KR20210055311A - Adaptive partial shading determinant mehtod for solar array system and photovoltaic power generation device using the method thereof - Google Patents

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KR20210055311A
KR20210055311A KR1020190141610A KR20190141610A KR20210055311A KR 20210055311 A KR20210055311 A KR 20210055311A KR 1020190141610 A KR1020190141610 A KR 1020190141610A KR 20190141610 A KR20190141610 A KR 20190141610A KR 20210055311 A KR20210055311 A KR 20210055311A
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Abstract

The present invention relates to an adaptive partial shading detection method for a photovoltaic array system, which includes the steps of: performing global peak scanning (GPS) on a photovoltaic array including a plurality of photovoltaic panels; identifying a plurality of areas divided according to at least one reference voltage on a voltage versus power graph for the photovoltaic array; and determining whether to re-perform the global peak scanning based on an area in which the photovoltaic array currently operates among the areas and the calculated reference power. Thus, the downtime of maximum power point tracking (MPPT) is minimized, so that the power generation performance of the photovoltaic array is improved.

Description

태양광 패널 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법 및 그 방법을 이용한 태양광 발전 장치{ADAPTIVE PARTIAL SHADING DETERMINANT MEHTOD FOR SOLAR ARRAY SYSTEM AND PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION DEVICE USING THE METHOD THEREOF}An adaptive partial shading detection method for a solar panel array system, and a photovoltaic power generation device using the method.

본 발명은 태양광 패널 어레이 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광 패널 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법 및 태양광 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic panel array system, and more particularly, to an adaptive partial shadow detection method and a photovoltaic device for a photovoltaic panel array system.

태양광(PV; photovoltaic) 발전은 환경 오염이 적은 신재생에너지의 대표 기술이다. 태양광 패널 어레이(이하 태양광 어레이)를 최대한 활용하기 위해 최대전력점 추적(MPPT; Maximum Power Point Tracking) 알고리즘이 사용되며, 상기 MPPT 알고리즘은 특성 곡선상에서 출력전력이 최대가 되는 동작점 (operating point)을 항상 유지하도록 하는 것이다.Photovoltaic (PV) power generation is a representative technology of renewable energy with little environmental pollution. In order to make the most of the solar panel array (hereinafter referred to as the solar array), a maximum power point tracking (MPPT) algorithm is used, and the MPPT algorithm is an operating point at which the output power is maximized on a characteristic curve. ) Is always maintained.

그러나, 실제 환경에서는 태양광어레이의 일사량 차광(insolation shadows)현상이 전체적으로 일어나거나, 부분적으로 일어나는 현상을 피할 수 없다. 특히 태양광 패널이 다수 직렬 연결된 태양광 어레이의 경우 일부 패널간의 일사량이 불균일하게 일어나는 부분 음영(Partial Shading) 영향으로 인하여 태양광 시스템 전체의 발전성능 저하가 일어난다고 알려져 있다. However, in an actual environment, the phenomenon of insolation shadows of the solar array occurs entirely or partially cannot be avoided. In particular, in the case of a solar array in which a plurality of solar panels are connected in series, it is known that the power generation performance of the entire solar system is deteriorated due to the effect of partial shading in which the amount of solar radiation between some panels is uneven.

이러한 성능저하를 막기 위해 태양광 패널에는 바이패스 다이오드를 병렬로 연결한 구조가 일반적이다. 하지만, 부분음영시에는 이러한 역방향 다이오드들의 선별적인 도통현상으로 인하여 태양광 어레이의 P-V 곡선(전력 대 전압 곡선)에서 다중의 로컬 최대전력점들이 다수 발생할 수 있고, 따라서 동작점을 전역적인 최대전력점으로 재배치하지 않을 경우 획득할 수 있는 출력 전력이 최대화되지 않을 수 있다. 이는 통상의 MPPT 알고리즘은 주어진 범위내에서 하나의 최대점을 가정하고 전력점을 추적하기 때문에 최대점이 여러 개인 경우는 제대로 동작하지 않는 로컬 MPPT 알고리즘이라 할 수 있다. In order to prevent such performance degradation, a structure in which bypass diodes are connected in parallel in a solar panel is common. However, during partial shading, multiple local maximum power points may occur in the PV curve (power versus voltage curve) of the solar array due to the selective conduction of these reverse diodes, and thus the operating point is the global maximum power point. If not rearranged, the achievable output power may not be maximized. This is a local MPPT algorithm that does not work properly when there are multiple maximum points because a typical MPPT algorithm assumes one maximum point within a given range and tracks the power point.

이 경우에 필요한 것이 전역(global) MPPT 알고리즘이다. 상기 전역 MPPT 알고리즘은 주기적 또는 간헐적으로 로컬 MPPT를 중단하고, 전체 동작전압 범위를 다시 스캐닝하여 가장 전력이 높은 지점이 존재할 가능성이 높은 구간으로 동작 범위를 재 설정한 뒤 비로소 로컬(local) MPPT 알고리즘을 재개하여 실시간으로 최대전력점을 계속 추적하는 일련의 알고리즘을 말한다. 하지만, 일반적으로 전역피크 스캐닝에 상대적으로 많은 시간(예컨대, 4초 )이 소요되고, 이러한 스캐닝 과정 동안에는 최대전력점의 추적이 잠시 중단되기 때문에, 이러한 스캐닝 과정의 호출을 필요한 경우에만 수행되도록 하는 기술이 요구된다. What is needed in this case is the global MPPT algorithm. The global MPPT algorithm periodically or intermittently stops the local MPPT, re-scans the entire operating voltage range, and resets the operating range to a section where the highest power point is likely to exist, and then the local MPPT algorithm is used. It is a series of algorithms that resume and keep track of the maximum power point in real time. However, in general, it takes a relatively large amount of time (e.g., 4 seconds) to scan the global peak, and the tracking of the maximum power point is temporarily suspended during this scanning process, so this is a technology that calls the scanning process only when necessary. Is required.

[문헌 1] 대한민국특허등록공보 제10-1260880호 태양전지 모듈에 개별적으로 내장된 MPPT 제어 기능을 가지는 정션박스 및 그 구동방법(한윤희) 2013.04.29.[Document 1] Korean Patent Registration No. 10-1260880 A junction box having an MPPT control function individually embedded in a solar cell module and a driving method thereof (Han Yoon-hee) 2013.04.29.

따라서 본 발명의 목적은 태양광 어레이 시스템에서 불필요한 전역 피크 스캐닝(GPS, global peak scanning)을 필요할 때에만 실행되도록 하여 태양광 어레이의 성능을 더욱 향상시키기 위해 태양광 패널 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출(PSD, partial shading detection) 방법 및 그 방법을 이용한 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다. Therefore, it is an object of the present invention to perform unnecessary global peak scanning (GPS) in the solar array system only when necessary, thereby further improving the performance of the solar array, adaptive partial shading for the solar panel array system. It is to provide a detection (PSD, partial shading detection) method and a photovoltaic device using the method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양광 어레이에 대한 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)을 수행하는 단계; 상기 태양광 어레이의 단위 모듈이 가지는 개방 회로전압(Voc)과 동작전압(Vreceived)을 비교하여 상기 태양광 어레이에서 현재 동작점이 위치한 영역정보를 확인하는 단계; 및 상기 영역정보에 따라 상기 태양광 어레이의 현재 동작영역 및 상기 동작영역에 설정된 기준전력(Pr)에 기반하여, 상기 전역 피크 스캐닝의 재수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of performing Global Peak Scanning on a solar array; Comparing the open circuit voltage (Voc) and the operating voltage (V received ) of the unit module of the solar array to check area information in which the current operating point is located in the solar array; And determining whether to re-perform the global peak scanning based on a current operating region of the solar array and a reference power (P r) set in the operating region according to the region information. An adaptive partial shadow detection method is provided.

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치한 경우, 현재 측정된 태양광 어레이의 발전전력(Preceived)과 상기 기준전력(Pr)에 의하여 적응적으로 설정되는 임계전력레벨(Pth)을 비교하여 상기 전역 피크 스캐닝을 선택적으로 수행한다.According to the present embodiment, when the operating point is located in a region with the highest voltage, a threshold power level adaptively set according to the currently measured generated power P received and the reference power P r P th ) is compared to selectively perform the global peak scanning.

본 실시 예에 따르면, 상기 임계전력레벨(Pth)은 측정되는 발전전력(Preceived)의 영역에 따라 다음 식으로 계산된다.According to the present embodiment, the threshold power level P th is calculated by the following equation according to the region of the measured power generation power P received.

Figure pat00001
Figure pat00001

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치한 경우, 피크 수를 확인하는 단계; 상기 피크 수가 단일 피크이면, 발전전력(Preceived)을 기준전력(Pr)으로 업데이트하는 단계; 상기 피크가 존재한 해당 영역의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고 최대 전력점 추적(MPPT)를 실행하는 단계; 및 상기 발전전력(Preceived)이 상기 임계전력레벨(Pth)보다 작은 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대이면 기준전력(Pr)을 업데이트 하는 단계를 포함한다.According to the present embodiment, when the operating point is located in a region having the highest voltage, checking the number of peaks; If the number of peaks is a single peak, updating the generated power P received to the reference power P r; Calculating a threshold power level (P th ) of a corresponding region in which the peak exists and executing a maximum power point tracking (MPPT); And performing the global peak scanning only when the generation power P received is less than the threshold power level P th , and updating the reference power P r when the power generation power P received is less than the threshold power level P th.

