KR20230102945A - 태양광 패널의 전력 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 태양광을 이용하여 출력 전압을 생성하는 복수의 태양광 패널과, 복수의 태양광 패널과 각각 연결되며 출력 전압을 승압 또는 강압하여 출력 전력을 생성하는 복수의 옵티마이저와, 복수의 옵티마이저로부터 출력 전력을 수신하고 출력 전력을 기초로 목표 입력 전류를 산출하는 컨트롤러와, 복수의 옵티마이저와 연결되며 출력 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 또는 출력 전력을 승압 또는 강압하는 상위 컨버터를 포함하며 복수의 옵티마이저로부터 입력되는 입력 전류가 목표 입력 전류를 추종하도록 인버터 또는 상위 컨버터를 제어하는 전력 변환부를 포함하는 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 제공한다.

Description

태양광 패널의 전력 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING POWER OF SOLAR PANEL}
본 발명은 태양광 패널의 전력 제어 시스템에 관한 것이다.
전 세계는 화석 연료의 고갈과 환경오염으로 인해 신재생 에너지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 태양광 에너지에 대한 연구가 끊임없이 이루어지고 있고 많은 태양광 발전 시스템이 개발되고 있다. 이제는 태양광 에너지를 이용한 보다 높은 태양광 발전의 효율을 높이기 위한 연구가 필요한 상황이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 에너지 시스템의 다양화에 대응한 에너지 공급 시스템의 하나로서 지구 환경 문제 관점에서도 유망한 공급 수단으로 인정되고 있다.
태양광 발전 시스템은 단일 태양광 패널의 발전 전력이 크지 않기 때문에 여러 개의 태양광 패널을 직렬 또는 병렬로 연결하여 가정용 및 산업용과 같은 특정한 개별 수요에 적절한 전압과 전류 레벨을 얻는 구조가 필수적이게 된다.
이러한 구조는 환경적 요인인 주변 건물이나 먼지 등으로 인한 부분적 차광이 몇몇 단일 태양광 패널에 발생할 경우 한 스트링 내의 직렬 연결로 전체 전류의 감소로 이어지고 이는 전체 시스템 효율 저하로 나타난다.
또한, 태양광 패널의 문제 발생시 확인할 수 있는 방법이 없으므로 전체 시스템 효율이 저하된다.
따라서, 각각의 태양광 패널로부터 최대 출력전압을 얻을 수 있고, 태양광 패널의 문제 발생 여부를 확인할 수 있는 태양광 발전 시스템이 필요하다.
본 발명은, 출력이 급변하는 경우에도 출력을 신속하게 추종할 수 있는 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저를 용이하게 추적할 수 있는 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 태양광을 이용하여 출력 전압을 생성하는 복수의 태양광 패널과, 복수의 태양광 패널과 각각 연결되며 출력 전압을 승압 또는 강압하여 출력 전력을 생성하는 복수의 옵티마이저와, 복수의 옵티마이저로부터 출력 전력을 수신하고 출력 전력을 기초로 목표 입력 전류를 산출하는 컨트롤러와, 복수의 옵티마이저와 연결되며 출력 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 또는 출력 전력을 승압 또는 강압하는 상위 컨버터를 포함하며 복수의 옵티마이저로부터 입력되는 입력 전류가 목표 입력 전류를 추종하도록 인버터 또는 상위 컨버터를 제어하는 전력 변환부를 포함하는 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 제공한다.
여기서, 컨트롤러는, 복수의 태양광 패널에서 생성되는 출력 전압 및 출력 전류를 복수의 옵티마이저로부터 수신하고, 출력 전압 및 출력 전류를 기초로 목표 입력 전류를 산출할 수 있다.
또한, 컨트롤러는, 최대 전력을 출력하기 위해 설정된 설정 전압 및 출력 전력을 이용해 목표 입력 전류를 산출할 수 있다.
또한, 출력 전력은, 태양광 패널에서 옵티마이저로 입력되는 입력 전력과 옵티마이저의 전력 변환 효율의 곱에 의해 산출될 수 있다.
또한, 컨트롤러는, 출력 전력이 기준 범위를 벗어난 경우, 전력 변환부로 이상 감지 신호를 송신하거나, 전력 변환부로 목표 입력 전류를 일정 횟수 이상 미송신할 수 있다. 이와 달리, 출력 전력이 기준 범위를 벗어난 경우, 컨트롤러가 목표 입력 전류를 송신하더라도 전력 변환부는 목표 입력 전류를 일정 횟수 이상 미수신할 수 있다.
