KR20230158341A - 시공이 간편한 구조를 포함하는 독립 mppt모듈 태양전지시스템 - Google Patents

시공이 간편한 구조를 포함하는 독립 mppt모듈 태양전지시스템 Download PDF

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Abstract

시공이 간편한 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템은, 복수의 전지셀로 구성된 태양전지 모듈; 상기 태양전지 모듈에 개별적으로 장착되고, 일측면에 전력출력케이블 접속단자가 장착된 정션박스; 상기 정션박스 내에 구비된 바이패스 다이오들의 양단에 연결되어, 태양전지 모듈의 전류 및 전압을 감지하는 전압 및 전류 센서; 상기 정션박스 내에서 태양전지 모듈과의 연결부에 구비되어, 태양전지 모듈의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 전력출력케이블 접속단자에 개별적으로 탈부착 가능한 구조로 장착되고, 태양전지 모듈로부터 생산되는 전력을 외부로 송전하는 전력출력케이블; 및 상기 전력출력케이블의 일단부 또는 전력출력케이블의 커넥터에 장착되고, 접속되는 해당 정션박스로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 바탕으로 최대 전력점을 트래킹함과 동시에 태양전지 모듈의 작동을 제어하는 MPPT모듈;을 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에 따른 태양전지시스템의 시공 방법과 시공 절차의 문제점을 해결할 수 있고, 다양한 기능을 위한 시설 시공 비용 상승 문제점을 해결할 수 있으며, 고효율의 태양전지 발전량을 유지함과 동시에 시설 유지 관리가 손쉬운 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템을 제공할 수 있다.

Description

시공이 간편한 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템{Independent MPPT Module Solar Cell System Having Easy-To-Install Structure}
본 발명은 MPPT모듈 태양전지시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시공성이 우수하고 태양전지 발전량을 향상시킬 수 있으며 시공 재료비 및 시공비용을 절감할 수 있는 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템에 관한 것이다.
태양전지 모듈은 복수의 전지셀들로 구성되며 태양광을 흡수하여 전력을 생산한다. 이러한 태양전지 모듈에서 생산된 전력은 내장된 정션박스를 통해 외부에 있는 별도의 인버터로 전달되고, 인버터는 이를 교류 전원으로 변환하여 외부 모듈로 공급한다. 여기서, 외부 모듈이란 교류 전압을 구동원으로 하는 다양한 전자기기(예들 들어, LED 모듈)에 해당될 수 있다.
보통 태양전지 모듈의 성능은 일사량이나 온도 변화에 가장 큰 영향을 받는데, 온도가 높아질수록 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 이는 일반적인 반도체 특성과 관계되는 것이다. 이러한 온도 등의 환경에 따라 전압, 전류 특성이 변경되면 전압과 전류의 곱에 의해 결정되는 전력 스케일 또한 변화된다.
따라서, 태양전지 모듈의 성능을 최적으로 유지하기 위해서는 최대 전력량을 생산할 수 있는 전압으로 출력을 조절할 필요성이 있다.
더욱이, 종래에는 태양전지 모듈들의 스트링 양단에 연결된 단일의 전력 제어수단을 통해, 태양전지 모듈의 출력 전력량을 일괄 제어하는 형태를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 제어 구성을 나타내는 개략도이다.
종래 기술에 따른 전력 제어수단(1)은 여러 개의 태양전지 모듈(2)들의 스트링 양단에 연결되어, 각 태양전지 모듈(2)의 출력을 모두 동일한 최적 전력으로 제어하는 구성을 가진다.
이에 따르면, 모듈 단위가 아닌 스트링 단위로 전압 제어가 수행되므로, 각각의 태양전지 모듈을 개별 제어할 수 없는 문제점이 있으며, 더욱이 고장 등의 문제가 발생한 모듈이 어떤 모듈인지 손쉽게 파악할 수 없는 문제가 있다.
