KR20180020555A - 태양광 모듈, 및 이를 구비하는 태양광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈, 및 이를 구비하는 태양광 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양 전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원 또는 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 저장부와, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 변환된 교류 전원을 출력하는 인버터부와, 인버터부로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 케이블과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 저장부로 공급하거나, 인버터부로 공급하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.

Description

태양광 모듈, 및 이를 구비하는 태양광 시스템{Photovoltaic module and photovoltaic system including the same}
본 발명은 태양광 모듈, 및 이를 구비하는 태양광 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있는 태양광 모듈, 및 이를 구비하는 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 태양광 발전을 위한 태양전지가 직렬 혹은 병렬로 연결된 상태를 의미한다.
한편, 태양광 모듈을 통해 계통으로 교류 전원을 출력하면서, 저장부를 사용하는 경우, 저장부에, 직류/교류 변환부 또는 교류/직류 변환부 등이 필요하므므로, 이에 대해, 별도의 회로부가 필요한 불편함이 있다.
본 발명의 목적은, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양 전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원 또는 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 저장부와, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 변환된 교류 전원을 출력하는 인버터부와, 인버터부로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 케이블과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 저장부로 공급하거나, 인버터부로 공급하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템은, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을, 저장부에 저장하거나, 변환하여 교류 전원으로 출력하는 적어도 하나의 태양광 모듈과, 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원을 모니터링하는 게이트웨이(gateway)와, 게이트웨이로부터 수신되는 각 태양광 모듈의 정보, 및 부하 디맨드(demand)에 기초하여, 각 태양광 모듈에 대한, 전력 공급 요청 또는 전력 저장 요청을 출력하는 서버를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른, 태양광 모듈은, 복수의 태양 전지를 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원 또는 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 저장부와, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 변환된 교류 전원을 출력하는 인버터부와, 인버터부로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 케이블과, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 저장부로 공급하거나, 인버터부로 공급하도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
한편, 태양광 모듈은, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨에 따라, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을, 저장부에 저장하거나, 저장부에 저장하면서 인버터부로 공급하거나, 인버터부로만 공급하도록 함으로써, 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
특히, 태양광 모듈은, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 상태에서, 게이트웨이로부터, 전력 공급 요청이 있는 경우, 저장부에 저장된 직류 전원을 인버터부로 공급함으로써, 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
한편, 인버터부에 부착되는 방열 부재 보다, 저장부에 부착되는 방열 부재의, 높이, 두께, 면적 중 적어도 하나가 더 크도록 함으로써, 방열을 원활히 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 태양광 시스템은, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을, 저장부에 저장하거나, 변환하여 교류 전원으로 출력하는 적어도 하나의 태양광 모듈과, 태양광 모듈에서 출력되는 교류 전원을 모니터링하는 게이트웨이(gateway)와, 게이트웨이로부터 수신되는 각 태양광 모듈의 정보, 및 부하 디맨드(demand)에 기초하여, 각 태양광 모듈에 대한, 전력 공급 요청 또는 전력 저장 요청을 출력하는 서버를 포함함으로써, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
한편, 서버가, 각 태양광 모듈 내의 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 미만인 경우, 전력 저장 요청을 전송하며, 각 태양광 모듈 내의 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 저장부에 저장된 직류 전원에 기초한 전력 공급 요청을 전송함으로써, 각 태양광 모듈의 태양전지 모듈의 직류 전원 레벨에 따라, 교류 전원 출력 또는 전원 저장을 수행할 수 있게 되어, 전력 관리가 안정적으로 수행될 수 있게 된다.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도 3a는 도 2a의 정션 박스를 확대한 도면이다.
도 3b는 도 2b의 정션 박스를 확대한 도면이다.
도 4는 도 2a의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도의 일예를 도시한 도면이다.
도 5a는 도 2a의 정션 박스가 배치되는 태양광 모듈의 배면도이다.
