WO2015056935A1 - 태양광 모듈 접속반 - Google Patents

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WO2015056935A1
WO2015056935A1 PCT/KR2014/009547 KR2014009547W WO2015056935A1 WO 2015056935 A1 WO2015056935 A1 WO 2015056935A1 KR 2014009547 W KR2014009547 W KR 2014009547W WO 2015056935 A1 WO2015056935 A1 WO 2015056935A1
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solar
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PCT/KR2014/009547
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김형준
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주식회사 넥스트스퀘어
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    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/02—Details
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
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    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell connection panel for connecting a solar cell module and an inverter, and more particularly, to a solar cell connection panel that cuts off a connection using a thyristor when an arc detection function and a large arc occur.
  • the solar modules are connected to each other in series or in parallel to form a solar string.
  • the solar modules may be connected by string wiring. If the connection of any part of the connection point of the string wiring is not sure, an arc occurs due to the characteristics of the DC current.
  • the arc at this time may have a pulse form of several tens of kHz to several hundred kHz.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide a solar module connection panel that can detect the arc and disconnect and connect the current with a simple circuit configuration.
  • the solar module connection panel is disposed between a solar cell module that receives solar light and produces a direct current and an inverter that converts the direct current power of the solar cell module into alternating current power. DC current of is provided to the inverter.
  • the photovoltaic module connection panel may include a commutated thyristor circuit connected in series with an output terminal of the solar cell module to control connection and disconnection of a direct current;
  • a current sensor disposed between the rectifying si list circuit unit and the inverter to sense the direct current and output a current signal;
  • An analog signal processor configured to receive the current signal of the current sensor and detect a high frequency component by an arc to output an arc signal, and detect a large arc above a predetermined reference signal and output a trip signal;
  • a processing unit receiving the trip signal and outputting a control signal for controlling the rectifying si list circuit unit.
  • the analog signal processing unit includes a summing amplifier (summing amplifer) for summing the offset voltage set to the current signal;
  • a high pass filter connected between the output terminal and the ground terminal of the adder amplifier;
  • a voltage follower coupled to the output of the adder amplifier;
  • a first comparator receiving the output signal of the voltage follower and the current signal and outputting an arc signal according to a difference between the output signal of the voltage follower and the current signal;
  • a second comparator receiving a predetermined reference voltage and the current signal and outputting a trip signal according to a difference between the reference voltage and the current signal.
  • the commutated thyristor circuit comprises: a first thyristor; A snubber circuit connected in parallel to said first thyristor; A first capacitor and a second thyristor connected in parallel to the first thyristor and in series with each other; And a diode and an inductor parallel to the second thyristor and connected in series with each other.
  • the solar inverter converts the DC power of the solar cell module that receives the solar light to produce a DC current to AC power.
  • the solar inverter includes a commutated thyristor circuit connected in series with the output terminal of the solar cell module to control the connection and disconnection of direct current;
  • a current sensor disposed between the rectifying si list circuit unit and the inverter to sense the direct current and output a current signal;
  • An analog signal processor configured to receive the current signal of the current sensor and detect a high frequency component by an arc to output an arc signal, and detect a large arc above a predetermined reference signal and output a trip signal;
  • And a processing unit receiving the trip signal and outputting a control signal for controlling the rectifying si list circuit unit.
  • the solar module connection panel can stably detect an arc at a DC current, and control the rectifying si list circuit unit based on the detected arc.
  • the safety of the user and the solar cell system can be protected.
  • FIG. 1 is a view for explaining a solar system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an analog circuit section of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the rectifying cylist circuit unit of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a timing diagram of the solar system of FIG. 1.
  • the arc appears as a current in the power cable and can be in the form of random noise.
  • the ability to determine the arc can be essential to the solar system for the protection of the user.
  • Solar module connection panel proposes a function that can determine the arc (Arc), and a silicon controlled rectifier (SCR) that can block the current while functioning as a conventional diode It can be used to protect the arc, protect the overcurrent, and use it semi-permanently without replacing the fuse. Accordingly, the solar module access panel can provide convenience of the solar service provider.
  • the output current of a photo-voltic (PV) inverter may have a frequency component of 1 kHz or less.
  • Solar cell connection panels are arranged in PV inverters and solar cell modules.