즉, 종래 기술에 따르면, 스트링으로 인하여 각 태양전지 모듈에 대한 개별적인 유지보수가 불가능한 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 따르면, 다양한 기능을 포함하는 MPPT모듈을 탑재하는 정션박스를 구비하고 있어, 태양전지시스템을 시공 함에 있어 고가의 전자부품이 필요하고 이에 따라 시공 비용이 높으며, 시공에 있어 비교적 긴 시간이 소요된다는 문제점이 있고, 고가의 전자부품에 대한 유지 관리에 있어서도 고비용이 소요된다는 문제점이 있다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-1024619호 (등록일자: 2011년03월17일)
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 태양전지시스템의 시공 방법과 시공 절차의 문제점을 해결할 수 있고, 다양한 기능을 위한 시설 시공 비용 상승 문제점을 해결할 수 있으며, 고효율의 태양전지 발전량을 유지함과 동시에 시설 유지 관리가 손쉬운 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템은, 복수의 전지셀로 구성된 태양전지 모듈; 상기 태양전지 모듈에 개별적으로 장착되고, 일측면에 전력출력케이블 접속단자가 장착된 정션박스; 상기 정션박스 내에 구비된 바이패스 다이오들의 양단에 연결되어, 태양전지 모듈의 전류 및 전압을 감지하는 전압 및 전류 센서; 상기 정션박스 내에서 태양전지 모듈과의 연결부에 구비되어, 태양전지 모듈의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 전력출력케이블 접속단자에 개별적으로 탈부착 가능한 구조로 장착되고, 태양전지 모듈로부터 생산되는 전력을 외부로 송전하는 전력출력케이블; 및 상기 전력출력케이블의 일단부 또는 전력출력케이블의 커넥터에 장착되고, 접속되는 해당 정션박스로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 바탕으로 최대 전력점을 트래킹함과 동시에 태양전지 모듈의 작동을 제어하는 MPPT모듈;을 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 MPPT모듈은, 상기 전력출력케이블의 일측면 또는 커넥터의 일측면에 장착되고, 태양전지 모듈의 동작을 제어하는 스위치; 및 상기 트래킹된 최대 전력점에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하며, 온도 센서로부터 검출된 온도값이 기 설정된 범위를 초과할 경우, 스위치를 턴 오프시키는 전압 제어부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 MPPT모듈은, 상기 전압 제어부의 내부에 장착되고, 해당 정션박스로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 관제 서버로 무선 전송하는 무선 송신부;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 MPPT모듈은, 상기 관제 서버로부터 또 다른 MPPT모듈과 다른 고유 ID를 부여받으며, 상기 해당 정션박스의 전력출력케이블 접속단자에 MPPT모듈이 연결되면, 해당 태양전지 모듈에 흐르는 전류 또는 전압의 신호를 감지한 후, 검출된 데이터를 무선 송신부를 통해 관제 서버로 전송하며, 관제 서버로부터 해당 MPPT모듈에 부여된 ID를 수신하여 수신된 ID를 MPPT모듈 내부에 저장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 MPPT모듈은, 상기 전력출력케이블의 일단부 또는 전력출력케이블의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착되고, 상기 스위치, 전압 제어부 및 무선 송신부는, 상기 전력출력케이블의 일단부 또는 전력출력케이블의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 독립 MPPT모듈 태양전지시스템에 따르면, 특정 구조의 태양전지 모듈, 정션박스, 전압 및 전류 센서, 온도센서, 전력출력케이블 및 MPPT모듈을 구비함으로써, 종래 기술에 따른 태양전지시스템의 시공 방법과 시공 절차의 문제점을 해결할 수 있고, 다양한 기능을 위한 시설 시공 비용 상승 문제점을 해결할 수 있으며, 고효율의 태양전지 발전량을 유지함과 동시에 시설 유지 관리가 손쉬워, 결과적으로 시공성이 우수하고 태양전지 발전량을 향상시킬 수 있으며 시공 재료비 및 시공비용을 절감할 수 있는 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 정션박스의 제어 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 관제 서버, 전력출력케이블 및 MPPT모듈을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 MPPT 제어를 설명하기 위한 참고도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 관제 서버, 전력출력케이블 및 MPPT모듈을 나타내는 사진이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 구성을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 MPPT 제어를 설명하기 위한 참고도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 특정 구조의 태양전지 모듈(110), 정션박스(120), 전압 및 전류 센서(130), 온도센서(140), 전력출력케이블(150) 및 MPPT모듈(160)을 구비함으로써, 종래 기술에 따른 태양전지시스템의 시공 방법과 시공 절차의 문제점을 해결할 수 있고, 다양한 기능을 위한 시설 시공 비용 상승 문제점을 해결할 수 있으며, 고효율의 태양전지 발전량을 유지함과 동시에 시설 유지 관리가 손쉬워, 결과적으로 시공성이 우수하고 태양전지 발전량을 향상시킬 수 있으며 시공 재료비 및 시공비용을 절감할 수 있는 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템을 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템(100)을 구성하고 있는 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템(100)의 태양전지 모듈(110)은, 복수의 전지셀로 구성되며, 각각의 전지셀에는 전압 및 전류 센서(130) 및 온도센서(140)가 독립적으로 장착될 수 있다.