본 실시 예에 따르면, 상기 피크 수가 2개 이상이면, 기준전력(Pr)을 가장 왼쪽영역의 피크 레벨을 기준으로 업데이트하는 단계; 상기 업데이트된 영역 정보의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고 최대 전력점 추적(MPPT)를 실행하는 단계; 및 상기 발전전력(Preceived)이 상기 임계전력레벨(Pth)보다 작은 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대이면 기준전력(Pr)을 업데이트 하는 단계를 포함한다.According to the present embodiment, if the number of peaks is two or more , updating the reference power P r based on the peak level of the leftmost region; Calculating a threshold power level (P th ) of the updated area information and executing a maximum power point tracking (MPPT); And performing the global peak scanning only when the generation power P received is less than the threshold power level P th , and updating the reference power P r when the power generation power P received is less than the threshold power level P th.

본 실시 예에 따르면, 상기 가장 왼쪽영역의 기준전력(Pr)은 식

Figure pat00002
으로 계산된다. 여기서, 상기
Figure pat00003
Figure pat00004
이다.According to this embodiment, the reference power (P r ) of the leftmost region is the equation
Figure pat00002
Is calculated as. Where, above
Figure pat00003
silver
Figure pat00004
to be.

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역이 아닌 다른 영역에 위치한 경우, 설정 시간에 따라 최대 전력점 추적(MPPT)를 반복 수행하거나, 상기 전역 피크 스캐닝을 호출하여 다른 피크를 확인하는 것을 특징으로 한다. According to the present embodiment, when the operating point is located in a region other than the region with the highest voltage, the maximum power point tracking (MPPT) is repeatedly performed according to a set time, or the global peak scanning is called to check other peaks. It is characterized by that.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 태양광 패널들을 포함하는 태양광 어레이; 및 상기 태양광 어레이의 P-V 곡선을 기초로 하여 분석된 복수 개의 동작영역들 중에서 상기 태양광 어레이의 동작점이 위치하는 영역에 따라 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)의 실행여부를 결정하는 제어모듈을 포함하는 태양광 발전장치를 제공한다.According to another feature of the present invention, a solar array including a plurality of solar panels; And a control module that determines whether to execute Global Peak Scanning according to an area in which an operating point of the solar array is located among a plurality of operation areas analyzed based on the PV curve of the solar array. It provides a solar power generation device.

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역이 아닌 다른 영역에 위치한 경우, 상기 제어모듈은 설정시간에 따라 상기 최대 전력점 추적(MPPT)을 반복 수행하거나, 또는 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)을 주기적으로 호출하게 된다. According to the present embodiment, when the operating point is located in a region other than the region with the highest voltage, the control module repeatedly performs the MPPT tracking or global peak scanning according to a set time. Scanning) is called periodically.

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치하면서 단일 피크이면, 상기 제어모듈은 발전전력(Preceived)을 기준전력(Pr)으로 업데이트하면서 해당 영역의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고, 상기 발전전력(Preceived)과 임계전력레벨(Pth)과의 비교결과에 따라 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하거나 기준전력(Pr)을 다시 업데이트하도록 한다.According to the present embodiment, if the operating point is located in a region with the highest voltage and a single peak, the control module updates the generated power P received to the reference power P r , and the threshold power level P th of the corresponding region is updated. ) Is calculated, and the global peak scanning is performed or the reference power P r is updated again according to a result of comparing the generated power P received and the critical power level P th.

본 실시 예에 따르면, 상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치하면서 피크가 2개 이상이면, 상기 제어모듈은 가장 왼쪽영역의 피크 레벨을 기준으로 하여 기준전력(Pr)을 업데이트하고, 상기 업데이트된 영역 정보의 임계전력레벨(Pth)을 계산한 다음 상기 발전전력(Preceived)과 임계전력레벨(Pth)과의 비교결과에 따라 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하거나 기준전력(Pr)을 다시 업데이트하도록 한다.According to the present embodiment, if the operating point is located in the region with the highest voltage and has two or more peaks, the control module updates the reference power P r based on the peak level of the leftmost region, and the update After calculating the critical power level (P th ) of the area information, the global peak scanning is performed or the reference power (P r ) is calculated according to the comparison result between the generated power (P received ) and the critical power level (P th ). Try to update again.

본 실시 예에 따르면, 상기 제어모듈은 임계전력레벨(Pth)이 상기 발전전력(Preceived)보다 큰 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대인 경우에는 상기 기준전력(Pr)을 업데이트한다. According to the present embodiment, the control module performs the global peak scanning only when the threshold power level (P th ) is greater than the generated power (P received ), and in the opposite case, updates the reference power (P r ). do.

본 실시 예에 따르면, 상기 임계전력레벨(Pth)은 측정되는 발전전력(Preceived)의 영역에 따라

Figure pat00005
로 계산된다. According to the present embodiment, the threshold power level (P th ) is determined according to the region of the measured generated power (P received).
Figure pat00005
Is calculated as

본 실시 예에 따르면, 상기 가장 왼쪽영역의 기준전력(Pr)은, 식

Figure pat00006
으로 계산된다. 여기서, 상기
Figure pat00007
Figure pat00008
이다.According to this embodiment, the reference power (P r ) of the leftmost region is the equation
Figure pat00006
Is calculated as. Where, above
Figure pat00007
silver
Figure pat00008
to be.

본 실시 예에 따르면, 상기 임계전력레벨(Pth)이 계산된 다음에는 최대 전력점 추적(MPPT)이 더 수행된다. According to the present embodiment, after the threshold power level P th is calculated, maximum power point tracking (MPPT) is further performed.

본 발명에 따르면, 다수의 태양광 패널이 연결된 태양광 어레이 시스템에서 부분음영이 발생할 경우에도 본 발명을 적용하게 되면, 전역 피크 스캐닝(GPS, global peak scanning)이 필요할 때에만 실행되기 때문에, 최대전력점 추적(MPPT)의 중단 시간을 최소화하여 태양광 어레이의 발전성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, if the present invention is applied even when partial shading occurs in a solar array system to which a plurality of solar panels are connected, the maximum power is performed only when global peak scanning (GPS) is required. There is an effect that can further improve the power generation performance of the solar array by minimizing the interruption time of the point tracking (MPPT).

도 1은 태양광 어레이 시스템을 위한 전역 최대전력점추종(Global MPPT) 기법의 통상의 흐름도이다.
도 2a는 2개 모듈의 직렬연결로 구성된 태양광 어레이에 전역 음영이 발생한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2b는 2개 모듈의 직렬연결로 구성된 태양광 어레이에 부분 음영이 발생한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3a는 2개 모듈의 직렬연결로 구성된 태양광 어레이에 전역 음영이 발생할 때의 P-V 및 I-V 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3b는 2개 모듈의 직렬연결로 구성된 태양광 어레이에 부분 음영이 발생할 때의 P-V 및 I-V 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 3개 모듈의 직렬연결로 구성된 태양광 어레이의 P-V 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 전력 차에 기반한 태양광 어레이 시스템을 위한 부분 음영 판단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 적응적 부분 음영 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 적응적 부분 음영 검출 방법이 적용된 태양광 발전장치의 성능을 검증하기 위한 모의실험용 회로도이다.
도 7a 내지 도 7d는 부드러운 일사량 변경 패턴에 따른 종래기술과 본 발명기술이 적용된 모의 실험 결과를 비교한 그래프들이다.
도 8a 내지 도 8d는 예리한 일사량 변경 패턴에 따른 종래기술과 본 발명기술이 적용된 모의 실험 결과를 비교한 그래프들이다.
도 9 내지 도 12는 종래기술과 본 발명기술에 따른 하드웨어 실험 결과를 비교한 측정 그래프들이다.
1 is a typical flow diagram of a Global MPPT technique for a solar array system.
2A is a diagram showing a state in which global shading occurs in a solar array composed of two modules connected in series.
2B is a diagram illustrating a state in which partial shading occurs in a solar array composed of two modules connected in series.
3A is a graph showing PV and IV curves when global shading occurs in a solar array composed of two modules connected in series.
3B is a graph showing PV and IV curves when partial shading occurs in a solar array composed of two modules connected in series.
4 is a graph showing a PV curve of a solar array composed of three modules connected in series.
5A is a flowchart illustrating a method of determining partial shadows for a solar array system based on a power difference.
5B is a flowchart illustrating an adaptive partial shadow detection method according to the present invention.
6 is a circuit diagram for simulation for verifying the performance of the solar power generation device to which the adaptive partial shade detection method according to the present invention is applied.
7A to 7D are graphs comparing simulation results to which the prior art and the present invention are applied according to a smooth insolation change pattern.
8A to 8D are graphs comparing simulation results to which the prior art and the present invention are applied according to a sharp insolation change pattern.
9 to 12 are measurement graphs comparing the results of hardware experiments according to the prior art and the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시 예에 기초하여 설명한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Hereinafter, specific details for carrying out the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components in each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백히 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

본 발명의 실시예는 부분 음영(shading) 조건에서의 전역 최대 전력점 추적(MPPT; Maximum Power Point Tracking) 알고리즘의 핵심 요소기술을 제안한다. 즉, 다수의 태양광 패널이 직렬연결되고, 각 패널들이 병렬연결된 바이패스 다이오드로 구분되어 형성된 통상의 태양광 패널 어레이 시스템에서는 부분적 차광이 일어날 경우 통상의 로컬 MPPT 알고리즘을 오도하는 전력 대 전압 곡선상에서의 복잡한 피크 패턴들이 형성된다. 이에 따라, 다양한 종류의 전역(global) MPPT 알고리즘들이 연구되었는데, 이러한 전역 MPPT 알고리즘은 일반적으로 부분 음영 검출(Partial Shading Detection; PSD), 전역 피크 스캐닝(Global Peak Search; GPS) 및 로컬 MPPT의 세가지 알고리즘으로 구성된다. 즉, 로컬 MPPT기능을 지속적으로 수행하다가 부분 음영 검출이 되는 경우 전력피크 스캐닝을 수행한 뒤, 다시 로컬 MPPT 기능을 수행한다. An embodiment of the present invention proposes a core element technology of a global maximum power point tracking (MPPT) algorithm in a partial shading condition. In other words, in a typical solar panel array system formed by a plurality of solar panels connected in series and each panel is divided by a bypass diode connected in parallel, when partial shading occurs, on the power vs. voltage curve that misleads the usual local MPPT algorithm. Complex peak patterns are formed. Accordingly, various types of global MPPT algorithms have been studied. These global MPPT algorithms are generally three algorithms: Partial Shading Detection (PSD), Global Peak Search (GPS), and local MPPT. It consists of. That is, if a partial shadow is detected while performing the local MPPT function continuously, power peak scanning is performed, and then the local MPPT function is again performed.

