KR20230100965A - 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터 - Google Patents

태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터 Download PDF

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Abstract

태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어(MPPT: maximum power point tracking)를 지원하는 계통연계 인버터가 제공된다. 상기 계통연계 인버터는 상기 태양광 패널의 출력 단자와 DC-DC 컨버터의 입력 단자 사이에 연결되는 제1 다이오드, 상기 태양광 패널과 교차적으로 상기 DC-DC 컨버터에 연결되는 배터리의 제1 극성 단자와 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자 사이에 연결되는 제2 다이오드, 상기 태양광 패널 또는 상기 배터리로부터 전달되는 직류 전류를 소정 크기로 변환하여 계통에 연결되는 DC-AC 컨버터로 출력하는 DC-DC 컨버터 및 상기 제1 다이오드가 턴 온 됨으로써 상기 태양광 패널의 출력 단자로부터 상기 DC-DC 컨버터로 흐르는 출력 전류 ISOLAR가 감지되면, 상기 태양광 패널의 출력 단자와 그라운드 노드 사이의 출력 전압 VSOLAR와 상기 출력 전류 ISOLAR를 이용하여 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터{GRID CONNECTED INVERTER FOR SUPPORTING MAXIMUM POWER POINT TRACKING OF SOLAR PANEL}
이하의 설명은 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, DC-DC 컨버터에 태양광 패널 또는 배터리가 교차적으로 연결되도록 함으로써, 전력 조건에 따라 DC-DC 컨버터가 부스트 컨버터 또는 MPPT(maximum power point tracking) 제어를 지원하는 컨버터로 동작하도록 하여 시스템 전체의 전력 효율을 높이는 기술에 관한 것이다.
태양 에너지를 공급받아 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템에는 출력 전력과 출력 전압 사이에 상관 관계가 존재한다. 일사량이 달라짐에 따라 태양광 발전 시스템의 출력 전압도 달라지게 되는데, 최대 전력을 생성하기 위해서는 최대 전력점 추종(MPPT: maximum power point tracking) 제어를 필요로 하게 된다.
종래에는 MPPT 제어 구현을 위한 DC-DC 컨버터와 직류 링크 전압을 제공하는 승압형 부스트 DC-DC 컨버터 및 계통과 연결되어 적절한 전압을 제공하는 DC-AC 컨버터 등을 포함하게 되어, 하나의 컨버터 효율이 90%라고 가정해도 각 스테이지의 컨버터를 거치며 전력 효율이 낮아지게 되는 문제점이 존재한다.
대한민국 등록특허 제10-2109868호(2020.05.06) 대한민국 등록특허 제10-2283826호(2021.07.26)
일 측면에 따르면, 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어(MPPT: maximum power point tracking)를 지원하는 계통연계 인버터가 제공된다. 상기 계통연계 인버터는 상기 태양광 패널의 출력 단자와 DC-DC 컨버터의 입력 단자 사이에 연결되는 제1 다이오드, 상기 태양광 패널과 교차적으로 상기 DC-DC 컨버터에 연결되는 배터리의 제1 극성 단자와 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자 사이에 연결되는 제2 다이오드, 상기 태양광 패널 또는 상기 배터리로부터 전달되는 직류 전류를 소정 크기로 변환하여 계통에 연결되는 DC-AC 컨버터로 출력하는 DC-DC 컨버터 및 상기 제1 다이오드가 턴 온 됨으로써 상기 태양광 패널의 출력 단자로부터 상기 DC-DC 컨버터로 흐르는 출력 전류 ISOLAR가 감지되면, 상기 태양광 패널의 출력 단자와 그라운드 노드 사이의 출력 전압 VSOLAR와 상기 출력 전류 ISOLAR를 이용하여 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 DC-DC 컨버터의 입력 단자로부터 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 인덕터, 상기 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자와 상기 DC-DC 컨버터의 출력 단자 사이에 연결되는 제3 다이오드 및 소스 단자가 그라운드 노드에 연결되는 MOSFET 트랜지스터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 다이오드가 턴 온 된 경우에, 상기 태양광 패널로부터 출력되는 전력이 최대 전력점을 추종하도록 상기 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호를 제어할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 다이오드의 애노드는 상기 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 DC-DC 컨버터의 출력 단자에 연결될 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 다이오드의 애노드(anode)는 상기 태양광 패널의 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 애노드는 상기 배터리의 상기 제1 극성 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자에 연결될 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 출력 전류 ISOLAR 및 상기 출력 전압 VSOLAR로부터 계산되는 상기 태양광 패널의 출력 전력 PSOLAR에 따라 상기 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호의 스위칭 듀티 D가 미리 설정된 최대값이 되도록 제어할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 태양광 패널로부터 생산 가능한 최대 전력값 범위 내에서 각각의 전력값 레벨에 대응하는 적절한 크기의 스위칭 듀티 D의 범위를 룩업 테이블로서 메모리 영역에 저장하고, 미리 저장된 룩업 테이블에 기반하여 상기 스위칭 듀티 D를 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)에게 있어서는 발명에 이르는 추가 노력 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 태양광 발전 시스템을 설명하는 예시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 블록도이다.