도 5b는 도 2b의 정션 박스가 배치되는 태양광 모듈의 배면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7 내지 도 9d는 도 6의 동작 방법 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 도 2a 내지 도 2d의 태양광 모듈의 정면도이다.
도 11은 도 10의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 12는 도 10의 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 1a 내지 도 1b는 종래의 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
먼저, 도 1a의 태양광 시스템(5a)은, 각각 직류 전원을 출력하는 복수의 태양광 모듈(30a~30c), 복수의 태양광 모듈(30a~30c)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(35), 그리고, 복수의 태양광 모듈(30a~30c)로부터의 직류 전원을 저장하는 저장부(37a)를 구비한다.
도 1a의 태양광 시스템(5a)에 의하면, 저장부(37a)가, 그리드(90)로 교류 전원을 공급하기 위해, 직류/교류 변환부를 구비하여야 한다.
한편, 저장부(37a)에는, 수백 볼트의 고전압의 직류 전원이 입력되므로, 회로 소자의 소손 가능성을 방지하기 위해, 내구성이 좋은 회로 소자를 사용하여야 한다.
다음, 도 1b의 태양광 시스템(5b)은, 각각 교류 전원을 출력하는 복수의 태양광 모듈(20a~20c), 복수의 태양광 모듈(20a~20c)로부터의 교류 전원을 저장하는 저장부(37b)를 구비한다.
도 1b의 태양광 시스템(5b)에 의하면, 저장부(37b)가, 공급되는 교류 전원을 변환하여 저장하여야 하므로, 교류/직류 변환부를 구비하여야 한다.
도 1a 내지 도 1b와 같은 태양광 시스템(5a, 5b) 등에서는, 저장부(37a,37b)가 각각 배터리 외에, 직류/교류 변환부 또는 교류/직류 변환부가 필요하므로, 이를 제어하기 위한 제어회로 등의 추가로 인해, 복잡해진다. 또한, 내구성 있는 회로 소자의 사용이 필요하므로, 제조 비용이 증대될 수 있게 된다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, 간단하게, 태양광 모듈에서 교류 전원을 공급하면서, 태양전지에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있는 방안을 제시한다.
즉, 교류 전원을 출력하는 태양광 모듈 내에, 저장부가 배치되도록 함으로써, 복잡한 회로 구성 없이, 에너지 저장장치(ESS)와 같은 기능이 수행되도록 하는 것으로 한다. 이때, 복수의 태양광 모듈 내에 각각 저장부가 배치되므로, 저장 용량이 큰 저장부를 사용하지 않아도 되므로, 제조 비용 등이 저감될 수 있게 된다. 이에 대해서는, 도 2a 이하를 참조하여 기술한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 태양광 시스템(10a)은, 복수의 태양광 모듈(50a~50n), 게이트웨이(gateway)(80), 그리드(90), 및 서버(600)를 포함할 수 있다.
복수의 태양광 모듈(50a~50n)은, 각각 교류 전원을, 케이블(31a~31n)을 통해 외부로 출력할 수 있다. 그리고, 각각의 교류 전원은, 케이블(oln)을 통해, 그리드(90)로 공급될 수 있다.
한편, 복수의 태양광 모듈(50a~50n)은, 전력선 통신을 위한 케이블(32a~32n)을 통해, 게이트웨이(80)와 전력선 통신을 수행할 수 있다.
한편, 게이트웨이(80)와 서버(600)는, 유선 또는 무선 통신에 의해, 데이터를 교환할 수 있다.
한편, 각 태양광 모듈(50a~50n)은, 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원을, 저장할 수 있는, 저장부(270a~270n)와, 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원을, 교류 전원으로 변환하는 인버터부(540a~540n)(도 5 의 540 참조)를 구비할 수 있다.
한편, 각 태양광 모듈(50a~50n)은, 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원을 저장부(270a~270n)로 공급하거나, 인버터부(540a~540n)(도 5 의 540참조)로 공급하도록 제어하는 제어부(550a~550n)(도 5 의 550 참조)를 포함할 수 있다.
