WO2011139023A2 - 태양광 발전을 위한 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 장치, 인버터 시스템 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

태양광 발전을 위한 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 장치, 인버터 시스템 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the disclosed technology relates to photovoltaic technology, and more particularly, to a DC / DC converter device, an inverter system, and a solar tube power generation system using the same.
  • Photovoltaic power emits holes and electrons into the solar cell by the energy of the solar light by injecting sunlight into the solar cell, and current flows due to the potential difference due to the movement of the holes and electrons.
  • Power generation system using the principle. Photovoltaic power generation systems include Stand Alone Systems, Grid-Connected Systems, and Hybrid Systems. In general, such a solar power generation system has the advantage that there is no pollution, but there is a disadvantage that the power output is dependent on the amount of sunshine, the installation site is limited, and the initial investment cost is high, it is difficult to selectively install as needed by the general consumer There is.
  • the photovoltaic power generation system is connected in parallel with a constant power supply line to supply the power provided by the solar cell to the consumer load.
  • the solar power system includes a DC / DC converter and an inverter system.
  • the DC / DC converter is modularized according to unit capacity and connected to the solar cell, and adjusts a voltage level of DC power provided from the solar cell.
  • the inverter system converts the DC power output from the DC / DC converter into AC power and supplies the load to the consumer.
  • the solar power system includes at least one solar cell module, a DC / DC converter and an inverter system.
  • the at least one solar cell module collects sunlight and converts it into electrical energy.
  • the DC / DC converter is modularized according to a unit capacity and connected to the solar cell module to adjust the voltage level of DC power provided from the solar cell module.
  • the inverter system converts the DC power output from the DC / DC converter into AC power, and is connected in parallel with a constant power supply line to supply the converted AC power to the load of the consumer.
  • the DC / DC converter device for photovoltaic power generation adjusts the voltage level of the DC power provided from the solar cell and converts the DC power provided from the solar cell into AC power in parallel with the constant power supply line. It is included in the photovoltaic device to supply to the load of consumers.
  • the photovoltaic DC / DC converter device includes a power controller and a DC / DC boost converter.
  • the power control unit generates a pulse width modulation (PWM) control signal for adjusting a voltage level of power supplied to the load of the customer based on the constant voltage control reference voltage source.
  • the DC / DC converter adjusts a voltage level of DC power provided from the solar cell in response to the PWM control signal.
  • PWM pulse width modulation
  • the inverter device for photovoltaic power generation supplies constant power by controlling a voltage level of DC power provided from a plurality of solar cell modules and converting DC power provided from the plurality of solar cell modules into AC power.
  • the photovoltaic inverter device includes a coupler, an inverter, and a monitor unit.
  • the coupler connects output lines of the plurality of solar cell modules to a single supply line and senses a power state of each of the output lines.
  • the inverter converts DC power output from the coupler into AC power.
  • the monitor unit monitors each power state of output lines of the plurality of solar cell modules.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a solar power system according to an embodiment of the disclosed technology.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the solar cell of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the DC / DC converter of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the DC / DC converter of FIG. 3 in more detail.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the inverter system of FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a coupler included in the inverter system of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an inverter included in the inverter system of FIG. 5.
  • first and second are intended to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms.
  • first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
  • first item, second item and / or third item should be understood to include all combinations that can be suggested from one or more related items.
  • first item, second item and / or third item may be given from two or more of the first, second or third items as well as the first, second or third items. Any combination of the possible items.
  • the identifiers (e.g., a, b, c, ...) are used for convenience of description, and the identifiers do not describe the order of the steps, and each step is clearly contextual. Unless stated in a specific order, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a solar power system according to an embodiment of the disclosed technology.
  • the solar power generation system is connected in parallel with a constant power supply line 1400 to supply power provided from the solar cell 1100 to a load 1700 of a customer.
  • the constant power supply line 1400 may be supplied to the load 1700 of the customer through a switchboard unit 1500 including an integrated power meter and an earth leakage breaker, and the like, and may be connected through the individual breaker 1600.
  • the solar power system includes a DC / DC converter 1200 and an inverter system 1300.
  • the DC / DC converter 1200 is modularized according to unit capacity and connected to the solar cell 1100, and adjusts a voltage level of DC power provided from the solar cell 1100.