도 3은 다른 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 예시도이다.
도 4은 또 다른 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있도록 상세히 설명된다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 또한, '하나' 또는 '한'은 하나 이상의 의미로 쓰인 것이며, '또 다른'은 적어도 두 번째 이상으로 한정된다.
또한, 본 발명의 '제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로서, 순서를 나타내는 것으로 이해되지 않는 한 이들 용어들에 의하여 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 이와 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 개재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉, "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
각 단계들에 있어서 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용된 것으로 식별부호는 논리상 필연적으로 귀결되지 않는 한 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 따라서, 특정 구조나 기능에 관하여 본 명세서에 개시된 상세 사항들은 한정하는 의미로 해석되어서는 아니되고, 단지 통상의 기술자가 실질적으로 적합한 임의의 상세 구조들로써 본 발명을 다양하게 실시하도록 지침을 제공하는 대표적인 기초 자료로 해석되어야 할 것이다.
더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 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 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 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.
본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따라 태양광 발전 시스템을 설명하는 예시도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술인 태양광 발전 시스템(100)이 도시된다. 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 입사에 따른 광전 효과를 통해 전기 에너지를 생성하는 태양광 패널(110)을 포함할 수 있다. 태양광 패널(110)은 일사량에 따라 변동되는 단자 전압 VSOLAR을 출력할 수 있다. 예시적으로, 단자 전압 VSOLAR은 직류 전압으로 OV 이상 200V 이하의 범위를 가질 수 있다.
MPPT DC-DC 컨버터(130)는 단자 전압 VSOLAR의 크기에 기반하여 최대 전력점 추종 제어를 수행할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 MPPT DC-DC 컨버터(130)는 P&O(perturbation and observation) MPPT 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, MPPT DC-DC 컨버터(130)는 컨버터 출력 전압과 전류를 감지하여, MCU로 전력을 계산하고, 컨버터 출력 전압을 변동시켜가며 전력을 비교한다. 최대 전력을 생성할 수 있는 전압점을 기준으로 현재 전력이 최대 전력보다 높으면 컨버터 출력 전압을 현재 출력 전압으로 바꿔가며 최대 전력을 추종할 수 있다. 이는 이해를 돕기 위한 예시적 동작 일뿐, MPPT DC-DC 컨버터(130)가 IC(incremental conductance) MPPT 제어나 CV(constant voltage) 제어 등을 이용할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게는 자명한 사실일 것이다.
배터리(120)는 태양광 패널(110)의 단자 전압 VSOLAR의 크기에 따라 부스트 컨버터(140)로 보조적인 전압을 제공할 수 있다. 이를테면, 배터리(120) 전압의 48V 직류 전압으로 구현될 수 있다.
부스트 DC-DC 컨버터(140)는 배터리 전압 VBattery을 입력으로 하여 DC-AC 컨버터(150)가 동작하도록 하는 VLINK(예. 400V)를 승압하여 출력할 수 있다.
