계측부; 상기 화재 계측부에서 통합 감지된 접속 반 내 온도, 습도, CO2 및 VOC, 외기 온도 측정값을 기초로 화재 이상 징후를 판단하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 화재감시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the connection unit comprises: a fire measurement unit for detecting a fire to prevent fire; And a microcontroller including a microcontroller for determining a fire abnormality on the basis of temperature, humidity, CO2, VOC, and outside air temperature measured values integrated in the fire measuring unit.

상기에서 마이크로 컨버터는 태양광 모듈로부터 출력된 전압을 검출하는 전압 검출기; 태양광 모듈로부터 출력된 전류를 검출하는 제1전류 검출기; 역 전류를 검출하는 제2 전류 검출기; 입력 전류 및 역 전류 검출 값을 기초로 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단한 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 다른 마이크로 컨버터와의 데이터 통신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛(MCU); 상기 메인 컨트롤 유닛과 다른 마이크로 컨버터 간의 통신을 위한 통신 모듈; 및 상기 메인 컨트롤 유닛에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 후단의 인버터에 출력하거나 차단하는 전원 제어부를 포함한다.The micro converter includes a voltage detector for detecting a voltage output from the solar module; A first current detector for detecting a current output from the solar module; A second current detector for detecting a reverse current; Based on the input current and reverse current detection value, it is judged whether reverse current or string power is cut off. The switch control signal is generated based on the result of judging whether reverse current or string power is cut off, A main control unit (MCU); A communication module for communication between the main control unit and another micro-converter; And a power control unit for outputting or interrupting an input voltage to a rear stage inverter according to a switch control signal generated in the main control unit.

상기에서 메인 컨트롤 유닛은 입력 전류를 측정하여 스트링 전원 차단 유무를 판단하고, 상기 전원 제어부의 출력 전류를 측정하여 역 전류를 판단하는 것을 특징으로 한다.The main control unit measures an input current to determine whether the string power is cut off, and measures an output current of the power control unit to determine a reverse current.

상기에서 접속반은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈, 상기 퓨즈를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The connection unit includes a fuse for blocking the overcurrent, and a power breaker for transmitting the voltage passed through the fuse to the inverter at the rear end.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템은 복수의 태양광 모듈 사이에 개재된 마이크로 컨버터; 상기 마이크로 컨버터에 연결되어, 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 스트링 제어기; 상기 스트링 제어기에서 출력된 직류 전압을 후단의 인버터에 전달하는 접속반을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter, including: a micro-converter interposed between a plurality of solar modules; A string controller coupled to the micro-converter to shut off the string power, prevent reverse current and perform a monitoring function; And a connection unit for transmitting the DC voltage output from the string controller to the inverter of the subsequent stage.

상기에서 스트링 제어기는 상기 마이크로 컨버터로부터 출력된 전류 및 역 전류를 검출하는 전압 검출기 및 제1 전류 검출기; 인버터에 출력되는 전류를 역 전류로 검출하는 제2 전류 검출기; 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 판단 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 최대전력점 추종을 위한 전압 및 전류 측정값의 송신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 마이크로 컨버터와 통신을 위한 통신 모듈; 상기 메인 컨트롤 유닛에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 인버터에 출력하거나 차단 신호 및 접속 반의 화재 이상 징후신호에 따라 회로를 차단하는 전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the string controller comprises: a voltage detector and a first current detector for detecting a current and a reverse current output from the micro-converter; A second current detector for detecting a current outputted to the inverter as a reverse current; A main control unit for determining whether or not a reverse current or a string power is cut off and generating a switch control signal based on a determination result of a reverse current or a string power cutoff and controlling the transmission of voltage and current measurement values for tracking the maximum power point; A communication module for communicating with the micro-converter; And a power control unit for outputting an input voltage to the inverter according to a switch control signal generated in the main control unit or for interrupting the circuit in accordance with a cutoff signal and a fire abnormality indication signal in the connection unit.

상기에서 메인 컨트롤 유닛은 입력 전류를 측정하여 스트링 전원 차단 유무를 판단하고, 상기 전원 제어부의 출력 전류를 측정하여 역 전류를 판단하는 것을 특징으로 한다.The main control unit measures an input current to determine whether the string power is cut off, and measures an output current of the power control unit to determine a reverse current.

상기에서 접속반은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈, 상기 퓨즈를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The connection unit includes a fuse for blocking the overcurrent, and a power breaker for transmitting the voltage passed through the fuse to the inverter at the rear end.

본 발명에 따르면 접속 반에 역 전류 방지 다이오드가 없기 때문에 열이 나지 않아 별도의 방열부와 배기 팬 및 개구부를 설치할 필요가 없으며, 마이크로컨버터에서 모니터링 기능을 무선방식으로 수행함으로써 접속 반에서 모니터링 디지털 보드가 필요 없기 때문에 상시 AC 전원도 필요 없어 통신 및 AC 전원공급라인, 서지 보호설비 등의 부수적인 설비 공사비의 절감과 함께 접속 반의 소형화 설계가 가능해지고 방진·방수 기능 등급을 높게 구현할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, since there is no reverse current prevention diode in the connection half, it is not necessary to provide a separate heat dissipation part, an exhaust fan and an opening part because there is no heat, and a microcomputer performs a monitoring function in a wireless manner, It is not necessary to use AC power at all times. As a result, it is possible to reduce the construction cost of the auxiliary equipment such as communication and AC power supply line and surge protection equipment, .

또한, 본 발명에 따르면 접속 반에서 발열부 및 배기 팬의 삭제에 따라 내부 공기의 유동이 없어 밀폐된 접속 반 내에서 화재감시모듈의 정밀도를 높게 구현할 수 있는 장점도 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that the precision of the fire monitoring module can be realized in a sealed connection panel because there is no flow of internal air according to the elimination of the heat generating portion and the exhaust fan in the connection panel.