  • the DC / DC converter 1200 may be modularized according to the unit capacity like the solar cell 1100, and an appropriate number of modules may be installed according to the amount of power required at the consumer. These modular devices are easy to add or change capacity even after initial installation.
  • the inverter system 1300 converts the DC power output from the DC / DC converter 1200 into AC power and supplies it to the load 1700 of the customer.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the solar cell 1100 of FIG. 1.
  • the solar cell 1100 may be modularized according to unit capacity and installed by determining the number of modules according to a required amount of power at a customer.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the DC / DC converter 1200 of FIG. 1.
  • the DC / DC converter 1200 includes a power control unit 1210 and a DC / DC boost converter unit 1220.
  • the power controller 1210 generates a pulse width modulation (PWM) control signal based on the constant voltage control reference voltage source SREF and maintains a constant voltage level of the power SB supplied to the load of the customer.
  • the constant voltage control reference voltage source SREF may be provided from a monitor included in the inverter system 1300 as a reference voltage source required for the entire system operation of the power generation system.
  • the power level of each of the functional blocks may be controlled by referring to the voltage level or the current level of the constant voltage control reference voltage source SREF.
  • the PWM control signal may be converted into a driving voltage SOP of the DC / DC boost converter 1220 and provided to the DC / DC boost converter 1220.
  • the DC / DC boost converter 1220 boosts the voltage level of the power SA provided from the solar cell 1100 in response to the PWM control signal SPWM.
  • the voltage level of the power SA provided from the solar cell 1100 corresponds to 18.6 Vdc and the voltage level of the output power SB boosted by the DC / DC boost converter unit 1220 corresponds to 218 Vdc. do.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the DC / DC converter 1200 of FIG. 3 in more detail.
  • the DC / DC boost converter unit 1220 includes a full bridge driver 1221, a transformer 1222, and an output unit 1223.
  • the full bridge driver 1221 converts the power SA provided from the solar cell into the first AC power SE in response to the PWM control signal.
  • the full bridge driver 1221 may be implemented with diodes connected in the form of a bridge. An input side of the full bridge driver 1221 may further include diodes for rectification.
  • the transformer 1222 boosts the first AC power SE to convert it to the second AC power SF.
  • the output unit 1223 provides the voltage and current of the second AC power SF to the power control unit 1210 as the feedback voltage SV and the feedback current SA, respectively, and supplies the second AC power SF to the DC power. Convert to (SB) and output.
  • the voltage level of the output power SB of the DC / DC boost converter unit 1220 corresponds to 218Vdc.
  • the power controller 1210 includes a feedback voltage detector FEEDBACK V, a feedback current detector FEEDBACK A, a PWM controller, a local power supply LOCAL POWER, and a gate driver.
  • the feedback voltage detector FEEDBACK V detects the feedback voltage SV
  • the feedback current detector FEEDBACK A detects the feedback current SA.
  • the detected feedback voltage SV and feedback current SA may be transmitted to the inverter system 1300 through the communication port SMON for monitoring.
  • the PWM controller controls the PWM control signal in response to the constant voltage control reference voltage source SREF, the feedback voltage SV, the feedback current SA, the external current control signal AADJ and the voltage control signal VADJ. Create (SPWM).
  • the current control signal AADJ and the voltage control signal VADJ may be input externally to set the DC / DC converter 1200 to an optimal operating state.
  • the gate driver GATE DRIVER provides the gate driving voltage SOP to the full bridge driver 1221 in response to the PWM control signal. That is, the full bridge driver 1221 is controlled by the PWM control signal SPWM to boost the voltage level of the power SA provided from the solar cell 1100.
  • the local power supply unit LOCAL POWER provides a part of the power SA provided from the solar cell 1100 as the driving power of the PWM controller.
  • the power controller 1210 automatically detects the power of the solar cell 1100 and determines whether the DC / DC boost converter 1220 operates.
  • the power controller 1210 may be remotely controlled in connection with other equipment such as transmitting state information through the communication port SMON or receiving a constant voltage control reference voltage source SREF.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the inverter system 1300 of FIG. 1.
  • the inverter system 1300 includes a coupler 1310, an inverter 1320, and a monitor 1330.
  • the coupler 1310 connects the output lines SB1 to SBN of the plurality of DC / DC converters to a single supply line SV when there are a plurality of output lines SB of the DC / DC converter.