또한, 전력 변환부는, 컨트롤러로부터 이상 감지 신호를 수신하거나, 컨트롤러로부터 목표 입력 전류를 일정 횟수 이상 미수신한 경우, 시스템을 셧-다운할 수 있다.
또한, 컨트롤러는 출력 전력을 기초로 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저를 결정할 수 있다.
또한, 옵티마이저는, 컨트롤러에 출력 전력을 송신하는 통신부와, 출력 전압을 승압 또는 감압하여 출력 전력을 생성하는 컨버터와, 출력 전력이 최대 전력점을 추종하도록 컨버터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 컨트롤러는, 복수의 옵티마이저로부터 출력 전력을 수신하고, 전력 변환부로 목표 입력 전류를 송신하는 통신부를 포함할 수 있다.
또한, 전력 변환부는, 컨트롤러로부터 목표 입력 전류를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 옵티마이저로부터 출력 전력을 수신하고 이를 기초로 설정 전압에 따른 목표 입력 전류를 산출하여 이를 추종하도록 인버터 또는 상위 컨버터를 제어함으로써, 출력이 급변하는 경우 출력을 신속하게 추종할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 옵티마이저로부터 출력 전력을 수신하여, 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저나 발전에 문제가 있는 태양광 패널을 용이하게 추적할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일정 일사량에서 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 도시한 그래프이다.
도 3은 일정 온도에서 일사량 변화에 따른 P-V 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저의 구체적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환부의 구체적인 블록도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전력 제어 시스템은 태양광 패널(10), 옵티마이저(100), 전력 변환부(200) 및 컨트롤러(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
태양광 패널(10)은 복수 개(10_1~10_n)(여기서, n은 2 이상의 정수)로 구비되며, 태양광을 이용하여 출력 전압(V1o~Vno)을 생산하도록 구성된다.
태양광 패널(10)은 전력 변환부(200)에서 필요로 하는 입력 전압(VT)까지 출력 전압(V1o~Vno)을 승압시키기 위하여 서로 직렬로 연결될 수 있다.
옵티마이저(100)는 복수의 태양광 패널(10_1~10_n)과 각각 연결되어 태양광 패널(10_1~10_n)이 생성하는 출력 전압(V1o~Vno)을 일정 전압으로 변환하도록 구성된다.
옵티마이저(100)는, 복수 개(100_1~100_n)(여기서, n은 2 이상의 정수)로 구비되며, 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 향상 및 최적화시키기 위하여 태양광 패널(10)에서 출력되는 출력 전압을 강압 또는 승압할 수 있다.
환경적 요인인 주변 건물이나 먼지 등으로 인한 부분적 차광이 몇몇 태양광 패널(10)에 발생할 경우 한 스트링 내의 직렬 연결로 전체 전류의 감소로 이어지고 이는 전체 시스템 효율 저하로 나타난다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개별 태양광 패널(10)에 옵티마이저(100)를 구비함으로써 전체 시스템의 효율을 극대화할 수 있다.
전력 변환부(200)는 옵티마이저(100)와 연결되며 승압 또는 강압된 출력 전압(V1~Vn)에 대응하는 출력 전력(P1~Pn)을 교류 전력으로 변환하여 출력하도록 구성된다.
여기서, 전력 변환부(200)에서 출력되는 교류 전력은 AC 계통(20)에 제공될 수 있다.
컨트롤러(300)는 옵티마이저(100)로부터 수집된 정보를 활용하여 컨버터(130)의 전력 변환 효율 감소를 추정할 수 있다. 또한, 컨트롤러(300)는 옵티마이저(100)로부터 수집된 정보를 활용하여 태양광 패널(10)의 이상을 추정할 수 있다. 여기서, 옵티마이저(100)로부터 수집된 정보는, 복수의 태양광 패널(10)에서 출력되는 출력 전압(V1o), 출력 전류(I1o)와, 복수의 태양광 패널(10)에서 복수의 옵티마이저(100)로 입력되는 입력 전력(P1o)과, MPPT 제어에 따라 컨버터(130)에서 출력된 출력 전력(P1) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 일정 일사량에서 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 도시한 그래프이고, 도 3은 일정 온도에서 일사량 변화에 따른 P-V 곡선을 도시한 그래프이다.
태양광 패널(10)은 온도와 일사량에 따라 출력하는 전력이 변경된다. 따라서, 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 P-V 곡선의 최대 전력점을 추적하기 위해, 본 발명의 태양광 패널의 전력 제어 시스템은 태양광 패널(10)의 출력과 연결되는 옵티마이저(100)의 입력측 전압을 가변하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행한다.