도 1은 일반적인 태양광 발전시스템에 적용되는 접속 반과 태양광 어레이의 구성도,
도 2는 태양광 발전시스템에 적용되는 직렬형 마이크로 컨버터의 구성도,
도 3은 태양광 발전시스템에 적용되는 병렬형 마이크로 컨버터와 스트링 제어기의 구성도,
도 4는 본 발명에서 스마트 접속 반과 스트링 전원차단 및 역 전류 방지 기능이 있는 직렬형 마이크로 컨버터가 구비된 화재방지 및 태양광 발전시스템의 제1 실시 예 구성도,
도 5는 본 발명에서 스마트 접속 반과 스트링 전원차단 및 역 전류 방지기능이 있는 스트링 제어기가 구비된 화재방지 및 태양광 발전시스템의 제2 실시 예 구성도,
도 6은 본 발명에 적용된 역 전류 방지 기능 및 스트링 전압 차단 기능이 있는 마이크로 컨버터 또는 스트링 제어기의 구성도,
도 7a는 본 발명에서 역 전류 방지 과정을 보인 흐름도, 도 7b는 본 발명에서 스트링 전압 차단 과정을 보인 흐름도,
도 8은 본 발명에서 스마트 접속 반 내에 구성되어 접속 반 내의 화재 이상 징후를 판단하는 기능을 하는 화재감시모듈을 포함한 화재방지 및 태양광 발전시스템의 구성도,
도 9a는 본 발명에서 화재 이상 징후를 감지하고 판단된 디지털신호를 발생하는 과정을 보인 흐름도,
도 9b는 본 발명에서 화재 이상 판단 디지털신호를 수신하여 마이크로컨버터에서 회로 차단 과정을 보인 흐름도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a connection panel and a solar array applied to a general solar power generation system;
2 is a configuration diagram of a series type micro-converter applied to a solar power generation system,
3 is a configuration diagram of a parallel-type micro-converter and a string controller applied to a solar power generation system,
FIG. 4 is a block diagram of a first embodiment of a fire prevention and solar photovoltaic generation system including a serial type micro-converter having a smart connection part and a string power shutdown and reverse current prevention function according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment of a fire prevention and solar power generation system including a smart controller and a string controller having a string power cutoff function and a reverse current prevention function according to the present invention.
6 is a configuration diagram of a micro converter or a string controller having a reverse current prevention function and a string voltage cutoff function applied to the present invention,
FIG. 7A is a flowchart showing a reverse current prevention process in the present invention, FIG. 7B is a flowchart showing a string voltage cutoff process in the present invention,
FIG. 8 is a block diagram of a fire prevention and photovoltaic power generation system including a fire monitoring module, which is configured in the smart connection panel of the present invention,
FIG. 9A is a flowchart illustrating a process of detecting a fire abnormality and generating a digital signal according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9B is a flowchart illustrating a process of blocking a circuit in a micro converter by receiving a fire abnormality determination digital signal in the present invention. FIG.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fire prevention and solar power generation system using a micro converter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에서 스마트 접속 반과 스트링 전원차단 및 역 전류 방지 기능이 있는 직렬형 마이크로 컨버터가 구비된 화재방지 및 태양광 발전시스템의 제1 실시 예 구성도이다.FIG. 4 is a block diagram of a fire prevention and solar power generation system according to a first embodiment of the present invention, which includes a serial type micro converter having a smart connection module and a string power cutoff and reverse current prevention function.

본 발명에 따른 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템의 제1 실시 예는 태양광 모듈(110), 마이크로 컨버터(120) 및 접속 반(130)을 포함한다.The first embodiment of the fire prevention and solar power generation system using the micro converter according to the present invention includes the solar module 110, the micro converter 120, and the connection unit 130.

마이크로 컨버터(120)는 태양광 모듈(110)에 대응하게 구성되어, 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 역할을 한다.The micro-converter 120 is configured to correspond to the solar module 110, blocks the string power, prevents reverse current, and performs a monitoring function.

이러한 마이크로 컨버터(120)는 태양광 모듈과 일대일 대응하게 구성되며, 도 6에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈(110)로부터 출력된 전압을 검출하는 전압 검출기(121); 태양광 모듈(110)로부터 출력된 전류를 검출하는 제1전류 검출기(122); 역 전류를 검출하는 제2 전류 검출기(123); 입력 전류 및 역 전류 검출 값을 기초로 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단한 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 다른 마이크로 컨버터와의 데이터 통신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛(MCU)(124); 상기 메인 컨트롤 유닛(124)과 다른 마이크로 컨버터 간의 통신을 위한 통신 모듈(125); 및 상기 메인 컨트롤 유닛(124)에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 후단의 인버터에 출력하거나 차단하는 전원 제어부(126)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the micro-converter 120 has a one-to-one correspondence with the photovoltaic module, and includes a voltage detector 121 for detecting a voltage output from the photovoltaic module 110; A first current detector 122 for detecting the current output from the solar module 110; A second current detector 123 for detecting a reverse current; Based on the input current and reverse current detection value, it is judged whether reverse current or string power is cut off. The switch control signal is generated based on the result of judging whether reverse current or string power is cut off, A main control unit (MCU) 124; A communication module 125 for communication between the main control unit 124 and another micro-converter; And a power control unit 126 for outputting or interrupting the input voltage to the inverter at the following stage according to the switch control signal generated by the main control unit 124. [

여기서 메인 컨트롤 유닛(124)은 입력 전류를 측정하여 스트링 전원 차단 유무를 판단하고, 상기 전원 제어부(126)의 출력 전류를 측정하여 역 전류를 판단하는 것이 바람직하다.In this case, the main control unit 124 may measure the input current to determine whether the string power is off, and measure the output current of the power control unit 126 to determine the reverse current.

상기 접속 반(130)은 상기 마이크로 컨버터(120)에서 출력된 직류 전압을 후단의 인버터에 전달하는 역할을 한다.The connection unit 130 transmits the DC voltage output from the micro-converter 120 to the inverter of the subsequent stage.

이러한 접속 반(130)은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈(131), 상기 퓨즈(131)를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기(MCCB)(132)를 포함한다.The connection block 130 includes a fuse 131 for blocking the overcurrent and a power breaker 132 for transmitting the voltage passed through the fuse 131 to the inverter at the rear stage.

이와 같이 구성된 본 발명의 스마트 접속 반과 스트링 전원차단 및 역 전류 방지 기능이 있는 직렬형 마이크로 컨버터가 구비된 태양광 발전시스템의 제1 실시 예의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the first embodiment of the photovoltaic generation system having the smart connection unit of the present invention and the series micro-converter having the string power cutoff function and reverse current prevention function will be described in detail.

먼저, 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템은 도 2와 같이, 태양광 모듈(1)의 출력이 일대일로 연결되는 마이크로 컨버터(2)의 입력으로 인가되고, 마이크로 컨버터(2)의 출력이 직렬로 연결되는 직렬형 마이크로 컨버터 형태의 시스템과, 도 3에 도시한 바와 같이, 태양광 모듈(4)의 사이에 마이크로 컨버터(5)가 구비되고, 스트링 단위로 마지막 태양광 모듈에 스트링 제어기(6)가 구비되는 병렬형 마이크로 컨버터 형태의 시스템으로 대별된다.First, as shown in FIG. 2, the fire prevention and solar power generation system using a micro converter is applied to the input of a micro-converter 2 connected in a one-to-one manner with the output of the solar module 1, 3, a microconverter 5 is provided between the solar modules 4 as shown in FIG. 3, and a string controller (not shown) is connected to the last solar module in units of strings, And a parallel type micro-converter type system in which the microcomputer 6 is provided.