본 실시예에 따른 정션박스(120, junction box)는, 태양전지 모듈(110)에 개별적으로 장착되는 구성으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 일측면에 전력출력케이블 접속단자(121)가 장착된 구조이다.
본 실시예에 따른 전압 및 전류 센서(130)는, 정션박스(120) 내에 구비된 바이패스 다이오들의 양단에 연결되어, 태양전지 모듈(110)의 전류 및 전압을 감지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 다른 온도센서(140)는, 정션박스(120) 내에서 태양전지 모듈(110)과의 연결부에 구비되어, 태양전지 모듈(110)의 온도를 감지할 수 있다.
본 실시예에 따른 전력출력케이블(150)은, 전력출력케이블 접속단자(121)에 개별적으로 탈부착 가능한 구조로 장착되는 구성으로서, 태양전지 모듈(110)로부터 생산되는 전력을 외부로 송전할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)은, 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 장착되는 구성으로서, 접속되는 해당 정션박스(120)로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 바탕으로 최대 전력점을 트래킹함과 동시에 태양전지 모듈(110)의 작동을 제어할 수 있다.
구체적으로, MPPT모듈(160)은, 특정 역할을 수행하는 스위치(161) 및 전압 제어부(162)를 포함하는 구성일 수 있다. MPPT모듈(160)의 스위치(161)는, 전력출력케이블(150)의 일측면 또는 커넥터의 일측면에 장착되고, 태양전지 모듈(110)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, MPPT모듈(160)의 전압 제어부(162)는, 트래킹된 최대 전력점에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하며, 온도 센서로부터 검출된 온도값이 기 설정된 범위를 초과할 경우, 스위치(161)를 턴 오프시킬 수 있다.
경우에 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)은, 특정 역할을 수행하는 무선 송신부(163)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, MPPT모듈(160)의 무선 송신부(163)는, 전압 제어부(162)의 내부에 장착되는 구성으로서, 해당 정션박스(120)로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 관제 서버로 무선 전송할 수 있다.
상기 전압 및 전류 센서(130)는 정션박스(120) 내에 구비된 바이패스 다이오드들의 양단에 연결되어, 태양전지모듈(110)의 전류 및 전압을 감지한다. 이러한 전압 및 전류 센서(130)는 도 3의 해당 연결 부위를 참조한다.
여기서, 도 3의 실시예에서 전류의 센싱은 저항의 양단에서 수행하는 것으로 도시되어 있으나, 이외에도 전류 센싱은 회로의 임의 부분에서 수행될 수 있으며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해서, 도 3의 경우, 다이오드들의 양단으로부터 전압을 감지하고 저항의 양단으로부터 전류를 측정하는 실시예에 해당되는데, 전압 및 전류의 측정 지점이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 온도 센서(140)는 정션박스(120) 내에서 태양전지 모듈(110)과의 연결부에 구비되어, 태양전지 모듈(110)의 온도를 감지한다. 이러한 온도 센서는 도 3의 해당 연결 부위를 참조한다.
여기서, 온도 센서의 측정 부위 또한 반드시 도 3의 실시예로 한정되지 않는다.
