KR20170124257A - 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부와, 컨버터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부와, 인버터부에 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 케이블과, 다른 태양광 모듈과 데이터를 교환하는 통신부와, 마스터(master)로 설정된 경우, 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 다른 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일치하도록 조정할 수 있게 된다.

Description

태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템{Photovoltaic module, and photovoltaic system including the same}
본 발명은 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다른 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일치하도록 조정할 수 있는 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
한편, 태양광 모듈은 태양전지에서 생성한 직류 전원을 변환하여 변환된 교류전원을 출력할 수 있다.
특히, 복수의 태양광 모듈이 서로 병렬 접속되어, 각각의 교류 전원이, 외부로 출력될 수 있다.
이때, 복수의 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일정하여야, 안정적인 교류 전원의 출력이 가능하게 된다.
본 발명의 목적은, 다른 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일치하도록 조정할 수 있는 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부와, 컨버터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부와, 인버터부에 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 케이블과, 다른 태양광 모듈과 데이터를 교환하는 통신부와, 마스터(master)로 설정된 경우, 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 각각 구비하는, 복수의 태양광 모듈과, 복수의 태양광 모듈에 각각 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 복수의 케이블과, 을 구비하며, 복수의 태양광 모듈 중 제1 태양광 모듈이 마스터(master)로 설정된 경우, 제1 태양광 모듈은, 나머지 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부와, 컨버터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부와, 인버터부에 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 케이블과, 다른 태양광 모듈과 데이터를 교환하는 통신부와, 마스터(master)로 설정된 경우, 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의하면, 다른 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일치하도록 조정할 수 있게 된다.
한편, 태양광 모듈이, 케이블에 전기적으로 접속되며, 가전 기기의 플러그와 결합 가능한 아웃렛(outlet)을 더 구비함으로써, 계통에 독립하여, 바로 가전 기기에 교류 전원의 공급이 가능하게 된다.
한편, 태양광 모듈이, 마스터 설정 또는 슬레이브 설정을 위한 조작부를 더 구비함으로써, 간단하게, 마스터 설정 또는 슬레이브 설정을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 각각 구비하는, 복수의 태양광 모듈과, 복수의 태양광 모듈에 각각 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 복수의 케이블을 구비하며, 복수의 태양광 모듈 중 제1 태양광 모듈이 마스터(master)로 설정된 경우, 제1 태양광 모듈은, 나머지 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수 있다. 이에 의하면, 제1 태양광 모듈에 의해, 다른 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭이 일치하도록 조정할 수 있게 된다.
한편, 태양광 시스템이, 복수의 케이블에 전기적으로 접속되며, 가전 기기의 플러그와 결합 가능한 아웃렛(outlet)을 더 구비함으로써, 계통에 독립하여, 바로 가전 기기에 교류 전원이 공급이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 제1 태양광 모듈의 배면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 복수의 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 복수의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 5는 도 1의 복수의 태양광 모듈 사이의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이다.
도 10은 도 9의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 11은 도 10의 정션박스 내부의 회로도의 일예이다.
도 12는 도 9의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템(10)은, 교류 전원을 출력하는 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n), 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)에 각각 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 복수의 케이블(320a, 320b, ..., 320n)을 구비할 수 있다.
한편, 태양광 시스템(10)은, 복수의 케이블(320a, 320b, ..., 320n)에 전기적으로 접속되며, 가전 기기(70)의 플러그(310)와 결합 가능한 아웃렛(outlet)을 더 구비할 수 있다.
도면에서는, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)이, 복수의 케이블(320a, 320b, ..., 320n)을 통해, 아웃렛(outlet)에 서로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
이러한 경우, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)에서 출력되는 교류전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 일치시키는 것이 바람직하다. 특히, 위상을 일치시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명에서는, 외부의 다른 기기의 제어 없이, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 어느 하나를 마스터(amster)로 설정하고, 나머지를 슬레이브로 설정하여, 마스터로 설정된 태양광 모듈로부터의 위상, 또는 진폭 정보에 기초하여, 다른 태양광 모듈이, 위상 또는 진폭을 조정하는 것으로 한다.
예를 들어, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 제1 태양광 모듈(50a)이 마스터(master)로 설정된 경우, 제1 태양광 모듈(50a)은, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수 있다.
이에 의하면, 별도의 외부 기기 없이도, 태양광 모듈 자체적으로, 다른 태양광 모듈과의 위상 또는 진폭을 조정할 수 있게 된다. 특히, 제1 태양광 모듈의 위상 또는 진폭에, 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭이 추종할 수 있게 된다.