  • the solar power generation system may easily change capacity according to a required amount of power by using a modular solar cell and a DC / DC converter.
  • the coupler 1310 connects input lines of a plurality of modules to a single supply line when the number of modules connected by the capacity change is changed, and monitors the state information by checking the power state of the input line of each module. To provide.
  • the inverter 1320 converts DC power SV output from the coupler 1310 into AC power.
  • the monitor 1330 monitors the power state of each of the output lines SB1 to SBN of the plurality of DC / DC converters when there are a plurality of output lines SBs of the DC / DC converter.
  • the monitor 1330 may determine the normal operation by checking the power states of the output lines SB1 to SBN of the plurality of DC / DC converters connected by the coupler 1310.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a coupler included in the inverter system of FIG. 5.
  • the coupler 1310 includes a fuse 1311, a signal sensing line 1313, and a diode 1312.
  • the fuse 1310 is connected to the output line SB of the DC / DC converter. When excessive current flows, the fuse 1310 may be shorted to protect the circuit and the load connected to the output side of the coupler 1310.
  • the signal detection line 1313 senses the power state of the output line SB of the DC / DC converter according to whether the fuse 1311 is shorted.
  • the diode 1312 is connected between the fuse 1311 and the single supply line (SV) to determine the directionality of the power output from the DC / DC converter 1300.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an inverter 1320 included in the inverter system of FIG. 5.
  • the inverter 1320 includes a power converter 1321, a transformer 1322, and a switch 1323.
  • the power converter 1321 converts DC power SV output from the coupler 1310 into AC power.
  • the transformer 1322 inductively couples the power converter 1311 and the load 1700 of the customer, and adjusts the voltage level of the AC power output from the power converter 1311.
  • the customer load 1700 and the external solar cell 1100 may be electrically insulated by the inductive coupling of the transformer 1322. Therefore, even in the event of an accident such as a lightning strike on the outdoor solar cell panel 1100, the load inside the consumer can be protected, which is advantageous for securing stability.
  • the switch unit 1323 opens and closes an electrical connection between the transformer unit 1322 and the customer load 1700.
  • the switch portion 1323 corresponds to the insulated gate bipolar transistor IGBT.
  • the switch unit 1323 may be implemented by using an insulated gate bipolar transistor to perform an immediate blocking operation and ensure stability even when an abnormal current flows in some system circuits.
  • the inverter 1320 may further include an emergency battery (not shown).
  • the emergency battery is connected to the input sides SV + and SV- of the power converter 1321, and when the power provided from the solar cell is cut off, the emergency battery may supply power to the load of the customer instead of the solar cell.
  • the disclosed technique can have the following effects. However, since a specific embodiment does not mean to include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the disclosed technology is limited by this.
  • the photovoltaic system may use a plurality of modular solar cells connected in parallel, and may reduce power generation efficiency even if some of them fail.
  • the switch part of the inverter system is implemented by using a responsive insulated gate bipolar transistor, so that even if an abnormal current flows in some system circuits, an immediate shut-off operation can be performed to protect the electric device inside the customer.
  • the transformer unit included in the inverter system may electrically insulate the consumer power source and the outdoor solar cell to protect the consumer's electrical equipment from the lightning strike of the outdoor solar cell.
  • An emergency battery can also be connected to the inverter system, making it easy to switch to an emergency power supply in an emergency.
  • the photovoltaic system can be operated in parallel with the always-on power supply system, and modular solar cells and DC / DC converters can be used to optimize the installation cost of the power plant according to the power capacity required by the customer.

Abstract

태양광 발전 시스템은 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 연결되어, 태양 전지로부터 제공되는 전력을 수용가의 부하로 공급한다. 태양광 발전 시스템은 DC/DC 컨버터 및 인버터 시스템을 포함한다. DC/DC 컨버터는 단위 용량에 따라 모듈화되어 태양 전지와 연결되며, 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다. 인버터 시스템은 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수용가의 부하로 공급한다.

