KR20240045888A - 광발전 모듈 - Google Patents

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정광순
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈은 복수의 셀 스트링을 포함하는 광발전 패널 및 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 각각 제어하는 복수의 옵티마이저를 포함한다.

Description

광발전 모듈{PV(photovoltaic) module}
본 발명은 광발전 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광발전 셀-스트링 별로 옵티마이저가 개별 연결되는 광발전 모듈에 관한 발명이다.
태양광 발전은 친환경 에너지 발전 방식으로 기존 화학발전이나 원자력 발전을 대체하여 널리 보급되고 있다. 태양광 발전은 컨버터에 배터리가 접속되는 독립형과 전력계통과 연계되는 연계형태가 있고, 일반적으로 독립형 발전은 광발전, 축전지, 전력변환 장치 등으로 구성되고 전력계통 연계형 시스템은 상용 전원과 연결하여 부하계통선과 전력을 상호 교류할 수 있도록 구성된다.
광발전 모듈은 일조량, 온도 등에 따라 최대전력점이 상이해진다. 태양광 셀을 최대 전력 점에서 동작시키기 위해 모듈 단위로 최대전력점 추종(MPPT) 제어를 하는 옵티마이저(Optimizer) 또는 모듈 레벨 파워 일렉트로닉스(Module-Level Power Electronics, MLPE)를 사용할 수 있다.
광발전 모듈에 정션박스(junction box)를 설치하여 외부라인과 연결하는 역할을 하도록 하는데, 광발전 모듈에 옵티마이저를 연결을 위하여, 다수의 케이블 및 이를 연결하는 수작업이 필요하다. 또한, 설치 환경에 따라 광발전 모듈에서 감전 예방을 위해 별도의 장치를 설치해야만 하는 단점이 있다.
등록특허공보 제 10-1306817 호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광발전 셀-스트링 별로 옵티마이저가 개별 연결되는 광발전 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈은 복수의 셀 스트링을 포함하는 광발전 패널; 및 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 각각 제어하는 복수의 옵티마이저를 포함하고, 상기 각 옵티마이저는 상기 각 셀 스트링의 출력단자에 대응하는 위치에 위치한다.
또한, 상기 각 옵티마이저는, 상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자와 연결되는 두 개의 입력단자; 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 두 개의 출력단자; 및 상기 입력단자를 통해 입력되는 상기 각 셀스트링의 출력 전력을 변환하여 상기 출력단자로 출력하는 전력변환부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다른 옵티마이저와 연결되는 출력단자는 상기 광발전 패널에 내장된 연결부를 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 광발전 패널에 내장된 연결부는 버스바 또는 케이블을 포함할 수 있다.
또한, 상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자는 상기 각 옵티마이저의 상기 두 개의 입력단자와 옵티마이저 내부에서 직접 연결될 수 있다.
또한, 상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자는 상기 광발전 패널 외부의 연결부를 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 전력변환부는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 및 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각 옵티마이저는 상기 두 개의 출력단자 사이에 병렬 연결되는 바이패스부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각 옵티마이저는 최대전력점 추종제어(MPPT)로 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 옵티마이저는 상기 광발전 모듈이 배치되는 면의 반대면에 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 광발전 패널과 옵티마이저 연결을 위한 케이블을 줄이고, 작업이 용이할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이다.
도 2는 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀-스트링과 옵티마이저의 연관계를 구체적화하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저간 연결관계를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 각 옵티마이저의 위치를 도시한 것이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈의 구현예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 구현예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 케이스 내부를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 옵티마이저 모듈의 연결관계를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광발전 모듈의 연결관계를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
본 실시예에 따른 변형례는 각 실시예 중 일부 구성과 다른 실시예 중 일부 구성을 함께 포함할 수 있다. 즉, 변형례는 다양한 실시예 중 하나 실시예를 포함하되 일부 구성이 생략되고 대응하는 다른 실시예의 일부 구성을 포함할 수 있다. 또는, 반대일 수 있다. 실시예들에 설명할 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이고, 도 2는 최대전력점 추종제어를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀-스트링과 옵티마이저의 연관계를 구체적화하는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저간 연결관계를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 각 옵티마이저의 위치를 도시한 것이고, 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈의 구현예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈(100)은 광발전 패널(110) 및 복수의 옵티마이저(121, 122, 123)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈은 광발전 패널 및 광발전 패널에서 생성되는 전력을 부하 또는 배터리에 적합한 전력으로 변환하는 모듈일 수 있다. 태양광 모듈, 태양광 발전 모듈 등으로 표현할 수 있다.
광발전 패널(110)은 복수의 셀 스트링을 포함한다. 태양광 발전을 수행하는 태양광 셀은 복수의 셀이 직렬로 연결되는 셀 스트링 단위로 표현할 수 있다.
셀 스트링은 적어도 하나 이상의 셀을 포함할 수 있고, 복수의 셀을 포함하는 경우, 복수의 셀은 직렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링은 태양광 셀을 포함하는 태양광 셀 스트링일 수 있다. 태양광 셀 스트링은 광발전(PV) 패널을 형성할 수 있다. 광발전 패널(110)은 태양광 패널 또는 태양광 발전 패널이라고도 할 수 있다. 태양광 셀은 광전효과를 이용하여 전력을 생성하는 태양광 발전(PV, Photovoltaic)을 한다. 광전효과는 특정 주파수 이상의 빛이 특정 금속 물질에 부딪히면 전자 방출하는 것으로, P형 반도체와 n형 반도체를 이용하여 pn 접합을 형성하고, 광전효과에 의해 발생하는 전자를 이용하여 전류를 생성함으로써 전력을 생성한다. 태양광 셀은 실리콘 등을 이용하여 형성되며, 웨이퍼 형태로 형성될 수 있다. 태양광 셀은 태양광을 잘 받을 수 있는 야지나 건물의 외벽, 옥상 등에 위치하여, 태양광을 이용하여 전력을 생성한다. 이때, 태양광 셀은 건물과 일체형으로 형성되는 BIPV(건물 일체형 태양광 발전)로 형성될 수 있다.