도 4는 태양광 발전시스템이 직렬형 마이크로 컨버터 구조를 갖는 경우에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 적용된 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 나타낸다.FIG. 4 shows a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter to which the preferred embodiment of the present invention is applied in the case where the solar power generation system has a serial type micro-converter structure.

각각의 태양광 모듈(110)로부터 출력되는 전압(Vpv(+))은 일대일로 대응하게 접속된 마이크로 컨버터(120)에 입력된다. 마이크로 컨버터(120)의 전압 검출기(121)는 입력되는 전압의 레벨을 검출하여 전압 검출 값(AV)을 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달하며, 제1 전류 검출기(122)는 입력 전류의 레벨을 검출하여 전류 검출 값(AI)을 상기 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달한다.The voltages Vpv (+) output from the respective solar modules 110 are input to the micro-converters 120 connected in a one-to-one correspondence manner. The voltage detector 121 of the micro-converter 120 detects the level of the input voltage and transmits the voltage detection value AV to the main control unit 124. The first current detector 122 detects the level of the input current And transmits the current detection value (AI) to the main control unit 124.

메인 컨트롤 유닛(124)은 입력되는 전압 검출 값 및 전류 검출 값을 스트링 전압 차단을 위해 미리 설정된 전압 및 전류 기준 값과 비교하여, 상기 전압 검출 값이 전압 기준 값보다 크거나 상기 전류 검출 값이 상기 전류 기준 값보다 클 경우, 스트링 전압 차단으로 판단을 하고, 스트링 전압 차단을 위한 스위치 제어신호를 발생한다. 스트링 전압 차단을 위한 스위치 제어신호에 대응하여 전원 제어부(126)는 내부 스위치를 개방하여(오프상태) 태양광 모듈로부터 출력되는 전압이 후단의 접속반(130)으로 전달되는 것을 차단한다. 물론, 전압 검출이 전압 기준 값 이하이고, 전류 검출 값이 전류 기준 값 이하일 경우, 스트링 전압 차단 동작을 하지 않게 된다. 이 경우에는 전원 제어부(126)의 내부 스위치가 폐쇄되어(온상태) 태양광 모듈에서 출력되는 전압이 후단의 접속반(130)에 전달된다.The main control unit 124 compares an input voltage detection value and a current detection value with preset voltage and current reference values for blocking the string voltage so that the voltage detection value is greater than the voltage reference value, If it is larger than the current reference value, it is judged that the string voltage is cut off, and a switch control signal for cutting off the string voltage is generated. In response to the switch control signal for blocking the string voltage, the power supply control unit 126 opens the internal switch (off state) to block the voltage output from the solar module from being transmitted to the connection unit 130 at the downstream stage. Of course, when the voltage detection is below the voltage reference value and the current detection value is below the current reference value, the string voltage cutoff operation is not performed. In this case, the internal switch of the power control unit 126 is closed (ON state), and the voltage output from the solar module is transmitted to the connection unit 130 at the subsequent stage.

아울러 상기 마이크로 컨버터(120)는 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 제2전류 검출기(123)를 통해 접속반(130)으로 흐르는 전류를 검출한다. 이때 검출되는 전류 값은 역 전류 검출 값(AI2)으로 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달된다. 예컨대, 스트링 간에 전위차가 발생할 경우에는 특정 스트링으로 역 전류가 흐르게 된다. 따라서 스트링에 있는 한 개의 마이크로 컨버터의 내부에 역 전류 방지회로(RCP, Reverse Current Protection)를 구현하여, 역 전류가 감지되면 역 전류를 차단하도록 한다. 메인 컨트롤 유닛(124)은 검출한 역 전류 검출 값을 역 전류 여부를 판단하기 위해 미리 설정된 역 전류 기준 값과 비교하여, 상기 역 전류 검출 값이 상기 역 전류 기준 값보다 작을 경우에는 역 전류가 흐르지 않는 것으로 판단을 하고, 전원 제어를 수행하지 않는다. 이와는 달리 상기 역 전류 검출 값이 상기 역 전류 기준 값보다 클 경우에는 역 전류가 흐르는 것으로 판단을 하고, 상기 전원 제어부(126)에 역 전류 방지를 위한 스위치 제어신호를 전달한다. 전원 제어부(126)는 전달되는 역 전류 방지를 위한 스위치 제어신호에 따라 내부 스위치를 개방하여, 접속 반(130)으로 전류가 흐르는 것을 차단한다. 상기 내부 스위치는 FET 스위치로 구현할 수 있으며, 메인 컨트롤 유닛(124)은 정상적인 동작 시에는 PWM 동작을 수행하고, 역 전류 감지 시에는 출력 전원 즉, 스트링 전원을 차단하는 역할을 하게 된다.In addition, the micro-converter 120 detects the current flowing to the connection block 130 through the second current detector 123 to prevent current from flowing in the reverse direction. At this time, the detected current value is transmitted to the main control unit 124 at the reverse current detection value AI2. For example, when a potential difference occurs between strings, a reverse current flows through a specific string. Therefore, a reverse current protection circuit (RCP) is implemented inside one microconverter in the string, and reverse current is cut off when reverse current is detected. The main control unit 124 compares the detected reverse current detection value with a preset reverse current reference value to determine whether the reverse current is present, and when the reverse current detection value is smaller than the reverse current reference value, And does not perform power control. If the reverse current detection value is greater than the reverse current reference value, it is determined that a reverse current flows and a switch control signal for preventing reverse current is transmitted to the power control unit 126. The power supply control unit 126 opens the internal switch according to the switch control signal for preventing the reverse current from being transmitted, thereby blocking the current from flowing to the connection unit 130. The internal switch may be implemented as an FET switch. The main control unit 124 performs a PWM operation during normal operation and disconnects the output power, that is, the string power, when the reverse current is sensed.

아울러 통신모듈(125)은 메인 컨트롤 유닛(124)의 제어에 따라 태양광 모듈로부터 검출한 전압 및 전류 값을 다른 마이크로 컨버터 또는 제어기에 전달하여, 최대전력점 추종에 이용되도록 한다. 이렇게 마이크로 컨버터에서 태양광 모듈의 전력을 개별적으로 감시함으로써, 접속 반에서 전력 감시 기능을 수행할 필요가 없게 된다.In addition, the communication module 125 transmits the voltage and current values detected from the solar module in accordance with the control of the main control unit 124 to other micro-converters or controllers to be used for tracking the maximum power point. By separately monitoring the power of the photovoltaic modules in the microconverters, there is no need to perform the power monitoring function in the connection module.

