KR20220102434A - Solar photovotaics system having micro converters - Google Patents

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KR20220102434A
KR20220102434A KR1020210004790A KR20210004790A KR20220102434A KR 20220102434 A KR20220102434 A KR 20220102434A KR 1020210004790 A KR1020210004790 A KR 1020210004790A KR 20210004790 A KR20210004790 A KR 20210004790A KR 20220102434 A KR20220102434 A KR 20220102434A
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Abstract

The present invention relates to a photovoltaic generation system having a micro converter. An objective of the present invention is to install micro converters on photovoltaic modules and perform supplementary maximum power point tracking (MPPT) on a photovoltaic module with a shadow in accordance with shadow creation status to increase power generation efficiency. According to one embodiment of the present invention, the photovoltaic generation system having a micro converter comprises: a photovoltaic module group unit consisting of series groups of photovoltaic modules connected in parallel with each other; a photovoltaic generation inverter connected to the photovoltaic module group unit to perform MPPT on the photovoltaic module group unit; and micro converters installed on the photovoltaic modules, and performing MPPT on a photovoltaic module with a shadow when the shadow is created.

Description

마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템{SOLAR PHOTOVOTAICS SYSTEM HAVING MICRO CONVERTERS} Solar power generation system with micro-converters {SOLAR PHOTOVOTAICS SYSTEM HAVING MICRO CONVERTERS}

본 발명의 실시예는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 고효율 토폴로지로 마이크로 컨버터와 마이크로 컨버터를 이용하여 최대 전력점을 추종하기 위한 알고리즘을 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a photovoltaic power generation system having a micro-converter, and more specifically, a photovoltaic power generation system having an algorithm for tracking the maximum power point using a micro-converter and a micro-converter in a high-efficiency topology is about

종래 태양광 발전 시스템은 태양광모듈을 직렬로 배치하고, 그 직렬군을 병렬로 결합하여 필요로 하는 용량으로 발전되도록 설계되었다. The conventional photovoltaic power generation system is designed to generate power with a required capacity by arranging photovoltaic modules in series and combining the series groups in parallel.

이런 직/병렬 구조의 태양광 발전 시스템에서 직렬군에 있는 하나의 태양광 모듈에 음영이 발생된 경우 그 직렬군에 속해 있는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 발전량을 감소시켜 전체적인 발전 손실을 발생시키게 된다. In this series/parallel structure of solar power generation system, if one photovoltaic module in the series group is shaded, the amount of power generated by the non-shaded photovoltaic module belonging to the series group is reduced, resulting in overall power generation loss. will make it

또한, 음영의 정도에 따라 음영된 태양광모듈은 미미하게나마 발전할 수 있으나, 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 직렬 전류에 의하여 발전량이 0W가 되어 그에 따른 손실이 발생할 수 있다. In addition, depending on the degree of shading, the shaded photovoltaic module may generate electricity even slightly, but the amount of power generated by the series current of the photovoltaic module without shading may be 0W, resulting in loss.

이러한 발전 손실은 음영된 태양광모듈의 음영 정도에 따라 손실률이 달라지며, 태양광 발전 시스템의 전체적인 발전 효율에 악영향을 미치게 된다.The loss rate of such power generation varies according to the degree of shading of the shaded photovoltaic module, and adversely affects the overall power generation efficiency of the photovoltaic power generation system.

공개특허공보 제10-2008-0102885호(공개일자: 2008년11월26일)Laid-Open Patent Publication No. 10-2008-0102885 (published date: November 26, 2008) 공개특허공보 제10-2017-0058218호(공개일자: 2017년05월26일)Laid-open Patent Publication No. 10-2017-0058218 (published date: May 26, 2017) 등록특허공보 제10-1615747호(등록일자: 2016년04월20일)Registered Patent Publication No. 10-1615747 (Registration Date: April 20, 2016)