DC-AC 컨버터(150)는 전압으로부터 AC 계통(220V, 60Hz)에 동기화되어 교류 전압을 출력하는 강압형 DC-AC 컨버터로서 동작할 수 있다.
또한, AC-DC 충전기(160)는 태양광 발전이 부족한 경우에 계통으로부터 배터리(120)의 충전을 지원할 수 있다.
그러나, 종래 기술의 경우 태양광 패널(110)로부터 발전된 출력 전력이 3kW인 경우에 각각의 컨버터들(130, 140, 150)의 이상적인 효율이 90%라고 가정하더라도, MPPT DC-DC 컨버터(130)-> 부스트 DC-DC 컨버터(140) -> DC-AC 컨버터(150)를 거치게 되면서, 로드(170)가 연결된 계통으로 전달되는 전력은 2.19kW(2.7kW -> 2.43kW -> 2.19kW)가 되어 최종적인 전력 손실이 약 19%에 이르게 된다. 위와 같은 전력 효율을 고려하여, 태양광 패널(110)의 전력 조건에 따라 다른 동작 모드를 지원하는 DC-DC 컨버터 기술의 필요성이 존재한다.
도 2는 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 블록도이다. 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터(200)는 제1 다이오드(210), 제2 다이오드(220), DC-DC 컨버터(230) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.
제1 다이오드(210)는 태양광 패널의 출력 단자와 DC-DC 컨버터(230)의 입력 단자 사이에 연결된다. 또한, 제2 다이오드(220)는 배터리의 제1 극성 단자와 DC-DC 컨버터(230)의 입력 단자 사이에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리의 제1 극성 단자는 양극 단자일 수 있다. 또한, 배터리는 태양광 패널과 교차적으로 DC-DC 컨버터에 연결될 수 있다.
제1 다이오드(210) 및 제2 다이오드(220)는 DC-DC 컨버터(230)의 입력 단자에 함께 연결되며, 태양광 패널의 단자 전압의 크기와 배터리의 출력 전압의 크기에 따라 교차적으로 턴 온/턴 오프 또는 턴 오프/턴 온을 수행하며 DC-DC 컨버터(230)의 MPPT 제어를 지원할 수 있다. 태양광 패널의 출력 전압에 따른 각각의 다이오드들(210, 220)의 동작 모드는 후술되는 도면과 함께 보다 자세히 설명될 것이다.
DC-DC 컨버터(230)는 태양광 패널 또는 배터리로부터 전달되는 직류 전류를 소정 크기로 변환하여 계통에 연결되는 DC-AC 컨버터로 출력할 수 있다. DC-DC 컨버터(230)는 태양광 패널의 단자 전압의 크기에 따라 MPPT 제어를 수행하거나 전압을 승압시키는 부스터 컨버터로의 역할을 교차적으로 수행할 수 있다.
제어부(240)는 제1 다이오드(210)가 턴 온 됨으로써 태양광 패널의 출력 단자로부터 DC-DC 컨버터로 흐르는 출력 전류 ISOLAR가 감지되면, 태양광 패널의 출력 단자와 그라운드 노드 사이의 출력 전압 VSOLAR와 출력 전류 ISOLAR를 이용하여 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있다.
위와 같은 제어부(240)의 동작에 따라 DC-DC 컨버터(230)는 하나의 컨버터가 전력 조건에 맞게 승압형 부스트 컨버터 또는 MPPT 컨버터로서의 역할을 각각 수행할 수 있다. 추가되는 도면과 함께 각각의 전력 조건에 따른 DC-DC 컨버터(230)의 구체적인 동작 모드가 설명된다.