하나의 태양광 셀에서 생성되는 전력의 크기가 부하나 전력계통에서 이용하기에는 부족하기 때문에, 하나의 태양광 셀이 아닌 복수의 태양광 셀을 직렬로 연결하여 태양광 셀 스트링을 형성함으로써 이용하기에 적합한 크기의 전력을 생성할 수 있다. 태양광 셀 스트링은 전력을 생성하는 기본 단위일 수 있다. 기본 단위인 셀 스트링을 복수 개를 패널로 형성하여 광발전 패널을 형성할 수 있다. 태양광 셀은 일조량, 기온 등에 따라 도 2와 같이, 상이한 전압-전류 특성을 가지며, 최대 전력 점(MPP) 또한 변동된다. (발전전력 = 전압 X 전류)
복수의 옵티마이저(121, 122, 123)는 상기 각 셀 스트링(111)의 출력 전력을 각각 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저(Optimizer)는 태양광 셀이 각 조건에서 전력이 최대가 되는 동작점인 최대 전력 점(MPP)에서 태양광 셀이 동작하도록 제어하는 역할을 한다. 여기서, 옵티마이저는 모듈 레벨 파워 일렉트로닉스(Module-Level Power Electronics, MLPE)를 포함할 수 있다.
이를 최대전력점 추종(MPPT, Maximum Power Point Tracking)이라 하고, 최대전력점 추종을 이용하여 태양광 발전의 효율성을 높일 수 있다. 태양광 발전에 있어서 전류와 전압의 관계 및 전압과 전력과의 관계에서의 특성에 따라 최대 전력은 최대 전압이 아닌 최대 전압에서 약 80% 정도일 때의 전력이 될 수 있다. 이와 같은 최대전력점은 광발전 패널에서 생성되는 전압 및 전류의 크기에 따라 계속 변하기 때문에, 최대전력 점을 발생시킬 수 있는 지점을 계속 찾아야 한다. 즉, 최대전압이 아닌 최대전력을 추종하기 위하여, 최대전력이 되도록 전압과 전류의 크기를 가변할 수 있다. 즉, 전력이 커지는 방향으로 전압을 감소시키고 전류를 증가시키거나, 전압을 증가시키고, 전류를 감소시킬 수 있다.
복수의 셀 스트링에 대한 최대전력점 추종을 수행하기 위하여, 각 셀 스트링에 대한 개별 제어가 필요할 수 있다. 예를 들어, 특정 셀 스트링에 이물질이 수광을 방해하거나 그늘이 있는 경우, 다른 셀 스트링과 발전 정도가 달라질 수 있어, 셀 스트링에서 출력되는 전력을 변환하는 동작 모드뿐만 아니라, 전력 변환 이외의 동작이 필요할 수 있다. 셀 스트링에서 출력되는 전력의 변환없이 바로 출력하거나, 해당 셀 스트링을 바이패스하는 동작 들이 필요할 수 있다. 각 상황별로, 각 셀 스트링에서 출력되는 전력에 대해 가장 적합한 모드로 동작할 수 있는 다중 동작 모드가 가능한 장치가 필요하다. 예를 들어, 옵티마이저(121)는 각 상황별로 가장 적합한 모드로 동작하기 위하여, 전력변환 모드(제1 모드), 입출력연결 모드(제2 모드), 및 바이패스 모드(제3 모드)의 다중 모드로 동작할 수 있다. 상기 전력변환 모드, 입출력연결 모드, 및 바이패스 모드 이외에 설계에 따라 다른 동작 모드를 더 포함할 수 있다.
옵티마이저(121, 122, 123) 각각은 서로 이격되어 각 셀 스트링(111, 112, 113)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 복수의 옵티마이저(121, 122, 123) 각각은 독립된 모듈로 구성되되, 광발전 패널(110)의 영역 중 최대전력점 추종을 수행하는 각각의 셀 스트링(111, 112, 113)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 이때, 각 셀 스트링(111, 112, 113)의 출력단자에 대응하는 위치에 위치할 수 있다. 각 셀 스트링을 개별 제어하기 위하여, 하나의 옵티마이저를 이용하는 경우, 각 셀 스트링과 옵티마이저를 연결하기 위해 많은 수의 케이블이 필요하고, 케이블을 연결하는 작업이 필요하다. 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저는 각 셀 스트링을 개별 제어하도록 분리형으로 형성되는 복수의 옵티마이저(121, 122, 123)를 포함하되, 옵티마이저(121)는 셀 스트링(111)과 별도 위치에 위치하는 경우, 여전히 케이블이 필요한바, 각 셀 스트링이 위치하는 광발전 패널 영역 상에 옵티마이저(121)가 위치할 수 있다. 이를 통해, 셀 스트링(111)과 개별연결되어 개별제어하는 옵티마이저(121)가 바로 연결됨으로써 케이블 연결을 줄이고, 작업을 용이하게 할 수 있다.