본 발명의 실시예는, 태양광모듈에 마이크로 컨버터를 설치하고, 음영 발생 여부에 따라 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 보조적인 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 발전 효율성을 높인 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention installs a micro-converter in a photovoltaic module and performs auxiliary Maximum Power Point Tracking (MPPT) on the photovoltaic module in which the shadow is generated depending on whether or not the shadow occurs, thereby increasing the power generation efficiency. A solar power generation system is provided.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템은, 태양광모듈의 직렬 군이 상호 병렬 연결되어 이루어진 태양광모듈 그룹부; 상기 태양광모듈 그룹부와 연결되어 상기 태양광모듈 그룹부에 대한 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 태양광 발전 인버터; 및 상기 태양광모듈에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 MPPT를 수행하는 마이크로 컨버터를 포함한다.A photovoltaic power generation system having a micro-converter according to an embodiment of the present invention includes: a photovoltaic module group unit in which a series group of photovoltaic modules are connected in parallel to each other; a solar power inverter connected to the photovoltaic module group unit to perform MPPT (Maximum Power Point Tracking) for the photovoltaic module group unit; and a micro-converter installed in each of the photovoltaic modules and performing MPPT on the photovoltaic module in which the shadow is generated when a shadow is generated.

또한, 상기 마이크로 컨버터는, 네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter may include a negative buck converter.

또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광모듈과 병렬 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터와 병렬 연결된 다이오드; 상기 다이오드와 병렬 연결된 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터의 양극단자와 상기 다이오드의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치; 및 상기 다이오드의 애노드와 상기 제2 커패시터의 양극단자 사이에 설치된 인덕터를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter may include: a first capacitor connected in parallel with the solar module; a diode connected in parallel with the first capacitor; a second capacitor connected in parallel with the diode; a switch connected between the positive terminal of the first capacitor and the anode terminal of the diode; and an inductor installed between the anode of the diode and the anode terminal of the second capacitor.

또한, 상기 스위치는, 플로팅되지 않고 턴 온 상태를 유지하여 상기 마이크로 컨버터가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 마이크로 컨버터의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 할 수 있다.In addition, the switch is not floating and maintains a turned-on state so that the micro-converter operates in a normal bypass mode, respectively, but is switched to a turn-off state when shading occurs. MPPT can be performed auxiliary.

또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광모듈의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양광모듈 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행할 수 있다.In addition, the micro-converter may perform input voltage control of each of the solar modules in parallel to prevent the voltage of the solar module from being 0V.

또한, 상기 마이크로 컨버터는, 상기 태양광 발전 인버터에 제어 우선권이 부여되도록 상기 태양광 발전 인버터보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 설정될 수 있다.In addition, the micro-converter may be set to have a relatively slower MPPT control cycle than the photovoltaic inverter so that control priority is given to the photovoltaic inverter.

또한, 상기 마이크로 컨버터와 각각 연결되어 외부 서버 또는 통신단말로 상기 마이크로 컨버터의 상태를 전송하기 위한 게이트웨이를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a gateway for transmitting the state of the micro-converter connected to each of the micro-converter to an external server or communication terminal.

본 발명에 따르면, 태양광모듈에 마이크로 컨버터를 설치하고, 음영 발생 여부에 따라 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 보조적인 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 발전 효율성을 높인 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, a micro-converter is installed in a photovoltaic module, and an auxiliary MPPT (Maximum Power Point Tracking) is performed for the photovoltaic module in which the shadow is generated according to whether or not a shadow is generated. A solar power system may be provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이다.
도 3은 음영이 발생한 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네거티브 벅 컨버터의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 1에서 각 태양광모듈 별 게이트웨이를 추가한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing the overall configuration of a photovoltaic power generation system having a micro-converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in the solar module in which no shading occurs.
3 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in the solar module in which the shade occurs.
4 is a circuit diagram showing the configuration of a negative buck converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing the overall configuration of a solar power generation system in which a gateway for each solar module is added in FIG. 1 .

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In the entire specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 음영이 발생하지 않은 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이고, 도 3은 음영이 발생한 태양광모듈에서의 최대 발전점을 설명하기 위한 전압-전력 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네거티브 벅 컨버터의 구성을 나타낸 회로도이다.1 is a view showing the overall configuration of a photovoltaic power generation system having a micro-converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a voltage-power for explaining the maximum power generation point in a photovoltaic module without shading. It is a graph, and FIG. 3 is a voltage-power graph for explaining the maximum power generation point in the photovoltaic module in which the shade occurs, and FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of a negative buck converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 태양광 발전 시스템(100)은 태양광모듈 그룹부(110), 태양광 발전 인버터(120), 다수의 마이크로 컨버터(130), 접속반(140) 및 제어부(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the photovoltaic power generation system 100 of the present invention includes a photovoltaic module group unit 110 , a photovoltaic inverter 120 , a plurality of micro-converters 130 , a connection board 140 , and a control unit ( 150) may include at least one of.