  • the solar cell connection panel may include an arc sensing circuit.
  • An arc can be detected by finding a component of several tens of kHz or more while following a component of 1 kHz or less from the current signal.
  • a current signal including arc information is passed through a low pass filter, a component of 1 kHz or less is extracted, a low frequency component is compared with a current signal, and an arc signal is detected. can do.
  • a trip signal may be generated when the current signal is greater than or equal to a predetermined threshold current value, and the trip signal may perform a function of a fuse by controlling a rectifying thyristor circuit that controls connection and disconnection of a DC current. have.
  • the rectifying thyristor circuit unit may simultaneously perform a function of a diode and a switch.
  • the system manager may receive a current signal and a voltage signal of the solar panel connection board through wired or wireless communication to check whether the solar system is broken.
  • FIG. 1 is a view for explaining a solar system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an analog circuit section of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the rectifying cylist circuit unit of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a timing diagram of the solar system of FIG. 1.
  • the solar system 10 is a solar cell module 100 that receives solar light and produces a direct current, an inverter that converts the direct current power of the solar cell module 100 into alternating current power.
  • the solar cell module 300 may be disposed between the solar cell module and the inverter to receive a direct current of the solar cell module and provide the solar module connection panel 200 to the inverter.
  • the solar module connection panel 200 is a fuse 210 connected to an output terminal of the solar cell module 100 and a rectifier thyristor circuit unit connected to the fuse 210 in series to control connection and disconnection of a direct current ( a commutated thyristor circuit 220, a current sensor 230 disposed between the rectifying si list circuit unit 220 and the inverter 300 to sense the direct current and output a current signal I, and the current sensor 230.
  • Analog signal processor 250 for receiving the current signal of the current senses a high frequency component by the arc to output the arc signal (S_Arc), and detects a large arc above a certain reference signal to output a trip signal (S_Trip) And a processing unit 270 that receives the trip signal and outputs control signals G1 and G2 for controlling the rectifying si list circuit unit 220.
  • the fuse 210 is connected between the solar module 100 and the inverter 300, and may be opened when an overcurrent flows.
  • the commutated thyristor circuit 220 is parallel to a first thyristor 221, a snubber circuit 225 connected in parallel to the first thyristor 221, and a first thyristor 221.
  • a first capacitor 223 and a second thyristor 222 connected to each other and in series with each other, and a diode 224 and an inductor 225 parallel to and in series with the second thyristor 222 may be included.
  • An anode of the first thyristor 221 is connected to the fuse 210, and a cathode of the first thyristor 221 is connected to an input terminal of the inverter 300. Accordingly, when the positive voltage is applied to the anode, the first thyristor 221 becomes conductive as a predetermined first control signal G1 is applied to the gate of the first thyristor 221. . On the other hand, in order for the first thyristor 221 to be turned off, a reverse current is required.
  • the load voltage Vs flows toward the inverter.
  • the load current flows to the inverter 300 through the first thyristor 221.
  • the first capacitor 223 discharges through the first thyristor 221, the inductor 225, the diode 224, and the first capacitor 223.
  • the first capacitor 223 reverses the voltage. The reverse voltage across the first capacitor 223 is kept constant by the diode 224.
  • the second thyristor 222 is turned on.
  • the first capacitor 223 may provide reverse-bias to the first thyristor 221. Accordingly, the first thyristor 222 may be turned off.
  • the commutated thyristor circuit may remove a reverse current prevention diamond.
  • the snubber circuit 225 may be used to protect the first thyristor 221 against malfunction.
  • the snubber circuit 225 may include a resistor 225a and a capacitor 225b connected in series.
  • the resistor 225a and the capacitor 225b may be connected between both ends of the first thyristor 221.
  • the capacitor 225b is used to limit the voltage change over time, and the resistor 225a may be used to limit the high discharge current through the first thyristor 221.
  • the current sensor 230 may be a sensor for measuring a current flowing along a wire connecting the solar electric module 100 and the inverter 300. Specifically, the current sensor 230 may be disposed around the power distribution to measure the magnetic field provided by the current flowing in the wiring. The current sensor 230 may be a hall sensor. The current signal I measured by the current sensor 230 may be provided to the analog signal processor 250. The current signal 1 may include information about an arc generated in the solar cell module 100.
