KR20240054102A - 전력변환장치 - Google Patents

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KR20240054102A
KR20240054102A KR1020220134430A KR20220134430A KR20240054102A KR 20240054102 A KR20240054102 A KR 20240054102A KR 1020220134430 A KR1020220134430 A KR 1020220134430A KR 20220134430 A KR20220134430 A KR 20220134430A KR 20240054102 A KR20240054102 A KR 20240054102A
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output voltage
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이관수
임세진
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치는, 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 입력받는 입력부, 상기 입력부로 입력된 입력 전압을 변환하는 전력변환부, 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압을 인버터 또는 배터리로 출력하는 출력부, 및 상기 출력부와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부를 포함한다.

Description

전력변환장치{Power Converting Apparatus}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이상전압 발생시 전압을 빠르게 낮추는 방전이 가능한 전력변환장치 및 태양광 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 태양전지, 축전지, 전력변환 장치 등으로 구성되고 전력계통 연계형 시스템은 상용 전원과 연결하여 부하계통선과 전력을 상호 교류할 수 있도록 구성된다.
태양광 발전 패널에 화재 등의 이상이 발생하는 경우, 후속 처리를 위한 작업자를 감전 등의 보호를 위하여, 빠른 시간 내에 일정 전압 이하로 낮춰야 하는데, 이상전압을 감지하고 안전하게 전압을 낮출 수 있는 기술이 필요하다.
등록특허공보 제 10-170008 호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 이상전압 발생시 전압을 빠르게 낮추는 방전이 가능한 전력변환장치 및 태양광 발전 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치는, 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 입력받는 입력부; 상기 입력부로 입력된 입력 전압을 변환하는 전력변환부; 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압을 인버터 또는 배터리로 출력하는 출력부; 및 상기 출력부와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부를 포함한다.
또한, 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 출력 전압을 모니터링하고, 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부의 동작을 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전압방전부를 동작시키는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력 전압은 제1 직류 전압이고, 상기 전력변환부는, 상기 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압방전부는, 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 턴온되는 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 출력 전압이 제2 전압 이하가 되도록 방전시키는 저항소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압방전부는 상기 출력 전압에 대해 RSD(Rapid Shut Down)을 수행하는 RSD 수행부를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈은 적어도 하나의 태양광 발전 패널; 및 상기 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 변환하여 인버터 또는 배터리로 출력하는 전력변환 모듈을 포함하고, 상기 전력변환 모듈은, 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 입력받는 입력부; 상기 입력부로 입력된 입력 전압을 변환하는 전력변환부; 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압을 인버터 또는 배터리로 출력하는 출력부; 및 상기 출력부와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부를 포함한다.
또한, 상기 전력변환 모듈은, 상기 태양광 발전 패널의 전압을 최적화하는 MLPE를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력변환 모듈은 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전력변환부 또는 상기 전압방전부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 출력 전압을 모니터링하고, 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부의 동작을 오프시키고, 상기 전압방전부를 동작시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 장치 내에 RSD 상황 모니터링 및 RSD 동작 수행이 이루어지는바, RSD 동작을 위해 별도의 악세서리로 구성된 모듈 추가 또는 인버터와 상호 연동 없이 MLPE 자체적으로 모니터링, RSD 동작을 수행하여 인버터 시스템 연동 시험에 대한 제약 사항이 없어 시스템 호환성 인증 용이하며, 별도의 통신이 필요하지 않다, 통신의 노이즈나 추가적인 액세서리 장착없이 RSD 상황 대처를 빠르게 처리할 수 있다. 또한, MLPE 내의 MCU와 별도의 구성으로 RSD 동작을 구현할 수 있다. SD 동작을 수행하여 PV arry, MLPE와 연동 가능하여 시스템 호환성 및 PVRSS 인증이 용이하다. 나아가, RSD 동작을 위해 별도의 통신이 필요하지 않아 부품 CI 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압방전 회로의 적용예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전압방전을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈의 블록도이다.