도면에서는, 각 태양광 모듈(50a~50n)의 배면에, 인버터부(540a~540n), 제어부(550a~550n), 저장부(270a~270n) 등을 포함하는 정션 박스(200a~2000n)를 구비할 수 있다.
한편, 제어부(550a~550n)는, 각 태양광 모듈(50a~50n) 내의 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원의 레벨에 따라, 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원을, 저장부(270a~270n)로 공급하거나, 저장부(270a~270n)로 공급하면서 인버터부(540a~540n)(도 5 의 540참조)로 공급하거나, 인버터부(540a~540n)(도 5 의 540참조)로만 공급하도록 제어함으로써, 태양전지 모듈(100a~100n)에서 출력되는 직류 전원이 저하되는 경우에도 안정적으로 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
게이트웨이(80)(gateway)는, 각 태양광 모듈(50a~50n)에서 출력되는 교류 전원을 모니터링할 수 있다. 이를 위해, 교류 전압 감지부(미도시), 교류 전류 감지부ㅍ를 구비할 수 있다.
한편, 게이트웨이(80)(gateway)는, 각 태양광 모듈(50a~50n)과의 전력선 통신을 통해, 각 태양광 모듈(50a~50n)의 전력 정보를 수신할 수 있다.
이를 위해, 게이트웨이(80)와, 각 태양광 모듈(50a~50n)은 전력선 통신을 위해, 전력선 케이블(32a~32b)로 연결될 수 있다.
여기서, 각 태양광 모듈(50a~50n)의 전력 정보는, 태양전지 모듈(100a~100n)의 전압 정보, 전류 정보 또는 인버터부(540a~540n)의 전압 정보, 전류 정보, 저장부(270a~270n)에 저장된 전압 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 서버(600)는, 게이트웨이(80)를 통해, 각 태양광 모듈(50a~50n)의 전력 정보를 수신할 수 있다.
한편, 서버(600)는, 내부 전력망에서 소비되는 부하의 부하 디맨드(demand)를 검출하거나, 수신할 수 있다.
그리고, 서버(600)는, 각 태양광 모듈(50a~50n)의 전력 정보와, 내부 전력망에서 소비되는 부하의 부하 디맨드(demand)에 기초하여, 각 태양광 모듈(50a~50n)에 대한, 전력 공급 요청 또는 전력 저장 요청을 출력할 수 있다.
이러한, 전력 공급 요청 또는 전력 저장 요청은, 게이트웨이(80)를 통해, 각 태양광 모듈(50a~50n)로 전송될 수 있다.
구체적으로, 서버(600)는, 각 태양광 모듈(50a~50n) 내의 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 미만인 경우, 전력 저장 요청을 전송하며, 각 태양광 모듈(50a~50n) 내의 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270a~270n)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 저장부에 저장된 직류 전원에 기초한, 전력 공급 요청을 전송할 수 있다.
이에 따라, 각 태양광 모듈(50a~50n) 중 전력 저장 요청을 수신한 태양광 모듈은, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을, 저장부(270)에 저장할 수 있다.
또는, 각 태양광 모듈(50a~50n) 중 전력 공급 요청을 수신한 태양광 모듈은, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을, 인버터부(540)에 공급하며, 이에 따라, 변환된 교류 전원을 외부로 출력할 수 있다.
도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양광 시스템을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2b의 태양광 시스템(10b)은, 도 2a의 태양광 시스템(10a)와 유사하나, 정션 박스(200a~200n) 내에 저장부(270a~270n)가 위치하지 않고, 정션 박스(200a~200n)와 이격된 위치에, 저장부(270a~270n)가 위치하는 것에 그 차이가 있다.
다음, 도 2c의 태양광 시스템(10c)은, 도 2a의 태양광 시스템(10a)와 유사하나, 정션 박스(200a~200n)와 별개의 제2 정션 박스(201a~201n)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다.
도 2c의 태양광 시스템(10c) 내의 정션 박스(200a~200n)는, 도 5의 바이패스 다이오드부(510a~510n)와, 저장부(270a~270n)를 구비하며, 제2 정션 박스(201a~201n)는, 인버터부(540a~540n)를 구비할 수 있다.