셀 스트링(111)은 태양 빛을 받아야 하는바, 광발전 모듈(100)의 제1면 상에 배치되고, 각 옵티마이저(121)는 개별 연결되는 셀 스트링(111)이 제1면의 반대면인 제2면에 배치될 수 있다. 광발전 모듈(100)의 제2면에는 셀 스트링(111)의 양단 출력단자가 도출되고, 옵티마이저(121)는 셀 스트링(111)의 양단 출력단자가 도출되는 위치에 위치하여 옵티마이저의 입력단자와 바로 연결시킬 수 있다.
옵티마이저(121)는 입력단자(1211, 1212), 출력단자(1213, 1214), 전력변환부(1215), 및 바이패스부(1216)를 포함할 수 있다.
입력단자(1211, 1212)는 각 셀 스트링(111)의 양단 출력단자와 연결되는 두 개의 입력단자를 포함할 수 있다. 각 셀 스트링(111)은 도 3과 같이, 복수의 태양광 셀(1111 내지 1113)이 직렬로 연결될 수 있고, 직렬로 연결되는 셀 스트링(111)은 양단 출력단자 2 개가 외부로 도출된다. 이때, 양단 출력단자는 광발전 모듈(100)의 제2면으로 도출될 수 있다. 상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자는 상기 각 옵티마이저의 상기 두 개의 입력단자(1211, 1212)와 옵티마이저 내부에서 직접 연결될 수 있다. 두 개의 입력단자(1211, 1212)는 각각 셀 스트링(111)의 양단 출력단자와 연결되어 셀 스트링(111)에서 생성되는 전력을 수신할 수 있다.
출력단자(1213, 1214)는 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결된다. 출력단자(1213, 1214) 역시 두 개의 출력단자를 포함할 수 있다. 옵티마이저간 직렬연결될 수 있고, 해당 옵티마이저가 다른 옵티마이저 사이에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(1213, 1214)는 이웃하는 두 개의 다른 옵티마이저와 각각 연결된다. 복수의 옵티마이저(121, 122)의 출력이 직렬 연결되어 외부로 최대 전력이 출력될 수 있다. 해당 옵티마이저가 외부로의 출력단자에 해당하는 위치에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(1213, 1214) 중 하나는 이웃하는 하나의 다른 옵티마이저와 연결되고, 다른 하나는 외부와 연결된다. 여기서, 외부는 광발전 모듈의 외부에 위치하는 구성으로, 계통(Grid), 부하, 또는 배터리일 수 있다. 또는, 인버터 등 전력변환장치일 수 있다. 각 옵티마이저의 출력들은 직렬 연결되어 상기 외부로 출력된다.
상기 다른 옵티마이저와 연결되는 출력단자(1213, 1214)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 도 4와 같이, 옵티마이저(121)는 다른 옵티마이저와 연결시 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부는 버스바 또는 케이블을 포함할 수 있다. 이때, 출력단자는 광발전 패널(110)에 내장된 버스바 등과 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링의 양단 출력단자와 같이 광발전 모듈(100)의 제2면으로 도출될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 상기 각 옵티마이저의 상기 두 개의 출력단자(1213, 1214)와 옵티마이저 내부에서 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링과 광발전 패널(110) 내부에서는 서로 전기적으로 연결되지 않고, 절연되어 형성될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 이용하는 경우, 연결 위치가 제한될 수 있으나, 별도의 케이블 없이 바로 연결이 가능하다.
또는, 상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자(1213, 1214)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부가 아닌 외부의 연결부(132)를 통해 연결될 수 있다. 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용하는 경우, 케이블 등의 전도체를 이용하는바, 연결 위치나 연결 형태를 자유롭게 구현할 수 있다. 다만, 케이블이 외부로 노출되어 감전 등의 위험성이 높아질 수 있다. 설치환경이나 작업환경에 따라 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131) 또는 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용할 수 있다.
전력변환부(1215)는 상기 입력단자(1211, 1212)를 통해 입력되는 상기 각 셀 스트링(111)의 출력 전력을 변환하여 상기 출력단자(1213, 1214)로 출력할 수 있다. 전력변환부(1215)는 셀 스트링(111)의 전력의 전압을 변환하여 출력단자(1213, 1214)로 출력할 수 있다. 이때, 전력변환부(1215)는 각 셀 스트링(111)에 대한 최대전력점 추종을 수행할 수 있다. 복수의 셀 스트링 중 일부의 셀 스트링이 음영 등에 의해 다른 셀 스트링에 비해 낮은 전압을 생성하는 경우, 각 셀 스트링간 전압 차이를 줄여 손실을 줄이고 효율을 높이기 위하여, 다른 셀 스트링의 전압을 출력으로 전력 변환없이 그대로 출력시킬 필요가 있다. 이때, 각 옵티마이저의 전력변환부(1215)는 셀 스트링간 전압이 같아지도록 전력변환을 조절할 수 있다.
전력변환부(1215)는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 및 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력변환부(120)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있고, 이때, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 및 벅 부스트 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력변환부(120)는 상측 스위치, 하측 스위치, 및 인덕터로 구성되어 전압을 낮추는 벅 컨버터로 구현될 수 있다. 또한, 인덕터, 상측 스위치, 및 하측 스위치로 구성되어 전압을 높이는 부스트 컨버터로 구현될 수 있고, 제1 상측 스위치, 제1 하측 스위치, 인덕터, 제2 상측 스위치, 및 제2 하측 스위치로 구성되어 전압을 낮추거나 높이는 벅 부스트 컨버터로 구현될 수 있다. 각 컨버터의 입출력단에는 각각 커패시터가 병렬로 연결될 수 있다.