그런데 종래의 부분 음영 검출 알고리즘은 획일적인 판단기준을 이용하기 때문에, 전역 피크 스캐닝을 너무 빈번하게 실행하게 되어 로컬 MPPT가 중단되는 시간이 길어져서 최대 전력점 추적을 하지 못하거나, 정 반대로 오히려 필요한 경우에 제대로 전역 피크 스캐닝을 실행하지 못하여 동작점을 전력 최대 전력점으로 이동시키지 못해, 달성 가능한 전력을 감소시키는 문제가 있었다.However, since the conventional partial shadow detection algorithm uses a uniform criterion, global peak scanning is performed too frequently and the local MPPT is stopped for a long time, so that the maximum power point cannot be tracked, or vice versa. There is a problem in that the achievable power is reduced because the operating point cannot be moved to the maximum power point because the global peak scanning cannot be performed properly.

따라서, 이를 개선하기 위해 좀더 효과적인 부분 음영 검출 알고리즘이 태양 에너지원의 효율적인 이용에 필수적이다. Therefore, in order to improve this, a more effective partial shadow detection algorithm is essential for efficient use of the solar energy source.

본 발명은 현재 동작점의 정보를 이용해서 적응적으로 변하는 기준전력값을 이용하는 새로운 부분 음영 검출 기법을 제시한다. 종래의 방법은 일부 예리한 음영 패턴에는 너무 민감하게 반응하여 불필요한 전역 피크 스캐닝을 호출하게 되거나 일부 부드러운 음영 패턴에는 둔감하여 필요한 전역 피크 스캐닝을 호출하지 못하는 경우가 발생하였지만, 본 발명에 따른 방법은 이러한 부분 음영 패턴의 형태에 관계없이 항상 최상의 부분 음영 검출 성능을 보여주기 때문에, 최대전력점 추적성능이 극대화 되어 태양광 발전 효율이 향상될 수 있다.The present invention proposes a new partial shadow detection technique that uses a reference power value that changes adaptively using information of a current operating point. The conventional method is too sensitive to some sharp shading patterns and calls for unnecessary global peak scanning, or insensitive to some soft shading patterns, so that the required global peak scanning cannot be called. Regardless of the shape of the shadow pattern, since it always shows the best partial shadow detection performance, the maximum power point tracking performance can be maximized and the solar power generation efficiency can be improved.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 부분 음영 검출 방법을 설명한다.Hereinafter, an intelligent partial shadow detection method according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 태양광 어레이 시스템을 위한 전역(global) 최대전력점추종(MPPT) 기법의 통상의 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 통상의 전역 MPPT는 초기화(initialization)(110) 이후에 전역 피크 스캐닝(GPS,Global Peak Scanning)(120), 로컬 MPPT(130), 부분 음영 검출(PSD,Partial Shading Detection)(140)의 순으로 진행될 수 있다. 예컨대, 상기 140 단계에서, 미리 설정된 PDS 기준을 만족하면 로컬 MPPT 동작을 중단하고 120 단계의 GPS 동작을 다시 수행하게 되며, 상기 140 단계에서 미리 설정된 PDS 기준을 만족하지 않으면 GPS 동작을 다시 수행하지 않고 130 단계의 로컬 MPPT 동작을 반복 수행하면서 항상 최대전력점에 동작점을 위치시키게 된다.1 is a typical flow diagram of a global maximum power point tracking (MPPT) technique for a solar array system. Referring to FIG. 1, a general global MPPT is a global peak scanning (GPS) 120, a local MPPT 130, partial shading detection (PSD) after initialization 110. It may proceed in the order of (140). For example, in step 140, if the preset PDS criterion is satisfied, the local MPPT operation is stopped and the GPS operation in step 120 is again performed. If the preset PDS criterion is not satisfied in step 140, the GPS operation is not performed again. While repeating the local MPPT operation of step 130, the operating point is always located at the maximum power point.

종래의 부분 음영 검출 알고리즘은 여러가지 종류가 연구되었는데, 가장 간단한 예로는 GPS를 호출하는데 오로지 타이머 인터럽트만 사용되는 방법이 있다. 즉, 정해진 시간이 되면 반드시 MPPT를 중단한 이후 GPS를 수행하는 방법으로서 이 경우는 별도의 부분 음영 검출을 하지 않는 방법이다. Several types of conventional partial shadow detection algorithms have been studied. The simplest example is a method in which only timer interrupts are used to call GPS. That is, a method of performing GPS after stopping MPPT at a predetermined time. In this case, a separate partial shadow detection method is not performed.

보다 진보적인 방법으로는 현재의 발전 전력값과 직전에 저장된 발전 전력값을 통하여 전역 피크 스캐닝의 호출 여부를 판정하는 방법이다. 예컨데, 전력값의 증분을 ΔP, 현재의 출력전력값을 P라 할 때 두 전력값의 비율, 이를테면 ΔP/P 가 일정 값, 이를 테면 10% 이상일때 로컬 MPPT를 중단하고 전역 피크 스캐닝을 호출한다. 이와 유사한 방법으로, 인공 신경망(ANN) 기반 알고리즘이 제안된 바 있다. 이 경우에도 PSD에 상기와 같은 ΔP 를 이용한 기준이 사용된다. A more advanced method is a method of determining whether to call the global peak scanning based on the current generated power value and the generated power value stored immediately before. For example, when the increment of the power value is ΔP and the current output power value is P, the ratio of the two power values, such as when ΔP/P is more than a certain value, such as 10%, stops the local MPPT and calls the global peak scanning. . In a similar way, an artificial neural network (ANN)-based algorithm has been proposed. Even in this case, the standard using ΔP as described above is used for the PSD.

그러나 상기의 모든 종래의 PSD 방법에서 너무 빈번한 검출은 최대전력추적 기능을 저해하고, 전류에 상당한 리플을 생성하여 태양광 발전 시스템의 최적 작동을 방해하여 태양광 발전 효율을 저하시키고 있다.However, in all of the above conventional PSD methods, too frequent detection impedes the maximum power tracking function, generates a significant ripple in the current, hinders the optimal operation of the photovoltaic power generation system, and lowers the photovoltaic power generation efficiency.

따라서 전역 MPPT의 종합적인 성능에서 부분 음영 검출알고리즘이 중요한 역할을 하는 것은 분명하다. 이는 한번 전역 피크 스캐닝을 시작하면 로컬 MPPT가 다시 동작점을 최대전력점에 위치시키는 데에 시간이 걸리기 때문이며, 그 전역 피크 스캐닝 여부는 PSD 알고리즘에 의존하기 때문이다. 이어지는 그림들에서 설명하겠지만, 부분 음영이 있을때의 P-V 곡선의 유형을 자세히 분석하면 부분음영의 패턴이 바뀌더라도, 특정한 P-V 곡선 영역에서는 최대전력점의 위치가 크게 변하지 않기 때문에, 이를 이용하면 전역 피크 스캐닝 횟수를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. Therefore, it is clear that the partial shadow detection algorithm plays an important role in the overall performance of the global MPPT. This is because once the global peak scanning starts, it takes time for the local MPPT to position the operating point at the maximum power point again, and whether or not the global peak is scanned depends on the PSD algorithm. As will be explained in the following figures, if you analyze the type of PV curve in case of partial shade, even if the pattern of partial shade changes, the position of the maximum power point does not change significantly in a specific PV curve region. It can be seen that the number of times can be greatly reduced.

상술하면, 태양광 어레이는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 서로 다른 종류의 음영들에 관여된다. 도 2a는 태양광 어레이에 전역 음영이 발생한 상태를 나타내는 도면이고, 도 2b는 태양광 어레이에 부분 음영이 발생한 상태를 나타내는 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 두 개의 태양광 패널(210, 220)이 직렬로 연결된 경우를 나타낸다. 상기 각 태양광 패널에는 불균일한 일사량에 대비한 바이패스 다이오드(211, 221)가 병렬로 연결되는 것이 일반적이다.In detail, the solar array is involved in different types of shades as shown in Figs. 2A and 2B. FIG. 2A is a diagram illustrating a state in which global shading has occurred in the solar array, and FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which partial shading has occurred in the solar array. 2A and 2B show a case where two solar panels 210 and 220 are connected in series. In general, bypass diodes 211 and 221 are connected in parallel to each of the solar panels in preparation for non-uniform solar radiation.

도 2a의 전역 음영(230)은 태양광 어레이의 전체가 균일한 일사량에 노출되는 상태로 이는 안개, 흐림 또는 일광의 전체적인 변화로 인해 발생할 수 있다. 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 태양광 어레이의 일부가 구름 등으로 인한 자연적인 차광이나, 건물 그림자 등으로 인한 인위적인 차광으로 인해, 서로 다른 일사량에 노출되는 현상을 부분 음영(241, 242)이라고 한다. 실제 환경에서 PSD 알고리즘은 두 가지 다른 음영 조건을 구별할 수 있어야 한다.The global shading 230 of FIG. 2A is a state in which the entire solar array is exposed to a uniform amount of insolation, which may occur due to a change in fog, fog, or sunlight. On the other hand, as shown in FIG. 2B, a phenomenon in which a part of the solar array is exposed to different amounts of insolation due to natural light blocking due to clouds or artificial light blocking due to the shadow of a building is referred to as partial shading 241, 242. do. In a real environment, the PSD algorithm must be able to distinguish between two different shading conditions.