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 전력변환장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전력변환장치의 블록도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압방전 회로의 적용예를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전압방전을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 입력부(111), 전력변환부(112), 출력부(113), 및 전압방전부(114)로 구성되고, 제어부(115)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 태양광 발전 시스템에서, 태양광 발전 패널(120)에서 출력되는 전압을 입력받아, 인버터(130) 또는 배터리(140)에 필요한 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 인버터(130)를 통해 계통(Grid) 또는 부하로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 모듈 레벨 파워 일렉트로닉스(Module-Level Power Electronics, 이하, MLPE) 또는 옵티마이저(Optimizer) 일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 태양광 발전 모듈 내에 장착될 수 있다. 태양광 발전 패널(120)의 태양광 셀 모듈은 일조량, 온도 등에 따라 최대전력점이 상이해진다. 태양광 셀을 최대 전력 점에서 동작시키기 위해 MLPE 또는 옵티마이저는 태양광 셀 모듈 단위로 최대전력점 추종(MPPT) 제어를 수행하여 태양광 발전 효율을 높일 수 있다.
입력부(111)는 태양광 발전 패널(120)에서 생성된 전압을 입력받는다. 태양광 발전 패널(120)의 태양광 셀 모듈은 일조량, 온도 등에 따라 최대전력점이 상이해질 수 있다. 제어부(115)가 태양광 셀을 최대 전력 점에서 동작시키기 위해 모듈 단위로 최대전력점 추종(MPPT) 제어를 수행할 수 있다.
전력변환부(112)는 입력부(111)로 입력된 입력 전압을 변환한다. 입력 전압을 인버터(130) 또는 배터리(140)에서 필요한 전압으로 변환한다. 전력변환부(112)는 DC-DC 컨버터일 수 있다. 전력변환부(112)는 제1 직류 전압인 입력전압을 제2 직류 전압을 변환할 수 있다. 제1 직류 전압은 DC 링크 전압으로, 인버터(130)를 통해 계통 또는 부하로 전달되거나, 배터리(140)를 충전할 수 있다. 배터리(140)에도 DC-DC 컨버터가 포함되어 배터리(140)를 충전하는데 필요한 전압으로 변환될 수 있다. 여기서, 부하는 태양광 발전 패널에서 생성되는 전압을 이용하여 구동하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 패널이 설치된 건물이나, 가정의 장치일 수 있다.
전력변환부(112)는 DC-DC 컨버터부(116)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터부(116)는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환할 수 있다. 여기서, 입력부(111)로 입력되는 입력 전압은 제1 직류 전압이고, DC-DC 컨버터부는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환할 수 있다. 제1 직류 전압은 태양광 발전 패널(120)의 발전정도에 따라 달라질 수 있고, 최대전력점 추종에 따라 달라질 수 있다. 제2 직류 전압은 배터리(140)를 충전하는데 필요한 전압일 수 있다. 여기서, 제2 직류 전압은 배터리의 정격 전압일 수 있다.
인버터(130)는 상기 제2 직류 전압을 제1 교류 전압으로 변환할 수 있다. 인버터부(130)는 DC-DC 컨버터부(116)에서 전압레벨을 변환한 제2 직류 전압을 계통으로 출력할 수 있도록 계통의 전압의 형태에 맞게 제1 교류 전압으로 변환할 수 있다. 계통에서 교류 전압을 이용하기 때문에, 직류 전압을 교류 전압을 변화하여 출력해야 한다.
DC-DC 컨버터부(116)에서 생성된 전압을 바로 인버터(130)를 통해 계통으로 출력하는 경로뿐만 아니라, DC-DC 컨버터부(116)에서 생성된 전압으로 배터리(140)를 충전하고, 필요시, 배터리(140)의 전압을 인버터(130)가 변환하여 계통으로 출력할 수 있다. 이를 통해 효율적인 전력공급이 가능하다.
출력부(113)는 전력변환부(112)에서 변환되어 출력되는 출력 전압을 인버터(130) 또는 배터리(140)로 출력할 수 있다. 출력부(113)는 DC-링크와 연결되고, DC-링크와 연결되는 인버터(130) 또는 배터리(140)로 전력변환부(112)에서 변환되어 출력된 출력 전압이 인가될 수 있다.