다음으로, 접속 반(130)은 각각의 마이크로 컨버터(120)로부터 출력되는 전압(Vout(+), Vout(-))을 퓨즈(131)를 통해 전달받고, 퓨즈(131)를 통과한 전압은 집속된 후 전원 차단기(132)에 전달된다. 이때 퓨즈(131)는 정해진 전류 이상의 과전류가 흐를 경우 자동으로 단락되어 후단에 과전류가 인가되는 것을 방지한다. 마찬가지로 전원 차단기(132)는 입력 전류를 검출하여 정해진 전류 이상의 과전류가 흐를 경우 후단의 스트링 인버터에 전원이 공급되는 것을 차단한다.Next, the connection block 130 receives the voltages Vout (+) and Vout (-) output from the respective micro-converters 120 through the fuse 131 and the voltage passing through the fuse 131 And then transmitted to the power breaker 132. [ At this time, the fuse 131 is automatically short-circuited when an overcurrent greater than a predetermined current flows, thereby preventing an overcurrent from being applied to the subsequent stage. Likewise, the power breaker 132 detects an input current and blocks supply of power to the string inverter of the subsequent stage when an overcurrent greater than a predetermined current flows.

이와 같이 본 발명의 제1 실시 예는, 직렬형 마이크로 컨버터 시스템에서 기존 접속 반에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위해, 스트링 전원 차단 및 역 전류 방지 기능을 마이크로 컨버터에 구성함으로써, 접속 반에서는 스트링 전원 차단 및 역 전류 방지 기능, 그리고 전력 감시 기능을 수행할 필요가 없게 된다. 이로 인해 접속반에 역 전류 방지 다이오드를 구현할 필요가 없으므로, 방열을 위한 별도의 배기 팬도 구현할 필요가 없으며, 전력 감시를 위한 모니터링 디지털 보드도 필요 없기 때문에 상시 AC 전원도 필요 없게 된다. 따라서 접속 반의 소형화 설계가 가능해지고, 배기 팬도 필요 없게 되므로 방수 기능도 최적으로 구현할 수 있게 된다.As described above, in the first embodiment of the present invention, in order to solve the problems occurring in the conventional connection module in the series micro-converter system, the string power cut-off and the reverse current prevention function are configured in the micro- Reverse current prevention function, and power monitoring function. This eliminates the need to implement a reverse current protection diode in the connection panel, eliminates the need for a separate exhaust fan for heat dissipation, and eliminates the need for a continuous AC power source because there is no need for a monitoring digital board for power monitoring. Therefore, it becomes possible to design a connecting device with a smaller size, and an exhaust fan is not required, so that a waterproof function can be optimally realized.

상기 접속 반에서 모니터링이 필요 없는 이유는 마이크로 컨버터가 장착이 되면 개별 모니터링이 가능하기 때문에, 접속 반에 모니터링을 위한 디지털 보드를 추가할 필요가 없게 된다.The reason why monitoring is not required in the above-mentioned connection module is that it is not necessary to add a digital board for monitoring to the connection module since the individual monitoring can be performed when the microconverter is installed.

도 5는 태양광 발전시스템이 병렬형 마이크로 컨버터 구조를 갖는 경우에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 적용된 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템을 나타낸 것이다.FIG. 5 shows a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter to which a preferred embodiment of the present invention is applied in the case where the solar power generation system has a parallel type micro-converter structure.

본 발명에 따른 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템의 제2 실시 예는 태양광 모듈(210), 스트링 제어기(220) 및 접속 반(230)을 포함한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 실제 태양광 모듈의 사이 사이에 전원 제어를 위한 병렬형 마이크로 컨버터가 구비된다. 이하, 본 발명의 제2 실시 예는 병렬형 마이크로 컨버터가 구비된 태양광 발전시스템에 적용되는 것으로 설명한다.The second embodiment of the fire prevention and solar power generation system using the micro converter according to the present invention includes the solar module 210, the string controller 220, and the connection module 230. Although not shown in the figure, as shown in Fig. 3, a parallel type microconverter for power supply control is provided between actual solar modules. Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described as applied to a solar power generation system having a parallel type micro-converter.

스트링 제어기(220)는 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 역할을 한다.The string controller 220 blocks the string power, prevents reverse current, and performs a monitoring function.

이러한 스트링 제어기(220)는 도 6에 도시한 바와 같이, 마이크로 컨버터로부터 출력된 전류 및 역 전류를 검출하는 전압 검출기(121) 및 제1 전류 검출기(122); 인버터에 출력되는 전류를 역 전류로 검출하는 제2 전류 검출기(123); 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 판단 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 최대전력점 추종(MPPT)을 위한 전압 및 전류 측정값의 송신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛(124); 상기 마이크로 컨버터와 통신을 위한 통신 모듈(125); 상기 메인 컨트롤 유닛(124)에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 인버터에 출력하거나 차단하는 전원 제어부(126)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the string controller 220 includes a voltage detector 121 and a first current detector 122 for detecting the current and the reverse current output from the micro-converter. A second current detector 123 for detecting a current output to the inverter as a reverse current; A main control for generating a switch control signal based on a determination result of a reverse current or a string power off determination and controlling transmission of voltage and current measurement values for a maximum power point tracking (MPPT) Unit 124; A communication module 125 for communication with the micro-converter; And a power control unit 126 for outputting or interrupting the input voltage to the inverter according to a switch control signal generated in the main control unit 124.

도 6에 도시한 회로는 도 4에 도시한 마이크로 컨버터에 대한 회로이나, 태양광 발전시스템이 병렬형 마이크로 컨버터를 이용하는 시스템일 경우, 스트링 제어기(220)가 도 4의 마이크로 컨버터와 같이, 역 전류 방지 기능, 스트링 전압 차단 기능, 전력 감시 기능을 수행하게 된다.The circuit shown in Fig. 6 is a circuit for the microconverter shown in Fig. 4. In the case where the solar power generation system is a system using a parallel type microconverter, the string controller 220, like the microconverter shown in Fig. 4, Prevention function, string voltage cutoff function, and power monitoring function.

상기 접속반(230)은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈(231), 상기 퓨즈(231)를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기(232)를 포함한다.The connection block 230 includes a fuse 231 for blocking an overcurrent and a power breaker 232 for transmitting a voltage passed through the fuse 231 to a rear inverter.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제2 실시 예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A second preferred embodiment of the present invention will be described in detail below.

먼저, 각각의 태양광 모듈(110)로부터 출력되는 전압(Vpv(+))은 태양광 모듈 사이사이에 개재된 마이크로 컨버터를 통과한다. 아울러 스트링 단위의 맨 마지막 태양광 모듈에는 스트링 제어기(220)가 마련된다. First, the voltage Vpv (+) output from each solar module 110 passes through a microconverter interposed between the solar modules. In addition, a string controller 220 is provided in the last solar module in a string unit.