도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 직렬로 연결된 두 개의 동일한 모듈이 있는 태양광 어레이의 P-V 및 I-V 곡선을 보여준다. 도 3a는 태양광 어레이에 전역 음영이 발생할 때의 P-V 및 I-V 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 3b는 태양광 어레이에 부분 음영이 발생할 때의 P-V 및 I-V 곡선을 나타내는 그래프이다.3A and 3B show the P-V and I-V curves of a solar array with two identical modules connected in series as shown in FIGS. 2A and 2B. 3A is a graph showing P-V and I-V curves when global shading occurs in a solar array, and FIG. 3B is a graph showing P-V and I-V curves when partial shading occurs in a solar array.

전역 음영이 발생하면 도 3a와 같이 바이 패스 다이오드를 활성화하지 않고 어레이 출력이 감소하고 로컬 MPPT에 의해 작동 지점이 성공적으로 결정된다. 그러나 부분 음영에서 특성 곡선의 동작은 도 3b와 같이 다르게 변하는데, P-V 곡선에 두 개의 피크가 왼쪽 피크(left peak; LP)와 오른쪽 피크(right peak; RP)로 나타난다. 이때 로컬 MPPT는 P-V 곡선의 서로 다른 피크를 식별하지 못할 수 있으며 따라서 현재 피크에 지속적으로 고정될 수 있고, 만일 다른 피크가 더 큰 최대전력을 낸다면, 전역적인 최대전력점 추종에 실패하게 된다. When global shading occurs, the array output decreases without activating the bypass diode as shown in Fig. 3A, and the operating point is successfully determined by the local MPPT. However, in partial shading, the behavior of the characteristic curve changes differently as shown in FIG. 3B. In the P-V curve, two peaks appear as a left peak (LP) and a right peak (RP). At this time, the local MPPT may not be able to discern different peaks of the P-V curve, and thus may be continuously fixed to the current peak, and if the other peaks produce a larger maximum power, it fails to follow the global maximum power point.

따라서 전역 피크 스캐닝(GPS)를 통해 다른 피크의 존재 여부를 확인하여야하며, PSD 알고리즘은 GPS 알고리즘을 호출할 지의 여부를 결정하게 된다. Therefore, it is necessary to check whether another peak exists through Global Peak Scanning (GPS), and the PSD algorithm determines whether to call the GPS algorithm.

태양광 모듈을 통해 흐르는 전류는 동작점이 우측피크와 좌측피크 중 어느 지점에서 동작되는 지에 따라 결정된다. 가령, 동작점으로 RP가 선택되면 두 모듈 중 더 짙은 음영(heavily shadowed) 모듈이 전체 어레이 전류량을 결정하게 되어 어레이 전류는 작아지지만 어레이 전압은 두 개의 PV 모듈 전압의 합에 의해 결정되어 커지므로, 두 모듈 모두 어레이 전력 공급에 기여하게 된다. 반대로 동작점으로 LP가 선택되면 음영이 심한 모듈은 다이오드를 통해 바이패스되어 동작하지 않고, 어레이 전류 및 전압은 음영이 밝은 모듈에 의해서만 결정되므로 어레이 전류는 크고 어레이 전압이 작아지게 되며, 출력 전력은 음영이 밝은 모듈에 의해서만 생성된다. The current flowing through the photovoltaic module is determined by whether the operating point is operated at the right peak or the left peak. For example, when RP is selected as the operating point, the heavily shadowed module of the two modules determines the total amount of array current, so the array current decreases, but the array voltage is determined by the sum of the two PV module voltages and increases. Both modules will contribute to the array power supply. On the contrary, when LP is selected as the operating point, the module with heavy shadows is bypassed through the diode and does not operate, and the array current and voltage are determined only by the module with bright shadows. Generated only by modules with bright shades.

그런데 이 두 피크의 크기는 음영의 상태에 따라 서로 달라지므로, 항상 두 피크 중 더 높은 피크가 선택되어야 한다. 위에서 설명한 특성 곡선의 원리에 따르면, RP의 높이(RP가 내는 전력)는 주로 가장 짙은 음영 모듈의 영향을 받는 반면 LP의 높이(LP가 내는 전력)는 항상 가장 밝은 음영 모듈에 의해 결정된다. 물론 이때, 음영 변화로 인한 온도 영향도 있지만, 이는 무시할 수 있는 것으로 가정한다.However, since the sizes of these two peaks differ from each other according to the state of the shadow, the higher of the two peaks should always be selected. According to the principle of the characteristic curve described above, the height of the RP (power produced by RP) is mainly influenced by the darkest shading module, while the height of the LP (power produced by LP) is always determined by the lightest shading module. Of course, at this time, there is also a temperature effect due to the change in shade, but it is assumed that this is negligible.

이와 같은 개념은 2개 뿐 아니라, 여러 개의 직렬 모듈 어레이로 확장될 수 있다. 예를 들어, 3-모듈 어레이(모듈의 직렬 연결 갯 수, NS = 3)가 도 4에 설명되어있다. 도 4는 3개의 태양광 모듈로 구성된 태양광 어레이의 P-V 곡선을 나타내는 그래프이다. 이때, 전역 음영 조건에서의 모듈 동작은 단일 피크를 나타내지만 부분 음영의 상황에는 경우에 따라서 2개 또는 3개의 피크가 있을 수 있다. 여기서 가능한 피크 수는 직렬 연결된 PV 어레이의 모듈(바이패스 다이오드) 수에 의해 결정됨을 알 수 있다. This concept can be extended to multiple arrays of serial modules as well as two. For example, a three-module array (number of serial connections of modules, N S = 3) is illustrated in FIG. 4. 4 is a graph showing a PV curve of a solar array composed of three solar modules. In this case, the module operation in the global shading condition shows a single peak, but in the case of partial shading, there may be two or three peaks. It can be seen that the number of possible peaks is determined by the number of modules (bypass diodes) of the PV array connected in series.

피크들이 생기는 원리를 분석하기 위해, 작동 전압 영역을 직렬 연결된 모듈의 개수인 NS 부분으로 나누는 것이 유용하며, 여기서“영역 n"(1 ≤ n ≤ NS)은 (n-1)Voc에서 nVoc까지의 전압 대역을 나타낸다. 이때, Voc는 모듈 하나가 가지는 개방 전압이며, 모두 동일한 모듈이라고 가정하도록 하자. 이에 따라 가장 전압이 높은 맨 우측 영역에 생기는 피크를 RP라 정의하면, (Ns-1)개의 나머지 영역의 피크는 좌측에 있으므로, 임의의 영역 n에 있는 피크를 LPn이라 지칭하도록 한다.To analyze the principle in which peaks occur , it is useful to divide the operating voltage region by the N S part, which is the number of modules connected in series, where “region n” (1 ≤ n ≤ NS) is (n-1)V oc to nV Represents the voltage band up to oc. In this case, Voc is the open-circuit voltage of one module, and it is assumed that all modules are the same. ) Of the remaining regions are on the left, so the peak in any region n is referred to as LPn.

만일, 3개 모듈의 직렬 연결된 어레이가 두 종류의 서로 다른 일사량 레벨로 덮여 있으면 두 가지 시나리오들이 확인될 수 있다. 하나의 시나리오는 LP2와 RP의 두 피크만 포함하는데, 이때 LP2는 두 개의 밝은 음영 모듈에 의해 발생하고 RP는 하나의 짙은 음영 모듈에 의해 발생한다. 또 다른 시나리오에서는 LP1과 RP에만 피크가 나타나는 경우인데, LP1은 밝은 음영 모듈 하나에 의해 발생하고 RP는 두 개의 짙은 음영 모듈로 인해 발생한다. If an array of three modules connected in series is covered with two types of different insolation levels, two scenarios can be identified. One scenario includes only two peaks, LP2 and RP, where LP2 is generated by two light shade modules and RP is generated by one dark shade module. In another scenario, peaks appear only in LP1 and RP, where LP1 is caused by one light shade module and RP is caused by two dark shade modules.

한편, 3개의 모듈의 직렬 연결된 어레이가 세 종류의 서로 다른 일사량 레벨로 덮이게 되면 LP1, LP2 및 RP라는 3 개의 피크가 나타난다. LP1과 LP2는 가장 밝은 음영 모듈과 두번째로 밝은 음영 모듈로 인해 나타난다. 앞서 정의하였듯이 LPn은 n 번째 영역에 있는 왼쪽 피크를 반영한다. RP는 항상 어레이 전류가 짙은 음영 모듈에 의해 두드러질 될 때 발생한다.On the other hand, when an array of three modules connected in series is covered with three different levels of insolation, three peaks, LP1, LP2, and RP, appear. LP1 and LP2 appear due to the lightest shade module and the second lightest shade module. As previously defined, LPn reflects the left peak in the n-th region. RP always occurs when the array current is dominated by the dark shaded module.

위의 분석에 따르면 LPn의 최대 출력은 하기 <수학식 1>에 표시된 것처럼 전역 음영 레벨과 밀접한 관련이 있다.According to the above analysis, the maximum output of LPn is closely related to the global shading level as shown in Equation 1 below.

Figure pat00009
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여기서 NS는 직렬 연결된 태양광 모듈의 수이고, Pr은 가상의 전력값으로서 모든 모듈이 현재의 음영 레벨중 가장 밝은 음영으로만 전체가 덮이게 될 때를 가정하여 계산된 출력 전력으로서, 본 발명에서는 기준 전력이라고 지칭된다. Pr은 제안된 알고리즘의 주요 정보로서 현재 태양광 어레이의 동작점의 정보와, 출력전력의 측정값으로부터 주어진 도출식을 통해 미루어 계산할 수 있다.Here, N S is the number of solar modules connected in series, and P r is a virtual power value, which is the output power calculated assuming that all modules are entirely covered with only the brightest shade of the current shade level. In the invention, it is referred to as reference power. P r is the main information of the proposed algorithm and can be calculated by deferring the information of the current operating point of the solar array and the derivation equation given from the measured value of the output power.