여기서, MPPT 제어란 태양광 발전의 효율을 극대화시키기 위한 제어로서, 시스템을 항상 최대 전력점(Maximum Power Point, MPP)에서 동작하게 하여 전력을 최대로 이용할 수 있는 최대 전력점 추종 제어이다.
이러한, 최대 전력점 추종 제어를 위한 방법으로 P&O(Perturbation and Observation, 섭동후 추정) 방법이 일반적으로 사용되고 있다. P&O방법은 태양광 패널로부터 출력되는 전압을 주기적으로 증가 또는 감소시키는 가변을 하고 이전의 출력 전력과 현재의 출력 전력을 비교하여 최대 전력점을 추종하는 방식의 MPPT 제어 방법이다.
다만, 최대 전력점 추적(MPPT)을 위한 방법으로는 상술한 P&O 방법 외에도 InCond(Incremental Conductance) 방법 등의 다양한 MPPT 알고리즘이 공지되어 있으며 본 발명에서 언급하는 MPPT 제어를 위해 이러한 다양한 MPPT 알고리즘 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양광 패널의 전력 제어 시스템은, P&O 방법의 MPPT 제어 시 온도 또는 일사량에 따라 변경되는 P-V 곡선에 맞게 점선을 따라 최대 전력점을 추종하도록 출력 전압을 제어하기 때문에 태양광 패널(10)에서 AC 계통(20)으로 최대 전력이 전달되도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저의 구체적인 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저(100)는 통신부(110), 제어부(120) 및 컨버터(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
컨버터(130)는 태양광 패널(10)에서 생성되는 출력 전압(V1o)을 입력 받아 이를 승압 또는 강압하여 전력 변환부(200)에 제공할 수 있다.
제어부(120)는 컨버터(130)를 제어하는 구성으로서, 컨버터(130)를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어하여 컨버터(130)가 태양광 패널(10)로부터 출력되는 출력 전압을 승압 또는 강압하도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 태양광 패널(10)에서 출력되는 출력 전압은, 제어부(120)의 MPPT 제어에 의해 전력 변환부(200)에 최대 전력을 전달할 수 있도록 승압 또는 강압되므로, 전력 변환부(200)에는 MPPT 제어에 의해 추종된 최대 전력이 전달될 수 있다.
통신부(110)는 복수의 태양광 패널(10)에서 출력되는 출력 전압(V1o), 출력 전류(I1o)와, 복수의 태양광 패널(10)에서 복수의 옵티마이저(100)로 입력되는 입력 전력(P1o)과, MPPT 제어에 따라 컨버터(130)에서 출력된 출력 전력(P1) 중 적어도 하나를 컨트롤러(300)에 송신할 수 있다.
컨트롤러(300)는, 복수의 옵티마이저(100)로부터 출력 전압(V1o) 및 출력 전류(I10)과, 입력 전력(P1o)과, 출력 전력(P1) 중 적어도 하나를 수신하고, 전력 변환부(200)로 목표 입력 전류를 송신하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(300)는, 복수의 옵티마이저(100)가 송신한 출력 전압(V1o) 및 출력 전류(I1o)과, 입력 전력(P1o)과, 출력 전력(P1) 중 적어도 하나를 기초로 목표 입력 전류(IT *)를 산출할 수 있다.
컨트롤러(300)는 통신부가 출력 전압(V1o) 및 출력 전류(I1o)만 수신한 경우 출력 전압(V1o) 및 출력 전류(I1o)를 곱하여 입력 전력(P1o)을 산출할 수 있고, 입력 전력(P1o)에 하기의 수학식3과 같이 컨버터(130)의 전력 변환 효율을 곱하여 출력 전력(P1)를 산출할 수 있다.
컨트롤러(300)는 최대 전력을 출력하기 위해 설정된 설정 전압(VT)과 복수의 옵티마이저(100)에서 출력되는 출력 전력(Pn)의 합(∑Pn)을 이용하여 목표 입력 전류(IT*)를 산출할 수 있다.
구체적으로, 복수의 옵티마이저(100)에서 출력되는 출력 전력(Pn)의 합(∑Pn =PT)은 아래의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
∑Pn =VT·IT * + Ploss
여기서, Ploss는 선로 및 옵티마이저(100)의 손실 전력으로서 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Ploss = R·IT *⌒2
여기서, R은 Ploss는 선로 및 옵티마이저(100)의 손실 저항을 의미한다.
복수의 옵티마이저(100)에서 출력되는 출력 전력(Pn )은 아래의 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Pn = Pno·ηn(Pno)
여기서, Pno는 태양광 패널(10)에서 옵티마이저(100)로 입력되는 입력 전력이고, 출력 전력(Pn)에 대한 컨버터(130)의 전력 변환 효율이다.