맨 마지막 마이크로 컨버터 및 태양광 모듈을 통과한 전압은 스트링 제어기(220)에 입력된다. 스트링 제어기(220)의 전압 검출기(121)는 입력되는 전압의 레벨을 검출하여 전압 검출 값(AV)을 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달하며, 제1 전류 검출기(122)는 입력 전류의 레벨을 검출하여 전류 검출 값(AI)을 상기 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달한다.The voltage passing through the last micro-converter and the solar module is input to the string controller 220. The voltage detector 121 of the string controller 220 detects the level of the input voltage and transmits the voltage detection value AV to the main control unit 124. The first current detector 122 detects the level of the input current And transmits the current detection value (AI) to the main control unit 124.

메인 컨트롤 유닛(124)은 입력되는 전압 검출 값 및 전류 검출 값을 스트링 전압 차단을 위해 미리 설정된 전압 및 전류 기준 값과 비교하여, 상기 전압 검출 값이 전압 기준 값보다 크거나 상기 전류 검출 값이 상기 전류 기준 값보다 클 경우, 스트링 전압 차단으로 판단을 하고, 스트링 전압 차단을 위한 스위치 제어신호를 발생한다. 스트링 전압 차단을 위한 스위치 제어신호에 대응하여 전원 제어부(126)는 내부 스위치를 개방하여(오프상태) 마이크로 컨버터로부터 출력되는 전압이 후단의 접속반(230)으로 전달되는 것을 차단한다. 물론, 전압 검출이 전압 기준 값 이하이고, 전류 검출 값이 전류 기준 값 이하일 경우, 스트링 전압 차단 동작을 하지 않게 된다. 이 경우에는 전원 제어부(126)의 내부 스위치가 폐쇄되어(온상태) 마이크로 컨버터에서 출력되는 전압이 후단의 접속반(230)에 전달된다.The main control unit 124 compares an input voltage detection value and a current detection value with preset voltage and current reference values for blocking the string voltage so that the voltage detection value is greater than the voltage reference value, If it is larger than the current reference value, it is judged that the string voltage is cut off, and a switch control signal for cutting off the string voltage is generated. In response to the switch control signal for blocking the string voltage, the power supply control unit 126 opens the internal switch (off state) to block the voltage output from the microconverter from being transmitted to the subsequent connection unit 230. Of course, when the voltage detection is below the voltage reference value and the current detection value is below the current reference value, the string voltage cutoff operation is not performed. In this case, the internal switch of the power control unit 126 is closed (ON state), and the voltage output from the micro-converter is transmitted to the connection unit 230 at the subsequent stage.

아울러 상기 스트링 제어기(220)는 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 제2전류 검출기(123)를 통해 접속반(230)으로 흐르는 전류를 검출한다. 이때 검출되는 전류 값은 역 전류 검출 값(AI2)으로 메인 컨트롤 유닛(124)에 전달된다. 예컨대, 스트링 간에 전위차가 발생할 경우에는 특정 스트링으로 역 전류가 흐르게 된다. 따라서 스트링에 있는 한 개의 스트링 제어기의 내부에 역 전류 방지회로(RCP, Reverse Current Protection)를 구현하여, 역 전류가 감지되면 역 전류를 차단하도록 한다. 메인 컨트롤 유닛(124)은 검출한 역 전류 검출 값을 역 전류 여부를 판단하기 위해 미리 설정된 역 전류 기준 값과 비교하여, 상기 역 전류 검출 값이 상기 역 전류 기준 값보다 작을 경우에는 역 전류가 흐르지 않는 것으로 판단을 하고, 전원 제어를 수행하지 않는다. 이와는 달리 상기 역 전류 검출 값이 상기 역 전류 기준 값보다 클 경우에는 역 전류가 흐르는 것으로 판단을 하고, 상기 전원 제어부(126)에 역 전류 방지를 위한 스위치 제어신호를 전달한다. 전원 제어부(126)는 전달되는 역 전류 방지를 위한 스위치 제어신호에 따라 내부 스위치를 개방하여, 접속반(230)으로 전류가 흐르는 것을 차단한다. 상기 내부 스위치는 FET 스위치로 구현할 수 있으며, 메인 컨트롤 유닛(124)은 정상적인 동작 시에는 PWM 동작을 수행하고, 역 전류 감지 시에는 출력 전원 즉, 스트링 전원을 차단하는 역할을 하게 된다.In addition, the string controller 220 detects the current flowing to the connection block 230 through the second current detector 123 in order to prevent the current from flowing in the reverse direction. At this time, the detected current value is transmitted to the main control unit 124 at the reverse current detection value AI2. For example, when a potential difference occurs between strings, a reverse current flows through a specific string. Therefore, one string controller in the string implements a reverse current protection (RCP) inside the string controller to block the reverse current when a reverse current is detected. The main control unit 124 compares the detected reverse current detection value with a preset reverse current reference value to determine whether the reverse current is present, and when the reverse current detection value is smaller than the reverse current reference value, And does not perform power control. If the reverse current detection value is greater than the reverse current reference value, it is determined that a reverse current flows and a switch control signal for preventing reverse current is transmitted to the power control unit 126. The power supply control unit 126 opens the internal switch according to the switch control signal for preventing the reverse current to be transmitted, and blocks current from flowing to the connection unit 230. The internal switch may be implemented as an FET switch. The main control unit 124 performs a PWM operation during normal operation and disconnects the output power, that is, the string power, when the reverse current is sensed.

아울러 통신모듈(125)은 메인 컨트롤 유닛(124)의 제어에 따라 태양광 모듈로부터 검출한 전압 및 전류 값을 마이크로 컨버터에 전달하여, 최대전력점 추종에 이용되도록 한다. 병렬형 마이크로 컨버터 시스템은 마이크로 컨버터가 독자적으로 최대출력점(MPP)을 찾지 못하기 때문에, 스트링 단위로 스트링 제어기가 필요한데, 이런 목적의 스트링 제어기에는 전압 및 전류 측정과 최대출력점추종(MPPT) 알고리즘을 수행하기 위해 마이크로 컨버터와 통신을 하기 위한 통신 모듈을 구비하는 것이다. 이렇게 스트링 제어기(220)에서 태양광 모듈의 전력을 개별적으로 감시함으로써, 접속반(230)에서 전력 감시 기능을 수행할 필요가 없게 된다.In addition, the communication module 125 transmits the voltage and current values detected from the solar module under the control of the main control unit 124 to the micro-converter to be used for tracking the maximum power point. The parallel microcontroller system requires a string controller for each string because the microcontroller can not find its own maximum output point (MPP). For this purpose, the string controller is equipped with voltage and current measurement and maximum output point tracking (MPPT) algorithm And a communication module for communicating with the micro-converter to perform the communication. By separately monitoring the power of the photovoltaic module in the string controller 220, it is not necessary to perform the power monitoring function in the connection module 230.