전압방전부(114)는 출력부(113)와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시킨다. 전압방전부(114)는 출력부(113)에서 정상 범위의 출력 전압이 출력되면 동작하지 않고, 출력부(113)에서 이상 범위의 출력 전압이 출력되면, 동작하여 출력 전압을 빠르게 방전시킨다. 전압방전부(114)는 출력부(113)에서 출력되는 출력 전압을 모니터링하고, 출력 전압의 범위가 이상 범위인 경우, 출력 전압을 방전시킬 수 있다.
또한, 전압방전부(114)는 입력부(111)와 연결되어, 상기 입력전압을 방전시킨다. 전압방전부(114)는 출력부(113)에서 정상 범위의 출력 전압이 출력되면 동작하지 않고, 출력부(113)에서 이상 범위의 출력 전압이 출력되면, 동작하여 입력전압을 빠르게 방전시킨다. 전압방전부(114)는 출력부(113)에서 출력되는 출력 전압을 모니터링하고, 출력 전압의 범위가 이상 범위인 경우, 입력부(111)로 입력되는 입력 전압을 방전시킬 수 있다.
태양광 발전 패널(120)에 화재 등의 이상이 발생하는 경우, 출력 전압의 전압 레벨이 낮아지게 되고, 그로 인해, 이상 범위의 출력 전압이 출력되면, 전압방전부(114)가 동작하여, 태양광 발전 패널(120)의 전압을 빠르게 방전시킬 수 있다. 화재 발생시 소방관 등 작업자가 태양광 발전 패널에 접근할 수 있는데, 잔여전압이 높아, 감전의 위험성이 있을 수 있다. 전압방전부(114)는 태양광 발전 패널(120)의 잔여전압을 빠르게 낮춰 감전의 위험성을 제거할 수 있다.
전압방전부(114)는 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 턴온되는 스위칭부(1141) 및 상기 스위칭부(1141)의 동작에 따라 상기 출력 전압이 제2 전압 이하가 되도록 방전시키는 저항소자(1142)를 포함할 수 있다. 출력 전압이 정상 범위, 즉 제1 전압보다 높으면 전압방전부(114)는 동작하지 않고, 출력 전압이 제1 전압보다 낮아지면 스위칭부(1141)가 턴온되어 출력부(113)에 저항소자(1142)가 연결되고, 저항소자(1142)를 통해, 출력부(113)의 출력 전압이 제2 전압 이하기 되도록 빠르게 방전하여, 출력부(113)로 출력되는 태양광 발전 패널(120)의 전압을 안전 범위로 낮출 수 있다. 출력 전압이 제2 전압 이하가 되면, 전압방전부(114)의 동작을 오프시키고, 출력 전압을 모니터링할 수 있다.
예를 들어, 제1 전압은 35 V 일 수 있고, 제2 전압은 30 V일 수 있다. 태양광 발전 패널(120)이 정상 동작시 출력 전압은 80 V일 수 있고, 화재 등으로 입력전압이 80 V에서 35 V 이하로 떨어지면 스위칭부(1141)부가 턴온되어 저항소자(1142)가 출력부(113)와 연결되고, 출력부(113)의 전압을 빠르게 30 V 이하로 낮출 수 있다. 이때, 10초 또는 30초 이내에 출력부(113)의 전압을 30 V 이하로 낮출 수 있다. 스위칭부(1141)는 하나 이상의 FET 또는 MOSFET을 포함할 수 있고, BJT 등 다양한 스위칭소자를 포함할 수 있다. 저항소자(1142)는 하나 이상의 저항을 포함할 수 있다. 저항소자(1142)의 방전속도에 따라 제1 시간 내에 제2 전압 이하로 방전이 가능한지 결정되는바, 요구되는 안전스팩에 따라 저항소자(1142)의 저항 값이 달라질 수 있다.