즉, 출력 전력(Pn)은 태양광 패널(10)에서 옵티마이저(100)로 입력되는 입력 전력(Pno)과 옵티마이저(100)의 전력 변환 효율(ηn(Pno))의 곱에 의해 산출된다.
수학식1에 수학식 2를 대입하여 목표 입력 전류(IT *)에 관한 식으로 정리하면 아래의 수학식4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
R·IT *⌒2 + VT·IT * - ∑Pn = 0
수학식 4의 2차 방정식의 양의 해를 구하면 목표 입력 전류(IT *)는 아래의 수학식 5와 같이 산출할 수 있다.
[수학식 5]
IT * = {sqrt(VT 2 + 4R·∑Pn) - VT}/(2R)
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환부의 구체적인 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환부(200)는 통신부(210), 제어부(220) 및 인버터(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(210)는 컨트롤러(200)로부터 목표 입력 전류(IT *)을 수신할 수 있다.
인버터(230)는, 복수의 옵티마이저(100)와 연결되며, 출력 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
제어부(220)는 복수의 옵티마이저(200)에서 전력 변환부(100)로 입력되는 입력 전류(IT)가 통신부(210)가 수신한 목표 입력 전류(IT *)를 추종하도록 인버터(230)를 제어할 수 있다.
도면과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환부(200)는 인버터(230) 대신 상위 컨버터(미도시)를 포함하거나, 인버터(230) 및 컨버터(130) 사이에 상위 컨버터가 추가로 연결될 수 있다. 이 때, 제어부(220)는 입력 전류(IT)가 목표 입력 전류(IT *)를 추종하도록 상위 컨버터를 제어할 수 있다.
한편, 종래의 태양광 패널의 전력 제어 시스템은, 최대 전력을 출력하기 위한 설정 전압을 설정하고, 설정 전압을 유지하기 위한 목표 입력 전류를 산출하고 이를 복수의 옵티마이저에 송신하면, 복수의 옵티마이저에서 목표 입력 전류에 대응하는 출력 전압을 출력하였다.
이와 같은 종래의 태양광 패널의 전력 시스템은, 설정 전압을 유지하기 위해 지속적으로 복수의 옵티마이저에 목표 입력 전류를 송신하여야 하기 때문에, 시간 지연이 발생할 수 있고 이로 인해 출력이 급변하는 경우 출력을 신속하게 추종하기 어려운 문제점이 있다.
그러나, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전력 제어 시스템은, 복수의 옵티마이저(100)가 MPPT 제어에 따른 출력 전력(Pn)을 전력 변환부(200)에 출력하는 동시에 이를 컨트롤러(300)에 송신하면, 컨트롤러(300)가 시스템의 상태 파라미터를 고려하여 복수의 옵티마이저(100)에서 출력되는 출력 전력(Pn)의 합(∑Pn =PT)을 산출하고, 이를 기초로 설정 전압(VT)에 따른 목표 입력 전류(IT *)를 산출하여 이를 추종하도록 인버터(230)를 제어함으로써, 출력이 급변하는 경우에도 출력을 신속하게 추종할 수 있다.
종래의 태양광 패널의 전력 제어 시스템은, 복수의 옵티마이저(100)가 출력한 출력 전력(Pn)이 합쳐져서 전력 변환부(200)에 입력되기 때문에, 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저(100)를 개별적으로 추적하기 어려운 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널의 전력 제어 시스템은, 복수의 옵티마이저(100)가 출력 전력(Pn)을 컨트롤러(300)에 송신하기 때문에, 컨트롤러(300)가 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저(100)를 용이하게 추적할 수 있다.
즉, 컨트롤러(300)는 복수의 옵티마이저(100)의 출력 전력(Pn)을 기초로 전력 변환 효율에 이상이 있는 옵티마이저(100)를 결정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(300)는 복수의 옵티마이저(100)가 출력한 출력 전력(Pn)이 기준 범위를 벗어난 경우, 전력 변환부(200)로 이상 감지 신호를 송신하거나, 전력 변환부(200)로 목표 입력 전류(IT *)를 일정 횟수 이상 송신하지 않을 수 있다.