바이패스부(1216)는 상기 두 개의 출력단자(1213, 1214) 사이에 병렬 연결된다.
바이패스부(1216)는 전력변환부(120) 또는 셀 스트링(111)과 연결되는 입력단자(1211, 1212)의 연결을 바이패스하는 바이패스경로를 출력단자(1213, 1214)에 생성할 수 있다. 전력변환을 수행하지 않고 다른 옵티마이저를 외부 또는 또 다른 옵티마이저로 전달하도록 바이패스 경로를 생성할 수 있다. 예를 들어, 셀 스트링을 포함하는 광발전 모듈에 고장이 발생하거나 입력단자(1211, 1212)가 미체결되어 전력변환장치로 입력되는 전력이 없을 때, 바이패스부(1216)는 바이패스 경로를 제공할 수 있다. 또한, 광발전 패널에 핫스팟(hot-spot)이 발생할 때, 바이패스부(1216)는 출력 전류의 우회 경로를 제공하여 광발전 패널에 흐르는 전류값을 낮추어 발열을 억제할 수도 있다. 이를 통해, 광발전 패널이 출력 가능한 전류보다 큰 전류를 강제를 도통시키면, 광발전 패널의 임피던스가 증가하여 발열량이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
전력변환부(1215) 또는 바이패스부(1216)는 제어부에 의해 동작할 수 있고, 제어부는 입출력 전압 및 전류, 온도 등의 정보에 따라 가장 적합한 모드로 동작하도록 제어 신호를 각 구성에 전송할 수 있다. 또한, 외부 제어부의 제어신호 또는 사용자의 입력에 따라 해당 모드로 동작할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 각 셀 스트링(111)을 개별 제어하는 옵티마이저는 도 5와 같이, 대응하는 셀 스트링(111)의 위치에 위치한다. 본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈은 셀 스트링 옵티마이저를 포함한 스마트 광발전 모듈(PV module)일 수 있고, 적어도 하나의 셀로 구성되는 하나 이상의 셀 스트링(111) 및 개별 셀 스트링에 전기적으로 연결되는 셀 스트링 옵티마이저를 포함할 수 있다. 옵티마이저의 출력은 다른 옵티마이저와 직렬로 연결될 수 있다. 도 6과 같이, 복수의 셀 스트링 및 각각의 옵티마이저를 포함할 수 있고, 복수의 옵티마이저는 직렬 연결 시(Connection #1) 광발전 패널에 내장된 전도체를 통해 연결될 수 있다. 또는, 직렬 연결 시(Connection #2) 외부의 전도체를 통해 연결될 수 있다. 옵티마이저의 발전 전력을 출력단자로 출력할 수 있다. 옵티아미저는 대응되는 셀 스트링의 발전량을 최적화 시키기 위해 셀 스트링에 연관된 적어도 하나 이상의 파라미터를 가변할 수 있다. 발전량 최적화를 위한 적어도 하나의 전력변환부를 포함할 수 있고, 전력변환부는 Buck, Boost, Buck-Boost converter로 구성될 수 있다. 옵티마이저는 광발전 모듈의 발전량을 최적화 시키기 위해 출력 단자에 병렬 연결된 다이오드를 포함할 수 있다. 감전 예방을 위해 옵티마이저는 개별 셀-스트링 전압을 차단해주는 역할을 할 수 있다. 또한, 광발전 모듈은 다른 광발전 모듈과 연결되기 위한 전도체(케이블)을 포함할 수 있다. 또한, 옵티마이저는 직렬 또는 병렬 또는 직·병렬 결선된 다수의 셀-스트링으로 구성된 배열과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 셀 스트링이 아닌 복수의 셀 스트링에서 입력 받을 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 블록도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 구현예를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이다. 도 7 내지 도 9의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 6의 광발전 모듈에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 간략하게 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈(200)은 입력단자(1211,1212), 전력변환부(1215), 출력단자(1213,1214), 제어부(1217)로 구성되고, 보조전원부(1218), 바이패스부(1216)를 포함할 수 있다.
입력단자(1211, 1212)는 셀 스트링(111)과 연결된다. 셀 스트링(111)의 양단과 각각 연결되지 위하여 두 개의 입력단자를 포함할 수 있다. 입력단자(1211,1212)로 셀 스트링(111)의 출력전력이 입력될 수 있다. 입력단자(1211, 1212) 중 하나는 셀 스트링(111)의 (+) 단자와 연결되고 다른 하나는 셀 스트링(111)의 (-) 단자와 연결될 수 있다.
전력변환부(1215)는 입력단자(1211)로 입력되는 전력을 변환한다.
전력변환부(1215)는 상기 입력단자(1211, 1212)를 통해 입력되는 상기 각 셀 스트링(111)의 출력 전력을 변환하여 상기 출력단자(1213, 1214)로 출력할 수 있다. 전력변환부(1215)는 셀 스트링(111)의 전력의 전압을 변환하여 출력단자(1213, 1214)로 출력할 수 있다. 이때, 전력변환부(1215)는 각 셀 스트링(111)에 대한 최대전력점 추종을 수행할 수 있다. 복수의 셀 스트링 중 일부의 셀 스트링이 음영 등에 의해 다른 셀 스트링에 비해 낮은 전압을 생성하는 경우, 각 셀 스트링간 전압 차이를 줄여 손실을 줄이고 효율을 높이기 위하여, 다른 셀 스트링의 전압을 출력으로 전력 변환없이 그대로 출력시킬 필요가 있다. 이때, 각 옵티마이저의 전력변환부(1215)는 셀 스트링간 전압이 같아지도록 전력변환을 조절할 수 있다.