도 5a는 종래의 부분 음영 검출 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 5b는 본 발명에 따른 적응적 부분 음영 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.5A is a flowchart illustrating a conventional partial shadow detection method, and FIG. 5B is a flowchart illustrating an adaptive partial shadow detection method according to the present invention.

도 5a를 참조하면, 전역 MPPT는 초기화(initialization) 이후 전역 피크 스캐닝(GPS, Global Peak Scanning)(511), 로컬 최대전력추적(MPPT, Maximum Power Tracking)(512), 부분 음영 검출(PSD, Partial Shading Detection)(513, 514)의 순으로 진행될 수 있다. 예컨대, 상기 513 및 514 단계에서, 미리 설정된 PDS 기준을 만족하면 511 단계의 GPS 동작을 다시 수행하게 되며, 상기 513 및 514 단계에서 미리 설정된 PDS 기준을 만족하지 않으면 GPS 동작을 다시 수행하지 않고 512 단계의 로컬 MPPT 동작을 반복 수행하게 된다.5A, the global MPPT is a global peak scanning (GPS) 511, a local maximum power tracking (MPPT) 512, partial shadow detection (PSD, Partial) after initialization. Shading Detection) may be performed in the order of 513 and 514. For example, in steps 513 and 514, if the preset PDS criterion is satisfied, the GPS operation of step 511 is again performed, and if the preset PDS criterion in steps 513 and 514 is not satisfied, the GPS operation is not performed again, and step 512 The local MPPT operation of is performed repeatedly.

도 5a와 같이 기존의 부분 음영 검출 알고리즘은 두 개의 연속 전력 사이에서 변화율을 모니터링 한다. 예컨데, 0.1로 사용된 임계 값보다 커지면 GPS를 호출한다. 그런데, 갑작스러운 일사량 변화에서 P/P는 상당히 높을 수 있어 전역 음영 상황에서도 잘못 호출이 될 수 있다. 반대로, 이 방법은 특히 낮은 일사량 레벨을 갖는 부드러운 음영 패턴에서 GPS를 호출하지 못할 수 있는 가능성이 있다. As shown in FIG. 5A, the existing partial shadow detection algorithm monitors the rate of change between two consecutive powers. For example, if it exceeds the threshold value used as 0.1, the GPS is called. However, P/P can be quite high in a sudden change in insolation, so it can be called erratically even in a global shading situation. Conversely, there is a possibility that this method may fail to call the GPS, especially in soft shading patterns with low insolation levels.

정리하면, 도 5a와 같은 종래의 알고리즘에는 세 가지 단점이 있다. 첫째, 시스템이 가장 왼쪽 피크에 도달하면 더 이상 우측의 RP의 피크 값에 대한 모니터링이 불가능하여 다른 피크 지점으로 되돌아가기가 쉽지 않다. 둘째, 가장 왼쪽 피크 이외의 다른 작동 지점에서 동작중에 일사량이 증가하는 경우는 부분 음영이 풀리는 경우이므로 GPS 호출이 필요하지 않지만 판단 기준에 의해 GPS를 호출 하려고 시도한다. 셋째, 판단기준이 출력전력의 변화율에 의존하기 때문에, 갑작스런 음영패턴 변화에는 너무 민감하고, 부드러운 음영패턴 변화에는 둔감해진다. In summary, there are three disadvantages to the conventional algorithm as shown in FIG. 5A. First, when the system reaches the leftmost peak, it is no longer possible to monitor the peak value of the RP on the right, so it is not easy to return to another peak point. Second, if the solar radiation increases during operation at an operating point other than the leftmost peak, the partial shadow is released, so a GPS call is not necessary, but a GPS call is attempted based on the judgment criteria. Third, since the judgment criterion depends on the rate of change of the output power, it is too sensitive to sudden change in shadow pattern, and insensitive to soft change in shadow pattern.

도 5b는 본 발명에 따른 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 판단 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5b를 참조하면, GPS를 호출하는 것은 현재의 음영 상태에서의 가상적인 전역음영상태를 반영한 기준 전력값과, 현재의 동작점의 정보를 동시에 고려한 방법을 사용하기 때문에 GPS 호출을 최적화하는 것이 가능하다.5B is a flowchart illustrating an adaptive partial shading determination method for a solar array system according to the present invention. Referring to FIG. 5B, it is possible to optimize the GPS call because the GPS call uses a method that simultaneously considers the reference power value reflecting the virtual global shading state in the current shaded state and information of the current operating point. Do.

먼저, 초기화를 위해 GPS가 한번 호출(521)되어 로컬 피크의 수가 확인(522)된다. 단위모듈이 가지는 개방 회로 전압(Voc)과 측정된 동작 전압(Vreceived)을 서로 비교함으로써 현재 동작점이 위치한 영역 번호 "n"을 알 수 있는데 이를 위해서는 는 하기 <수학식 2>를 이용한다.First, the GPS is called 521 once for initialization, and the number of local peaks is checked (522). By comparing the open circuit voltage (Voc) of the unit module with the measured operating voltage (V received ), it is possible to know the area number "n" in which the current operating point is located. For this purpose, the following <Equation 2> is used.

Figure pat00010
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만약, 523 단계의 판단에서, 현재 동작점이 가장 전압이 높은 영역이 아닌, 좌측 피크(LPn) 에 있는 경우 로컬 MPPT를 실행(531)할 때마다, 다른 피크를 정기적으로 확인해야 하므로 이때는 GPS를 주기적으로 호출하게 된다. 이러한 GPS의 주기적 호출은 타이머 Tcount 및 설정 시간 Tset으로 구현된다(522). 즉, 단계 532에서 타이머 Tcount가 설정 시간 Tset보다 작거나 같으면, 상기 로컬 MPPT가 실시간으로 반복 실행(531)되며, 상기 타이머 Tcount가 설정 시간 Tset보다 크면, 상기 GPS가 호출되어 실행(521)된다.If, in the determination of step 523, the current operating point is in the left peak (LPn), not the region with the highest voltage, every time the local MPPT is executed (531), the other peak must be checked regularly. Will be called. This periodic call of GPS is implemented with a timer T count and a set time T set (522). That is, in step 532, if the timer T count is less than or equal to the set time T set , the local MPPT is repeatedly executed 531 in real time, and if the timer T count is greater than the set time T set , the GPS is called and executed ( 521).

한편, 523 단계의 판단에서, 현재 동작지점이 가장 전압이 높은 영역인 우측 피크(RP)에 있는 경우는 가능한 두 가지 시나리오로 나누어 대처한다. 먼저 524 단계에서 상기의 GPS를 통해 확인한 피크 수를 이용한다. 상기 피크 수를 판단한 결과 피크 수가 두 개 이상인 경우 527 단계에서 기준 전력 Pr은 가장 왼쪽 피크 레벨을 기준으로 하여 업데이트해야 한다. 현재의 상황에서 수학식 2를 통해 가장좌측 영역 n값을 알고 있으므로, Pr은 하기 <수학식 3>에 의해 이 영역의 PLPn을 이용하여 재계산된다.On the other hand, in the determination of step 523, when the current operating point is in the right peak RP, which is the region with the highest voltage, it is divided into two possible scenarios. First, in step 524, the number of peaks checked through the GPS is used. As a result of determining the number of peaks, when the number of peaks is two or more, the reference power P r should be updated based on the leftmost peak level in step 527. In the current situation, since the value of the leftmost region n is known through Equation 2, P r is recalculated using P LPn in this region by the following <Equation 3>.

Figure pat00011
Figure pat00011

524 단계의 판단에서, PV 곡선에 단일 피크만 있는 경우 시스템이 전역 음영 상태에 있으며, 측정된 전력이 바로 기준 전력으로 이용될 수 있음이 반영된다. 따라서 Pr은 단계 526에서 하기 <수학식 4>에 의해 업데이트된다.In the judgment of step 524, if there is only a single peak in the PV curve, it is reflected that the system is in a global shading state, and that the measured power can be directly used as the reference power. Therefore, P r is updated by Equation 4 below in step 526.

Figure pat00012
Figure pat00012

한편, 상기의 수학식 1를 이용하면, 현재 계산된 기준전력을 통해 각 영역에 피크가 존재했을때의 예상되는 전력크기들을 모두 계산해 낼수 있는데, 여기서 n=1,… Ns 이며, 편의상 PLPNs = PRP = Pr 로 정의한다. 수학식 1을 통해 모든 피크들의 예상 전력크기를 계산한 후에는, 다음 단계(528)에서, 현재 측정된 발전 전력(Preceived)이 어느 전력 영역대에 속했는지에 따라 임계 전력 레벨(Pth)을 달리 정한다. 즉, 현재 측정된 태양광 어레이의 발전전력(Preceived)의 크기가 속한 구간에 따라 임계전력을 다르게 계산할 수 있다. On the other hand, using Equation 1 above, it is possible to calculate all the expected power magnitudes when a peak exists in each region through the currently calculated reference power, where n=1,... Ns, and for convenience, it is defined as P LPNs = P RP = P r. After calculating the expected power magnitudes of all peaks through Equation 1, in the next step 528, the threshold power level P th is determined according to which power region the currently measured generated power (Preceived) belongs to. It is set differently. That is, the threshold power may be calculated differently according to the section in which the currently measured amount of generated power (Preceived) of the solar array belongs.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서 m = 1, 2,…, (NS-1)이다. 단계 529에서 로컬 MPPT가 실행된 후, 530단계에서 GPS의 호출 기준은 현재 발전전력과 임계전력을 비교하는 <수학식 6>에 의해 주어진다.Where m = 1, 2,... , (N S -1). After the local MPPT is executed in step 529, the calling criterion for GPS in step 530 is given by Equation 6, which compares the current generation power and critical power.