Description

태양광 발전을 위한 ＤＣ/ＤＣ 컨버터 장치, 인버터 시스템 및 이를 포함하는 태양광 발전 시스템
개시된 기술은 태양광 발전 기술에 대한 것으로, 특히 태양광 발전을 위한 DC/DC 컨버터 장치, 인버터 시스템 및 이를 이용한 태양관 발전 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양광을 태양 전지에 쪼여주어 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양 전지에 정공(hole)과 전자(electron)를 발생시키고 이때 정공과 전자의 이동에 따른 전위차에 의해 전류가 흐르게 되는 원리를 이용한 발전 시스템이다. 태양광 발전 시스템은 독립형 시스템(Stand Alone System)과 계통연계 시스템(Grid-Connected System), 복합형 시스템(Hybrid System)등이 있다. 일반적으로 이러한 태양광 발전 시스템은 공해가 없다는 장점이 있으나, 전력 생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이라는 단점이 있고, 초기 투자비 등이 높아 일반 수용가에서 필요에 따라 선택적으로 설치하기 힘들다는 문제가 있다.
실시예들 중에서, 태양광 발전 시스템은 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 연결되어, 태양 전지로부터 제공되는 전력을 수용가의 부하로 공급한다. 상기 태양광 발전 시스템은 DC/DC 컨버터 및 인버터 시스템을 포함한다. 상기 DC/DC 컨버터는 단위 용량에 따라 모듈화되어 상기 태양 전지와 연결되며, 상기 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다. 상기 인버터 시스템은 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 수용가의 부하로 공급한다.
실시예들 중에서, 태양광 발전 시스템은 적어도 하나의 태양광 태양 전지 모듈, DC/DC 컨버터 및 인버터 시스템을 포함한다. 상기 적어도 하나의 태양 전지 모듈은 태양광을 집광하여 전기 에너지로 변환한다. 상기 DC/DC 컨버터는 단위 용량에 따라 모듈화되어 상기 태양 전지 모듈과 연결되며 상기 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다. 상기 인버터 시스템은 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 연결되어 상기 수용가의 부하로 상기 변환된 교류 전력을 공급한다.
실시예들 중에서 태양광 발전용 DC/DC 컨버터 장치는 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하고 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 수용가의 부하에 공급하는 태양광 발전 장치에 포함된다. 상기 태양광 발전용 DC/DC 컨버터 장치는 전력 제어부 및 DC/DC 부스트 컨버터부를 포함한다. 상기 전력 제어부는 정전압 제어 기준 전압원에 기초하여 상기 수용가의 부하에 공급되는 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation)제어 신호를 생성한다. 상기 DC/DC 컨버터부는 상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다.
실시예들 중에서 태양광 발전용 인버터 장치는 복수의 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하고 상기 복수의 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 수용가의 부하에 공급하는 태양광 발전 장치에 포함된다. 상기 태양광 발전용 인버터 장치는 커플러, 인버터 및 모니터부를 포함한다. 상기 커플러는 상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들을 단일 공급 라인으로 연결하고 상기 출력 라인들 각각의 전력 상태를 감지한다. 상기 인버터는 상기 커플러에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 상기 모니터부는 상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들을 각각의 전력 상태를 모니터링한다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 태양 전지를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 DC/DC 컨버터의 구성은 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 DC/DC 컨버터를 보다 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 인버터 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 인버터 시스템에 포함된 커플러를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 5의 인버터 시스템에 포함된 인버터를 나타내는 블록도이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
“및/또는”의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, “제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목”의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템은 상시(常時) 전력 공급 라인(1400)과 병렬적으로 연결되어, 태양 전지(1100)로부터 제공되는 전력을 수용가의 부하(1700)로 공급한다. 상시 전력 공급 라인(1400)은 적산 전력계 및 누전 차단기 등을 포함하는 배전반 유닛(1500)을 통해 수용가의 부하(1700)로 공급될 수 있고 이 때 개별 차단기(1600)를 통해 연결될 수 있다.
태양광 발전 시스템은 DC/DC 컨버터(1200) 및 인버터 시스템(1300)을 포함한다.
DC/DC 컨버터(1200)는 단위 용량에 따라 모듈화되어 태양 전지(1100)와 연결되며, 태양 전지(1100)로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절한다. DC/DC 컨버터(1200)는 태양 전지(1100)처럼 단위 용량에 따라 모듈화될 수 있으며, 수용가에서의 필요 전력량에 따라 적절한 수의 모듈을 설치할 수 있다. 이러한 모듈화된 장치들은 초기 설치 이후에도 증설하거나 용량의 변경이 용이하다.
인버터 시스템(1300)은 DC/DC 컨버터(1200)에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수용가의 부하(1700)로 공급한다.