전력변환부(1215)는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 및 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력변환부(120)는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있고, 이때, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 및 벅 부스트 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력변환부(120)는 상측 스위치, 하측 스위치, 및 인덕터로 구성되어 전압을 낮추는 벅 컨버터로 구현될 수 있다. 또한, 인덕터, 상측 스위치, 및 하측 스위치로 구성되어 전압을 높이는 부스트 컨버터로 구현될 수 있고, 제1 상측 스위치, 제1 하측 스위치, 인덕터, 제2 상측 스위치, 및 제2 하측 스위치로 구성되어 전압을 낮추거나 높이는 벅 부스트 컨버터로 구현될 수 있다. 각 컨버터의 입출력단에는 각각 커패시터가 병렬로 연결될 수 있다.
출력단자(1213, 1214)는 다른 옵티마이저 모듈 또는 외부와 연결된다.
출력단자(1213, 1214) 역시 두 개의 출력단자를 포함할 수 있다. 옵티마이저 모듈 간 직렬연결될 수 있고, 해당 옵티마이저 모듈이 다른 옵티마이저 모듈 사이에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(1213, 1214)는 이웃하는 두 개의 다른 옵티마이저 모듈 각각 연결될 수 있고, 복수의 옵티마이저 모듈의 출력이 직렬 연결되어 외부로 최대 전력이 출력될 수 있다. 해당 옵티마이저 모듈이 외부로의 출력단자에 해당하는 위치에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(1213, 1214) 중 하나는 이웃하는 하나의 다른 옵티마이저 모듈과 연결되고, 다른 하나는 외부와 연결될 수 있다. 여기서, 외부는 옵티마이저 모듈의 외부에 위치하는 구성으로, 계통(Grid), 부하, 또는 배터리일 수 있다. 또는, 인버터 등 전력변환장치일 수 있다.
제어부(1217)는 입력단자(1211)로 입력되는 전력에 따라 전력변환부(1215)를 제어한다. 제어부(1217)는 입력단자(1211)로 입력되는 전력을 변환하기 위하여, 전력변환부(1215)를 제어한다. 입력단자(1211)로 입력되는 셀 스트링(111)의 출력 전력이 최대가 되로고 제어부(1217)는 전력변환부(1215)를 제어할 수 있다. 제어부는 입출력 전압 및 전류, 온도 등의 정보에 따라 가장 적합한 모드로 동작하도록 제어 신호를 각 구성에 전송할 수 있다. 또한, 외부 제어부의 제어신호 또는 사용자의 입력에 따라 해당 모드로 동작할 수 있다.
제어부(1217)는 입력단자 측, 출력단자 측 및 옵티마이저 모듈 내부의 데이터를 감지하여 모니터링하고, 그에 따라 전력변환부(1215)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 입력단자(1211)로 입력되는 셀 스트링(111)의 전력, 전력변환부(1215)의 출력 전력 또는 출력 전류, 출력단자(1213)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 또한, 제어부(1217)는 보조전원부(1218), 바이패스부(1216) 등을 제어할 수 있다.
바이패스부(1216)는 두 개의 출력단자(1213,1214) 사이에 병렬 연결될 수 있다.
바이패스부(1216)는 전력변환부(1215)와의 연결을 바이패스하는 바이패스경로를 출력단자(1213, 1214) 사이에 생성할 수 있다. 전력변환을 수행하지 않고 다른 옵티마이저 모듈을 외부 또는 또 다른 옵티마이저 모듈과 바로 연결하도록 바이패스 경로를 생성할 수 있다. 예를 들어, 셀 스트링을 포함하는 광발전 모듈에 고장이 발생하거나 입력단자(1211, 1212)가 미체결되어 전력변환부(1215)로 입력되는 전력이 없거나 낮을 때, 바이패스부(1216)는 바이패스 경로를 제공할 수 있다. 또한, 광발전 패널에 핫스팟(hot-spot)이 발생할 때, 바이패스부(1216)는 출력 전류의 우회 경로를 제공하여 광발전 패널에 흐르는 전류값을 낮추어 발열을 억제할 수도 있다. 이를 통해, 광발전 패널이 출력 가능한 전류보다 큰 전류를 강제를 도통시키면, 광발전 패널의 임피던스가 증가하여 발열량이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
바이패스부(1216)는 전력변환부(1215)로부터 출력되는 제1 전류가 출력단자에 흐르는 제2 전류보다 낮으면 도통될 수 있다. 옵티마이저 모듈(200) 내부에서 변환되어 출력되는 제1 전류가 다른 옵티마이저 모듈과 연결되는 출력단자(1213)에 흐르는 제2 전류보다 낮으면 오히려, 다른 출력단자(1213)로부터 옵티마이저 모듈(200) 내부로 전류가 흐를 수 있다. 이로 인해, 옵티마이저 모듈(200)에 고장 등 에러가 발생하거나, 전력이 낭비되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이 경우, 출력단자(1213)에 흐르는 전류는 바이패스부(1216)를 통해 흐르게 되어, 옵티마이저 모듈(200)을 우회할 수 있다. 여기서, 바이패스부(1216)는 다이오드를 포함할 수 있다. 다이오드는 일 방향으로만 전류가 흐르는바, 해당 방향으로의 전류만을 바이패스 시킬 수 있다.