다음, 도 2d의 태양광 시스템(10d)은, 도 2c의 태양광 시스템(10c)와 유사하나, 정션 박스(200a~200n) 내에 저장부(270a~270n)가 위치하지 않고, 2 정션 박스(201a~201n) 내에 저장부(270a~270n)가 위치하는 것에 그 차이가 있다.
즉, 도 2d의 태양광 시스템(10d) 내의 정션 박스(200a~200n)는, 도 5의 바이패스 다이오드부(510a~510n)를 구비하며, 제2 정션 박스(201a~201n)는, 인버터부(540a~540n)와, 저장부(270a~270n)를 구비할 수 있다.
도 3a는 도 2a의 정션 박스를 확대한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 태양광 모듈(50)의 배면에 배치되는 정션박스(200)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 컨버터부((530), 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(540)를 구비할 수 있다.
즉, 인버터부(540)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원에 기초하여, 교류 전원 변환을 수행할 수 있다.
한편, 정션박스(200)는, 저장부(270)를 포함할 수 있다.
도면에서는, 저장부(270)가 컨버터부(530)에 접속되어, 저장부(270)가, 컨버터부(530)에서 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않는다.
즉, 저장부(270)는, 컨버터부(530)의 입력단에 접속되어, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 저장할 수도 있다.
도 3b는 도 2b의 정션 박스를 확대한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 태양광 모듈(50)의 배면에 배치되는 정션박스(200)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨을 변환하는 컨버터부((530), 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(540)를 구비할 수 있다.
한편, 도 3b의 정션 박스(200)는, 저장부(270)를 구비하지 않을 수 있다.
즉, 정션 박스(200)와, 저장부(270)는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 저장부(270)는, 제2 정션 박스에 배치될 수도 있다.
도 4는 도 2a의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도의 일예를 도시한 도면이다.
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), 저장부(270), 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, 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.
한편, 제어부(550)는, 컨버터부(530)를 제어하여, 직류 변환이 수행되도록 제어할 수 있다. 특히, 최대전력추종(MPPT) 제어를 수행할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터부(540)를 제어하여, 교류 변환이 수행되도록 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.
한편, 바이패스 다이오드부(510)와 커패시터부(520) 사이에 저장부(270)가 배치될 수 있다.
이에 따라, 저장부(270)는, 일방향 도통 소자를 구비하는 바이패스 다이오드부(510)에서 출력되는 직류 전원을 저장할 수 있다.
즉, 저장부(270)는, 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 저장할 수 있다.
한편, 저장부(270)는, 각 태양광 모듈에 배치되므로, 저장 용량이 대용량일 필요는 없다.
따라서, 저장부(270)는, Li-Ion 등의 배터리(Battery)가 아닌, 전기이중층커패시터((Electric Double Layer Capacitor;EDLC) 등의 슈퍼 커패시터(cpacitor)를 포함하는 것이 바람직하다.
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, 제어부(550)는, 통신부(580)를 통해, 게이트웨이(80)로부터의 스캔 신호(Sph)를 수신하고, 이에 응답하여, 아이디 정보를 포함하는 응답 신호를, 통신부(580)를 통해, 게이트웨이(80)로, 전송하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 통신부(580)를 통해, 게이트웨이(80)로, 전력 정보를 전송할 수 있다.