상기 MPPT모듈(160)은 전압 및 전류 센서(130)로부터 감지된 전류 및 전압값으로부터 최대 전력점을 트래킹하는 역할을 수행한다. 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)의 제어는 MPPT(Maximum Power Point Tracking; 최대 전력점 추적) 방법에 따른다. 또한, 전압 제어부(162)는 태양전지 모듈(110)의 동작을 제어하는 스위치(161)를 내장하고 있으며, 트래킹된 최대 전력점에 대응되는 전압을 정션박스(120)의 전력출력케이블 접속단자(121)에서 출력하도록 제어한다. 더 나아가, 본 실시예에 따른 스위치(161)를 이용하여 전압의 조절이 가능하다.
즉, 본 발명에서는 태양전지 모듈(110)과 1:1로 연결된 정션박스(120)의 구조를 간소화할 수 있고, MPPT모듈(160)을 독립적인 구조로 외부에 배치하여 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 커넥터에 장착함으로써, 전체 구조를 간소화 할 수 있다. 또한, MPPT 기능을 내장한 MPPT모듈(160)을 각각의 전력출력케이블(150)에 장착하여 각각 독립적으로 구동하도록 구성함으로써, 종래 기술과는 달리 각 태양전지 모듈(110)에 대한 개별적인 유지보수 및 개별 모니터링이 가능하다. 또한, 각각의 태양전지 모듈(110)의 모듈 단위로 제어를 수행할 수 있다. 결과적으로, MPPT모듈(160)을 정션박스 외부로 분리한 후 각각의 전력출력케이블(150)에 탈부착 가능한 구조로 탑재함으로써, 태양전지 모듈(110) 각각의 개별적인 제어를 통해 개별적인 유지 보수를 용이하게 함과 동시에 전력 생산의 효율을 증대시킬 수 있다.
경우에 따라, 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)은, 관제 서버(101)로부터 또 다른 MPPT모듈(160)과 다른 고유 ID를 부여받을 수 있다. 이때, 해당 정션박스(120)의 전력출력케이블 접속단자(121)에 MPPT모듈(160)이 연결되면, 해당 태양전지 모듈(110)에 흐르는 전류 또는 전압의 신호를 감지하게 된다. 이때, 검출된 데이터를 무선 송신부(163)를 통해 관제 서버로 전송하며, 관제 서버는 전송받은 데이터를 바탕으로 고유 ID를 생성하게 된다. 이후, 관제 서버는 생성된 고유 ID에 관한 데이터를 MPPT모듈(160)의 무선 송신부(163)에 전송하며, MPPT모듈(160)은 관제 서버로부터 해당 MPPT모듈(160)에 부여된 ID를 수신하여 수신된 ID를 MPPT모듈(160) 내부에 저장시키게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)은, 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착됨이 바람직하다. 또한, 스위치(161), 전압 제어부(162) 및 무선 송신부(163)는, 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 MPPT모듈 태양전지시스템의 MPPT 제어를 설명하기 위한 참고도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 도 4의 그래프는 반도체에서의 전류 대 전압의 곡선(실선 부분)의 특성을 개략적으로 나타낸 것으로서, 서로 다른 3개의 온도 조건 별로 곡선을 도시한 예이다. 여기서 온도란 일사량 조건과 대응되고, 점선 부분은 각 곡선에 대응되는 전력 스케일 곡선을 나타내는 것으로서 전압과 전류의 곱에 의해 결정된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모든 온도 조건에 대해, 전압이 어느 정도 증가하면 전류가 급격히 떨어지는 곡선을 보인다.
예를 들어, 전류 10A에서 30V 지점(P) 이후부터 전류 값이 급감하는 것을 알 수 있다. 이러한 전류 값의 하락에 따라 전력 스케일 또한 급감하게 된다.