  • the voltage sensor 240 may measure the voltage of the wire.
  • the voltage sensor 240 may be a resistor voltage divider using a resistor.
  • the voltage of the wire measured by the voltage sensor 240 may be provided to the analog signal processor 250.
  • the analog signal processor 250 may include an adder amplifier summing to sum the offset voltage set in the current signal I, a high pass filter 255 connected between the output terminal of the adder amplifier 254 and the ground terminal, A voltage follower 256 connected to an output terminal of the adder amplifier 254, an output signal of the voltage follower 256, and the current signal are supplied to the output signal of the voltage follower 256 and the output signal of the current follower.
  • the positive input terminal of the first comparator 253 may receive the first reference signal S_REF1 from the first comparison signal generator 251.
  • the negative input terminal of the first comparator may receive the first comparison signal S_CMP1 from the first comparison signal generator 252.
  • the positive input terminal of the first comparator 253 may be connected to the output terminal of the voltage follower 256 through a resistor, and the negative input terminal of the first comparator 253 may be connected to the current signal through a resistor.
  • the first comparator 253 may receive the current signal I through a negative input terminal and a first reference signal S_REF1 through a positive input terminal.
  • the first reference signal S_REF1 may be a signal from which a high frequency component of 10 kHz or more is removed from the current signal I, and may have a constant offset voltage from the current signal I. When an arc occurs, the current signal I has a high frequency component and increases in magnitude. In this case, the first reference signal S_REF1 may be smaller than the current signal I. Accordingly, the first comparator 253 may output an arc signal S_Arc when the current signal is greater than the first comparison signal.
  • the adder amplifier 254 may include an operational amplifier.
  • the positive input terminal of the adder amplifier 254 may be connected to the ground terminal through a resistor.
  • the negative input terminal of the adder amplifier 254 may be connected to a current signal through a first resistor and to an offset power supply through a second resistor. Accordingly, the adder amplifier may output the sum of the offset voltage of the current signal and the offset power supply.
  • the negative input terminal of the adder amplifier 254 is connected to the output terminal through a resistor, so that the adder amplifier may constitute an inverting amplifier.
  • the output terminal of the interim amplifier 254 may be connected to the positive input terminal of the voltage follower 256 through a resistor.
  • a high frequency pass filter 255 may be disposed between the positive input terminal of the voltage follower 256 and the ground terminal.
  • the high pass filter 255 may be a filter using a passive element.
  • the high pass filter may include a resistor and a capacitor connected in parallel with each other.
  • the cutoff frequency of the high pass filter 255 may be 10 kHz or more.
  • the high pass filter 255 may remove a high frequency component due to an arc from the current signal and provide only a low frequency component to the voltage follower 256.
  • the low pass filter that removes high frequency components from the current signal may be an active filter.
  • the voltage follower 256 may receive the output signal of the adder amplifier 254 to provide a first reference signal S_REF1.
  • the voltage follower 256 may include an operational amplifier. A negative input terminal of the voltage follower 256 may be connected to an output terminal, and a positive input terminal of the voltage follower 256 may be connected to an output terminal of the adder amplifier 254 through a resistor.
  • the second comparator 259 receives a second reference signal S_REF2 and the second comparison signal S_CMP2 and according to the difference between the second reference signal S_REF2 and the second comparison signal S_CMP2, S_Trip) can be output.
  • the second reference signal generator 257 may generate the second reference signal S_REF2.
  • the second comparison signal S_CMP2 may be generated by the second comparison signal generator 258.
  • the second reference signal S_REF2 may be a constant reference voltage.
  • the second comparison signal S_CMP2 may be a current signal.
  • the reference voltage may be a threshold for determining a large arc.
  • the processor 270 receives the trip signal S_Trip and the arc signal S_Arc. Accordingly, the processor 270 may calculate the number of occurrences of the arc signal and provide the number of arc generations to the external monitoring system 400. When the frequency of occurrence of the arc signal exceeds a predetermined range, the processor 270 may generate the first control signal G1 and the second control signal G2. In addition, the external monitoring system 400 may provide an external control signal for generating the first control signal and the second control signal to the processor 270.