상기 태양광모듈 그룹부(110)는, 태양광모듈(111)의 직렬군이 상호 병렬 연결되어 이루어질 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 다수의 태양광모듈(111)이 직렬로 연결되어 직렬군을 형성하고, 그 직렬군이 다수개가 모여 서로 병렬로 연결됨으로써 태양광모듈 그룹부(110)를 이룰 수 있다.The photovoltaic module group unit 110 may be formed by connecting a series group of photovoltaic modules 111 in parallel with each other. More specifically, a plurality of photovoltaic modules 111 are connected in series to form a series group, and a plurality of the series groups are gathered and connected in parallel to form the photovoltaic module group unit 110 . .

상기 태양광 발전 인버터(120)는, 태양광모듈 그룹부(110)와 연결되어 태양광모듈 그룹부(110)에 대한 최대 전력점 추적(MPPT: Maximum Power Point Tracking)을 수행할 수 있다. MPPT는 태양광모듈의 배열로부터 가능한 최대 전력을 위기 위한 방법으로, 입력되는 전압을 조정하여 태양광모듈(111)의 최대 전력점을 찾아서 가장 효율적인 전력량을 유지하는 알고리즘 방식을 의미한다.The photovoltaic inverter 120 may be connected to the photovoltaic module group unit 110 to perform Maximum Power Point Tracking (MPPT) for the photovoltaic module group unit 110 . MPPT refers to an algorithm method for finding the maximum power point of the photovoltaic module 111 by adjusting the input voltage as a method for maximizing the maximum power possible from the arrangement of the photovoltaic module and maintaining the most efficient amount of power.

종래에 마이크로 컨버터가 설치되지 않은 태양광 발전 시스템에서는 태양광 발전 인버터가 태양광모듈의 MPPT를 수행하는데, 전체 직/병렬 태양광모듈에서 음영이 없는 경우 도 2에 도시된 P0점과 같은 최대 전력점(MPP)을 찾을 수 있다. 그러나, 태양광 발전 인버터가 MPPT를 수행할 때 일부 태양광모듈에 음영(여기서 음영은 태양광모듈의 편차 및 고장까지 포함함)이 발생한 경우 도 2에 도시된 P1점은 음영이 발생하지 않은 태양광모듈의 발전 위치인 최대 발전점 P0로 발전하지 못하거나, 도 3에 도시된 P2점은 음영이 발생된 태양광모듈의 발전 위치인 최대 발전점 P0로 발전하지 못한다. 그 이유는 태양광 발전 인버터는 전체 태양광모듈을 대상으로 MPPT를 제어하므로, 전체 시스템에서 가장 효율적인 높은 지점을 찾지만 개별적인 각각의 태양광모듈이 최대 발전점에서 발전하지 못하기 때문이다.In the conventional photovoltaic power generation system in which the micro-converter is not installed, the photovoltaic inverter performs MPPT of the photovoltaic module, and when there is no shadow in the entire series/parallel photovoltaic module, the maximum power such as the point P0 shown in FIG. 2 The point (MPP) can be found. However, when the photovoltaic inverter performs MPPT, if some photovoltaic modules have shading (where shading includes deviation and failure of photovoltaic modules), point P1 shown in FIG. 2 is the sun without shading. Power cannot be generated to the maximum power generation point P0, which is the power generation position of the optical module, or the point P2 shown in FIG. 3 does not generate power to the maximum power generation point P0, which is the power generation location of the photovoltaic module in which the shade is generated. The reason is that the photovoltaic inverter controls the MPPT for all photovoltaic modules, so it finds the most efficient high point in the whole system, but each individual photovoltaic module does not generate power at the maximum power point.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 실시예에서는 태양광모듈(111)에 각각 마이크로 컨버터(130)(또는 옵티마이저, 컴팬세이터)를 설치하여 개별 MPPT를 수행할 수 있다.In order to solve this problem, in the present embodiment, each micro-converter 130 (or an optimizer, a compensator) is installed in the photovoltaic module 111 to perform individual MPPT.