또한, 전압방전부(114)는 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 턴온되는 스위칭부(1141) 및 상기 스위칭부(1141)의 동작에 따라 상기 출력 전압이 제2 전압 이하가 되도록 방전시키는 저항소자(1142)를 포함할 수 있다. 출력 전압이 정상 범위, 즉 제1 전압보다 높으면 전압방전부(114)는 동작하지 않고, 출력 전압이 제1 전압보다 낮아지면 스위칭부(1141)가 턴온되어 입력부(111)에 저항소자(1142)가 연결되고, 저항소자(1142)를 통해, 입력부(111)로 입력되는 입력전압을 방전시켜 출력 전압이 제2 전압 이하기 되도록 빠르게 방전하여, 입력부(111)와 연결된 태양광 발전 패널(120)의 전압을 안전 범위로 낮출 수 있다. 출력 전압이 제2 전압 이하가 되면, 전압방전부(114)의 동작을 오프시키고, 출력 전압을 모니터링할 수 있다.
전압방전부(114)는 상기 출력 전압에 대해 RSD(Rapid Shut Down)을 수행하는 RSD 수행부(118)를 포함할 수 있다. RSD(Rapid Shut Down)는 안전을 위한 기능으로, 이상이 발생하는 경우, 빠르게 전압을 낮출 수 있는 기능이다. RSD 는 정상동작시에는 스탠바이 내지 슬립모드로 동작하다, 이상 발생시 동작 내지 웨이크업 모드로 동작하여 전압을 빠르게 낮출 수 있다.
제어부(115)는 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전압방전부(114)를 동작시킬 수 있다. 제어부(115)는 전력변환장치(110)의 MCU(Micro Controller Unit)일 수 있다. 제어부(115)는 출력부(113)에서 출력되는 출력 전압을 모니터링하고, 입력전압을 인버터(130) 또는 배터리(140)에 적합한 전압으로 변환하기 위하여, 전력변환부(112)를 제어할 수 있다. 여기서, 전력변환부(112)는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 제어부(115)는 스위칭 소자의 온오프 듀티를 제어하여 전압을 변환할 수 있다. 제어부(115)는 도 4의 DC-DC 컨버터부(116)를 제어할 수 있다. 정상 범위의 출력 전압이 출력되면, DC-DC 컨버터부(116)를 제어하여 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환할 수 있다.
제어부(115)는 상기 출력 전압을 모니터링하고, 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부(112)의 동작을 오프시키고, 상기 전압방전부(114)를 동작시킬 수 있다. 제1 전압보다 낮은 이상 범위의 출력 전압이 출력되면, 제어부(115)는 전력변환부(112)의 동작을 오프시켜, 전력변환장치(110) 및 인버터(130)를 보호하고, 전압방전부(114)를 동작시켜, 태양광 발전 패널(120) 또는 전력변환장치(110)를 보호할 수 있다. 제어부(115)는 전압방전부(114)의 스위칭부(1141)를 턴온시켜 출력부(113)와 저항소자(1142)를 연결시켜 출력 전압을 방전시킬 수 있다. 또는, 제어부(115)는 전압방전부(114)의 스위칭부(1141)를 턴온시켜 입력부(111)와 저항소자(1142)를 연결시켜 입력 전압을 방전시킬 수 있다.
제어부(115)는 출력 전압이 다시 제1 전압 이상이 되면, 전압방전부(114)의 동작을 오프시키고, 출력 전압을 모니터링할 수 있다. 이때, 제어부(115)는 전력변환부(112)를 다시 동작시킬 수 있다.
제어부(115)와 전압방전부(114)가 하나의 전력변환장치(110) 내에 내장되어 있는바, 출력부(113)에서 출력되는 출력 전압에 대한 모니터링 정보를 바로 공유할 수 있고, 외부와의 통신이 끊기더라도 전압방전을 수행할 수 있어, 안정성을 확보할 수 있다.