다음으로, 접속 반(230)은 각각의 스트링 제어기(220)로부터 출력되는 전압(Vout(+), Vout(-))을 퓨즈(231)를 통해 전달받고, 퓨즈(231)를 통과한 전압은 집속된 후 전원 차단기(232)에 전달된다. 이때 퓨즈(231)는 정해진 전류 이상의 과전류가 흐를 경우 자동으로 단락되어 후단에 과전류가 인가되는 것을 방지한다. 마찬가지로 전원 차단기(232)는 입력 전류를 검출하여 정해진 전류 이상의 과전류가 흐를 경우 후단의 스트링 인버터에 전원이 공급되는 것을 차단한다.Next, the connection block 230 receives the voltages Vout (+) and Vout (-) output from the respective string controllers 220 through the fuse 231 and the voltage passing through the fuse 231 And then transmitted to the power breaker 232. [ At this time, the fuse 231 is short-circuited automatically when an overcurrent greater than a predetermined current flows, thereby preventing an overcurrent from being applied to the subsequent stage. Likewise, the power breaker 232 detects the input current and blocks the supply of power to the string inverter at the latter stage when an overcurrent greater than a predetermined current flows.

이와 같이 본 발명의 제2 실시 예는, 병렬형 마이크로 컨버터 시스템에서 기존 접속 반에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위해, 스트링 전원 차단 및 역 전류 방지 기능을 스트링 제어기에 구성함으로써, 접속 반에서는 스트링 전원 차단 및 역 전류 방지 기능, 그리고 전력 감시 기능을 수행할 필요가 없게 된다. 이로 인해 접속 반에 역 전류 방지 다이오드를 구현할 필요가 없으므로, 방열을 위한 별도의 배기 팬도 구현할 필요가 없으며, 전력 감시를 위한 모니터링 디지털 보드도 필요 없기 때문에 상시 AC 전원도 필요 없게 된다. 따라서 접속 반의 소형화 설계가 가능해지고, 배기 팬도 필요 없게 되므로 방수 기능도 최적으로 구현할 수 있게 된다.In the second embodiment of the present invention, in order to solve the problems occurring in the conventional connecting module in the parallel micro-converter system, the string power supply cut-off and the reverse current prevention function are configured in the string controller, Reverse current prevention function, and power monitoring function. This eliminates the need to implement a reverse current protection diode in the connection panel, eliminates the need for a separate exhaust fan for heat dissipation, and eliminates the need for a continuous AC power source because there is no need for a monitoring digital board for power monitoring. Therefore, it becomes possible to design a connecting device with a smaller size, and an exhaust fan is not required, so that a waterproof function can be optimally realized.

상기 접속 반에서 모니터링이 필요 없는 이유는 스트링 제어기에서 개별 모니터링이 가능하기 때문에, 접속 반에 모니터링을 위한 디지털 보드를 추가할 필요가 없게 된다.The reason why monitoring is unnecessary in the connection module is that it is not necessary to add a digital board for monitoring to the connection module because the string controller can individually monitor the reason.

도 7a는 본 발명에서 역 전류 방지 과정을 보인 흐름도이고, 도 7b는 본 발명에서 스트링 전압 차단 과정을 보인 흐름도이다.FIG. 7A is a flowchart illustrating a reverse current prevention process in the present invention, and FIG. 7B is a flowchart illustrating a string voltage cutoff process in the present invention.

도 7a에 도시한 바와 같이, 역 전류를 감지하여, 역 전류가 감지되면, 스트링 스위치(전원 제어부의 스위치)를 오프하여, 역 전류를 방지한다. 아울러 역 전류가 감지되지 않을 경우에는 정상 동작을 수행한다.As shown in FIG. 7A, when a reverse current is sensed, a string switch (a switch of a power source control unit) is turned off to prevent reverse current. In addition, when reverse current is not detected, normal operation is performed.

아울러 도 7b에 도시한 바와 같이, 스트링 전압을 검출하여, 과전류가 흐를 경우 스트링 스위치(전원 제어부의 스위치)를 오프하여 과전류가 인버터로 흐르는 것을 차단한다. 아울러 과전류가 감지되지 않을 경우에는 정상 동작을 수행한다.As shown in FIG. 7B, the string voltage is detected, and when the overcurrent flows, the string switch (switch of the power supply control unit) is turned off to block the overcurrent from flowing to the inverter. If no overcurrent is detected, normal operation is performed.

도 8은 본 발명에서 스마트 접속 반 내에 구성되어 접속 반 내의 화재 이상 징후를 판단하는 기능을 하는 화재감시모듈(240)을 포함하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템의 구성도이다.FIG. 8 is a block diagram of a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter including a fire monitoring module 240 configured in a smart connection module and determining a fire abnormal condition in a connection module of the present invention.

화재감시모듈(240)은 화재방지를 위해 화재를 감지하는 화재 계측부(246); 상기 화재 계측부(246)에서 통합 감지된 접속 반 내 온도, 습도, CO2 및 VOC, 외기 온도 측정값을 기초로 화재 이상 징후를 판단하는 마이크로컨트롤러(242); 상기 마이크로 컨트롤러(242)에 연계하여 화재 이상 징후 판단 신호를 무선신호로 만들어 상기 마이크로컨버터(120) 또는 스트링 제어기(220)로 전송하는 무선신호 송신부(241)를 포함한다.The fire monitoring module 240 includes a fire measuring unit 246 for detecting a fire to prevent fire; A microcontroller 242 for determining a fire abnormality on the basis of the temperature, humidity, CO2, VOC, and outdoor air temperature measurement value of the integrated door detected by the fire measurement unit 246; And a wireless signal transmitter 241 for converting the signal of the fire abnormality signal into a wireless signal in association with the microcontroller 242 and transmitting the signal to the micro converter 120 or the string controller 220.

여기서 화재 계측부(246)는 접속 반 내의 온도 및 습도를 계측하는 온습도 계측부(243); 접속 반 내의 CO2 및 VOC와 같은 가스를 계측하는 가스 계측부(245); 외기 온도를 계측하는 외부온도 계측부(244)를 포함한다.Here, the fire measuring unit 246 includes a temperature / humidity measuring unit 243 for measuring temperature and humidity in the connecting panel; A gas measurement unit 245 for measuring gas such as CO 2 and VOC in the connection panel; And an external temperature measuring unit 244 for measuring the outside air temperature.