그러나, 기존의 상용 마이크로 컨버터는 특정 태양광 발전 인버터(PCS)를 설치해야 하며, 일반 상용 인버터와 호환이 되지 않는데, 그 이유는 마이크로 컨버터가 없는 종래 태양광 발전 시스템에서는 태양광 발전 인버터가 MPPT를 수행하기 때문에, 마이크로 컨버터가 추가로 MPPT를 수행하게 되면, 제어의 불안정성으로 인해 오히려 발전 효율이 감소될 수 있기 때문이다. 이러한 마이크로 컨버터의 제조사에서 태양광 발전 인버터를 함께 구현할 수 있는데, 이러한 경우 태양광 발전 인버터의 가격이 상승할 수 밖에 없으며, 장치 선택에 대한 폭이 좁아진다는 문제가 있다. However, the existing commercial micro-converter requires a specific photovoltaic inverter (PCS) to be installed, and it is not compatible with general commercial inverters. This is because, if the micro-converter additionally performs MPPT, power generation efficiency may be reduced due to instability of control. The manufacturers of such micro-converters can implement a solar power inverter together. In this case, the price of the solar power inverter has to increase, and there is a problem in that the range of device selection is narrowed.

이와 같이 MPPT를 위해 마이크로 컨버터와 태양광 발전 인버터를 함께 사용해야 하는 경우 해당 인버터는 MPPT를 수행하지 않고, 입력 전압을 제어하며, 마이크로 컨버터가 각각 MPPT 제어를 수행할 수 있다. 이처럼 마이크로 컨버터를 이용해 태양광모듈의 개별 MPPT를 진행하기 위하여 DC/DC 컨버터를 사용해야 하며, 그 토폴로지는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터를 주로 사용해야 하지만, 이러한 경우 또한 여러 가지 문제를 내포하고 있다.As such, when a micro-converter and a photovoltaic inverter must be used together for MPPT, the inverter does not perform MPPT, but controls the input voltage, and each micro-converter can perform MPPT control. As such, DC/DC converters must be used to perform individual MPPT of solar modules using micro-converters, and the topology of the topology is mainly to use Buck converters, Boost converters, and Buck-Boost converters. However, this case also poses several problems.

우선, 마이크로 컨버터를 부스트(Boost) 컨버터로 적용하는 경우 태양광 발전 시스템이 정상적으로 동작하다가 여러 가지 이유로 태양광 발전 인버터가 정지 하는 경우 마이크로 컨버터의 출력이 급상승하게 되면서 태양광 발전 인버터로 매우 큰 전압이 인가되어 해당 인버터가 파손될 우려가 있다. 이러한 경우, 도 3에 도시된 발전점이 P2에 있는 경우 부스트(Boost) 컨버터로는 동작하지 못하며, 벅(Buck) 컨버터로 동작 해야 한다.First of all, when the micro-converter is applied as a boost converter, when the photovoltaic power generation inverter is stopped for various reasons while the photovoltaic power generation system is operating normally, the output of the micro-converter rises sharply, resulting in a very large voltage to the photovoltaic power inverter. There is a risk that the inverter may be damaged. In this case, when the power generation point shown in FIG. 3 is at P2, it cannot operate as a boost converter and must operate as a buck converter.

또한, 마이크로 컨버터를 벅(Buck) 컨버터로 적용하는 경우, 태양광 발전 인버터가 정지할 때 입력보다 출력이 높을 수가 없기 때문에, 출력이 급격히 상승하는 문제는 없으나, 벅 컨버터 스위치 위치 상 플로팅되어 있어 이를 구동하기 위해 절연된 드라이버를 사용하거나, 부스트스트랩 게이트 드라이브(Bootstrap Gate Drive)를 설계 해야 한다. 절연된 드라이버는 비용이 비싸며, 부스트스트랩 게이트 드라이브(Bootstrap Gate Drive)는 다이오드를 스위치로 변경하고, 하위 스위치를 항상 구동해야만 하는 단점으로 인해 지속적으로 출력을 내기 위하여 스위칭 동작이 지속적으로 이루어져야 함에 따라 효율성을 저감시킬 수 있다.In addition, when the micro-converter is applied as a buck converter, since the output cannot be higher than the input when the solar power inverter is stopped, there is no problem that the output rapidly rises, but it is floating on the buck converter switch position. Either an isolated driver must be used to drive it, or a Bootstrap Gate Drive must be designed. The insulated driver is expensive, and the Bootstrap Gate Drive changes the diode to a switch, and the lower switch has to be driven all the time. can be reduced.