한편, 가전 기기(70)는, 세탁기, 냉장고, 에어컨, 공기 청정기, 조리기기 등의 홈 어플라이언스와, TV 등 다양한 기기를 포함할 수 있다.
도면과 같이, 가전 기기(70)의 플러그(310)와 결합 가능한 아웃렛(outlet)이, 구비됨으로써, 계통(frid)에 독립하여, 바로 가전 기기(70)에 교류 전원의 공급이 가능하게 된다. 따라서, 건물 내는 물론, 건물 외부의 야외에서, 교류 전류 공급원으로서 활용이 가능하게 된다.
한편, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)은, 각각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n), 및 배면에 부착되며 교류 전원을 출력하는 정션박스(200a, 200b, ..., 200n)를 구비할 수 있다.
이하에서는 하나의 태양광 모듈을 중심으로 기술한다.
태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 배면에 위치하는 정션 박스(200)를 포함할 수 있다. 또한, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(200) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다.
태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
도면에서는, 하나의 스트링에, 10개의 태양전지(130)가 연결되고, 총 6개의 스트링이 서로 직렬 연결되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 복수의 스트링 중 어느 하나의 스트링에, 태양 전지로부터의 직류 전원에 대한 접지 연결을 위한, 태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)이 전기적으로 연결될 수 있다.
태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)은, 도전성 부재로 형성되는, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2에서는, 태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)이, 태양전지 모듈의 배면으로 연장되어, 태양전지 모듈(100)의 배면에 형성되는 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)에 전기적으로 접속하는 것을 예시한다.
도 2는 도 1의 제1 태양광 모듈의 배면도이다.
도면을 참조하면, 제1 태양광 모듈(100a)의 배면에, 정션 박스(200), 및 케이블(320a)가 배치될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 인버터부(540)의 접지 단자(541)는, 도전성 부재로 형성되는, 정션 박스(200)의 프레임(201)에 연결될 수 있다.
그리고, 정션 박스(200)의 프레임(201)은, 도전성 부재(305)를 통해, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)과, 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 의하면, 태양전지 모듈의 접지(GL)가, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105), 정션 박스(200)의 프레임(201), 인버터(540)의 접지 단자(541)를 통해, 플러그(300)의 접지 단자(310a)에 전기적으로 접속되게 된다.
이에 따라, 태양전지 모듈의 접지(GL)와 연결되는 접지를, 별도로, 구축하지 않아도 되는 장점이 있다.
정션 박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 인버터부(540)를 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 이하를 참조하여 후술한다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 복수의 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원 파형을 도시한 도면이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)은, 도면과 같이, 각각 서로 다른 진폭 및 위상을 가지는 교류 전압 파형(V1, V2, ..., Vn)을 출력할 수 있다.
도 3a와 같이, 서로 다른 진폭 및 위상을 가지는 교류 전압 파형(V1, V2, ..., Vn)이, 도 1의 아웃렛(350)에 공급되는 경우, 계통(grid)의 교류 전압 파형과 전혀 다른, 전압 파형이 출력되게 된다. 이러한 파형에 의하면, 가전 기기(70)가 안정적으로 동작하지 못하게 된다.
다음, 도 3b를 참조하면, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)은, 도면과 같이, 동일한 진폭 및 위상을 가지는 교류 전압 파형(V1, V2, ..., Vn)을 출력할 수 있다. 이에 의하면, 도 1의 아웃렛(350)에 안정적인 교류 전압 파형이 출력되게 된다.
도 3b와 같은, 동일한 진폭 및 위상을 가지는 교류 전압 파형(V1, V2, ..., Vn)의 공급을 위해, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 제1 태양광 모듈(50a)이 마스터(master)로 설정되고, 나머지 태양광 모듈은 슬레이브(slave)로 설정되는 것이 바람직하다.
도 4는 도 1의 복수의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 4를 참조하면, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)은, 각각, 마스터 설정 또는 슬레이브 설정을 위한 조작부(299a, 299b, ..., 299n)를 구비할 수 있다.
조작부(299a, 299b, ..., 299n)는, 정션박스(200a, 200b, ..., 200n)의 외부에 배치될 수 있으며, 조작 버튼의 조작에 의해, 마스터 기능을 설정하거나, 슬레이브 기능을 설정할 수 있다.
예를 들어, 조작 버튼이, 위로 올려지는 경우, 마스터 기능이 설정되고, 조작 버튼이, 아래로 내려지는 경우, 슬레이브 기능이 설정될 수 있다.