또한, 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템은 상기 화재감시모듈(240)의 안정적인 24시간 자가전력 공급을 위해 마이크로 전력 저장장치(263)과 DC전원공급과 충전을 위한 단방향 DC컨버터(262)가 내장된 정전압 레귤레이터(261)와 소형 솔라셀 모듈(260)을 포함할 수 있다.In addition, a fire prevention and solar power generation system using a micro-converter may include a micro power storage device 263 for supplying the stable 24-hour self-power of the fire monitoring module 240, a unidirectional DC converter 262 A constant voltage regulator 261 and a small solar cell module 260,

도 9a는 접속 반 내의 온습도 계측부(243), 가스(CO2 농도, VOC 농도) 계측부(245) 및 외부온도 계측부(244)의 계측정보를 바탕으로 화재 이상 징후를 판단하는 로직을 포함하는 마이크로 컨트롤러(242)에서 화재 이상 징후를 판단하여 신호를 송신하는 과정을 보인 흐름도이다.9A is a microcontroller (FIG. 9A) including logic for determining a fire anomaly based on the measurement information of the temperature and humidity measurement unit 243, the gas (CO2 concentration, VOC concentration) measurement unit 245 and the external temperature measurement unit 244 242 to determine a fire abnormality and transmit a signal.

도 9b는 본 발명에서 마이크로 컨버터(120) 또는 스트링 제어기(220)에서 이상신호를 수신하여 화재경보를 중앙관제 시스템에 통보하고 스트링 전압을 제어하여 회로를 차단하는 과정을 보인 흐름도이다.9B is a flowchart illustrating a process of receiving an abnormal signal in the micro converter 120 or the string controller 220 to notify the central control system of a fire alarm and controlling the string voltage to shut off the circuit.

상기 화재감시모듈(240)은 접속 반(230) 내에 탑재되어 로컬 스트링에 구성된 마이크로 컨버터(120) 또는 스트링 제어기(220)와 무선으로 연동하여 화재감시 및 이상신호 판정시 스트링 회로를 차단하는 동작을 수행한다. 특히, 로컬 네트워크 방식의 무선통신이 채용된 본 발명에 따른 화재방지 및 태양광 발전시스템은 일시적인 또는 국부적인 이상으로 중앙관제 시스템과의 통신이 두절되는 상황에서도 이에 영향을 받지 않고 안정적인 기능을 수행할 수 있도록 화재감시모듈(240)에 사전에 기준 값 및 판정조건을 입력하여 비교를 통해 제어동작하는 특징을 가진다. The fire monitoring module 240 is installed in the connection block 230 and wirelessly interlocks with the micro converter 120 or the string controller 220 included in the local string to monitor the fire and shut off the string circuit in the determination of an abnormal signal . Particularly, the fire prevention and photovoltaic power generation system according to the present invention employing local network type wireless communication is not affected by a situation where communication with the central control system is interrupted temporarily or locally, and performs a stable function A reference value and a determination condition are input to the fire monitoring module 240 in advance so that the control operation is performed through comparison.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이 마이크로 컨버터(120) 또는 스트링 제어기(220)에서의 회로차단 이후 별도의 중앙관제시스템(250)과 연동하여 회로차단 상태에서 이상 유무를 점검하는 로직을 가동하여 재기동 조건이 성립되면 재기동할 수 있는 기능도 가지고 있어, 기기 에러에 의한 회로차단으로 발생하는 발전 손실을 최소화하면서도 안정성을 확보할 수 있는 특징이 있다.As shown in FIG. 8, after a circuit break in the micro-converter 120 or the string controller 220, a logic for checking an abnormality in a circuit breaking state is interlocked with a separate central control system 250, There is also a function that can restart when the condition is established, so that the stability can be ensured while minimizing power generation loss caused by circuit break due to device error.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명은 태양광 발전 시스템에서 역 전류 방지, 스트링 전원 차단 및 방열 기능에 효과적으로 적용할 수 있다.The present invention can be effectively applied to a reverse current prevention, a string power cutoff, and a heat dissipation function in a solar power generation system.

110, 210: 태양광 모듈
120: 마이크로 컨버터
124: 메인 컨트롤 유닛(MCU)
125: 통신모듈
126: 전원 제어부
130, 230: 접속반
220: 스트링 제어기
240: 화재감시모듈
241: 무선신호 송신부
242: 마이크로컨트롤러
243: 온습도 계측부
244: 외부온도 계측부
245: 가스 계측부
250: 중앙관제시스템
260: 소형 솔라셀 모듈
261: 정전압 레귤레이터
262: 단방향 정전압 DC 컨버터
263: 마이크로 전력저장장치
110, 210: Photovoltaic module
120: micro converter
124: Main control unit (MCU)
125: Communication module
126:
130 and 230:
220: String controller
240: Fire monitoring module
241: Radio signal transmitter
242: Microcontroller
243: Temperature and humidity meter
244: External temperature measuring unit
245: Gas measurement section
250: Central control system
260: Small Solar Cell Module
261: Constant-voltage regulator
262: Unidirectional constant voltage DC converter
263: Micro power storage device

Claims (11)