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 <수학식 6>의 조건이 충족되면 GPS가 호출된다. 만일 이 조건을 충족치 못하면 일사량이 이전 보다 증가하는 경우로 판정하여, 525 단계에서 하기 <수학식 7>에 의해 Pr을 상향 업데이트하고 Pth는 상기 <수학식 5>에 의해 다시 업데이트된다.When the condition of Equation 6 is satisfied, the GPS is called. If this condition is not satisfied, it is determined that the amount of insolation increases compared to the previous one, and in step 525, P r is upwardly updated by the following <Equation 7>, and P th is updated again by the above <Equation 5>.

Figure pat00015
Figure pat00015

이후 529 단계에서 로컬 MPPT가 반복되고 530 단계에서 상기의 GPS 호출 기준이 다시 테스트된다.Thereafter, in step 529, the local MPPT is repeated, and in step 530, the GPS call criterion is tested again.

한편, 기존의 △P/P 알고리즘과 본 발명에 따라 제안된 알고리즘의 성능을 모의 실험으로 비교하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 회로 시뮬레이션 블럭으로 구현하였다.On the other hand, in order to compare the performance of the existing ΔP/P algorithm and the algorithm proposed according to the present invention through a simulation, the circuit simulation block as shown in FIG. 6 was implemented.

도 6은 본 발명에 따른 적응적 부분 음영 검출 방법이 적용된 태양광 발전 장치의 성능을 검증하기 위한 모의실험용 회로도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 장치는, 태양광 어레이(610), 제어 모듈(620), 부스트 DC/DC 컨버터(630), 센서 회로(640), 적절한 저항 부하(650)를 포함할 수 있다.6 is a circuit diagram for simulation for verifying the performance of a photovoltaic device to which the adaptive partial shade detection method according to the present invention is applied. 6, a solar device according to an embodiment of the present invention includes a solar array 610, a control module 620, a boost DC/DC converter 630, a sensor circuit 640, an appropriate resistive load ( 650).

성능 비교를 위한 로컬 MPPT 알고리즘은 어떤것이든지 가능하지만, 본 시뮬레이션에서는, 듀티 변화가 △-D = 0.007 로 설정된 P & O(perturb & observation) 알고리즘이 로컬 MPPT 알고리즘으로 사용되었으며, 제어 모듈(620)은 DLL 블록 내부의 C프로그램으로 코딩 되었고, 로컬 MPPT와 GPS 알고리즘 및 GPS 알고리즘 모두 제어모듈(620)에 함께 코딩 되었다. Any local MPPT algorithm for performance comparison is possible, but in this simulation, the P & O (perturb & observation) algorithm with duty change set to △-D = 0.007 was used as the local MPPT algorithm, and the control module 620 It was coded as a C program inside the DLL block, and both the local MPPT, GPS algorithm, and GPS algorithm were coded together in the control module 620.

도 6의 개략도에서, 2 개의 태양광 모듈(210, 220)(예컨대, SCM 60 모듈들)이 어레이로서 직렬로 연결되고, 각각 두개의 바이패스 다이오드를 연결하였으며, 부스트 컨버터 회로(630)가 실제적인 MPPT 알고리즘에 따라 설정된 동작점에 맞게 태양광 어레이로부터 전류와 전압을 추출하게 된다. 각각의 태양광 패널 모듈에서는 두가지 신호가 입력되는데, 일사량(S)과 온도(T)이다. In the schematic diagram of FIG. 6, two solar modules 210 and 220 (eg, SCM 60 modules) are connected in series as an array, and two bypass diodes are connected respectively, and the boost converter circuit 630 is actually Current and voltage are extracted from the solar array according to the set operating point according to the conventional MPPT algorithm. Two signals are input from each solar panel module, insolation (S) and temperature (T).

본 모의 테스트에서는 일사량은 임의의 패턴을 주입하게 되고, 온도는 상온 25°C 로 고정하였다. 관찰 프로브 P1 및 P2는 각 모듈에서 주어진 일사량에서 얻을 수 있는 이상적인 최대 전력을 모니터링하는 값이며 현재 발전되는 출력 전력은 태양광 어레이 출력 전압 및 전류의 곱에 의해 계산되어 프로브 Preceived에 할당된다.In this simulation test, a random pattern was injected for the amount of insolation, and the temperature was fixed at room temperature 25°C. Observation probes P1 and P2 are values that monitor the ideal maximum power that can be obtained from a given insolation from each module, and the currently generated output power is calculated by the product of the solar array output voltage and current and assigned to the probe P received.

부분 음영 패턴에 대한 부분 음영 검출 성능을 테스트하기 위해, 태양광 패널 1의 경우 톱니와 정현파 패턴의 변화하는 음영 패턴(Irr_P1)을 공급하고 태양광 패널 2의 경우 1000W/m2의 일정한 일사량 패턴(Irr_P2)으로 유지하였다. 일사량은 도 7a에 표시된 테스트 1에서 1000W/m2와 200W/m2 사이에서 완만히 변경하였고, 도 8a에 표시된 테스트 2에서는 1000W/m2에서 500W/m2까지 급격하게 변경하였다.To test the partial shade detection performance for the partial shade pattern, in the case of the solar panel 1 feed the shadow pattern (Irr_P1) to change the tooth and the sinusoidal wave pattern, and when the solar panel 2 uniform irradiation pattern of 1000W / m 2 ( Irr_P2). Irradiation was gradually changed between 1000W / m 2 and 200W / m 2 in the first test shown in Figure 7a, in Test 2 shown in Figure 8a was changed suddenly to 500W / m 2 at 1000W / m 2.

먼저, GMPPT 기능이 없는 로컬 MPPT 알고리즘만을 사용하였을때, 주어진 태양광 어레이에 의해 발전될 수 있는 출력 전력(Preceived)을 도 7b와 도 8b에 나타내었다. 앞서 말한 바와 같이 도 7b는 완만한 일사량 패턴에 의한 것이고, 도 8b는 급격한 일사량 변경에 대한 것이다. First, when only the local MPPT algorithm without the GMPPT function is used, the output power (Preceived) that can be generated by a given solar array is shown in FIGS. 7B and 8B. As mentioned above, FIG. 7B is for a gentle insolation pattern, and FIG. 8B is for a rapid change in insolation.

이제, 로컬 MPPT에 GPS 알고리즘을 추가한 전역 MPPT알고리즘에 종래의 부분 음영 검출 알고리즘을 채택한 결과를 각각 도 7c 및 도 8c에 도시하였다. 마찬가지로 도 7c는 완만한 일사량 패턴에 의한 것이고, 도 8c는 급격한 일사량 변경에 대한 것이다. 도 7b와 도 8b와 비교해보면, 발전전력이 상당히 증가한 것을 알 수 있지만, 여전히 잘못된 판단에 의해 발전전력의 낭비가 심한 것을 확인할 수 있다. 여기에서 GPS_flag는 전역 파크 스캐닝의 호출 여부를 나타내는 플래그로서, 논리적으로 High 값, 즉 "1"은 GPS 호출 이벤트를 나타낸다. 강조 표시된 영역은 부적절한 GPS 트리거링에 의해 낭비되는 태양광 전력을 보여준다.Now, the results of adopting the conventional partial shadow detection algorithm to the global MPPT algorithm in which the GPS algorithm is added to the local MPPT are shown in FIGS. 7C and 8C, respectively. Similarly, FIG. 7C is for a gentle insolation pattern, and FIG. 8C is for a sudden change in insolation. Comparing with FIGS. 7B and 8B, it can be seen that the generated power has increased considerably, but it can be confirmed that the generation power is still wasted due to an incorrect judgment. Here, GPS_flag is a flag indicating whether global park scanning is called, and a logically high value, that is, "1" indicates a GPS call event. The highlighted area shows the solar power wasted by improper GPS triggering.

이제, 종래의 부분 음영 검출 알고리즘 대신 본 발명의 실시예에 따라 제안된 적응형 부분 음영 검출 알고리즘을 적용한 후에 발전되는 출력 전력을 도 7d 및 도 8d에 도시하였다. 앞의 도 7c 및 도 8c와 비교하면 제안된 방법은 완만한 일사량 변화에 대해 판단을 놓치지 않고, 급격한 일사량 변화에는 불필요한 GPS 호출을 줄여서 주어진 일사량 패턴에서 보다 많은 발전량을 얻을 수 있음을 입증한다. 시뮬레이션의 주요 관측치는 하기 <표 1>에 요약되어 있다.Now, output power generated after applying the adaptive partial shadow detection algorithm proposed according to an embodiment of the present invention instead of the conventional partial shadow detection algorithm is shown in FIGS. 7D and 8D. Compared with the above FIGS. 7C and 8C, the proposed method proves that a greater amount of power generation can be obtained from a given insolation pattern by reducing unnecessary GPS calls for a sudden change in insolation without losing judgment on a gentle change in insolation. The main observations of the simulation are summarized in Table 1 below.