도면에서는, 제1 태양광 모듈(50a)의 조작부(299a)의 조작 버튼이 위로 올려진 것을 도시하며, 이에 따라, 제1 태양광 모듈(50a)이 마스터(master)로 설정될 수 있다.
또한, 도면에서는, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)의 조작부(299b,...,299n)의 조작 버튼이 아래로 내려진 것을 도시하며, 이에 따라, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)이 슬레이브(slave)로 설정될 수 있다.
한편, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 제1 태양광 모듈(50a)이 마스터(master)로 설정된 경우, 제1 태양광 모듈(50a)은, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수 있다.
한편, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 제2 태양광 모듈(50b)이 슬레이브(slave)로 설정된 경우, 제2 태양광 모듈(50b)은, 제1 태양광 모듈(50a)로부터, 수신되는 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 가변할 수 있다.
한편, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 중 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)이 슬레이브(slave)로 설정된 경우, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)은, 제1 태양광 모듈(50a)로부터, 수신되는 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 가변할 수 있다.
이에 따라, 모든 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)에서 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나가 일치하게 된다.
한편, 제1 태양광 모듈(50a)은, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 외부로 출력하는 통신부(580)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 태양광 모듈(50a)의 통신부는, 다른 태양광 모듈(50b, ..., 50n)의 전류 정보, 및 전압 정보를 수신하고, 이에 기초하여, 다른 태양광 모듈(50b, ..., 50n)에, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수도 있다.
또한, 나머지 태양광 모듈(50b, ..., 50n)은, 제1 태양광 모듈(50a)로부터의 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를 수신하기 위한 통신부를 구비할 수 있다.
도 5는 도 1의 복수의 태양광 모듈 사이의 신호 흐름을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 마스터로 설정된, 제1 태양광 모듈(50a)은, 다른 태양광 모듈(50b, ..., 50n)로부터의, 전류 정보, 및 전압 정보(Infva,Infvb)를 수신할 수 있다.
한편, 마스터로 설정된, 제1 태양광 모듈(50a)은, 다른 태양광 모듈(50b, ..., 50n)로, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나(Cma, Cmb)를 출력할 수 있다.
한편, 각 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류전원의 레벨을 변환하는 컨버터부(530), 인버터부(540), 컨버터부(530)에서 출력되는 전류를 감지하는 컨버터 출력전류 감지부(C)와, 컨버터부(530)에서 출력되는 전압을 감지하는 컨버터 출력전압 감지부(D)와, 컨버터부(530) 및 인버터부(540)의 동작을 제어하는 제어부(550)를 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(550)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 전류 또는 컨버터부(530)에서 출력되는 전압이 기준 하한 레벨 이하이거나, 기준 상한 레벨 이상인 경우, 인버터부(540)에 대한 동작 오프 지령을 출력할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 기술한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도면을 참조하면, 제어부(550)는, 컨버터 출력전류 감지부(C)와, 컨버터 출력전압 감지부(D)에서 감지되는 컨버터 출력전류, 컨버터 출력전압 등에 기초하여, 태양광 모듈(50)의 동작 상태를 체크할 수 있다(S610).
다음, 제어부(550)는, 태양광 모듈(50)의 동작 상태가 정상인 경우, 동작 지령을 출력할 수 있다(S625). 예를 들어, 컨버터부(530)에 컨버터 스위칭 제어 신호를 출력하거나, 인버터부(540)에 인버터 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
여기서, 동작 상태가 정상인지 여부는, 컨버터부(530)에서 출력되는 전류 또는 컨버터부(530)에서 출력되는 전압이 기준 하한 레벨과 기준 상한 레벨 사이인 경우일 수 있다.
다음, 제어부(550)는, 태양광 모듈(50)의 동작 상태가 정상이 아닌 경우, 동작 오프 지령을 출력할 수 있다(S635).
예를 들어, 컨버터부(530)에서 출력되는 전류 또는 컨버터부(530)에서 출력되는 전압이 기준 하한 레벨 이하이거나, 기준 상한 레벨 이상인 경우, 제어부(550)는, 인버터부(540)에 대한 동작 오프 지령을 출력할 수 있다.
이에 따라, 인버터(540)는, 더 이상 스위칭 동작을 하지 않게 되며, 이에 따라, 태양광 모듈(50) 내의 회로 소자의 소손 등을 방지할 수 있게 된다.