또한, 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터는 벅(Buck) 컨버터와 부스트(Boost) 컨버터의 장점과 단점을 내포하고 있어 마이크로 컨버터로의 적용이 어렵다.In addition, since the buck-boost converter has advantages and disadvantages of the buck converter and the boost converter, it is difficult to apply to a micro-converter.

본 실시예에서는 상기와 같은 문제로 인하여 태양광 발전 인버터(120)에 적용 가능한 고효율의 저가형 마이크로 컨버터(130)가 적용되며, 해당 마이크로 컨버터(130)는 하기와 같이 조건으로 구성될 있다.In this embodiment, due to the above problems, a high-efficiency low-cost micro-converter 130 applicable to the solar power inverter 120 is applied, and the micro-converter 130 may be configured with the following conditions.

본 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)는 태양광 발전 인버터(120)의 MPPT 수행을 방해 하지 않고, 각각의 태양광모듈(111)의 음영 발생으로 인해 최대 전력점에서 발전하지 않는 경우 최대 전력점을 추종하도록 보조하는 알고리즘이 구비될 수 있다. 또한, 태양광모듈(111)에 음영이 발생하지 않은 경우 태양광 발전 인버터(120)에 의해 MPPT가 잘 수행되기 때문에 마이크로 컨버터(130)는 바이패스 모드로 동작할 수 있다. 또한, 마이크로 컨버터(120)는 음영이 발생한 해당 태양광모듈(111)에서만 동작하여 MPPT를 보조적으로 수행하며, 음영이 발생하지 않은 태양광모듈(111)은 바이패스하도록 동작할 수 있는데, 즉 마이크로 컨버터(130)는 스위칭을 하지 않은(스위치 턴온 상태를 그대로 유지한 상태) 바이패스 모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 음영이 발생한 태양광모듈(111)은 음영이 발생하지 않은 태양광모듈(111)의 직렬 전류에 의해 전압이 0V가 되어 발전량이 완전히 0W가 되는 것을 방지함으로써 최소한의 발전량을 추적할 수 있다. The micro-converter 130 according to this embodiment does not interfere with the MPPT performance of the photovoltaic inverter 120, and when the power is not generated at the maximum power point due to the shading of each photovoltaic module 111, the maximum power point An algorithm may be provided to assist in following the . In addition, since MPPT is well performed by the photovoltaic inverter 120 when no shading occurs in the photovoltaic module 111 , the microconverter 130 may operate in a bypass mode. In addition, the micro-converter 120 operates only on the corresponding photovoltaic module 111 in which the shading occurs to perform MPPT auxiliary, and the photovoltaic module 111 in which the shading does not occur may operate to bypass, that is, The converter 130 may be configured to operate in a bypass mode in which no switching is performed (a state in which the switch is turned on as it is). In addition, the shaded photovoltaic module 111 can track the minimum amount of power generation by preventing the voltage from being 0V to 0W by the series current of the photovoltaic module 111 where the shadowing has not occurred. .

좀 더 구체적으로 설명 하면, 다수의 마이크로 컨버터(130)는, 태양광모듈(111)에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 해당 태양광모듈(111)에 대한 MPPT를 보조적으로 수행할 수 있다.More specifically, a plurality of micro-converters 130 are respectively installed in the photovoltaic module 111, and when a shadow occurs, MPPT can be performed auxiliary to the corresponding photovoltaic module 111 in which the shadow is generated. have.