도 3은 다른 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 예시도이다. 도 3을 참조하면, 태양광 패널의 출력 단자와 DC-DC 컨버터의 입력 단자 사이에는 제1 다이오드 DSOLAR가 배치된다. 또한, 배터리의 양극 단자와 DC-DC 컨버터의 입력 단자 사이에는 제2 다이오드 DBattery가 배치된다. 위와 같은 두 다이오드들의 OR-ing 토폴로지에 의해 태양광 패널의 단자 전압 VSOLAR 또는 배터리의 출력 전압 VBattery의 크기에 따라 제1 다이오드 DSOLAR 및 중 제2 다이오드 DBattery 하나가 도통된다.
구체적으로, 일사량이 많아 태양광 패널의 단자 전압 VSOLAR의 크기가 배터리의 출력 전압 VBattery의 크기 보다 큰 경우, 제1 다이오드 DSOLAR의 양 단에 순방향 바이어싱 전압이 인가되며, 제2 다이오드 DBattery의 양 단에는 역방향 바이어싱 전압이 인가된다. 이에 따라, 제1 다이오드 DSOLAR는 도통되고, 제2 다이오드 DBattery는 차단된다.
또한, 일사량이 적어 태양광 패널의 단자 전압 VSOLAR의 크기가 배터리의 출력 전압 VBattery의 크기 보다 작은 경우, 제1 다이오드 DSOLAR의 양 단에 역방향 바이어싱 전압이 인가되며, 제2 다이오드 DBattery의 양 단에는 순방향 바이어싱 전압이 인가된다. 이에 따라, 제1 다이오드 DSOLAR는 차단되고, 제2 다이오드 DBattery는 도통된다.
제어부는 태양광 패널의 출력 단자로부터 DC-DC 컨버터로 흐르는 출력 전류 ISOLAR를 감지하고, 감지된 출력 전류 ISOLAR 크기에 따라 DC-DC 컨버터에 포함되는 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부는 감지된 출력 전류 ISOLAR가 0 이상이 되어 제1 다이오드 DSOLAR 가 도통된 것으로 판단되면, MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호의 스위칭 듀티 D가 최대값을 추종하도록 제어하는 방식으로 태양광 패널로부터 출력되는 전력이 최대 전력점을 추종하도록 제어할 수 있다.
본 실시 예에 따른 계통연계 인버터는 태양광 패널로부터 3kW의 전력이 발생된 경우에, 약 90%의 효율을 갖는 DC-DC 컨버터를 통해 2.7kW의 전력이 DC-AC 컨버터로 전달될 수 있다. 또한, 약 90%의 효율을 갖는 DC-AC 컨버터로부터 계통으로는 약 2.43kW가 전달될 수 있어, 종래 방식의 태양광 발전 시스템과 대비하였을 때 약 10%의 전력 효율이 증가되는 효과를 기대할 수 있다. 위와 같은 효과는 하나의 DC-DC 컨버터가 태양광 패널의 발전 상태에 따라 승압을 위한 부스트 컨버터 또는 최대 전력점을 추종하는 MPPT 컨버터로 동작하도록 하여 시스템 전체의 전력 효율을 상승시키는 효과를 기대할 수 있다.
도 4은 또 다른 일 실시 예에 따라 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어를 지원하는 계통연계 인버터의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 태양광 패널(410)의 출력 단자와 DC-DC 컨버터(430)의 입력 단자 사이에는 제1 다이오드(411)가 연결된다. 또한, 태양광 패널(410)과 교차적으로 DC-DC 컨버터(430)에 연결되는 배터리(420)의 제1 극성 단자와 DC-DC 컨버터(430)의 입력 단자 사이에 제2 다이오드(412)가 연결된다.
보다 구체적으로, 제1 다이오드(411)의 애노드(anode)는 태양광 패널(410)의 출력 단자에 연결되고, 제1 다이오드(411)의 캐소드(cathode)는 DC-DC 컨버터(430)의 입력 단자에 연결될 수 있다. 또한, 제2 다이오드(412)의 애노드는 배터리(420)의 제1 극성 단자에 연결되고, 제2 다이오드(412)의 캐소드는 DC-DC 컨버터(430)의 입력 단자에 연결될 수 있다.