여기서, 태양광 모듈(50)의 전력 정보는, 태양전지 모듈(100)의 전압 정보, 전류 정보 또는 인버터부(540)에서 출력되는, 전압 정보, 전류 정보, 저장부(270)에 저장된 전압 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 저장부(270)로 공급하거나, 인버터부(530)로 공급하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상인 경우, 제1 기간 동안, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이 저장부(270)에 저장되고, 인버터부(530)로 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 이상인 경우, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 일부가, 저장부(270)에 저장되고, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 다른 일부가, 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 보다 큰 제3 소정치 이상인 경우, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 저장부(270)에 공급되지 않고, 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 경우, 저장부(270)에 저장된 직류 전원이 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 상태에서, 게이트웨이(80)로부터, 전력 공급 요청이 있는 경우, 저장부(270)에 저장된 직류 전원이 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 통신부(580)를 통해, 서버(600)로부터의 전력 저장 요청을 수신할 수 있으며, 이에 따라, 저장부(270)에 직류 전원이 공급되고, 컨버터부(530), 및 인버터부(540)에, 직류 전원이 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 통신부(580)를 통해, 서버(600)로부터의 전력 공급 요청을 수신할 수 있으며, 이에 따라, 저장부(270)에 직류 전원이 공급되지 않고, 컨버터부(530), 및 인버터부(540)에, 직류 전원이 공급되도록 제어할 수 있다.
도 5a는 도 2a의 정션 박스가 배치되는 태양광 모듈의 배면도이다.
도면을 참조하면, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)을 둘러싸는 프레임(105)와, 태양전지 모듈(100)의 배면에, 배치되는 정션 박스(200)를 구비할 수 있다.
정션 박스(200)는, 도 3a에서 도시한 바와 같이, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 인버터부(540), 저장부(270)를 구비할 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 인버터부(540), 저장부(270)는, 각각 회로 보호를 위해, 내부 케이스를 구비할 수 있다.
그리고, 내부 케이스의 상면에는, 방열을 위한, 방열 부재가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 저장부(270)의 발열 저감을 위해, 인버터부(530)에 부착되는 방열 부재 보다, 저장부(270)에 부착되는 방열 부재의, 높이, 두께, 면적 중 적어도 하나가 더 크도록 설정할 수 있다.
한편, 저장부(270) 중 인버터부(540)에 인접한 영역의 방열 부재(HEa)의 두께(ha)가, 저장부(270) 중 인버터부(540)에 가장 먼 영역의 방열 부재(HEb)의 두께(hb) 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 인버터부(540)에 인접한 영역에서 방열이 더 잘 수행되게 된다.
도 5b는 도 2b의 정션 박스가 배치되는 태양광 모듈의 배면도이다.
도면을 참조하면, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)을 둘러싸는 프레임(105)와, 태양전지 모듈(100)의 배면에, 배치되는 정션 박스(200)와 제2 정션 박스(201)를 구비할 수 있다.
정션 박스(200)는, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 바이패스 다이오드부(510)를 구비할 수 있다.
제2 정션 박스(201)는, 컨버터부(530), 인버터부(540), 저장부(270)를 구비할 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 인버터부(540), 저장부(270)는, 각각 회로 보호를 위해, 내부 케이스를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 저장부(270)의 발열 저감을 위해, 인버터부(530)에 부착되는 방열 부재 보다, 저장부(270)에 부착되는 방열 부재의, 높이, 두께, 면적 중 적어도 하나가 더 크도록 설정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
이하에서는, 도 2a의 태양광 시스템(10a)을 기준으로 설명한다.
도면을 참조하면, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상인지 여부를 판단한다(S610).
태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 입력 전압 감지부(B)에서 감지된 전압의 레벨이, 소정치 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨(Vdc)이 소정치(Vpr) 이상인 경우, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 제1 기간 동안, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이 저장부(270)에 저장되고, 인버터부(530)로 공급되지 않도록 제어할 수 있다.
태양전지 모듈(100)의 초기 동작시, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 제1 기간 동안, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이 저장부(270)에 저장되고, 인버터부(530)로 공급되지 않도록 제어할 수 있다(S621).
이에 따라, 도 8a에 도시된 제1a 전류 패쓰(Path1a)에 의해, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 저장부(270)에 저장되게 된다.
다음, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 저장부(270)에 저장된 직류 전원의 레벨(Vbat)이 제2 소정치 이상인 지 여부를 판단하고(S622), 해당하는 경우, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 일부가, 저장부(270)에 저장되고, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 다른 일부가, 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다(S623).