한편, 마스터로 설정된, 제1 태양광 모듈(50a)에서, 동작 오프 지령이 발생하는 경우, 통신부(580)를 통해, 다른 태양광 모듈(50b,...50n)에 동작 오프 지령이 전송되는 것도 가능하다. 이에 따라, 다른 태양광 모듈(50b,...50n)을 보호할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 7의 태양광 시스템(20)은, 4개의 태양광 모듈(50a~50d)을 구비하며, 그 중 제1 태양광 모듈(40a)가 마스터로 설정되고, 나머지 3개의 태양광 모듈(50b~50d)이 슬레이브로 설정되는 것을 예시한다.
한편, 제4 태양광 모듈(50d)에 접속되는 케이블에, 도면과 같이, 아웃렛(350)이 전기적으로 접속될 수 있으며, 이에 따라, 가전 기기의 플러그가 연결될 수 있다.
한편, 4개의 태양광 모듈(50a~50d)은, 서로 병렬 접속될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 8의 태양광 시스템(30)은, 7개의 태양광 모듈(50a~50d, 50b1~50d1)을 구비하며, 그 중 제1 태양광 모듈(40a)가 마스터로 설정되고, 나머지 6개의 태양광 모듈(50b~50d, 50b1~50d1)이 슬레이브로 설정되는 것을 예시한다.
한편, 제4 태양광 모듈(50d), 및 제7 태양광 모듈(50d1)에 접속되는 케이블에, 도면과 같이, 아웃렛(350)이 전기적으로 접속될 수 있으며, 이에 따라, 가전 기기의 플러그가 연결될 수 있다.
한편, 7개의 태양광 모듈(50a~50d, 50b1~50d1)은, 서로 병렬 접속될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 정면도이고, 도 10은 도 9의 태양광 모듈의 배면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 배면에 위치하는 정션 박스(200)를 포함할 수 있다.
정션 박스(200)는, 음영 발생 등의 경우, 핫 스팟 방지를 위해, 바이패스 되는, 적어도 하나의 바이패스 다이오드를 구비할 수 있다.
도 11 등에서는, 도 9의 4개의 태양전지 스트링에 대응하여, 3개의 바이패스 다이오드(도 11의 Da,Db,Dc)를 구비하는 것을 예시한다.
한편, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 변환할 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 이하를 참조하여 기술한다.
한편, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지를 구비할 수 있다.
도면에서는 복수의 태앙 전지가 리본(도 12의 133)에 의해, 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다. 한편, 도면과 달리, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 각 태양전지 스트링은, 버스 리본에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 도 9는, 태양전지 모듈(100)의 하부에 배치되는 버스 리본(145a,145c,145e)에 의해, 각각 제1 태양전지 스트링(140a)과 제2 태양전지 스트링(140b)이, 제3 태양전지 스트링(140c)과 제4 태양전지 스트링(140d)이, 제5 태양전지 스트링(140e)과 제6 태양전지 스트링(140f)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다.
또한, 도 9는, 태양전지 모듈(100)의 상부에 배치되는 버스 리본(145b,145d)에 의해, 각각 제2 태양전지 스트링(140b)과 제3 태양전지 스트링(140c)이, 제4 태양전지 스트링(140d)과 제5 태양전지 스트링(140e)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다.
한편, 제1 스트링에 접속된 리본, 버스 리본(145b,145d), 및 제4 스트링에 접속된 리본은, 각각 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(200) 내의 바이패스 다이오드(도 11의 Da,Db,Dc)와 접속된다. 도면에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)이, 태양전지 모듈(100) 상에 형성된 개구부를 통해, 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 것을 예시한다.
한편, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)의 양단부 중 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
도 11은 도 10의 정션박스 내부의 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 변환하여 변환된 전원을 출력할 수 있다.
특히, 본 발명과 관련하여, 정션 박스(200)는, 교류 전원을 출력할 수 있다.
이를 위해, 정션 박스(200)는, 컨버터부(530), 인버터부(540), 및 이를 제어하는 제어부(550)를 포함할 수 있다.
또한, 정션 박스(200)는, 바이패스를 위한 바이패스 다이오드부(510), 직류 전원 저장을 위한, 커패시터부(520)를 더 포함할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 외부의 게이트웨이(80)과의 통신을 위한 통신부(580)를 더 구비할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 게이트웨이(80)로부터의 위상 가변 신호에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상을 가변하는 위상 가변부(570)를 더 구비할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 입력 전류 감지부(A), 입력 전압 감지부(B), 컨버터 출력전류 검출부(C), 컨버터 출력전압 검출부(D), 인버터 출력 전류 검출부(E), 인버터 출력 전압 검출부(F)를 더 구비할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터부(530), 인버터부(540)를 제어할 수 있다.