DC-DC 컨버터(430)는 태양광 패널(410) 또는 배터리(420)로부터 전달되는 직류 전류를 소정 크기로 변환하여 계통에 연결되는 DC-AC 컨버터(460)로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, DC-DC 컨버터(430)는 DC-DC 컨버터(430)의 입력 단자로부터 MOSFET 트랜지스터(432)의 드레인 단자 사이에 연결되는 인덕터(431)를 포함할 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터(430)는 MOSFET 트랜지스터(432)의 드레인 단자와 DC-DC 컨버터(430)의 출력 단자 사이에 연결되는 제3 다이오드(433)를 포함할 수 있다. 제3 다이오드(433)의 애노드는 MOSFET 트랜지스터(432)의 드레인 단자에 연결되고, 제3 다이오드(433)의 캐소드는 DC-DC 컨버터(430)의 출력 단자에 연결될 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터(430)는 소스 단자가 그라운드 노드에 연결되는 MOSFET 트랜지스터(432)를 포함할 수 있다.
이 경우에, 제어부(440)는 제1 다이오드(411)가 턴 온 되고, 제2 다이오드(412)가 턴 오프 된 경우에, 태양광 패널(410)로부터 출력되는 전력이 최대 전력점을 추종하도록 MOSFET 트랜지스터(432)의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(440)는 상기 출력 전류 ISOLAR 및 상기 출력 전압 VSOLAR로부터 계산되는 상기 태양광 패널의 출력 전력 PSOLAR에 따라 상기 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호의 스위칭 듀티 D가 미리 설정된 최대값이 되도록 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부는 태양광 패널(410)의 스펙에 대응하여 태양광 패널(410)이 생산할 수 있는 최대 전력값 범위 내에서 각각의 전력값 레벨에 대응하는 적절한 크기의 스위칭 듀티 D의 범위를 룩업 테이블로서 미리 저장할 수 있다. 이 경우에, 제어부(440)는 제1 주기에서 측정된 출력 전류 ISOLAR1 및 출력 전압 VSOLAR1에 따라 계산되는 제1 출력 전력 PSOLAR1에 대응하는 제1 스위칭 듀티 D1가 설정되도록 스위칭 신호를 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(440)는 다른 주기인 제2 주기에서 측정된 출력 전류 ISOLAR2 및 출력 전압 VSOLAR2에 따라 계산되는 제2 출력 전력 PSOLAR2에 대응하는 제2 스위칭 듀티 D2를 미리 저장된 룩업 테이블로부터 확인하고, 확인된 제2 스위칭 듀티 D2가 설정되도록 스위칭 신호를 제어할 수 있다.
DC-DC 컨버터(430)의 출력 단자와 그라운드 노드 사이에는 DC-AC 컨버터(460)로 VDC 링크 전압을 제공하기 위한 커패시터(450)가 연결된다. 또한, DC-AC 컨버터(460)는 커패시터(450)와 병렬 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, DC-AC 컨버터(460)에 포함되는 제1 트랜지스터(461)는 드레인 단자가 DC-DC 컨버터(430)의 출력 단자에 연결되고, 소스 단자가 제2 트랜지스터(462)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(462)는 소스 단자가 그라운드 노드에 연결될 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(461)의 소스 단자 및 제2 트랜지스터(462)의 드레인 단자에는 부하 Rload로 출력 전류를 인가하는 인덕터(465)가 연결될 수 있다.
또한, 제1 트랜지스터(461)의 드레인 단자에는 제3 트랜지스터(463)의 드레인 단자가 연결될 수 있다. 제3 트랜지스터(463)의 소스 단자는 제4 트랜지스터(464)의 드레인 단자와 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(464)의 소스 단자는 그라운드 노드에 연결될 수 있다.