도 2는 도 1의 태양 전지(1100)를 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양 전지(1100)는 단위 용량에 따라 모듈화될 수 있으며 수용가에서 필요 전력량에 따라 모듈 수를 결정하여 설치될 수 있다.
도 3은 도 1의 DC/DC 컨버터(1200)의 구성은 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, DC/DC 컨버터(1200)는 전력 제어부(1210) 및 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)를 포함한다. 전력 제어부(1210)는 정전압 제어 기준 전압원(SREF)에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation)제어 신호를 생성하고, 수용가의 부하로 공급되는 전력(SB)의 전압 레벨을 일정하게 유지한다. 정전압 제어 기준 전압원(SREF)는 발전 시스템의 전체 계통 운전에 필요한 기준 전압원으로서 인버터 시스템(1300)에 포함된 모니터부로부터 제공될 수 있다. 정전압 제어 기준 전압원(SREF)의 전압 레벨 또는 전류 레벨을 참고하여 각 기능 블록들의 전력 레벨을 제어할 수 있다. PWM 제어 신호는 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)의 구동 전압(SOP)으로 변환되어 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)로 제공될 수 있다. DC/DC 부스트 컨버터부(1220)는 PWM 제어 신호(SPWM)에 응답하여 태양 전지(1100)로부터 제공되는 전력(SA)의 전압 레벨을 승압시킨다. 일 실시예에서 태양 전지(1100)로부터 제공되는 전력(SA)의 전압 레벨은 18.6Vdc에 상응하며 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)에 의해 승압된 출력 전력(SB)의 전압 레벨은 218Vdc에 상응한다.
도 4는 도 3의 DC/DC 컨버터(1200)를 보다 상세하게 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, DC/DC 부스트 컨버터부(1220)는 풀 브리지 드라이버(1221), 변압부(1222) 및 출력부(1223)를 포함한다.
풀 브리지 드라이버(1221)는 PWM 제어 신호에 응답하여 태양 전지로부터 제공되는 전력(SA)을 제1 교류 전력(SE)으로 변환한다. 일 실시예에서 풀 브리지 드라이버는(1221)는 브리지 형태로 연결된 다이오드들로 구현될 수 있다. 풀 브리지 드라이버(1221)의 입력측에는 정류를 위한 다이오드들을 더 포함할 수 있다. 변압부(1222)는 제1 교류 전력(SE)을 승압시켜 제2 교류 전력(SF)으로 변환한다. 출력부(1223)는 제2 교류 전력(SF)의 전압 및 전류를 각각 피드백 전압(SV) 및 피드백 전류(SA)로 전력 제어부(1210)에 제공하고, 제2 교류 전력(SF)을 직류 전력(SB)으로 변환하여 출력한다. 일 실시예에서 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)의 출력 전력(SB)의 전압 레벨은 218Vdc에 상응한다.
전력 제어부(1210)는 피드백 전압 검출부(FEEDBACK V), 피드백 전류 검출부(FEEDBACK A), PWM 제어부(PWM CONTROLLER), 로컬 전력 공급부(LOCAL POWER) 및 게이트 드라이버(GATE DRIVER)를 포함한다.
피드백 전압 검출부(FEEDBACK V)는 피드백 전압(SV)을 검출하고, 피드백 전류 검출부(FEEDBACK A)는 피드백 전류(SA)를 검출한다. 검출된 피드백 전압(SV) 및 피드백 전류(SA)는 모니터링을 위한 통신 포트(SMON)를 통해 인버터 시스템(1300)으로 전송될 수 있다.
PWM 제어부(PWM CONTROLLER)는 정전압 제어 기준 전압원(SREF), 피드백 전압(SV), 피드백 전류(SA), 외부에서 입력되는 전류 제어 신호(AADJ) 및 전압 제어 신호(VADJ)에 응답하여 PWM 제어 신호(SPWM)를 생성한다. 전류 제어 신호(AADJ) 및 전압 제어 신호(VADJ)는 DC/DC 컨버터(1200)를 최적의 운전 상태로 세팅하기 위해 외부에서 입력될 수 있다.
게이트 드라이버(GATE DRIVER)는 PWM 제어 신호에 응답하여 풀 브리지 드라이버(1221)에 게이트 구동 전압(SOP)을 제공한다. 즉, PWM 제어 신호(SPWM)에 의해 풀 브리지 드라이버(1221)가 제어되어 태양 전지(1100)로부터 제공되는 전력(SA)의 전압 레벨이 승압된다.