보조전원부(1218)는 입력단자(1211)로 입력되는 전력을 이용하여 보조전원을 생성할 수 있다. 옵티마이저 모듈(200)이 전력을 변환하거나 제어를 수행하기 위한 전원인 보조전원이 필요하다. 보조전원부(1218)는 입력단자(1211)로 입력되는 전력을 이용하여 보조전원을 생성하고, 생성된 보조전원을 전력변환부(1215) 또는 제어부(1217)에 제공할 수 있다.
보조전원부(1218)는 강압모드 또는 승압모드로 동작할 수 있다. 입력단자(1211)로 입력되는 전력은 광발전량에 따라 달라질 수 있으나, 전력변환부(1215) 또는 제어부(1217)가 동작하는데 필요한 보조전원은 달라지지 않을 수 있다. 따라서, 입력되는 전력의 전압이 보조전원의 전압보다 낮으면 보조전원부(1218)는 승압모드(step up mode)로 동작하고, 입력되는 전력의 전압이 보조전원의 전압보다 높으면 보조전원부(1218)는 강압모드(step down mode)로 동작할 수 있다.
옵티마이저 모듈(200)은 도 8과 같은 회로도로 구현될 수 있다. 옵티마이저 모듈(200)은 셀 스트링의 출력 전력을 최적화하는 모듈로, 전력변환부(1215)인 DC-DC 컨버터 및 제어부(1217)인 컨트롤러(Controller)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터는 셀 스트링에서 발생한 전력을 입력단자를 통해 입력 받아, 전력을 변환하고, 출력단자로 출력한다. 컨트롤러는 적어도 한 개 이상의 파라미터를 감지하거나, 감지한 파라미터에 따라 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있다. 컨트롤러는 DC-DC컨버터를 제어하여 광발전 패널에서 만들어지는 전력을 최대가 되도록 한다. 또한, 바이패스부(1216)인 바이패스 다이오드(Bypass diode)를 포함할 수 있다. 바이패스 다이오드는 제2 전류인 I_out 전류가 제1 전류인 I_DC-DC 전류 보다 높을 시 도통되어 전류가 흐르고, 이를 통해 I_out을 바이패스시킬 수 있다. 또한, 보조전원부(1218)인 AUX를 포함할 수 있다. 보조전원부는 셀 스트링의 전압을 받아와 컨트롤러 및 DC-DC 컨버터에 필요한 전원을 생성한다. 이때, 보조전원부는 적어도 한 개 이상의 강압 또는 승압 모드로 동작할 수 있다.
여기서, DC-DC 컨버터는 적어도 하나의 Buck, Boost, Buck-boost converter로 구성될 수 있고, 복수의 셀 스트링과 연결되는 옵티마이저 모듈은 직렬 결선도리 수 있다. 직렬 결선을 통해, 개별 셀-스트링 옵티마이저 모듈의 출력전압 보다 높은 전압을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈은 복수의 셀 스트링(111,112,113)을 포함하는 광발전 패널(110) 및 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 각각 제어하는 복수의 옵티마이저 모듈(200-1, 200-2, 200-3)을 포함한다. 이때, 상기 옵티마이저 모듈 각각은 서로 이격되어 각 셀 스트링에 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 다른 옵티마이저와 연결되는 출력단자(1213, 1214)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 도 9와 같이, 옵티마이저 모듈(200-1)는 다른 옵티마이저 모듈(200-2)와 연결시 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부는 버스바 또는 케이블을 포함할 수 있다. 이때, 출력단자는 광발전 패널(110)에 내장된 버스바 등과 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링의 양단 출력단자와 같이 광발전 모듈의 제2면으로 도출될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 상기 각 옵티마이저의 상기 두 개의 출력단자(1213, 1214)와 옵티마이저 내부에서 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링과 광발전 패널(110) 내부에서는 서로 전기적으로 연결되지 않고, 절연되어 형성될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 이용하는 경우, 연결 위치가 제한될 수 있으나, 별도의 케이블 없이 바로 연결이 가능하다.
또는, 상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자(1213, 1214)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부가 아닌 외부의 연결부(132)를 통해 연결될 수 있다. 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용하는 경우, 케이블 등의 전도체를 이용하는바, 연결 위치나 연결 형태를 자유롭게 구현할 수 있다. 다만, 케이블이 외부로 노출되어 감전 등의 위험성이 높아질 수 있다. 설치환경이나 작업환경에 따라 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131) 또는 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈의 케이스 내부를 도시한 것이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 옵티마이저 모듈의 연결관계를 도시한 것이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광발전 모듈의 블록도이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광발전 모듈의 연결관계를 도시한 것이다. 도 10 내지 도 14의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 9의 광발전 모듈에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 간략하게 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 옵티마이저 모듈(300)은 케이스 및 케이스 내부에 배치되는 옵티마이저(320)를 포함한다. 옵티마이저(320)는 입력단자(331,332), 전력변환부(320), 출력단자(342,3434)로 구성되고, 보조전원부, 바이패스부를 포함할 수 있다.
케이스(310)는 케이스 본체 및 이를 덮는 케이스 커버(미도시)를 포함하고, 상기 케이스 본체 내부에 배치되는 옵티마이저(320)를 포함할 수 있다. 옵티마이저(300)는 두 개의 입력단자(321, 332) 및 두 개의 출력단자(341, 342)를 포함할 수 있다.