또한, 마이크로 컨버터(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이 네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 도 4를 참조하면, 네거티브 벅 컨버터(130)는 태양광모듈(111)과 병렬 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 커패시터(C1)와 병렬 연결된 다이오드(D), 다이오드(D)와 병렬 연결된 제2 커패시터(C2), 제1 커패시터(C1)의 양극단자와 다이오드(D)의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치(SW), 및 다이오드(D)의 애노드와 제2 커패시터(C2)의 양극단자 사이에 설치된 인덕터(L)를 포함할 수 있다.In addition, the micro-converter 130 may include a negative buck converter (negative buck converter) as shown in FIG. More specifically, referring to FIG. 4 , the negative buck converter 130 includes a first capacitor C1 connected in parallel with the solar module 111 , a diode D connected in parallel with the first capacitor C1, and a diode ( A second capacitor C2 connected in parallel with D), a switch SW connected between the positive terminal of the first capacitor C1 and the anode terminal of the diode D, and the anode of the diode D and the second capacitor C2 ) may include an inductor (L) installed between the positive terminals.

여기서, 스위치(SW)는, 플로팅되지 않아 턴 온 상태를 유지할 수 있으며, 태양광모듈(111)에 음영이 발생하지 않은 경우 마이크로 컨버터(130)가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 해당 태양광모듈(111)에 대한 마이크로 컨버터(130)의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 할 수 있다. 이때, 태양광 발전 인버터(120)가 태양광모듈 그룹부(110)의 전체적인 MPPT를 수행할 수 있다.Here, the switch SW is not floating, so it can maintain a turned-on state, and when no shading occurs in the solar module 111 , the micro-converter 130 operates in the normal bypass mode, respectively, but the shading is generated. When switched to the turn-off state, the MPPT of the micro-converter 130 for the corresponding photovoltaic module 111 in which the shadow is generated may be performed auxiliary. At this time, the photovoltaic inverter 120 may perform the overall MPPT of the photovoltaic module group unit 110 .

상기 마이크로 컨버터(130)는, 태양광모듈(111)의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 태양광모듈(111) 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행할 수 있다.The micro-converter 130 may control the input voltage of each of the photovoltaic modules 111 in parallel in order to prevent the voltage of the photovoltaic module 111 from being 0V.

또한, 마이크로 컨버터는(130), 태양광 발전 인버터(120)에 제어 우선권이 부여되도록 태양광 발전 인버터(120)보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 동작 모드가 설정될 수 있다.In addition, the micro-converter 130 may be set to an operation mode such that the MPPT control cycle is relatively slower than that of the photovoltaic inverter 120 so that control priority is given to the photovoltaic inverter 120 .

본 실시예에 따른 태양광 발전 인버터(120)는 기본적으로 MPPT를 수행하고 마이크로 컨버터(130)는 벅(Buck) 컨버터로서 음영진 태양광모듈(111)만 보상하게 되면 도 3에 도시된 P2점이 P0점으로 이동하며, 마이크로 컨버터(130)에 의해 음영이 발생된 태양광모듈(111)의 최대 전력점이 추종되므로, 전체 MPPT를 수행하는 태양광 발전 인버터(120)에 의해 도 2에 도시된 P1점이 P0점으로 이동하여 시스템 전체의 최대전력을 발전할 수 있다. 즉, 음영이 발생되지 않은 태양광모듈(111)은 바이패스(스위치 턴온 상태 유지) 모드로 동작하고, 음영이 발생된 태양광모듈(1110)의 벅(Buck) 컨버터만 보조로 MPPT를 수행할 수 있다. 일반적으로 음영이 발생된 태양광모듈(111)의 비율이 상대적으로 낮게 때문에 음영이 발생된 태양광모듈(111)을 보상할 수 있다.The photovoltaic inverter 120 according to this embodiment basically performs MPPT, and the micro-converter 130 is a Buck converter and compensates only the shaded photovoltaic module 111. The point P2 shown in FIG. 3 is Since the maximum power point of the photovoltaic module 111 that moves to the point P0 and is shaded by the micro-converter 130 is followed, P1 shown in FIG. 2 by the photovoltaic inverter 120 performing the entire MPPT The point can move to point P0 to generate the maximum power of the entire system. That is, the photovoltaic module 111 in which the shade is not generated operates in a bypass (switch turned on state) mode, and only the Buck converter of the photovoltaic module 1110 in which the shadow is generated performs MPPT as an auxiliary. can In general, since the proportion of the photovoltaic module 111 in which the shadow is generated is relatively low, the photovoltaic module 111 in which the shadow is generated can be compensated.