*로컬 전력 공급부(LOCAL POWER)는 태양 전지(1100)로부터 제공되는 전력(SA)의 일부를 PWM 제어부(PWM CONTROLLER)의 구동 전력으로 제공한다.
전력 제어부는(1210)는 태양 전지(1100)의 전력을 자동으로 감지하여 DC/DC 부스트 컨버터부(1220)의 동작 여부를 판단한다. 전력 제어부(1210)는 통신 포트(SMON)를 통해 상태 정보를 전송하거나 정전압 제어 기준 전압원(SREF)등을 수신하는 등 다른 장비와 연동하여 원격 제어 될 수 있다.
도 5는 도 1의 인버터 시스템(1300)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 인버터 시스템(1300)은 커플러(1310), 인버터(1320) 및 모니터부(1330)를 포함한다.
커플러(1310)는 DC/DC 컨버터의 출력 라인(SB)이 복수 개인 경우 복수의 DC/DC 컨버터의 출력 라인들(SB1~SBN)을 단일 공급 라인(SV)으로 연결한다. 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 모듈화된 태양 전지 및 DC/DC 컨버터를 이용하여 수용가의 필요 전력량에 따라 용량 변경이 용이하다. 커플러(1310)는 이러한 용량 변경에 의해 연결되는 모듈의 수가 변경될 때 복수의 모듈의 입력 라인들을 단일 공급 라인으로 연결하며, 각 모듈의 입력 라인의 전력 상태를 체크하여 상태 정보를 모니터부(1330)로 제공한다.
인버터(1320)는 커플러(1310)에서 출력되는 직류 전력(SV)을 교류 전력으로 변환한다.
모니터부(1330)는 커플러(1310)는 DC/DC 컨버터의 출력 라인(SB)이 복수 개인 경우 복수의 DC/DC 컨버터의 출력 라인들(SB1~SBN) 각각의 전력 상태를 모니터링한다. 모니터부(1330)는 커플러(1310)에 의해 연결된 복수의 DC/DC 컨버터의 출력 라인들(SB1~SBN)의 전력 상태를 체크하여 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
도 6은 도 5의 인버터 시스템에 포함된 커플러를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 커플러(1310)는 퓨즈(1311), 신호 감지선(1313) 및 다이오드(1312)를 포함한다. 퓨즈(1310)는 DC/DC 컨버터의 출력 라인(SB)과 연결된다. 과도한 전류가 흐를 경우 퓨즈(1310)가 단락되어 커플러(1310)의 출력측에 연결된 회로 및 부하가 보호될 수 있다.
신호 감지선(1313)은 퓨즈(1311)의 단락 여부에 따라 DC/DC 컨버터의 출력 라인(SB)의 전력 상태를 감지한다.
다이오드(1312)는 퓨즈(1311) 및 단일 공급 라인 사이(SV)에 연결되어 DC/DC 컨버터(1300)에서 출력되는 전력의 방향성을 결정한다.
도 7은 도 5의 인버터 시스템에 포함된 인버터(1320)를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 인버터(1320)는 전력 변환부(1321), 변압부(1322) 및 스위치부(1323)를 포함한다.
전력 변환부(1321)는 커플러(1310)에서 출력되는 직류 전력(SV)을 교류 전력으로 변환한다.
변압부(1322)는 전력 변환부(1311)와 수용가의 부하(1700)를 유도 결합하고, 전력 변환부(1311)에서 출력되는 교류 전력의 전압 레벨을 조절한다. 일 실시예에서 변압부(1322)의 유도 결합에 의해 수용가의 부하(1700)와 외부의 태양 전지(1100)는 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서 옥외의 태양 전지(1100) 패널에 낙뢰 등의 사고가 발생한 경우에도 수용가 내부의 부하가 보호될 수 있어 안정성 확보에 유리하다.
스위치부(1323)는 변압부(1322) 및 수용가의 부하(1700) 사이의 전기적 연결을 개폐한다. 스위치부(1323)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에 상응한다. 일 실시예에서 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 스위치부(1323)를 구현하여 일부 계통 회로에서 이상 전류가 유입되더라도 즉각적인 차단 동작을 수행할 수 있고 안정성을 확보할 수 있다.