태양광 모듈에 대응하게 구성되어, 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 마이크로 컨버터; 및
상기 마이크로 컨버터에서 출력된 직류 전압을 후단의 인버터에 전달하는 접속 반을 포함하고,
상기 접속 반은 화재방지를 위해 화재를 감지하는 화재 계측부; 상기 화재 계측부에서 통합 감지된 접속 반 내 온도, 습도, CO2 및 VOC, 외기 온도 측정값을 기초로 화재 이상 징후를 판단하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 화재감시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
A micro-converter configured to correspond to the solar module, which blocks the string power, prevents reverse current and performs a monitoring function; And
And a connection half for transmitting the DC voltage output from the micro-converter to the inverter at the subsequent stage,
Wherein the connection unit comprises: a fire measurement unit for detecting a fire to prevent fire; And a microcontroller for determining a fire abnormality on the basis of temperature, humidity, CO2, VOC, and outside air temperature measured values integrated in the fire measuring unit, and a microcontroller Fire protection and solar power system.
청구항 1에서, 상기 마이크로 컨버터는 태양광 모듈로부터 출력된 전압을 검출하는 전압 검출기; 태양광 모듈로부터 출력된 전류를 검출하는 제1전류 검출기; 역 전류를 검출하는 제2 전류 검출기; 입력 전류 및 역 전류 검출 값을 기초로 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단한 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 다른 마이크로 컨버터와의 데이터 통신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛(MCU); 상기 메인 컨트롤 유닛과 다른 마이크로 컨버터 간의 통신을 위한 통신 모듈; 및 상기 메인 컨트롤 유닛에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 후단의 인버터에 출력하거나 차단하는 전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The microcontroller according to claim 1, further comprising: a voltage detector for detecting a voltage output from the solar module; A first current detector for detecting a current output from the solar module; A second current detector for detecting a reverse current; Based on the input current and reverse current detection value, it is judged whether reverse current or string power is cut off. The switch control signal is generated based on the result of judging whether reverse current or string power is cut off, A main control unit (MCU); A communication module for communication between the main control unit and another micro-converter; And a power control unit for outputting or interrupting an input voltage to a rear stage inverter according to a switch control signal generated in the main control unit.
청구항 2에서, 상기 메인 컨트롤 유닛은 입력 전류를 측정하여 스트링 전원 차단 유무를 판단하고, 상기 전원 제어부의 출력 전류를 측정하여 역 전류를 판단하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The main control unit determines the reverse current by measuring the output current of the power control unit, determining whether the string power is cut off by measuring the input current, and determining the reverse current. system.
청구항 1에서, 상기 접속 반은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈, 상기 퓨즈를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The fire prevention and solar power generation system using the micro converter according to claim 1, wherein the connection panel includes a fuse for blocking an overcurrent, and a power breaker for transmitting a voltage passed through the fuse to a rear inverter.
복수의 태양광 모듈 사이에 개재된 마이크로 컨버터에 연결되어, 스트링 전원을 차단하고 역 전류를 방지하며 모니터링 기능을 수행하는 스트링 제어기; 및
상기 스트링 제어기에서 출력된 직류 전압을 후단의 인버터에 전달하는 접속 반을 포함하고,
상기 접속 반은 화재방지를 위해 화재를 감지하는 화재 계측부; 상기 화재 계측부에서 통합 감지된 접속 반 내 온도, 습도, CO2 및 VOC, 외기 온도 측정값을 기초로 화재 이상 징후를 판단하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 화재감시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
A string controller connected to the microconverter interposed between the plurality of solar modules for blocking the string power, preventing reverse current and performing a monitoring function; And
And a connection panel for transmitting the DC voltage output from the string controller to the inverter of the subsequent stage,
Wherein the connection unit comprises: a fire measurement unit for detecting a fire to prevent fire; And a microcontroller for determining a fire abnormality on the basis of temperature, humidity, CO2, VOC, and outside air temperature measured values integrated in the fire measuring unit, and a microcontroller Fire protection and solar power system.
청구항 5에서, 상기 스트링 제어기는 상기 마이크로 컨버터로부터 출력된 전류 및 역 전류를 검출하는 전압 검출기 및 제1 전류 검출기; 인버터에 출력되는 전류를 역 전류로 검출하는 제2 전류 검출기; 역 전류 또는 스트링 전원 차단 유무를 판단하며, 역 전류 또는 스트링 전원 차단 판단 결과를 기초로 스위치 제어신호를 발생하고, 최대전력점 추종을 위한 전압 및 전류 측정값의 송신을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 상기 마이크로 컨버터와 통신을 위한 통신 모듈; 상기 메인 컨트롤 유닛에서 발생하는 스위치 제어신호에 따라 입력 전압을 인버터에 출력하거나 차단하는 전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
6. The microcontroller of claim 5, wherein the string controller comprises: a voltage detector and a first current detector for detecting current and reverse current output from the micro-converter; A second current detector for detecting a current outputted to the inverter as a reverse current; A main control unit for determining whether or not a reverse current or a string power is cut off and generating a switch control signal based on a determination result of a reverse current or a string power cutoff and controlling the transmission of voltage and current measurement values for tracking the maximum power point; A communication module for communicating with the micro-converter; And a power controller for outputting or interrupting an input voltage to the inverter according to a switch control signal generated in the main control unit.
청구항 6에서, 상기 메인 컨트롤 유닛은 입력 전류를 측정하여 스트링 전원 차단 유무를 판단하고, 상기 전원 제어부의 출력 전류를 측정하여 역 전류를 판단하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
Wherein the main control unit measures an input current to determine whether a string power is cut off and measures an output current of the power control unit to determine a reverse current. system.
청구항 5에서, 상기 접속 반은 과전류를 차단하기 위한 퓨즈, 상기 퓨즈를 통과한 전압을 후단의 인버터에 전달하기 위한 전원 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The fire prevention and solar power generation system using the micro converter according to claim 5, wherein the connection unit includes a fuse for blocking an overcurrent, and a power breaker for transmitting a voltage passed through the fuse to a rear inverter.
청구항 1 또는 청구항 5에서, 상기 화재감시모듈은 화재방지를 위해 화재를 감지하는 화재 계측부; 상기 화재 계측부에서 통합 감지된 접속 반 내 온도, 습도, CO2 및 VOC, 외기 온도 측정값을 기초로 화재 이상 징후를 판단하는 마이크로컨트롤러; 상기 마이크로 컨트롤러에 연계하여 화재 이상 징후 판단 신호를 무선신호로 만들어 상기 마이크로컨버터 또는 상기 스트링 제어기로 전송하는 무선신호 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The fire monitoring module according to claim 1 or 5, further comprising: a fire measuring unit for detecting a fire to prevent fire; A microcontroller for determining a fire abnormality on the basis of temperature, humidity, CO2, VOC, and outdoor air temperature measurement values integrated in the fire sensing unit; And a wireless signal transmitter for transmitting a signal indicating a fire anomaly signal to the microcontroller or the string controller in association with the microcontroller, and transmitting the signal to the microcontroller or the string controller.
청구항 9에서, 상기 화재 계측부는 접속 반 내의 온도 및 습도를 계측하는 온습도 계측부; 접속 반 내의 CO2 및 VOC와 같은 가스를 계측하는 가스 계측부; 외기 온도를 계측하는 외부온도 계측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
According to claim 9, the fire measuring unit includes: a temperature and humidity measuring unit for measuring a temperature and a humidity in the connection panel; A gas measuring section for measuring gas such as CO2 and VOC in the connection panel; And an external temperature measuring unit for measuring the temperature of the outside air.
청구항 1 또는 청구항 5에서, 상기 마이크로컨버터 또는 상기 스트링 제어기와 상호 무선으로 연동되어 상기 마이크로컨버터 또는 상기 스트링 제어기를 제어할 수 있는 중앙 관제 시스템을 더 포함하고,
상기 중앙 관제 시스템은 접속 반의 화재 이상 징후 및 스트링 차단 신호를 기반으로 해당 레벨의 경보 또는 1차 화재로부터 2차 확대를 방지하기 위한 구역 차단 기능을 수행하고, 회로 차단 상태에서 회로이상 유무의 점검 로직으로 마이크로 컨버터에 재기동 명령을 송신하는 구역차단-복구기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨버터를 이용한 화재방지 및 태양광 발전시스템.
The microcontroller according to claim 1 or 5, further comprising a central control system interlocked with the micro-converter or the string controller to control the micro-converter or the string controller,
The central control system performs an area blocking function to prevent secondary expansion from an alarm or a primary fire of a corresponding level based on a fire alarm signal and a string blocking signal of a connection board, Wherein the microcomputer is operative to perform a zone blocking-restoring function for sending a restart command to the micro-converter.
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