또한 벅(Buck) 컨버터의 단점인 연속 스위칭을 하기 위한 고효율 저가형 토폴로지는 네거티브 벅(Negative Buck) 컨버터로 적용되는데, 이때 스위치(SW)가 플로팅되어 있지 않아 턴온을 유지 할 수 있다.In addition, a high-efficiency and low-cost topology for continuous switching, which is a disadvantage of the buck converter, is applied as a negative buck converter.

본 실시예에 따른 마이크로 컨버터(130)의 보조 MPPT 수단으로는 기본적으로 바이패스 모드로 동작하며, 태양광 발전 인버터(120)보다 MPPT 제어 주기를 느리게 하며, 태양광 발전 인버터(120) 제어 우선권을 부여할 수 있다.As an auxiliary MPPT means of the micro-converter 130 according to this embodiment, it basically operates in the bypass mode, makes the MPPT control cycle slower than the solar power inverter 120 , and gives the solar power inverter 120 control priority. can be given

또한, 태양광모듈(111)의 전압이 0V가 되는 것을 막기 위하여 태양광모듈(111)의 입력 전압 제어를 병렬로 수행하며, MPPT 추정 효율을 높이고, 모듈의 리플 전류를 줄이기 위하여 벅(Buck) 컨버터를 2중으로 하여 인터리빙(inverting) 제어로 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, in order to prevent the voltage of the photovoltaic module 111 from being 0V, the input voltage control of the photovoltaic module 111 is performed in parallel to increase the MPPT estimation efficiency and to reduce the ripple current of the module. By duplicating the converter, the performance can be improved by interleaving (inverting) control.

도 5는 도 1에서 각 태양광모듈 별 게이트웨이를 추가한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a view showing the overall configuration of a photovoltaic power generation system in which a gateway for each photovoltaic module is added in FIG. 1 .

본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은, 마이크로 컨버터(130)와 각각 연결되어 외부 서버부(170) 또는 통신단말부(180)로 마이크로 컨버터(130)의 상태를 전송하기 위한 다수의 게이트웨이(160)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 모든 마이크로 컨버터(130)의 상태를 취합하기 위하여 게이트웨이(160)를 통해 각각의 마이크로 컨버터(130)에 무선통신기능을 추가하고, 이를 이용하여 관리자에게 마이크로 컨버터(130)의 상태정보를 전달할 수 있다.The photovoltaic power generation system 100 according to this embodiment is each connected to the micro-converter 130 and transmits the state of the micro-converter 130 to the external server unit 170 or the communication terminal unit 180. It may further include a gateway 160 . In this way, in order to collect the states of all micro-converters 130, a wireless communication function is added to each micro-converter 130 through the gateway 160, and the state information of the micro-converter 130 is provided to the administrator using this. can transmit

상기 접속반(140)은, 태양광모듈 그룹부(110) 및/또는 마이크로 컨버터(130)와 연결되며, 이들을 인버터(120)와 연결시키는 수단으로서 구성될 수 있다.The connection board 140 is connected to the photovoltaic module group unit 110 and/or the micro-converter 130 , and may be configured as a means for connecting them to the inverter 120 .

상기 제어부(150)는 태양광 발전 시스템(100)의 전반적인 제어를 담당하는 하드웨어 및 소프트웨어가 구성된 수단일 수 있다.The control unit 150 may be a means in which hardware and software responsible for overall control of the solar power generation system 100 are configured.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a photovoltaic power generation system having a micro-converter according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, but as claimed in the claims below. Without departing from the gist of the present invention, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains.