전압을 방전시키는 RSD 모듈(13)은 MLPE(11)에 형성되고, 모니터링(14)은 인버터(12)에서 수행하는 도 3의 비교예에서, 인버터(12)는 MLPE(11)로부터 전압을 입력받고, 입력받는 전압을 모니터링하여 RSD 상황을 모니터링(14)할 수 있다. RSD 모듈(13)이 인버터(12)가 아닌 MLPE(11)에 형성되어 있으나, 모니터링(14)은 인버터(12)에 형성되어 있어, RSD 상황이 발생시, RSD 모듈(13)에 RSD 상황을 전달하기 위하여, 인버터(12)의 입력 전력선을 이용한 PLC 통신으로 RSD 상황을 전달해야 한다. 이 경우, PLC 노이즈 등에 취약하고, 별도의 통신을 이용하는 경우, 비용이 많이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 또한, MLPE(11)와 인버터(12)가 상호연동되어 RSD 동작을 수행하게 되는바, 다른 제품과의 호환성에 제약이 있을 수 있고, 호환성을 확인하는 PVRSS 호환성 시험을 통해 UL 인증 필요하게 될 수 있다. 또한, MLPE에서 RSD 수행하는 경우 기능 안전 수행에 따른 개발 기간, 인력, 비용이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 하나의 장치 내에 RSD 상황 모니터링 및 RSD 동작 수행이 이루어지는바, 통신의 노이즈나 추가적인 액세서리 장착없이 RSD 상황 대처를 빠르게 처리할 수 있다.
전압방전부(114)는 도 7과 같은 회로로 구현할 수 있다. 전압방전부(114)는 도 7과 같이, 복수의 저항, 스위칭 소자, 커패시터를 포함할 수 있다. 입력단에는 저항(R7)을 거쳐 입력단과 연결되는 MOSFET Q1을 포함하고, Q1의 소스는 R7 및 R5를 연결하는 노드와 연결되고, 해당 노드에는 R12, R3가 병렬로 연결될 수 있다. R12와 R14가 연결되고, R12와 R14 사이의 노드는 제너 다이오드 U1을 거쳐 Q1의 게이트와 연결될 수 있다. R3는 Q1의 소스와 게이트 사이에 연결되고, Q1의 드레인에는 다이오드 D1이 연결될 수 있다. D1은 Q1의 드레인 및 R1을 연결하고, R1은 D1과 BJT Q5의 베이스와 연결될 수 있다. Q5의 콜렉터는 R8과 연결된다. D1과 R1 사이의 노드에는 커패시터 C2가 연결될 수 있다. R14, U1, C2는 일단이 그라운드와 연결될 수 있다. 입력단에는 R7과 병렬로 다이오드 D3가 연결되고, D3는 R8과 연결될 수 있다.
입력단은 R7과 병렬로 연결되는 MOSFET Q3와 연결될 수 있다. 입력단과 Q3 사이의 노드에는 R13, R2가 병렬로 연결되고, R13 및 R17이 연결되고, R13와 R17 사이의 노드는 제너 다이오드 U3을 거쳐 Q3의 게이트와 연결될 수 있다. R2는 Q3의 소스와 게이트 사이에 연결되고, Q1의 드레인에는 다이오드 D2가 연결될 수 있다. D2은 Q3의 드레인 및 R6을 연결하고, R6은 D2과 BJT Q2의 베이스와 연결될 수 있다. Q2의 콜렉터는 R10과 연결되고, R10은 Q2와 D3 사이에 연결될 수 있다. D2과 R6 사이의 노드에는 커패시터 C3가 연결될 수 있다. R17, U3, C3는 일단이 그라운드와 연결될 수 있다. Q2의 에미터는 Q6의 콜렉터와 연결되고, Q5의 콜렉터는 Q6의 베이스와 연결될 수 있다. Q2와 Q6 사이의 노드에는 R4 및 커패시터 C1이 병렬로 연결될 수 있다. 출력 전압에 따라, Q1 내지 Q6가 턴온될 수 있고, R1 내지 R17, C1 내지 C3에 의해 출력부의 출력 전압이 빠르게 방전될 수 있다. 또는 입력부의 입력 전압과 연결되는 경우, 입력 전압이 빠르게 방전될 수 있다.