인버터(1320)는 비상용 배터리(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 비상용 배터리는 전력 변환부(1321)의 입력측(SV+, SV-)과 연결되어, 태양 전지로부터 제공되는 전력이 차단되는 경우 태양 전지를 대신하여 수용가의 부하로 전력을 공급할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
일 실시예에 태양광 발전 시스템은 모듈화된 복수의 태양 전지를 병렬 연결하여 이용할 수 있고 이 중 일부에서 고장이 발생하더라도 발전 효율이 감소되는 것을 줄일 수 있다.
또한 응답성이 빠른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 인버터 시스템의 스위치부를 구현하여 일부 계통 회로에서 이상 전류가 유입되더라도 즉각적인 차단 동작을 수행하여 수용가 내부의 전기 기기를 보호할 수 있다.
인버터 시스템에 포함된 변압부는 수용가 전원과 옥외 태양 전지를 전기적으로 절연하여 옥외 태양 전지의 낙뢰사고로부터 수용가의 전기 장비들을 보호할 수 있다.
또한 인버터 시스템에 비상용 배터리를 연결할 수 있어 비상시 비상 전원 장치로의 변경이 용이하다.
태양광 발전 시스템은 상시 전력 공급 시스템과 병렬적으로 운용할 수 있으며, 모듈화된 태양 전지 및 DC/DC 컨버터를 이용하여 수용가에서 필요한 전력 용량에 따른 발전 설비의 설치 비용을 최적화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 연결되어, 태양 전지로부터 제공되는 전력을 수용가의 부하로 공급하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
    단위 용량에 따라 모듈화되어 상기 태양 전지와 연결되며, 상기 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하는 DC/DC 컨버터; 및
    상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 수용가의 부하로 공급하는 인버터 시스템을 포함하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터는
    정전압 제어 기준 전압원에 기초하여 PWM(Pulse Width Modulation)제어 신호를 생성하고, 상기 수용가의 부하로 공급되는 전력의 전압 레벨을 일정하게 유지하는 전력 제어부; 및
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 태양 전지로부터 제공되는 전력의 전압 레벨을 승압시키는 DC/DC 부스트 컨버터부를 포함하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 DC/DC 부스트 컨버터부는
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 태양 전지로부터 제공되는 전력을 제1 교류 전력으로 변환하는 풀 브리지 드라이버;
    상기 제1 교류 전력을 승압시켜 제2 교류 전력으로 변환하는 변압부; 및
    상기 제2 교류 전력의 전압 및 전류를 각각 피드백 전압 및 피드백 전류로 상기 전력 제어부에 제공하고, 상기 제2 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전력 제어부는
    상기 피드백 전압을 검출하는 피드백 전압 검출부;
    상기 피드백 전류를 검출하는 피드백 전류 검출부;
    상기 정전압 제어 기준 전압원, 상기 피드백 전압, 상기 피드백 전류, 외부에서 입력되는 전류 제어 신호 및 전압 제어 신호에 응답하여 상기 PWM 제어 신호를 생성하는 PWM 제어부;
    상기 태양 전지로부터 제공되는 전력의 일부를 상기 PWM 제어부의 구동 전력으로 제공하는 로컬 전력 공급부; 및
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 풀 브리지 드라이버에 게이트 구동 전압을 제공하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인버터 시스템은
    상기 DC/DC 컨버터의 출력 라인이 복수 개인 경우 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 출력 라인들을 단일 공급 라인으로 연결하는 커플러;
    상기 커플러에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 DC/DC 컨버터의 출력 라인이 복수 개인 경우 상기 복수의 DC/DC 컨버터의 출력 라인들 각각의 전력 상태를 모니터링하는 모니터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 커플러는
    상기 DC/DC 컨버터의 출력 라인과 연결되는 퓨즈;
    상기 퓨즈의 단락 여부에 따라 상기 DC/DC 컨버터의 출력 라인의 전력 상태를 감지하는 신호 감지선; 및
    상기 퓨즈 및 상기 단일 공급 라인 사이에 연결되어 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전력의 방향성을 결정하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 인버터는
    상기 커플러에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부와 상기 수용가의 부하를 유도 결합하고, 상기 전력 변환부에서 출력되는 교류 전력의 전압 레벨을 조절하는 변압부; 및
    상기 변압부 및 상기 수용가의 부하 사이의 전기적 연결을 개폐하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스위치부는
    절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에 상응하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 인버터는
    상기 전력 변환부의 입력측과 연결되어, 상기 태양 전지로부터 제공되는 전력이 차단되는 경우 상기 태양 전지를 대신하여 상기 수용가의 부하로 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  10. 태양광을 집광하여 전기 에너지로 변환하는 적어도 하나의 태양 전지 모듈;