이에 따라, 도 8b에 도시된 제1a 전류 패쓰(Path1a)에 의해, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 저장부(270)에 저장되며, 제1b 전류 패쓰(Path1b)에 의해, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 인버터부(540)로 공급되게 된다.
따라서, 태양광 모듈(50)은, 직류 전원을 저장하면서, 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
다음, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 저장부(270)에 저장된 직류 전원의 레벨(Vbat)이 제2 소정치(Vpr2) 보다 큰 제3 소정치(Vpr3) 이상인 지 여부를 판단하고(S624) 해당하는 경우, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 저장부(270)에 공급되지 않고, 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다(S625).
이에 따라, 도 8c에 도시된 제1b 전류 패쓰(Path1b)에 의해, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원이, 인버터부(540)로 공급되게 된다.
따라서, 태양광 모듈(50)은, 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
다음, 태양광 모듈(50) 내의 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원의 레벨(Vdc)이 소정치(Vpr) 미만인 경우, 저장부(270)에 저장된 직류 전원 레벨(Vbat)이 기준치(Vref) 이상인지 여부를 판단하고(S630), 해당하는 경우, 저장부(270)에 저장된 직류 전원이 인버터부(530)로 공급되도록 제어할 수 있다(S635).
이에 따라, 도 8d에 도시된 제2 전류 패쓰(Path2)에 의해, 저장부(270)에 저장된 직류 전원이, 인버터부(540)로 공급되게 된다.
따라서, 태양광 모듈(50)은, 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
도 7은 태양전지 모듈의 직류 전원 레벨에 따른 저장부, 인버터부에서의 전원 변동을 도시한 도면이다.
도 7의 (a)와 같이, Tc 시점 이전까지, 태양전지 모듈(100)의 직류 전원 레벨이 Vdca로 안정적인 경우, 도 7의 (b)와 같이, 저장부(270)에서 출력되는 전압을 없으며, 태양전지 모듈(100)의 직류 전원이 인버터부(540)로 공급되어, 도 7의 (c)와 같이, 인버터부(540)의 입력 전압은, 대략 Vdca 를 유지하게 된다.
한편, Tx 에서 Ta 시점까지, 태양전지 모듈의 직류 전원의 레벨이 하강하는 경우, 도 7의 (c)와 같이, 인버터부(540)의 입력 전압은, 하강하게 된다.
한편, 태양전지 모듈의 직류 전원이 소정치(Vdcp) 미만이며, 저장부(270)에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 경우, Ta 시점 부터, 저장부(270)는, 도 7의 (b)와 같이, 직류 전원을 출력하게 된다. 대략, Vbata 레벨의 직류 전원을 출력하게 된다.
이에 따라, 도 7의 (a)와 같이, 태양전지 모듈(100)의 직류 전원 레벨이, 소정치(Vdcp) 미만으로 하강하더라도, 도 7의 (c)와 같이, 인버터부(540)의 입력 전압은, 다시 상승하여, 대략 대략, Vbata 레벨을 유지할 수 있게 된다.
따라서, 태양전지 모듈(100)의 직류 전원 레벨이, 소정치(Vdcp) 미만으로 하강하더라도, 태양광 모듈(50)는, 내부에 구비되는 저장부(270)에 저장된 직류 전원에 기초하여, 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
도 9a는, 주간에, 복수의 태양전지 모듈(100a~100n)의 직류 전원 레벨이 소정치 이상인 경우를 예시한다.
이에 따라, 각 태양광 모듈(50a~50n)은, 내부의 저장부(270a~270n)에 직류 전원을 저장하지 않고, 인버터부(540a~540n)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 각 태양광 모듈(50a~50n)로부터 교류 전원이 출력될 수 있게 된다.
한편, 서버(600)는, 게이트웨이(80)로부터 수신되는 각 태양광 모듈(50a~50n)의 정보, 및 부하 디맨드(demand)에 기초하여, 각 태양광 모듈(50a~50n)에 전력 공급 요청을 전송할 수 있으며, 이에 따라, 도 9a와 같이, 각 태양광 모듈(50a~50n)로부터 교류 전원이 출력될 수 있게 된다.