  • the processor 270 may generate the first control signal G1 and the second control signal G2.
  • the first control signal G1 may be a signal for turning on / off the first thyristor 221.
  • the second control signal G2 may be a signal for turning on / off the second thyristor 222.
  • the trip signal S_Trip is not generated, the first thyristor 221 is turned on, The second thyristor 222 may be turned off, when the trip signal S_Trip occurs, the first control signal G1 turns off the first thyristor 221 and a second control signal.
  • G2 may turn on the second thyristor 222. Accordingly, the rectifier thyristor circuit 220 may be driven without a complicated driving circuit.
  • the analog-digital converter 260 may convert the current signal measured by the current sensor 230 and the voltage signal measured by the voltage sensor 240 into digital signals.
  • the digital current signal and the digital voltage signal may be provided to the processor 270.
  • the digital current signal and the digital voltage signal may be provided to the external monitoring system 400 using wired or wireless communication.
  • the solar module connection panel may be implemented inside the solar inverter.
  • the solar inverter converts the DC power of the solar cell module, which receives the solar light to produce a DC current, into AC power.
  • the solar inverter is connected to an output terminal of the solar cell module in series to control the connection and disconnection of the direct current (commutated thyristor circuit), disposed between the rectified thyristor circuit and the inverter and the direct current
  • a current sensor which senses and outputs a current signal, receives the current signal of the current sensor, detects a high frequency component by an arc, and outputs an arc signal, and detects a large arc above a predetermined reference signal and outputs a trip signal.
  • An analog signal processing unit, and a processing unit receiving the trip signal and outputting a control signal for controlling the rectifying si list circuit unit.

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 접속반을 제공한다. 상기 태양광 모듈 접속반은 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈과 상기 태양 전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 사이에 배치되어 상기 태양전지 모듈의 직류 전류를 제공받아 상기 인버터에 제공한다. 상기 태양광 모듈 접속반은 상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit), 상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서, 상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부, 및 상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함한다.

Description

태양광 모듈 접속반
본 발명은 태양 전지 모듈과 인버터를 연결하는 태양 전지 접속반에 관한 것으로, 더 구체적으로 아크 감지 기능과 대형 아크가 발생한 경우 사이리스터를 이용하여 접속을 차단하는 태양 전지 접속반에 관한 것이다.
태양광 모듈들은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 태양광 스트링(String)을 형성한다. 태양광 모듈들은 스트링 배선으로 연결될 수 있다. 스트링 배선의 접속점의 어느 한 부분의 연결이 확실하지 않을 경우, DC 전류의 특성상 아크(Arc)가 발생한다. 이때의 아크는 수십 kHz 내지 수백 kHz의 펄스 형태를 가질 수 있다.
태양광 모듈이 병렬 연결된 경우, 태양광 스트링의 양단 사이에 절연 파괴가 발생할 경우에도 아크가 발생할 수 있다. 상기 아크는 위험할 수 있다. 따라서, 아크를 모니터링하여, 태양광 시스템의 동작을 제어하는 태양광 모듈 접속반 또는 태양광 인버터가 요구된다.
본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 간단한 회로구성으로 아크를 감지하고 전류를 차단 및 접속할 수 있는 태양광 모듈 접속반을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 접속반은 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈과 상기 태양 전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 사이에 배치되어 상기 태양전지 모듈의 직류 전류를 제공받아 상기 인버터에 제공한다. 상기 태양광 모듈 접속반은 상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit); 상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서; 상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부; 및 상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 아날로그 신호 처리부는 상기 전류 신호에 설정된 오프셋 전압을 합산하는 가산 증폭기(summing amplifer); 상기 가산 증폭기의 출력단과 접지단 사이에 연결된 고주파 통과 필터; 상기 가산 증폭기의 출력단에 연결된 전압 팔로워(voltage follower); 상기 전압 팔로워의 출력 신호와 상기 전류 신호를 제공받아 상기 전압 팔루워의 출력신호와 상기 전류 신호의 차이에 따라 아크 신호를 출력하는 제1 비교기; 및 소정의 기준 전압 및 상기 전류 신호를 제공받아 상기 기준 전압과 상기 전류 신호의 차이에 따라 트립 신호를 출력하는 제2 비교기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit)는 제1 사이리스터(thyristor); 상기 제1 사이리스터에 병렬 연결된 스누버(snuber) 회로; 제1 사이리스터에 병렬 연결되고 서로 직렬 연결된 제1 축전기 및 제2 사이리스터; 및 상기 제2 사이리스터에 병렬되고 서로 직렬 연결된 다이오드 및 인덕터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 상기 태양광 인버터는 상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit); 상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서; 상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부; 및 상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 접속반은 안정적으로 DC 전류에서 아크를 감지하고, 감지된 아크에 기반하여 정류 사이리스트 회로부를 제어할 수 있다. 이에 따라, 아크로부터, 사용자의 안전과 태양 전지 시스템이 보호될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 아날로그 회로부를 설명하는 도면도이다.