100: 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템
110: 태양광모듈 그룹부
111: 태양광모듈
120: 태양광 발전 인버터
130: 마이크로 컨버터
C1: 제1 커패시터
D: 다이오드
C2: 제2 커패시터
SW: 스위치
L: 인덕터
140: 접속반
150: 제어부
160: 게이트웨이
170: 서버부
180: 통신단말부
100: solar power system with micro-converter
110: solar module group unit
111: solar module
120: solar power inverter
130: micro converter
C1: first capacitor
D: diode
C2: second capacitor
SW: switch
L: inductor
140: junction panel
150: control unit
160: gateway
170: server unit
180: communication terminal unit

Claims (7)

태양광모듈의 직렬 군이 상호 병렬 연결되어 이루어진 태양광모듈 그룹부;
상기 태양광모듈 그룹부와 연결되어 상기 태양광모듈 그룹부에 대한 MPPT(Maximum Power Point Tracking)을 수행하는 태양광 발전 인버터; 및
상기 태양광모듈에 각각 설치되고, 음영 발생 시 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 MPPT를 수행하는 마이크로 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
A photovoltaic module group unit consisting of a series group of photovoltaic modules connected to each other in parallel;
a solar power inverter connected to the photovoltaic module group unit to perform MPPT (Maximum Power Point Tracking) for the photovoltaic module group unit; and
A photovoltaic power generation system having a micro-converter, comprising a micro-converter that is installed in each of the photovoltaic modules and performs MPPT on the photovoltaic module in which the shadow is generated when a shadow occurs.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로 컨버터는,
네거티브 벅 컨버터(negative buck converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
The method of claim 1,
The micro-converter is
A solar power system with a micro-converter, characterized in that it comprises a negative buck converter.
제2 항에 있어서,
상기 마이크로 컨버터는,
상기 태양광모듈과 병렬 연결된 제1 커패시터;
상기 제1 커패시터와 병렬 연결된 다이오드;
상기 다이오드와 병렬 연결된 제2 커패시터;
상기 제1 커패시터의 양극단자와 상기 다이오드의 애노드 단자 사이에 연결된 스위치; 및
상기 다이오드의 애노드와 상기 제2 커패시터의 양극단자 사이에 설치된 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
The micro-converter is
a first capacitor connected in parallel with the solar module;
a diode connected in parallel with the first capacitor;
a second capacitor connected in parallel with the diode;
a switch connected between the positive terminal of the first capacitor and the anode terminal of the diode; and
A photovoltaic power generation system having a micro-converter comprising an inductor installed between the anode of the diode and the anode terminal of the second capacitor.
제3 항에 있어서,
상기 스위치는,
플로팅되지 않고 턴 온 상태를 유지하여 상기 마이크로 컨버터가 상시 바이패스 모드로 각각 동작하도록 하되, 음영 발생 시 턴 오프 상태로 스위칭되어 음영이 발생된 태양광모듈에 대한 마이크로 컨버터의 MPPT가 보조적으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
4. The method of claim 3,
The switch is
By maintaining the turn-on state without floating, the micro-converter operates in the normal bypass mode, but is switched to the turn-off state when shading occurs so that the MPPT of the micro-converter for the shading solar module is performed auxiliary. A photovoltaic power generation system having a micro-converter, characterized in that.
제3 항에 있어서,
상기 마이크로 컨버터는,
상기 태양광모듈의 전압이 0V가 되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양광모듈 각각의 입력 전압 제어를 병렬로 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
4. The method of claim 3,
The micro-converter is
In order to prevent the voltage of the photovoltaic module from being 0V, the photovoltaic power generation system having a micro-converter, characterized in that the input voltage control of each of the photovoltaic modules is controlled in parallel.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로 컨버터는,
상기 태양광 발전 인버터에 제어 우선권이 부여되도록 상기 태양광 발전 인버터보다 MPPT 제어 주기가 상대적으로 느리도록 설정된 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
The method of claim 1,
The micro-converter is
A photovoltaic power generation system having a micro-converter, characterized in that the MPPT control cycle is set to be relatively slower than that of the photovoltaic inverter so that control priority is given to the photovoltaic power inverter.
제1 항에 있어서,
상기 마이크로 컨버터와 각각 연결되어 외부 서버 또는 통신단말로 상기 마이크로 컨버터의 상태를 전송하기 위한 게이트웨이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨버터를 구비한 태양광 발전 시스템.
The method of claim 1,
Photovoltaic power generation system having a micro-converter further comprising a gateway connected to the micro-converter, respectively, for transmitting the state of the micro-converter to an external server or communication terminal.
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