도 9b는, 야간에, 복수의 태양전지 모듈(100a~100n)의 직류 전원 레벨이 소정치 미만인 경우를 예시한다.
이에 따라, 각 태양광 모듈(50a~50n)은, 내부의 저장부(270a~270n)에 저장된 직류 전원을 인버터부(540a~540n)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 각 태양광 모듈(50a~50n)로부터 교류 전원이 출력될 수 있게 된다.
한편, 서버(600)는, 각 태양광 모듈(50a~50n) 내의 태양전지 모듈(100a~100n)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270a~270n)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 전력 공급 요청을 전송할 수 있으며, 이에 따라, 도 9b와 같이, 각 태양광 모듈(50a~50n)로부터 교류 전원이 출력될 수 있게 된다.
도 9c는, 주간에, 태양광 모듈(50a~50n) 중 일부는 저장부에 직류 전원을 저장하고, 다른 일부는, 그리드로 교류 전원을 출력하는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 제1 및 제n 태양광 모듈(50a,50n)은, 태양전지 모듈(100a,100n)의 직류 전원을 인버터부(540a,540n)로 공급하고, 제2 태양광 모듈(50b)은, 태양전지 모듈(100a,100n)의 직류 전원을 저장부(270b)로 공급할 수 있다.
예를 들어, 서버(600) 또는 각 태양광 모듈의 제어부(550a,550n)는, 각 태양광 모듈(50a,50n) 내의 태양전지 모듈(100a,100n)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부(270a,270n)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 태양전지 모듈(100a,100n)의 직류 전원을 인버터부(540a,540n)로 공급하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 서버(600) 또는 제2 태양광 모듈의 제어부(550b)는, 제2 태양광 모듈(50b) 내의 태양전지 모듈(100b)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 저장부(270a~270n)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 미만인 경우, 제2 태양전지 모듈(100b)의 직류 전원을 저장부(270b)로 공급하도록 제어할 수 있다.
도 9d는, 야간에, 태양광 모듈(50a~50n) 중 일부에서, 저장부에 직류 전원을 이용하여, 그리드로 교류 전원을 출력하는 것을 예시한다.
예를 들어, 서버(600) 또는 각 태양광 모듈의 제어부(550a,550b)는, 각 태양광 모듈(50a,50b) 내의 태양전지 모듈(100a,100b)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270a,270b)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 미만인 경우, 태양전지 모듈(100a,100b)의 직류 전원을 인버터부(540a,540b)로 공급하지 않도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 서버(600) 또는 제n 태양광 모듈의 제어부(550n)는, 제n 태양광 모듈(50n) 내의 태양전지 모듈(100n)로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 저장부(270n)에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 제n 태양전지 모듈(100n)의 직류 전원을 인버터부(540n)로 공급하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제n 태양광 모듈(50n)이, 야간에, 저장부(270n)에 저장된 직류 전원에 기초하여, 교류 전원을 출력할 수 있게 된다.
도 10은 도 2a 내지 도 2d의 태양광 모듈의 정면도이고, 도 11은 도 10의 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.
한편, 도 9 등에서는, 도 10의 4개의 태양전지 스트링에 대응하여, 3개의 바이패스 다이오드(도 9의 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 9 이하를 참조한다.