도 3은 도 1의 정류 사이리스트 회로부를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 태양광 시스템의 타이밍도이다.
태양광 시스템에서 아크는 전력 케이블에서 전류로 나타나며 램덤 노이즈 형태를 가질 수 있다. 아크(Arc)를 판별하는 기능이 사용자의 보호를 위해 태양광 시스템에 필수로 들어갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 접속반은 아크(Arc)를 판별할 수 있는 기능을 제안하고, 기존에 다이오드의 기능을 하면서 전류를 차단할 수 있는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier;SCR)를 이용하여 아크(Arc)에 대한 보호 동작을 할 수 있으며, 과전류 보호를 하며, 퓨즈의 교체 없이 반영구적으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양광 모듈 접속반은 태양광 서비스 사업자의 편의를 제공할 수 있다.
아크의 신호는 대부분 수십 kHz 대역 이상의 주파수 성분을 가질 수 있다. 그러나 PV(photo-voltic) 인버터의 출력 전류는 1 kHz 이하의 주파수 성분을 가질 수 있다. 태양 전지 접속반은 PV 인버터와 태양전지 모듈에 배치된다. 따라서, 상기 태양 전지 접속반은 아크 감지 회로를 포함할 수 있다. 전류 신호로부터 1 kHz이하의 성분을 추종하면서 수십 kHz이상의 성분을 찾아내면 아크를 검지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아크 정보를 포함한 전류 신호를 저주파 통과 필터(Low Pass Filter)를 통과시켜, 1 kHz이하의 성분을 추출하고, 저주파 성분과 전류 신호를 비교하여, 아크 신호를 검출할 수 있다. 그리고 상기 전류 신호가 설정된 임계 전류값 이상에서는 트립(Trip) 신호를 발생시켜, 상기 트립 신호는 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부를 제어하여 퓨즈(Fuse)의 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 기존의 퓨즈(Fuse)는 영구적으로 사용 가능한 반도체 스위치(solid State Switch)로 대체 또는 보조될 수 있다. 또한, 정류 사이리스트 회로부는 다이오드의 기능과 스위치의 기능을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 시스템 관리자는 태양광 모듈 접속반의 전류 신호 및 전압 신호를 유무선 통신을 통하여 제공받아, 태양광 시스템의 고장 유무를 확인할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 아날로그 회로부를 설명하는 도면도이다.
도 3은 도 1의 정류 사이리스트 회로부를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 태양광 시스템의 타이밍도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 태양광 시스템(10)은 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈(100), 상기 태양 전지 모듈(100)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(300), 상기 태양전지 모듈과 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 태양전지 모듈의 직류 전류를 제공받아 상기 인버터에 제공하는 태양광 모듈 접속반(200)을 포함할 수 있다.
상기 태양광 모듈 접속반(200)은 상기 태양전지 모듈(100)의 출력단에 연결되는 퓨즈(210), 상기 퓨즈(210)에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit,220), 상기 정류 사이리스트 회로부(220)와 상기 인버터(300) 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호(I)를 출력하는 전류 센서(230), 상기 전류 센서(230)의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호(S_Arc)를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal;S_Trip)를 출력하는 아날로그 신호 처리부(250), 및 상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부(220)를 제어하는 제어 신호(G1,G2)를 출력하는 처리부(270)를 포함할 수 있다.
퓨즈(210)는 태양전기 모듈(100)과 인버터(300) 사이에 연결되고, 과전류가 흐르면 개방될 수 있다.