태양전지 모듈(110)의 전력 출력 효율을 높이기 위해서는, 도 4의 그래프에서 최대 전력점을 트래킹하여 그에 대응되는 전압을 전력출력케이블 접속단자(121)에서 출력할 수 있도록 제어해야 한다. 최대 전력점은 감지된 전압과 전류의 곱이 가장 큰 지점에 해당된다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 전압 제어부(162)는 실시간 감지 및 모니터링되는 상기 전압과 전류 값을 참조하여, 최대 전력점에 대응되는 전압 값으로 정션박스(120)의 전력출력케이블 접속단자(121)의 출력전압을 제어함에 따라 태양전지 모듈(110)의 전력 생산 효율을 최적화할 수 있다. 여기서 최대 전력점에 대응되는 전압이란 전류 값이 급감하기 전의 지점(P)에 대응되는 전압 값에 해당될 수 있다. 물론, 실시간 측정되는 전압과 전류의 곱을 통해 전력 값을 산출하여 보면, 최대치를 갖는 전력과, 그에 대응되는 전압을 정확하게 알 수 있다.
그리고, 전압 제어부(162)는 온도 센서(140)의 감지값이 기준치를 초과할 경우 전압 제어부(162) 내의 스위치(161)를 턴 오프시킨다. 이러한 턴 오프 동작에 따르면, 전압 제어부(162)의 내부회로의 동작을 차단하여 외부로의 전력 전달을 차단하거나, 태양전지 모듈(110)의 구동을 차단할 수 있다.
그 예로서, 현재 감지된 온도 값에 문제가 발생한 경우, 스위치를 턴 오프 시킴에 따라 외부 모듈로의 전력 공급을 차단할 수 있다. 즉, 태양전지 모듈(110)의 출력 특성이 기준치 이상의 온도에 의해 변동하게 되면 태양전지 모듈(110)로부터 전력을 공급받아 동작하는 외부 모듈의 성능에도 문제가 발생하거나 외부 모듈의 손상이 유발될 수 있다. 본 실시예에 따르면 독립적으로 분리된 구조의 MPPT모듈(160)에 내장된 전압 제어부(162)를 통해 이러한 문제점을 해결하도록 한다.
본 실시예에 따른 무선 송신부(163)는 온도 센서(140)와, 전압 및 전류 센서(130)의 센싱값을 각각 관제 서버(도 2의 101)로 무선 전송하는 역할을 한다. 이러한 관제 서버에 전송된 정보들은 해당 태양전지 모듈(110)의 실시간 모니터링 및 분석이 가능하게 하고, 추후 해당 이력을 조회하는 것을 통해 문제 분석을 위한 참고 자료로 활용될 수 있다.
즉, 관제 서버(도 2의 101)는 복수의 정션박스(120)로부터 각각의 측정된 센싱 값을 무선 수신하여 취합하고 이를 통해 각 모듈의 개별 모니터링 및 개별 유지 관리를 용이하게 한다.
여기서, 개별 정션박스(개별 태양전지 모듈에 대응)의 전력출력케이블 접속단자(121)에 연결되는 MPPT모듈(160) 별로 고유 ID를 가지도록 함으로써 해당 태양전지 모듈(110)의 식별 및 데이터 관리를 용이하게 할 수 있다. 이러한 고유 ID의 부여 방법은 다음과 같다.
먼저, 상기 정션박스(120)의 전력출력케이블 접속단자(121)의 양단에 외부 모듈을 연결하기 이전에, 전력출력케이블 접속단자(121)에 MPPT모듈(160)이 탑재된 전력출력케이블(150)을 연결한다. MPPT모듈(160)이 전력출력케이블 접속단자(121)에 연결되면, MPPT모듈(160) 내부에 탑재된 무선 송신부(163)에서는 태양전지에 흐르는 임의의 전류 또는 전압의 신호를 감지한다. 물론, 이러한 동작은 MPPT모듈(160)의 보조를 받을 수 있다. 여기서, MPPT모듈(160)은 정션박스(120)에 대해 부하로 작용하는 것으로서, 부하의 연결 시에 전압이나 전류의 측정이 가능한 것은 자명한 것이다.
이후, 무선 송신부(163)는 감지된 신호를 외부의 관제 서버(101)로 전송한다. 여기서, 감지된 신호의 전송 시에 별도의 PC, 스마트폰, 휴대폰을 통해 전송하는 것도 가능하다.