    단위 용량에 따라 모듈화되어 상기 태양 전지 모듈과 연결되며 상기 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하는 DC/DC 컨버터; 및
    상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상시(常時) 전력 공급 라인과 병렬적으로 연결되어 상기 수용가의 부하로 상기 변환된 교류 전력을 공급하는 인버터 시스템을 포함하는 태양광 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터는
    상기 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨 및 전류 레벨을 기준 전압원에 상응하는 레벨로 조절하는 PWM 제어 신호를 생성하고, PWM 제어 신호를 기초로 풀 브리지 드라이버를 구동하여 상기 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 인버터 시스템은
    상기 수용가의 부하와 상기 DC/DC 컨버터를 유도 결합하고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 유도 결합부; 및
    비상시 상기 수용가의 부하 및 상기 DC/DC 컨버터 사이의 전기적 연결을 개폐하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  13. 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하고 상기 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수용가의 부하에 공급하는 태양광 발전 장치에 있어서,
    정전압 제어 기준 전압원에 기초하여 상기 수용가의 부하에 공급되는 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation)제어 신호를 생성하는 전력 제어부; 및
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 태양 전지로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하는 DC/DC 부스트 컨버터부를 포함하는 태양광 발전용 DC/DC 컨버터 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 DC/DC 부스트 컨버터부는
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 태양 전지로부터 제공되는 전력을 제1 교류 전력으로 변환하는 풀 브리지 드라이버;
    상기 제1 교류 전력을 승압시켜 제2 교류 전력으로 변환하는 변압부; 및
    상기 제2 교류 전력의 전압 및 전류를 각각 피드백 전압 및 피드백 전류를 상기 전력 제어부로 제공하고, 상기 제2 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 DC/DC 컨버터 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전력 제어부는
    상기 피드백 전압을 검출하는 피드백 전압 검출부;
    상기 피드백 전류를 검출하는 피드백 전류 검출부;
    상기 정전압 제어 기준 전압원, 상기 피드백 전압, 상기 피드백 전류, 외부에서 입력되는 전류 제어 신호 및 전압 제어 신호에 응답하여 상기 PWM 제어 신호를 생성하는 PWM 제어부;
    상기 태양 전지로부터 제공되는 전력의 일부를 상기 PWM 제어부의 구동 전력으로 제공하는 로컬 전력 공급부; 및
    상기 PWM 제어 신호에 응답하여 상기 풀 브리지 드라이버에 게이트 구동 전압을 제공하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 DC/DC 컨버터 장치.
  16. 복수의 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력의 전압 레벨을 조절하고 상기 복수의 태양 전지 모듈로부터 제공되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수용가의 부하로 공급하는 태양광 발전 장치에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들을 단일 공급 라인으로 연결하고 상기 출력 라인들 각각의 전력 상태를 감지하는 커플러;
    상기 커플러에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 및
    상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들 각각의 전력 상태를 모니터링하는 모니터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 인버터 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 커플러는
    상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들과 연결되는 퓨즈;
    상기 퓨즈의 단락 여부에 따라 상기 복수의 태양 전지 모듈의 출력 라인들 각각의 전력 상태를 감지하는 신호 감지선; 및
    상기 퓨즈 및 상기 단일 공급 라인 사이에 연결되어 상기 복수의 태양 전지 모듈에서 제공되는 전력의 방향성을 결정하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 인버터 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 인버터는
    상기 커플러에서 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부와 상기 수용가의 부하를 유도 결합하고, 상기 전력 변환부에서 출력되는 교류 전력의 전압 레벨을 조절하는 변압부; 및
    상기 변압부 및 상기 수용가의 부하 사이의 전기적 연결을 개폐하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 인버터 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 인버터는
    상기 전력 변환부의 입력측과 연결되어, 상기 태양 전지로부터 제공되는 전력이 차단되는 경우 상기 태양 전지를 대신하여 상기 수용가의 부하로 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 인버터 장치.
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