제어부(115)는 Q1 또는 Q3의 게이트에 게이트 전압을 인가하여 턴온시킬 수 있다. 제어부(115)는 출력 전압을 모니터링하여, 출력 전압이 이상 전압 범위가 되면, Q1 또는 Q3를 턴온시켜, 출력 전압을 빠르게 방전시킬 수 있다. 또는 입력 전압을 빠르게 방전시킬 수 있다.
상기와 같이, 전력변환장치(110) 내에 내장된 전압방전부(114)를 동작시킴으로써 이상 발생시 빠르게 전압을 낮출 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예예 따른 DC-DC 컨버터부(116)의 출력 전압을 나타낸 것으로, 전력변환장치(110)의 출력 전압인 DC-DC 컨버터부(116)의 출력 전압이 제1 전압인 35 V, 이상인 경우, 정상 동작하다, DC-DC 컨버터부(116)의 출력 전압이 35 V보다 낮아지면 전압방전부(114)의 방전에 따라 0 V로 전압이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이후, 다시 35 V 이상이 되면 정상 동작하는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈(200)의 블록도이다. 도 9의 태양광 발전 모듈(200)의 각 구성에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 8의 전력변환장치에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 모듈(200)은 적어도 하나의 태양광 발전 패널(120) 및 상기 태양광 발전 패널(120)에서 생성된 전압을 변환하여 인버터(130) 또는 배터리(140)로 출력하는 전력변환 모듈(110)을 포함하고, 상기 전력변환 모듈(110)은, 상기 태양광 발전 패널(120)에서 생성된 전압을 입력받는 입력부(111), 상기 입력부(111)로 입력된 입력 전압을 변환하여 출력하는 전력변환부(112), 상기 출력 전압을 인버터(130) 또는 배터리(140)로 출력하는 출력부(113); 및 상기 출력부(113)와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부(114)를 포함할 수 있다.
전력변환 모듈(110)은 태양광 발전 패널(120)의 전압을 최적화하는 MLPE를 포함할 수 있고, 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전력변환부 또는 상기 전압방전부를 제어하는 제어부(115)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(115)는 상기 출력 전압을 모니터링하고, 상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부(112)의 동작을 오프시키고, 상기 전압방전부(114)를 동작시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 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.
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 (11)

  1. 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 입력받는 입력부;
    상기 입력부로 입력된 입력 전압을 변환하는 전력변환부;
    상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압을 인버터 또는 배터리로 출력하는 출력부; 및
    상기 출력부와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부를 포함하는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전력변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 출력 전압을 모니터링하고,
    상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부의 동작을 오프시키는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전압방전부를 동작시키는 제어부를 포함하는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압은 제1 직류 전압이고,
    상기 전력변환부는,
    상기 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터부를 포함하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압방전부는,
    상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 턴온되는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 동작에 따라 상기 출력 전압이 제2 전압 이하가 되도록 방전시키는 저항소자를 포함하는 전력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압방전부는 상기 출력 전압에 대해 RSD(Rapid Shut Down)을 수행하는 RSD 수행부를 포함하는 전력변환장치.
  8. 적어도 하나의 태양광 발전 패널; 및
    상기 태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 변환하여 인버터 또는 배터리로 출력하는 전력변환 모듈을 포함하고,
    상기 전력변환 모듈은,
    태양광 발전 패널에서 생성된 전압을 입력받는 입력부;
    상기 입력부로 입력된 입력 전압을 변환하는 전력변환부;
    상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압을 인버터 또는 배터리로 출력하는 출력부; 및
    상기 출력부와 연결되어, 상기 출력 전압을 방전시키는 전압방전부를 포함하는 태양광 발전 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력변환 모듈은,
    상기 태양광 발전 패널의 전압을 최적화하는 MLPE를 포함하는 태양광 발전 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력변환 모듈은 상기 출력 전압의 상태에 따라 상기 전력변환부 또는 상기 전압방전부를 제어하는 제어부를 포함하는 태양광 발전 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 출력 전압을 모니터링하고,
    상기 출력 전압이 제1 전압보다 낮으면 상기 전력변환부의 동작을 오프시키고, 상기 전압방전부를 동작시키는 태양광 발전 모듈.

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