두 개의 입력단자(331,332)는 셀 스트링의 양단의 출력단자와 연결되고, 옵티마이저(320)는 상기 셀 스트링의 출력 전력을 변환하는 전력변환부 및 상기 셀 스트링의 출력 전력에 따라 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
케이스(310) 본체 내부는 방열물질로 채워질 수 있다. 전력을 변환시 열이 발생하게 되고, 열로 인한 에러를 방지하기 위하여, 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 실리콘 또는 에폭시 재질로 케이스(310) 내부 공간을 채울 수 있다.
케이스(310) 내부는 방수구조로 형성될 수 있다. 케이스(310)는 광발전 모듈의 일면에 형성될 수 있고, 실외에 위치하기 때문에, 비를 맞을 수 있어, 방수구조를 가지도록 형성될 수 있다. 도 10과 같이, 각 연결단자와 연결되는 옵티마이저(320)에 방수구조를 형성할 수 있다. 즉, 케이스 내부에 방수구조를 갖는 케이스 내부구조를 형성하고, 옵티마이저(320)를 방수구조 내부에 배치하여, 옵티마이저(320)에 배치되는 구성을 보호할 수 있다.
옵티마이저(320)는 케이스(310) 본체로부터 탈부착이 가능할 수 있다. 옵티마이저(320)는 입력단자(331,332) 또는 출력단자(341,342)와 연결 또는 해제 됨으로써 케이스(310) 본체로부터 탈부착이 가능하다. 이때, 각 단자는 나사결합할 수 있다. 옵티마이저(320)에 고장이 발생하는 경우, 옵티마이저 모듈(300) 전체가 아닌 옵티마이저(320)만 탈부착하여 교체 내지 복구작업이 이루어지도록 할 수 있다. 또는, 또는, 후크결합이나 솔더링 등 다양한 방식으로 케이스(310) 본체에 배치될 수 있다.
입력단자(331, 332)는 옵티마이저 모듈(300)이 장착되는 광발전 모듈의 광방전 패널과 연결되어 셀 스트링의 출력 전력을 입력받을 수 있다. 직렬로 연결되는 셀 스트링(111)은 양단 출력단자 2 개가 외부로 도출될 수 있고, 양단 출력단자는 광발전 모듈(100)의 제2면으로 도출될 수 있다. 상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자는 상기 각 옵티마이저 모듈(300)의 상기 두 개의 입력단자(331, 332)와 케이스(320) 내부에서 직접 연결될 수 있다. 두 개의 입력단자(331,332)는 각각 셀 스트링(111)의 양단 출력단자와 연결되어 셀 스트링(111)에서 생성되는 전력을 수신할 수 있다.
출력단자(341,342)는 다른 옵티마이저 모듈 또는 외부와 연결된다. 출력단자(341,342) 역시 두 개의 출력단자를 포함할 수 있다. 옵티마이저 모듈간 직렬연결될 수 있고, 해당 옵티마이저 모듈이 다른 옵티마이저 모듈 사이에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(341,342)는 이웃하는 두 개의 다른 옵티마이저 모듈과 각각 연결된다. 복수의 옵티마이저 모듈의 출력이 직렬 연결되어 외부로 최대 전력이 출력될 수 있다. 해당 옵티마이저 모듈이 외부로의 출력단자에 해당하는 위치에 위치하는 경우, 두 개의 출력단자(341,342) 중 하나는 이웃하는 하나의 다른 옵티마이저 모듈과 연결되고, 다른 하나는 외부와 연결될 수 있다. 여기서, 외부는 광발전 모듈의 외부에 위치하는 구성으로, 계통(Grid), 부하, 또는 배터리일 수 있다. 또는, 인버터 등 전력변환장치일 수 있다. 각 옵티마이저의 출력들은 직렬 연결되어 상기 외부로 출력된다.
상기 다른 옵티마이저 모듈과 연결되는 출력단자(341,342)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 도 12 및 도 13과 같이, 옵티마이저 모듈(300-1)는 다른 옵티마이저 모듈(300-2)와 연결시 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부는 버스바 또는 케이블을 포함할 수 있다. 이때, 출력단자는 광발전 패널(110)에 내장된 버스바 등과 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링의 양단 출력단자와 같이 광발전 모듈(100)의 제2면으로 도출될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 상기 각 옵티마이저 모듈의 상기 두 개의 출력단자(341,342)와 옵티마이저 모듈 케이스(310) 내부에서 직접 연결될 수 있다. 이때, 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링과 광발전 패널(110) 내부에서는 서로 전기적으로 연결되지 않고, 절연되어 형성될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 이용하는 경우, 연결 위치가 제한될 수 있으나, 별도의 케이블 없이 바로 연결이 가능하다.
또는, 상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자(341,342)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부가 아닌 외부의 연결부(132)를 통해 연결될 수 있다. 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용하는 경우, 케이블 등의 전도체를 이용하는바, 연결 위치나 연결 형태를 자유롭게 구현할 수 있다. 다만, 케이블이 외부로 노출되어 감전 등의 위험성이 높아질 수 있다. 설치환경이나 작업환경에 따라 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131) 또는 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용할 수 있다.
출력단자(341, 342)는 다른 옵티마이저 모듈 또는 외부와 연결될 수 있고, 출력단자(341, 342)는 다른 옵티마이저 모듈과 연결시 직렬 결선될 수 있다. 출력단자(341,342)는 케이스(310) 외부에 형성되는 홀을 통해 케이스(310) 내부로 인입되는 케이블 또는 버스바 등 전도체와 스크류 결합을 통해 연결될 수 있다.