이에 따라, 전력 변화부(200)의 제어부(220)는, 컨트롤러(300)로부터 이상 감지 신호를 수신하거나, 컨트롤러(300)로부터 목표 입력 전류(IT *)를 일정 횟수 이상 수신하지 못한 경우, 시스템을 셧-다운할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 태양광 패널
100: 옵티마이저
200: 전력 변환부
300: 컨트롤러

Claims (12)

  1. 태양광을 이용하여 출력 전압을 생성하는 복수의 태양광 패널;
    상기 복수의 태양광 패널과 각각 연결되며, 상기 출력 전압을 승압 또는 강압하여 출력 전력을 생성하는 복수의 옵티마이저;
    상기 복수의 옵티마이저로부터 상기 출력 전력을 수신하고, 상기 출력 전력을 기초로 목표 입력 전류를 산출하는 컨트롤러; 및
    상기 복수의 옵티마이저와 연결되며, 상기 출력 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 또는 상기 출력 전력을 승압 또는 강압하는 상위 컨버터를 포함하며, 상기 복수의 옵티마이저로부터 입력되는 입력 전류가 상기 목표 입력 전류를 추종하도록 상기 인버터 또는 상위 컨버터를 제어하는 전력 변환부
    를 포함하는 태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 태양광 패널에서 생성되는 상기 출력 전압 및 출력 전류를 상기 복수의 옵티마이저로부터 수신하고, 상기 출력 전압 및 출력 전류를 기초로 상기 목표 입력 전류를 산출하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    최대 전력을 출력하기 위해 설정된 설정 전압 및 상기 출력 전력을 이용해 상기 목표 입력 전류를 산출하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전력은
    상기 태양광 패널에서 상기 옵티마이저로 입력되는 입력 전력과 상기 옵티마이저의 전력 변환 효율의 곱에 의해 산출되는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 출력 전력이 기준 범위를 벗어난 경우, 상기 전력 변환부로 이상 감지 신호를 송신하거나, 상기 전력 변환부로 상기 목표 입력 전류를 일정 횟수 이상 미송신하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력 변환부는
    상기 컨트롤러로부터 상기 이상 감지 신호를 수신하거나, 상기 컨트롤러로부터 상기 목표 입력 전류를 일정 횟수 이상 미수신한 경우, 시스템을 셧-다운하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 출력 전력을 기초로 전력 변환 효율에 이상이 있는 상기 옵티마이저를 결정하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 옵티마이저는
    상기 컨트롤러에 상기 출력 전력을 송신하는 통신부;
    상기 출력 전압을 승압 또는 감압하여 상기 출력 전력을 생성하는 컨버터; 및
    상기 출력 전력이 최대 전력점을 추종하도록 상기 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 옵티마이저로부터 상기 출력 전력을 수신하고, 상기 전력 변환부로 상기 목표 입력 전류를 송신하는 통신부를 포함하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환부는
    상기 컨트롤러로부터 상기 목표 입력 전류를 수신하는 통신부를 더 포함하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 옵티마이저로부터 수집된 정보를 활용하여 상기 컨버터의 전력 변환 효율 감소를 추정하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 옵티마이저로부터 수집된 정보를 활용하여 상기 태양광 패널의 이상을 추정하는
    태양광 패널의 전력 제어 시스템.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140011254A (ko) * 2012-07-17 2014-01-28 한국전자통신연구원 태양광 발전을 위한 인버터 시스템
KR20190116847A (ko) * 2018-04-05 2019-10-15 한국전자통신연구원 전력 변환 시스템 및 그것의 동작 방법
KR102034431B1 (ko) * 2018-05-11 2019-10-18 청주대학교 산학협력단 태양광 패널의 최대 전력 발생 시스템
KR20190132849A (ko) * 2018-05-21 2019-11-29 청주대학교 산학협력단 태양광 패널의 최대 전력 관리 시스템
KR102307646B1 (ko) * 2019-12-05 2021-10-05 주식회사 포스코 태양광 발전 장치
KR102559055B1 (ko) * 2020-11-27 2023-07-21 한화솔루션 주식회사 태양광 발전 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140011254A (ko) * 2012-07-17 2014-01-28 한국전자통신연구원 태양광 발전을 위한 인버터 시스템
KR20190116847A (ko) * 2018-04-05 2019-10-15 한국전자통신연구원 전력 변환 시스템 및 그것의 동작 방법
KR102034431B1 (ko) * 2018-05-11 2019-10-18 청주대학교 산학협력단 태양광 패널의 최대 전력 발생 시스템
KR20190132849A (ko) * 2018-05-21 2019-11-29 청주대학교 산학협력단 태양광 패널의 최대 전력 관리 시스템
KR102307646B1 (ko) * 2019-12-05 2021-10-05 주식회사 포스코 태양광 발전 장치
KR102559055B1 (ko) * 2020-11-27 2023-07-21 한화솔루션 주식회사 태양광 발전 시스템

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