도 4에 표시된 것과 같이, DC-AC 컨버터(460)에 포함되는 각각의 트랜지스터(461, 462, 463, 464)로 스위칭 신호를 인가하기 위한 DC-AC 컨버터 제어부가 본 실시 예에 따른 계통연계 인버터에 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, DC-AC 컨버터 제어부는 각각의 트랜지스터(461, 462, 463, 464)의 게이트 단자로 스위칭 신호를 인가하며, DC-AC 컨버터의 동작 모드를 제어할 수 있다. DC-AC 컨버터의 동작 제어 과정은 통상의 기술자에게는 자명한 사항이기에 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 예에 따른 계통연계 인버터는 태양광 패널(410)의 단자 전압에 따라 제어부(440)가 DC-DC 컨버터(430)에 포함되는 트랜지스터(432)의 동작 모드를 제어함으로써, 하나의 스테이지의 컨버터 개수를 줄임에 따라 컨버터를 거치면서 발생하게 되는 전력 비효율을 줄이는 효과를 기대할 수 있다. 위와 같은 효과에 따라, 태양광 패널의 MPPT 제어를 지원하면서 종래 방식 보다 한층 개선된 전력 효율을 제공하며, 하나의 컨버터로 인한 비용과 시스템 전체의 크기를 줄이는 효과 또한 기대할 수 있을 것이다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변혼 및 변경이 가능하다.

Claims (6)

  1. 태양광 패널의 최대 전력점 추종 제어(MPPT: maximum power point tracking)를 지원하는 계통연계 인버터에 있어서,
    상기 태양광 패널의 출력 단자와 DC-DC 컨버터의 입력 단자 사이에 연결되는 제1 다이오드;
    상기 태양광 패널과 교차적으로 상기 DC-DC 컨버터에 연결되는 배터리의 제1 극성 단자와 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자 사이에 연결되는 제2 다이오드;
    상기 태양광 패널 또는 상기 배터리로부터 전달되는 직류 전류를 소정 크기로 변환하여 계통에 연결되는 DC-AC 컨버터로 출력하는 DC-DC 컨버터; 및
    상기 제1 다이오드가 턴 온 됨으로써 상기 태양광 패널의 출력 단자로부터 상기 DC-DC 컨버터로 흐르는 출력 전류 ISOLAR가 감지되면, 상기 태양광 패널의 출력 단자와 그라운드 노드 사이의 출력 전압 VSOLAR와 상기 출력 전류 ISOLAR를 이용하여 상기 DC-DC 컨버터를 최대 전력점 추종 제어하는 제어부
    를 포함하는 계통연계 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는,
    상기 DC-DC 컨버터의 입력 단자로부터 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 인덕터;
    상기 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자와 상기 DC-DC 컨버터의 출력 단자 사이에 연결되는 제3 다이오드; 및
    소스 단자가 그라운드 노드에 연결되는 MOSFET 트랜지스터
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 다이오드가 턴 온 된 경우에, 상기 태양광 패널로부터 출력되는 전력이 최대 전력점을 추종하도록 상기 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호를 제어하는 계통연계 인버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 다이오드의 애노드는 상기 MOSFET 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제3 다이오드의 캐소드는 상기 DC-DC 컨버터의 출력 단자에 연결되는 계통연계 인버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 다이오드의 애노드(anode)는 상기 태양광 패널의 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자에 연결되고,
    상기 제2 다이오드의 애노드는 상기 배터리의 상기 제1 극성 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 DC-DC 컨버터의 상기 입력 단자에 연결되는 계통연계 인버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출력 전류 ISOLAR 및 상기 출력 전압 VSOLAR로부터 계산되는 상기 태양광 패널의 출력 전력 PSOLAR에 따라 상기 MOSFET 트랜지스터의 게이트 단자로 입력되는 스위칭 신호의 스위칭 듀티 D가 미리 설정된 최대값이 되도록 제어하는 계통연계 인버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양광 패널로부터 생산 가능한 최대 전력값 범위 내에서 각각의 전력값 레벨에 대응하는 크기의 스위칭 듀티 D의 범위를 룩업 테이블로서 메모리 영역에 저장하고, 미리 저장된 룩업 테이블에 기반하여 상기 스위칭 듀티 D를 설정하는 계통연계 인버터.
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