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(100) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)들 사이에, 각각 배치되는 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)을 구비할 수 있다. 이때, 바이패스 다이오드의 개수는, 1개 이상이며, 도전성 라인의 개수 보다 1개 더 작은 것이 바람직하다.
바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 태양전지 모듈(100)로부터, 특히, 태양전지 모듈(100) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 직류 전원은, 커패시터부(520)로 입력될 수 있다.
커패시터부(520)는, 태양전지 모듈(100), 및 바이패스 다이오드부(510)를 거쳐 입력되는 입력 직류 전원을 저장할 수 있다.
한편, 도면에서는, 커패시터부(520)가 서로 병렬 연결되는 복수의 커패시터(Ca,Cb,Cc)를 구비하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 복수의 커패시터가, 직병렬 혼합으로 접속되거나, 직렬로 접지단에 접속되는 것도 가능하다. 또는, 커패시터부(520)가 하나의 커패시터만을 구비하는 것도 가능하다.
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)와, 커패시터부(520)를 거친, 태양전지 모듈(100)로부터의 입력 전압의 레벨을 변환할 수 있다.
특히, 컨버터부(530)는, 커패시터부(520)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 전력 변환을 수행할 수 있다.
예를 들어, 컨버터부(530)는, 복수의 저항 소자, 또는 변압기를 구비하며, 설정된 목표 전력에 기초하여, 입력 전압에 대한 전압 분배를 수행할 수 있다.
도면에서는, 컨버터부(530)의 일예로, 탭 인덕터 컨버터를 예시하나, 이와 달리, 플라이백 컨버터, 벅 컨버터, 부스트 컨버터 등이 가능하다.
도면에서 도시되는 컨버터부(530), 즉 탭 인덕터 컨버터는, 탭 인덕터(T), 탭 인덕터(T)와 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1), 탭 인덕터의 출력단에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
한편, 다이오드(D1)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, dc단 커패시터(미도시)가 접속될 수 있다.
구체적으로 스위칭 소자(S1)는, 탭 인덕터(T)의 탭과 접지단 사이에 접속될 수 있다. 그리고, 탭 인덕터(T)의 출력단(2차측)은 다이오드(D1)의 애노드(anode)에 접속하며, 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)와 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속될 수 있다.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다. 한편, 탭 인덕터(T)는, 스위칭 트랜스포머(transformer)로 명명될 수도 있다.
한편, 컨버터부(530) 내의 스위칭 소자(S1)는, 제어부(550)로부터의 컨버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 레벨 변환된 직류 전원이 출력될 수 있다.
인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터부(540) 내의 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b)은, 제어부(550)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력될 수 있다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 커패시터(C)는, 컨버터부(530)와 인버터부(540) 사이에, 배치될 수 있다.
커패시터(C)는, 컨버터부(530)의 레벨 변환된 직류 전원을 저장할 수 있다. 한편, 커패시터(C)의 양단을 dc단이라 명명할 수 있으며, 이에 따라, 커패시터(C)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.
한편, 입력 전류 감지부(A)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전류(ic1)를 감지할 수 있다.
한편, 입력 전압 감지부(B)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전압(Vc1)을 감지할 수 있다. 여기서, 입력 전압(Vc1)은, 커패시터부(520) 양단에 저장된 전압과 동일할 수 있다.
감지된 입력 전류(ic1)와 입력 전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다.
한편, 컨버터 출력전류 검출부(C)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전류(ic2), 즉 dc단 전류를 감지하며, 컨버터 출력전압 검출부(D)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전압(vc2), 즉 dc 단 전압을 감지한다. 감지된 출력전류(ic2)와 출력전압(vc2)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다.
한편, 인버터 출력 전류 검출부(E)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전류(ic3)를 감지하며, 인버터 출력 전압 검출부(F)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 감지한다. 검출된 전류(ic3)와 전압(vc3)은, 제어부(550)에 입력된다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터부(530)의 스위칭 소자(S1)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터부(530) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)에 대한, 최대 전력 지점을 연산하고, 그에 따라, 최대 전력에 해당하는 직류 전원을 출력하도록, 컨버터부(530)를 제어할 수 있다.
한편, 통신부(580)는, 외부의 다른 태양광 모듈과 통신을 수행할 수 있다.