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 10는, 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 10은, 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 9의 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 12는 도 10의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 12을 참조하면, 도 10의 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 10에서 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 9에서는 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 (19)

  1. 복수의 태양 전지를 구비하는 태양전지 모듈;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원 또는 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 저장부;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 변환된 교류 전원을 출력하는 인버터부;
    상기 인버터부로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 케이블;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 상기 저장부로 공급하거나, 상기 인버터부로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 태양광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상인 경우,
    제1 기간 동안, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원이 상기 저장부에 저장되고, 상기 인버터부로 공급되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 이상인 경우, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 일부가, 상기 저장부에 저장되고, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 다른 일부가, 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 상기 제2 소정치 보다 큰 제3 소정치 이상인 경우, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원이, 상기 저장부에 공급되지 않고, 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 경우, 상기 저장부에 저장된 직류 전원이 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    게이트웨이와 데이터를 교환하는 통신부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 상태에서, 상기 게이트웨이로부터, 전력 공급 요청이 있는 경우, 상기 저장부에 저장된 직류 전원이 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 배면에 배치되며, 상기 저장부와, 상기 인버터부를 구비하는 정션박스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터부에 부착되는 방열 부재 보다, 상기 저장부에 부착되는 방열 부재의, 높이, 두께, 면적 중 적어도 하나가 더 큰 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 배면에 배치되며, 상기 인버터부를 포함하는 정션 박스; 및
    상기 태양전지 모듈의 배면에, 상기 정션 박스와 이격되어 배치되며, 상기 저장부를 구비하는 제2 정션박스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 배면에 배치되며, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 일방향 도통하는 바이패스 다이오드부와 상기 저장부를 구비하는 정션 박스; 및
    상기 태양전지 모듈의 배면에, 상기 정션 박스와 이격되어 배치되며, 상기 인버터부를 구비하는 제2 정션박스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 배면에 배치되며, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 일방향 도통하는 바이패스 다이오드부를 구비하는 정션 박스; 및
    상기 태양전지 모듈의 배면에, 상기 정션 박스와 이격되어 배치되며, 상기 인버터부와 상기 저장부를 구비하는 제2 정션박스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  12. 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을, 저장부에 저장하거나, 변환하여 교류 전원으로 출력하는 적어도 하나의 태양광 모듈;
    태양광 모듈에서 출력되는 상기 교류 전원을 모니터링하는 게이트웨이(gateway); 및
    상기 게이트웨이로부터 수신되는 각 태양광 모듈의 정보, 및 부하 디맨드(demand)에 기초하여, 각 태양광 모듈에 대한, 전력 공급 요청 또는 전력 저장 요청을 출력하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 서버는,
    상기 각 태양광 모듈 내의 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 미만인 경우, 상기 전력 저장 요청을 전송하며,
    상기 각 태양광 모듈 내의 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제3 소정치 이상인 경우, 상기 저장부에 저장된 직류 전원에 기초한, 전력 공급 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 각 태양광 모듈은,
    복수의 태양 전지를 구비하는 태양전지 모듈;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원 또는 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 레벨 변환된 직류 전원을 저장하는 상기 저장부;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원에 기초하여 변환된 교류 전원을 출력하는 인버터부;
    상기 인버터부로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 케이블;
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 상기 저장부로 공급하거나, 상기 인버터부로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상인 경우,
    제1 기간 동안, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원이 상기 저장부에 저장되고, 상기 인버터부로 공급되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 제2 소정치 이상인 경우, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 일부가, 상기 저장부에 저장되고, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 다른 일부가, 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 이상이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원의 레벨이 상기 제2 소정치 보다 큰 제3 소정치 이상인 경우, 상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원이, 상기 저장부에 공급되지 않고, 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 경우, 상기 저장부에 저장된 직류 전원이 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    게이트웨이와 데이터를 교환하는 통신부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원의 레벨이 소정치 미만이며, 상기 저장부에 저장된 직류 전원 레벨이 기준치 이상인 상태에서, 상기 게이트웨이로부터, 전력 공급 요청이 있는 경우, 상기 저장부에 저장된 직류 전원이 상기 인버터부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 시스템.
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KR102154319B1 (ko) * 2020-05-11 2020-09-09 주식회사 스마트파워 배터리 일체형 재생 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템
KR20220074229A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 한화솔루션 주식회사 태양광 발전 시스템
KR20220131082A (ko) * 2021-03-19 2022-09-27 주식회사 휴로 태양광 발전의 분산형 에너지 저장시스템 및 이를 이용한 태양광 발전시스템

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