이때, 관제 서버는 감지된 신호에 대응되는 ID를 생성한다. 예를 들어, 복수의 정션박스(120) 중에서 제1정션박스(120)로부터 감지 신호가 먼저 수신되면, 그에 대응되는 ID(예를 들어, ID '1')을 생성하여 다시 제1 정션박스(120)의 무선 송신부(163)로 전송한다. 이외에도 제3 정션박스(120)로부터 먼저 감지 신호가 수신되면, 제3 정션박스(120)에 ID '1'을 부여할 수도 있다.
이렇게, 상기 전기적 신호에 대응하는 ID를 관제 서버로부터 수신하면, 수신된 ID를 MPPT모듈(160)의 마이컴에 저장하고 이를 자신의 ID로 관리한다. 이후부터는 무선 송신부(163)는 전압, 전류, 온도의 감지 값을 상기 관제 서버로 전송할 때 마다, 앞서 부여받은 ID와 연계하여 전송함으로써, 데이터 관리 및 운용효율을 높인다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(110)의 제어 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 실시예에 따른 전압 및 전류 센서(130)에서는 태양전지 모듈(110)의 전류 및 전압 값을 감지한다. 이후, MPPT모듈(160)에서는 감지된 전류 및 전압값으로부터 최대 전력점을 트래킹한다.
다음으로, 전압 제어부(162)에서는 최대 전력점에 대응되는 전압이 전력출력케이블 접속단자(121)을 통해 출력되도록 제어한다.
또한, 온도 센서(140)를 통해 태양전지 모듈(110)의 온도 값을 실시간 감지한다. 이때, 온도 센서(140)의 감지값이 기 설정된 범위를 초과하면, 전압 제어부(162) 내의 스위치(161)를 턴 오프시킨다.
이하에서는, 이와는 달리 기 저장된 DB 정보를 활용하여 최대 전력점을 탐색하는 다른 실시예에 관하여 알아본다.
이를 위해, MPPT모듈(160)은 별도의 데이터 저장부(도시하지 않음)를 포함한다. 이러한 데이터 저장부는 전압 제어부(162)에 포함되거나, 전압 제어부(162)와는 별도로 장착될 수 있다.
본 실시예에 따른 데이터 저장부(도시하지 않음)에는 온도 별로 전류당 최대 전력점을 출력하기 위한 최적의 전압 값이 미리 저장되어 있다. 즉, 데이터 저장부에는 도 4의 그래프와 같은 내용이 저장되어 있다.
이러한 경우, 본 실시예에 따른 MPPT모듈(160)는 전압 및 전류 센서(130)와 온도 센서(140)로부터 감지된 센싱 값에 대응되는 최적의 전압 값을 상기 데이터 저장부로부터 추출한 다. 이후, 전압 제어부(162)에서는 추출된 최적의 전압 값을 전력출력케이블 접속단자(121)에서 출력하도록 제어한다.
예를 들어, 현재 감지된 온도와 전류 값을 알면 이에 대응되는 전류 및 전압 곡선을 찾을 수 있고, 이 곡선에 대한 최적의 전압값(ex, 최대 전력점에 해당되는 P 지점에 대응되는 전압 값)을 추출할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제어 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전압 및 전류 센서(130)에서는 태양전지 모듈(110)의 전류 및 전압 값을 감지한다. 그리고, 온도 센서(140)에서는 태양전지 모듈(110)의 온도 값을 감지한다.
이후, MPPT모듈(160)에서는 전압 및 전류 센서(130)와 상기 온도 센서(140)로부터 감지된 센싱 값에 대응되는 최적의 전압 값을 데이터 저장부로부터 추출한다.