Sensed power(W)Sensed power(W) Detection criterionDetection criterion PSD flagPSD flag CommentsComments Preceived .old P received .old Preceived P received dp/pdp/p pth p th ConventionalConventional ProposedProposed ConventionalConventional ProposedProposed 255255 225225 0.120.12 127.5127.5 1One 00 불필요한 검출Unnecessary detection 적절한 검출Proper detection 130130 120120 0.080.08 127.5127.5 00 1One 검출 실패Detection failure 적절한 검출Proper detection

한편, 모의실험에 추가적으로 실제 하드웨어로 구성된 실험에 의해서도 개선된 결과를 입증할 수 있다. 실험 세트는 PV 하드웨어 시뮬레이터, 부스트 컨버터 및 전기적 부하로 구성된 실험이 수행될 수 있다. PV 하드웨어 시뮬레이터의 세팅값으로는 단결정실리콘 패널인 'Solar Center'사의 SCM60 제품의 태양광 패널 데이터 값을 사용하였고, 2개를 직렬 연결하도록 설정하였다. 주요 태양광 패널 사양은 부스트 컨버터의 하드웨어 제작 사양과 함께 하기 <표 2>에 함께 설명하였다.On the other hand, in addition to the simulation, the improved result can be verified by an experiment composed of real hardware. The experiment set can be performed with an experiment consisting of a PV hardware simulator, a boost converter and an electrical load. As the setting value of the PV hardware simulator, the solar panel data value of the SCM60 product of'Solar Center', a single crystal silicon panel, was used, and the two were set to be connected in series. The main solar panel specifications are described in Table 2 below together with the specifications of the hardware production of the boost converter.

CategoryCategory ParameterParameter ValueValue ItemItem ValueValue PV
panel
SCM 60
PV
panel
SCM 60
Pmax P max 60W60W DSPDSP TMS320F28377STMS320F28377S
VmppVmpp 19.0V19.0V Impp I mpp 3.16A3.16A Electric load
Electric load
Prodigit 3314FProdigit 3314F
VOC V OC 23.0V23.0V ISC I SC 3.30A3.30A Power
circuit
Power
circuit
Ci C i 22μF22μF CC 22μF22μF
LL 56μH56μH V, I sensorV, I sensor LT1366LT1366 VoVo 48V48V DiodeDiode FYPF201FYPF201 fsw f sw 100kHz100 kHz MOSFETMosfet 11NM6011NM60

PV 하드웨어 시뮬레이터의 성능 제한으로 인해 아래 100W/m2·s1 미만의 슬루 레이트(slew rate)는 일사량 패턴의 완만한 변화로 가정하고 실험을 수행였다. Due to the limitation of the performance of the PV hardware simulator, the experiment was performed under the assumption that a slew rate of less than 100W/m 2 ·s 1 was assumed to be a gentle change in the insolation pattern.

도 9에서는 완만한 부분 음영 패턴들에서 작동한 결과이다. 초기 조건에서는 도 9a은 두 개의 일사량 수준이 800W/m2 및 360W/m2로 유지될때의 태양광 어레이의 P-V곡선 분포를 나타낸다. 이때에는 RP가 LP보다 높으므로 동작점이 전역 최대 전력추적 알고리즘에 의해 바람직하게는 RP(35.8V, 1.34A)상에 위치해야 한다. 도 9b은, 일사량 레벨 S1은 800W/m2 를 유지한 채, 레벨 S2가 360W/m2로 320W/m2로 떨어질 때의 경우로, 이제 LP가 RP보다 더 높아졌으므로 바람직하게는 동작점은 LP(16.6V, 2.79A)로 변경되어야 한다. In Fig. 9, the operation result is performed on the gentle partial shading patterns. Figure 9a shows the initial condition of two irradiation levels of the PV curve distribution of the solar array when kept at 800W / m 2, and 360W / m 2. At this time, since RP is higher than LP, the operating point should be located on the RP (35.8V, 1.34A) preferably by the global maximum power tracking algorithm. Figure 9b is a solar radiation level S1 is 800W / m while being kept in a 2, a level S2 is to 360W / m 2 in the case when the fall to 320W / m 2, now LP is higher preferably at the operating point jyeoteumeuro than RP It should be changed to LP (16.6V, 2.79A).

그런데, 작은 전력 변화 (P/P < 0.1)로 인해, 종래의 방법은 도 10a에 도시된 바와 같이 이러한 부분 음영을 검출하지 못하여, GPS 호출을 하지 않으므로 동작점이 계속 RP에 머무른다(출력전력 43.5W). 반대로, 제안된 방법에서는 GPS가 호출되고 동작점이 바람직한 위치인 LP로 재배치되어 도 10b에 도시 된 바와 같이 바람직한최대 전력(출력 전력 46W)을 나타낸다.However, due to a small power change (P/P <0.1), the conventional method cannot detect such partial shadows as shown in FIG. 10A, and does not make a GPS call, so the operating point remains at the RP (output power 43.5W). ). On the contrary, in the proposed method, the GPS is called and the operating point is relocated to the preferred location, LP, and shows a desirable maximum power (output power 46W) as shown in FIG. 10B.

마찬가지로, 급격한 일사량 변화의 경우에도 이러한 성능차를 확인할 수 있다. 초기조건에서 2개의 모듈의 일사량 레벨을 도 11a와 같이 800W/m2로 동일하게 유지하다가 모듈 1의 일사량 수준 S1은 기존 800W/m2로 유지한 채, 모듈2 의 일사량 S2는 도 11b와 같이 800W/m2 에서 650W/m2로 떨어뜨렸다. 이경우는 처음에는 RP의 하나의 전력최대점이 존재하다가 일사량 변화 후에는 봉우리가 두개로 분화하는데, LP가 내는 출력이 RP보다 여전히 낮기 때문에 때문에 GPS 호출이 불필요해지는 상황이다. Likewise, such a difference in performance can be confirmed even in the case of a sudden change in insolation. In the initial condition of two modules solar radiation level to as Figure 11a of the irradiation level of the module 1 while kept the same as 800W / m 2, S1 has as one of modules 2, solar radiation S2 is a 11b maintained in conventional 800W / m 2 It dropped from 800W/m 2 to 650W/m 2. In this case, there is only one power peak of RP at first, but after the change of insolation, the peak is divided into two, but since the output of LP is still lower than that of RP, the GPS call becomes unnecessary.

하지만, 도 12a에서 종래 PSD 알고리즘은 이 전력 차이(P/P > 0.1)를 감지하기 때문에 GPS를 호출하여 시간낭비를 하고 다시 현재 피크(RP)로 돌아간다. 반대로 제안된 방법은 도 12b와 같이 GPS를 불필요하게 호출하지 않고 동작점은 RP에서 계속 작동하도록 한다. 즉, 불필요한 GPS 호출을 제거함으로써, 전압 및 전류 파형의 결함을 제거하여 태양광 어레이로부터 얻을 수 있는 발전전력량을 증가시킴을 검증하였다.However, since the conventional PSD algorithm in FIG. 12A detects this power difference (P/P> 0.1), it calls GPS to waste time and returns to the current peak (RP). On the contrary, the proposed method does not unnecessarily call the GPS as shown in FIG. 12B and allows the operating point to continue to operate in the RP. In other words, it was verified that by removing unnecessary GPS calls, defects in voltage and current waveforms were eliminated to increase the amount of generated power that can be obtained from the solar array.

본 발명에서는 새로운 부분 음영 검출 (Partial Shading Detection) 알고리즘을 제안한다. 기존의 PSD 알고리즘은 발전 전력 변화율 정보에만 의존하여 GPS를 호출하였다. 하지만, 본 발명에서는 P-V 곡선의 패턴을 자세히 분석하여, 현재 각 모듈들이 가지고 있는 차광상태를 통하여 유추한 전역음영 레벨 정보를 기준전력정보에 업데이트하여, 이를 기반으로 GPS 호출여부를 결정하는 임계 전력값이 적응적으로 설정된다. 이 개념을 활용하면 완만한 일사량 변화조건에서도 필요한 GPS호출을 적시에 할 수 있을뿐만 아니라. 급격한 일사량 변화조건에서는 불필요한 GPS로 인한 에너지 낭비를 줄일 수 있다. In the present invention, a new partial shading detection algorithm is proposed. The existing PSD algorithm called GPS by relying only on information about the rate of change of power generation. However, in the present invention, by analyzing the pattern of the PV curve in detail, the global shading level information inferred through the shading state of each module is updated to the reference power information, and a threshold power value that determines whether or not a GPS call is made based on this. Is set adaptively. By using this concept, not only can you make the necessary GPS calls in a timely manner even under the conditions of gentle insolation change. In the conditions of rapid insolation change, energy waste due to unnecessary GPS can be reduced.

이를 통해 제안된 알고리즘은 태양광 어레이의 효율적인 활용을 제공한다. 직렬 연결된 패널 수가 많을수록 이러한 장점은 더욱 커질 것이므로, 본 기술은 Solar Farm 등 대용량 태양광 발전에서 발전효율을 더욱 증가시킬 것으로 기대된다. Through this, the proposed algorithm provides efficient utilization of the solar array. The greater the number of panels connected in series, the greater this advantage, so this technology is expected to further increase the power generation efficiency in large-capacity solar power generation such as Solar Farm.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.The present invention has been described above with the purpose of method steps representing the performance of specific functions and their relationships. The boundaries and order of these functional components and method steps have been arbitrarily defined herein for convenience of description. Alternative boundaries and orders may be defined as long as the specific functions and relationships are properly performed. Any such alternative boundaries and sequences are therefore within the scope and spirit of the claimed invention. In addition, the boundaries of these functional components have been arbitrarily defined for convenience of description. Alternative boundaries can be defined as long as certain important functions are performed properly. Likewise, flowchart blocks may also have been arbitrarily defined herein to indicate any significant functionality. For extended use, the flow diagram block boundaries and order may have been defined and still perform some important function. Alternative definitions of both functional elements and flowchart blocks and sequences are therefore within the scope and spirit of the claimed invention.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.The present invention may also have been described, at least in part, in terms of one or more embodiments. Embodiments of the invention are used herein to represent the invention, its aspects, its features, its concepts, and/or examples thereof. A physical embodiment of an apparatus, article of manufacture, machine, and/or process embodying the present invention refers to one or more aspects, features, concepts, examples, etc. described with reference to one or more embodiments described herein. Can include. Moreover, in the entire drawing, embodiments may incorporate the same or similarly named functions, steps, modules, etc., which may use the same or different reference numbers, and as such, the functions, Steps, modules, etc. may be the same or similar functions, steps, modules, etc. or others.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but these are provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. .