케이스(310)는 케이스 본체 및 케이스 커버로 구성될 수 있고, 케이스(310)는 방수 기능을 포함할 수 있다. 또한, 케이스(310) 내부는 열전달이 가능한 재질로 채울 수 있다. 예를 들어, 열전달이 용이한 실리콘, 에폭시 재질로 케이스(310) 내부 빈 공간을 채울 수 있다. 샐 스트링을 최적화하는 옵티마이저(Optimizer)는 케이스(310)로부터 탈부착이 가능하여 교체가 용이할 수 있다. 출력 단자를 통해 다른 광발전 패널에 위치하는 셀-스트링의 옵티마이저 모듈과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 다른 광발전 패널과 연결을 용이하게 하기 위해 출력 단자에는 케이블 등 전도체와 연결될 수 있다. 출력 단자는 광발전 패널에 내장된 전도체를 통해 연결될 수 있고, 광발전 패널에 내장된 전도체는 광발전 패널에 내장되지 않은 케이블로 대체할 수 있다.
옵티마이저(320)는 케이스(310) 내부에 기판상에 배치되는 회로 구성으로 형성될 수 있다. 옵티마이저(320)는 입력단자(331,332), 전력변환부, 출력단자(342,3434)로 구성되고, 보조전원부, 바이패스부를 포함할 수 있다.
전력변환부는 입력단자(331,332)로 입력되는 전력을 변환한다. 이때, 제어부가 입력단자(331,332)로 입력되는 전력에 따라 전력변환부를 제어한다. 제어부는 셀 스트링의 출력 전력이 최대가 되도록 전력변환부를 제어할 수 있다. 전력변환부는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 및 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
바이패스부는 상기 두 개의 출력단자(341,342) 사이에 병렬 연결될 수 있고, 출력단자 사이에서 도통되어 바이패스 경로를 형성할 수 있다. 보조전원부는 셀 스트링의 출력 전력을 이용하여 보조전원을 생성하여 전력변환부 또는 제어부 등에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광발전 모듈은 복수의 셀 스트링(111,112,113)을 포함하는 광발전 패널(110) 및 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 각각 제어하는 복수의 옵티마이저 모듈(300-1, 300-2, 300-3)을 포함한다. 이때, 상기 옵티마이저 모듈 각각은 서로 이격되어 각 셀 스트링에 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 다른 옵티마이저와 연결되는 출력단자(341,342)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 도 12 및 도 13과 같이, 옵티마이저 모듈(300-1)는 다른 옵티마이저 모듈(300-2)와 연결시 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 통해 연결될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)는 셀 스트링과 광발전 패널(110) 내부에서는 서로 전기적으로 연결되지 않고, 절연되어 형성될 수 있다. 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131)를 이용하는 경우, 연결 위치가 제한될 수 있으나, 별도의 케이블 없이 바로 연결이 가능하다.
또는, 상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자(341,342)는 상기 광발전 패널(110)에 내장된 연결부가 아닌 외부의 연결부(132)를 통해 연결될 수 있다. 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용하는 경우, 케이블 등의 전도체를 이용하는바, 연결 위치나 연결 형태를 자유롭게 구현할 수 있다. 다만, 케이블이 외부로 노출되어 감전 등의 위험성이 높아질 수 있다. 설치환경이나 작업환경에 따라 광발전 패널(110)에 내장된 연결부(131) 또는 광발전 패널(110) 외부의 연결부(132)를 이용할 수 있다.
광발전 모듈(410,420,430)이 복수로 연결될 수 있다. 도 14와 같이, 복수의 광발전 모듈(410,420,430)은 전도체(441)를 통해 서로 직렬로 연결되거나, 전도체(442,443)를 통해 외부와 연결될 수 있다. 각 광발전모듈(410)은 광 발전 패널(411) 및 앞서 설명한 옵티마이저 모듈(300)을 포함할 수 있다.
상기와 같이, 옵티마이저 모듈은 셀 스트링의 출력단자에 대응하는 위치에 위치시킴으로써 광발전 패널과 옵티마이저 연결을 위한 케이블을 줄이고, 작업이 용이할 수 있도록 할 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 셀 스트링을 포함하는 광발전 패널; 및
    상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 각각 제어하는 복수의 옵티마이저를 포함하고,
    상기 각 옵티마이저는 상기 각 셀 스트링의 출력단자에 대응하는 위치에 위치하는 광발전 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 옵티마이저는,
    상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자와 연결되는 두 개의 입력단자;
    다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 두 개의 출력단자; 및
    상기 입력단자를 통해 입력되는 상기 각 셀스트링의 출력 전력을 변환하여 상기 출력단자로 출력하는 전력변환부를 포함하는 광발전 모듈
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다른 옵티마이저와 연결되는 출력단자는 상기 광발전 패널에 내장된 연결부를 통해 연결되는 광발전 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광발전 패널에 내장된 연결부는 버스바 또는 케이블을 포함하는 광발전 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 각 셀 스트링의 양단 출력단자는 상기 각 옵티마이저의 상기 두 개의 입력단자와 옵티마이저 내부에서 직접 연결되는 광발전 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 다른 옵티마이저 또는 외부와 연결되는 출력단자는 상기 광발전 패널 외부의 연결부를 통해 연결되는 광발전 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전력변환부는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 및 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는 광발전 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 각 옵티마이저는
    상기 두 개의 출력단자 사이에 병렬 연결되는 바이패스부를 포함하는 광발전 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각 옵티마이저는 최대전력점 추종제어(MPPT)로 상기 각 셀 스트링의 출력 전력을 제어하는 광발전 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 옵티마이저는 상기 광발전 모듈이 배치되는 면의 반대면에 장착되는 광발전 모듈.
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