다음으로, 본 실시예에 따른 전압 제어부(162)에서는 추출된 최적의 전압값을 전력출력케이블 접속단자(121)에서 출력하도록 제어한다. 물론, 여기서 상기 온도 센서(140)의 감지값이 기준치를 초과할 경우, 전압 제어부(162)에 내장된 스위치(161)를 턴 오프시킬 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 따르면, 태양전지 모듈(110)과 연결된 MPPT모듈(160)을 이용하여 태양전지 모듈(110)의 감지된 전류 및 전압값으로부터 최대 전력점을 트래킹하여 최대 전력점에 대응되는 전압으로 전력출력케이블 접속단자(121)의 출력을 제어함에 따라 태양전지 모듈(110)의 전력 생산 효율을 최적화할 수 있을 뿐만 아니라, 각 태양전지 모듈(110)의 개별적인 유지보수 및 모니터링이 가능한 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 독립 MPPT모듈 태양전지시스템에 따르면, 특정 구조의 태양전지 모듈(110), 정션박스(120), 전압 및 전류 센서(130), 온도센서(140), 전력출력케이블(150) 및 MPPT모듈(160)을 구비함으로써, 종래 기술에 따른 태양전지시스템의 시공 방법과 시공 절차의 문제점을 해결할 수 있고, 다양한 기능을 위한 시설 시공 비용 상승 문제점을 해결할 수 있으며, 고효율의 태양전지 발전량을 유지함과 동시에 시설 유지 관리가 손쉬워, 결과적으로 시공성이 우수하고 태양전지 발전량을 향상시킬 수 있으며 시공 재료비 및 시공비용을 절감할 수 있는 구조를 포함하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템을 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 독립 MPPT모듈 태양전지시스템
110: 태양전지 모듈
120: 정션박스
121: 전력출력케이블 접속단자
130: 전압 및 전류 센서
140: 온도센서
150: 전력출력케이블
160: MPPT모듈
161: 스위치
162: 전압 제어부
163: 무선 송신부

Claims (5)

  1. 복수의 전지셀로 구성된 태양전지 모듈(110);
    상기 태양전지 모듈(110)에 개별적으로 장착되고, 일측면에 전력출력케이블 접속단자(121)가 장착된 정션박스(120);
    상기 정션박스(120) 내에 구비된 바이패스 다이오들의 양단에 연결되어, 태양전지 모듈(110)의 전류 및 전압을 감지하는 전압 및 전류 센서(130);
    상기 정션박스(120) 내에서 태양전지 모듈(110)과의 연결부에 구비되어, 태양전지 모듈(110)의 온도를 감지하는 온도센서(140);
    상기 전력출력케이블 접속단자(121)에 개별적으로 탈부착 가능한 구조로 장착되고, 태양전지 모듈(110)로부터 생산되는 전력을 외부로 송전하는 전력출력케이블(150); 및
    상기 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 장착되고, 접속되는 해당 정션박스(120)로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 바탕으로 최대 전력점을 트래킹함과 동시에 태양전지 모듈(110)의 작동을 제어하는 MPPT모듈(160);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MPPT모듈(160)은,
    상기 전력출력케이블(150)의 일측면 또는 커넥터의 일측면에 장착되고, 태양전지 모듈(110)의 동작을 제어하는 스위치(161); 및
    상기 트래킹된 최대 전력점에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하며, 온도 센서로부터 검출된 온도값이 기 설정된 범위를 초과할 경우, 스위치(161)를 턴 오프시키는 전압 제어부(162);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 MPPT모듈(160)은,
    상기 전압 제어부(162)의 내부에 장착되고, 해당 정션박스(120)로부터 검출된 전류값, 전압값 및 온도값을 관제 서버로 무선 전송하는 무선 송신부(163);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 MPPT모듈(160)은,
    상기 관제 서버로부터 또 다른 MPPT모듈(160)과 다른 고유 ID를 부여받으며,
    상기 해당 정션박스(120)의 전력출력케이블 접속단자(121)에 MPPT모듈(160)이 연결되면, 해당 태양전지 모듈(110)에 흐르는 전류 또는 전압의 신호를 감지한 후, 검출된 데이터를 무선 송신부(163)를 통해 관제 서버로 전송하며, 관제 서버로부터 해당 MPPT모듈(160)에 부여된 ID를 수신하여 수신된 ID를 MPPT모듈(160) 내부에 저장시키는 것을 특징으로 하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 MPPT모듈(160)은,
    상기 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착되고,
    상기 스위치(161), 전압 제어부(162) 및 무선 송신부(163)는,
    상기 전력출력케이블(150)의 일단부 또는 전력출력케이블(150)의 커넥터에 탈부착 가능한 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 독립 MPPT모듈 태양전지시스템.
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