210 : 제1 태양광 패널 211 : 제1 다이오드
220 : 제2 태양광 패널 221 : 제2 다이오드
230 : 전역 음영 241 : 제1 부분 음영
242 : 제2 부분 음영 610 : 태양광 어레이
611 : 제1 태양광 패널 612 : 제2 태양광 패널
620 : 제어 모듈 630 : 부스트 컨버터 회로
640 : 센서 회로 650 : 부하 저항
210: first solar panel 211: first diode
220: second solar panel 221: second diode
230: global shading 241: first partial shading
242: second partial shading 610: solar array
611: first solar panel 612: second solar panel
620: control module 630: boost converter circuit
640: sensor circuit 650: load resistance

Claims (15)

태양광 어레이에 대한 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)을 수행하는 단계;
상기 태양광 어레이의 단위 모듈이 가지는 개방 회로전압(Voc)과 동작전압(Vreceived)을 비교하여 상기 태양광 어레이에서 현재 동작점이 위치한 영역정보를 확인하는 단계; 및
상기 영역정보에 따라 상기 태양광 어레이의 현재 동작영역 및 상기 동작영역에 설정된 기준전력(Pr)에 기반하여, 상기 전역 피크 스캐닝의 재수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출방법.
Performing global peak scanning on the solar array;
Comparing the open circuit voltage (Voc) and the operating voltage (V received ) of the unit module of the solar array to check area information in which the current operating point is located in the solar array; And
For a solar array system comprising the step of determining whether to re-perform the global peak scanning based on the current operating region of the solar array and the reference power (P r) set in the operating region according to the region information Adaptive partial shadow detection method.
제 1 항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치한 경우,
현재 측정된 태양광 어레이의 발전전력(Preceived)과 상기 기준전력(Pr)에 의하여 적응적으로 설정되는 임계전력레벨(Pth)을 비교하여 상기 전역 피크 스캐닝을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
The method of claim 1,
When the operating point is located in the region with the highest voltage,
It characterized in that the global peak scanning is selectively performed by comparing the currently measured generation power (P received ) of the solar array and a threshold power level (P th ) adaptively set by the reference power (P r ). Adaptive partial shade detection method for solar array system.
제 2 항에 있어서,
상기 임계전력레벨(Pth)은,
측정되는 발전전력(Preceived)의 영역에 따라 다음 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
Figure pat00016
The method of claim 2,
The threshold power level (P th ) is,
An adaptive partial shadow detection method for a solar array system, characterized in that it is calculated by the following equation according to the region of the measured generation power (P received).
Figure pat00016
제 2항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치한 경우,
피크 수를 확인하는 단계;
상기 피크 수가 단일 피크이면, 발전전력(Preceived)을 기준전력(Pr)으로 업데이트하는 단계;
상기 피크가 존재한 해당 영역의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고 최대 전력점 추적(MPPT)를 실행하는 단계; 및
상기 발전전력(Preceived)이 상기 임계전력레벨(Pth)보다 작은 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대이면 기준전력(Pr)을 업데이트 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
The method of claim 2,
When the operating point is located in the region with the highest voltage,
Checking the number of peaks;
If the number of peaks is a single peak, updating the generated power P received to the reference power P r;
Calculating a threshold power level (P th ) of a corresponding region in which the peak exists and executing a maximum power point tracking (MPPT); And
And performing the global peak scanning only when the generated power P received is less than the threshold power level P th , and updating the reference power P r when the power generation P received is less than the threshold power level P th. Adaptive partial shadow detection method for the system.
제 4 항에 있어서,
상기 피크 수가 2개 이상이면,
기준전력(Pr)을 가장 왼쪽영역의 피크 레벨을 기준으로 업데이트하는 단계;
상기 업데이트된 영역 정보의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고 최대 전력점 추적(MPPT)를 실행하는 단계; 및
상기 발전전력(Preceived)이 상기 임계전력레벨(Pth)보다 작은 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대이면 기준전력(Pr)을 업데이트 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
The method of claim 4,
If the number of peaks is 2 or more,
Updating the reference power P r based on the peak level of the leftmost region;
Calculating a threshold power level (P th ) of the updated area information and executing a maximum power point tracking (MPPT); And
And performing the global peak scanning only when the generated power P received is less than the threshold power level P th , and updating the reference power P r when the power generation P received is less than the threshold power level P th. Adaptive partial shadow detection method for the system.
제 5 항에 있어서,
상기 가장 왼쪽영역의 기준전력(Pr)은 식
Figure pat00017
(여기서,
Figure pat00018
Figure pat00019
)으로 계산되는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
The method of claim 5,
The reference power (P r ) of the leftmost region is the equation
Figure pat00017
(here,
Figure pat00018
silver
Figure pat00019
An adaptive partial shade detection method for a solar array system, characterized in that calculated as ).
제 1 항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역이 아닌 다른 영역에 위치한 경우,
설정 시간에 따라 최대 전력점 추적(MPPT)를 반복 수행하거나, 상기 전역 피크 스캐닝을 호출하여 다른 피크를 확인하는 것을 특징으로 하는 태양광 어레이 시스템을 위한 적응적 부분 음영 검출 방법.
The method of claim 1,
When the operating point is located in a region other than the region with the highest voltage,
An adaptive partial shadow detection method for a solar array system, characterized in that repeating maximum power point tracking (MPPT) according to a set time or calling the global peak scanning to check other peaks.
복수의 태양광 패널들을 포함하는 태양광 어레이; 및
상기 태양광 어레이의 P-V 곡선을 기초로 하여 분석된 복수 개의 동작영역들 중에서 상기 태양광 어레이의 동작점이 위치하는 영역에 따라 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)의 실행여부를 결정하는 제어모듈을 포함하는 태양광 발전 장치.
A solar array including a plurality of solar panels; And
Including a control module for determining whether to execute Global Peak Scanning according to a region in which an operating point of the solar array is located among a plurality of operating regions analyzed based on the PV curve of the solar array. Solar power device.
제 8 항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역이 아닌 다른 영역에 위치한 경우,
상기 제어모듈은 설정시간에 따라 상기 최대 전력점 추적(MPPT)을 반복 수행하거나, 또는 전역 피크 스캐닝(Global Peak Scanning)을 주기적으로 호출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 8,
When the operating point is located in a region other than the region with the highest voltage,
The control module is a photovoltaic device, characterized in that it repeatedly performs the maximum power point tracking (MPPT) according to a set time or periodically calls a global peak scanning (Global Peak Scanning).
제 8 항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치하면서 단일 피크이면,
상기 제어모듈은,
발전전력(Preceived)을 기준전력(Pr)으로 업데이트하면서 해당 영역의 임계전력레벨(Pth)을 계산하고, 상기 발전전력(Preceived)과 임계전력레벨(Pth)과의 비교결과에 따라 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하거나 기준전력(Pr)을 다시 업데이트하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 8,
If the operating point is located in the region with the highest voltage and a single peak,
The control module,
The generated power (P received ) is updated to the reference power (P r ), the critical power level (P th ) of the corresponding region is calculated, and the result of comparison between the generated power (P received ) and the critical power level (P th) Accordingly, the photovoltaic device, characterized in that performing the global peak scanning or updating the reference power (P r) again.
제 8 항에 있어서,
상기 동작점이 가장 전압이 높은 영역에 위치하면서 피크가 2개 이상이면,
상기 제어모듈은,
가장 왼쪽영역의 피크 레벨을 기준으로 하여 기준전력(Pr)을 업데이트하고, 상기 업데이트된 영역 정보의 임계전력레벨(Pth)을 계산한 다음 상기 발전전력(Preceived)과 임계전력레벨(Pth)과의 비교결과에 따라 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하거나 기준전력(Pr)을 다시 업데이트하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 8,
If the operating point is located in the region with the highest voltage and has two or more peaks,
The control module,
The reference power (P r ) is updated based on the peak level of the leftmost region, the threshold power level (P th ) of the updated region information is calculated, and then the generated power (P received ) and the threshold power level (P) are calculated. th ) A photovoltaic device, characterized in that performing the global peak scanning or updating the reference power (P r ) again according to a result of comparison with th ).
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제어모듈은,
임계전력레벨(Pth)이 상기 발전전력(Preceived)보다 큰 경우에만 상기 전역 피크 스캐닝을 수행하고, 반대인 경우에는 상기 기준전력(Pr)을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 10 or 11,
The control module,
A photovoltaic device, characterized in that the global peak scanning is performed only when the threshold power level (P th ) is greater than the generated power (P received ), and the reference power (P r) is updated in the opposite case.
제 12 항에 있어서,
상기 임계전력레벨(Pth)은,
측정되는 발전전력(Preceived)의 영역에 따라
Figure pat00020
로 계산되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 12,
The threshold power level (P th ) is,
According to the area of the measured generation power (P received)
Figure pat00020
Solar power generation device, characterized in that calculated as.
제 11 항에 있어서,
상기 가장 왼쪽영역의 기준전력(Pr)은, 식
Figure pat00021
(여기서,
Figure pat00022
Figure pat00023
임)으로 계산 되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 11,
The reference power (P r ) of the leftmost region is the equation
Figure pat00021
(here,
Figure pat00022
silver
Figure pat00023
Im) photovoltaic device, characterized in that calculated as.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 임계전력레벨(Pth)이 계산된 다음에는 최대 전력점 추적(MPPT)이 더 수행되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
The method of claim 10 or 11,
After the critical power level (P th ) is calculated, a maximum power point tracking (MPPT) is further performed.
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