예를 들어, 통신부(580)는, 해당 태양광 모듈이 마스터로 설정된 경우, 전력선 통신에 의해, 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수 있다.
한편, 통신부(580)는, 해당 태양광 모듈이 마스터로 설정된 경우, 전력선 통신에 의해, 다른 태양광 모듈의 전류 정보, 및 전압 정보를 수신하고, 다른 태양광 모듈에, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 해당 태양광 모듈이 마스터로 설정된 경우, 다른 태양광 모듈(50)의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 해당 태양광 모듈이 슬레이브로 설정된 경우, 외부로부터 수신되는 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 가변하도록 제어할 수 있다. 특히, 인버터부(540)를 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 전류 또는 컨버터부(530)에서 출력되는 전압이, 기준 하한 레벨 이하이거나, 기준 상한 레벨 이상인 경우, 인버터부(540)에 대한 동작 오프 지령을 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 전류 또는 컨버터부(530)에서 출력되는 전압이, 기준 하한 레벨과 기준 상한 레벨 사이인 경우, 인버터부(540)에 대한 동작 지령을 출력할 수 있다.
도 12는 도 9의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 12를 참조하면, 도 9의 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지, 박막 태양전지 등일 수 있다.
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극집전 전극에 접합될 수 있다.
도면에서는, 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다.
이에 의해, 도 9에서 설명한 바와 같이, 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비할 수 있다.
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 11에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다.
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다.
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다.
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 모듈 및 이를 구비한 태양광 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 태양전지 모듈;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터로부터의 상기 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부;
    상기 인버터부에 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 케이블;
    다른 태양광 모듈과 데이터를 교환하는 통신부;
    마스터(master)로 설정된 경우, 상기 다른 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이블에 전기적으로 접속되며, 가전 기기의 플러그와 결합 가능한 아웃렛(outlet);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    슬레이브(slave)로 설정된 경우, 외부로부터 수신되는 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 가변하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    마스터 설정 또는 슬레이브 설정을 위한 조작부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통신부는,
    다른 태양광 모듈의 전류 정보, 및 전압 정보를 수신하고, 상기 다른 태양광 모듈에, 상기 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    상기 컨버터부에서 출력되는 전류를 감지하는 컨버터 출력전류 감지부;
    상기 컨버터부에서 출력되는 전압을 감지하는 컨버터 출력전압 감지부;
    상기 제어부는,
    상기 컨버터부에서 출력되는 전류 또는 상기 컨버터부에서 출력되는 전압이 기준 하한 레벨 이하이거나, 기준 상한 레벨 이상인 경우, 상기 인버터부에 대한 동작 오프 지령을 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  7. 태양전지 모듈과, 상기 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부를 각각 구비하는, 복수의 태양광 모듈;
    상기 복수의 태양광 모듈에 각각 전기적으로 접속되며, 교류 전원을 외부로 출력하는, 복수의 케이블;을 구비하며,
    상기 복수의 태양광 모듈 중 제1 태양광 모듈이 마스터(master)로 설정된 경우, 상기 제1 태양광 모듈은, 나머지 태양광 모듈의 위상 또는 진폭 조정을 위한, 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 케이블에 전기적으로 접속되며, 가전 기기의 플러그와 결합 가능한 아웃렛(outlet);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 태양광 모듈 중 제2 태양광 모듈이 슬레이브(slave)로 설정된 경우, 상기 제2 태양광 모듈은, 상기 제1 태양광 모듈로부터, 수신되는 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 출력되는 교류 전원의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 가변하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 태양광 모듈은,
    마스터 설정 또는 슬레이브 설정을 위한 조작부;
    상기 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 외부로 출력하는 통신부; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 태양광 모듈의 상기 통신부는,
    다른 태양광 모듈의 전류 정보, 및 전압 정보를 수신하고, 상기 다른 태양광 모듈에, 상기 위상 정보 또는 진폭 정보 중 적어도 하나를, 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 태양광 모듈은,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류전원의 레벨을 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 출력되는 전류를 감지하는 컨버터 출력전류 감지부;
    상기 컨버터부에서 출력되는 전압을 감지하는 컨버터 출력전압 감지부;
    상기 컨버터부 및 인버터부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 컨버터부에서 출력되는 전류 또는 상기 컨버터부에서 출력되는 전압이 기준 하한 레벨 이하이거나, 기준 상한 레벨 이상인 경우, 상기 인버터부에 대한 동작 오프 지령을 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.

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