상기 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit, 220)는 제1 사이리스터(thyristor,221), 상기 제1 사이리스터(221)에 병렬 연결된 스누버(snuber) 회로(225), 제1 사이리스터(221)에 병렬 연결되고 서로 직렬 연결된 제1 축전기(223) 및 제2 사이리스터(222), 및 상기 제2 사이리스터(222)에 병렬되고 서로 직렬 연결된 다이오드(224) 및 인덕터(225)를 포함할 수 있다.
상기 제1 사이리스터(221)의 애노드(annode)는 상기 퓨즈(210)에 연결되고, 상기 제1 사이리스터(221)의 캐소드(cathode)는 상기 인버터(300)의 입력단에 연결된다. 이에 따라, 에노드가 캐소드에 대하여 플러스 전압이 인가된 경우, 소정의 제1 제어 신호(G1)가 상기 제1 사이리스터(221)의 게이트에 인가됨에 따라, 상기 제1 사이리스터(221)는 도통된다. 한편, 상기 제1 사이리스터(221)는 턴오프되기 위하여, 역방향 전류가 요구된다.
제1 사이리스터(221)이 턴온되고, 제2 사이리스터(222)가 턴오프된 경우, 인가 전압(Vs)은 인버터 방향으로 부하 전류가 흐른다. 상기 부하 전류는 제1 사이리스터(221)을 통하여 인버터(300)로 흐른다. 동시에 제1 축전기(223)는 제1 사이리드터(221), 인덕터(225), 다이오드(224) 및 제1 축전기(223)를 통하여 방전한다. 그리고 제1 축전기(223)는 전압을 역전시킨다. 이 제1 축전기(223)에 걸리는 역전압은 다이오드(224)에 의하여 일정하게 유지된다.
제1 사이리스터(221)의 동작을 정지시키 위하여, 제2 사이리스터(222)가 턴온된다. 이 경우, 제2 사이리스터(222)가 턴온된 경우, 제1 축전기(223)는 역-바이스(reverse-bias)를 상기 제1 사이리스터(221)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 사이리스터(222)는 턴오프될 수 있다. 상기 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit)는 역전류방지용 다이어드를 제거할 수 있다.
상기 스누버(snuber) 회로(225)는 오동작에 대하여 상기 제1 사이리스터(221)를 보호하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 스누버 회로(225)는 직렬 연결되는 저항(225a)과 축전기(225b)를 포함할 수 있다. 저항(225a)과 축전기(225b)는 제1 사이리스터(221)의 양단 사이에 연결될 수 있다. 상기 축전기(225b)는 시간에 따른 전압 변화를 제한하기 위하여 사용되고, 상기 저항(225a)은 상기 제1 사이리스터(221)를 통하여 높은 방전 전류를 제한하기 위하여 사용될 수 있다.
전류 센서(230)는 상기 태양 전기 모듈(100)과 상기 인버터(300)를 연결하는 배선을 따라 흐르는 전류를 측정하는 센서일 수 있다. 구체적으로, 상기 전류 센서(230)는 상기 배전의 주위에 배치되어 상기 배선에 흐르는 전류가 제공하는 자기장을 측정할 수 있다. 상기 전류 센서(230)는 홀 센서(Hall sensor)일 수 있다. 상기 전류 센서(230)가 측정한 전류 신호(I)는 아날로그 신호 처리부(250)에 제공될 수 있다. 상기 전류 신호(1)는 태양전지 모듈(100)에서 발생한 아크에 관한 정보를 포함할 수 있다.
전압 센서(240)는 상기 배선의 전압을 측정할 수 있다. 상기 전압 센서(240)는 저항을 이용한 저항 전압 분배기(resistor voltage divider)일 수 있다. 상기 전압 센서(240)가 측정한 상기 배선의 전압은 아날로그 신호 처리부(250)에 제공될 수 있다.
아날로그 신호 처리부(250)는 상기 전류 신호(I)에 설정된 오프셋 전압을 합산하는 가산 증폭기(summing amplifer,254), 상기 가산 증폭기(254)의 출력단과 접지단 사이에 연결된 고주파 통과 필터(255), 상기 가산 증폭기(254)의 출력단에 연결된 전압 팔로워(voltage follower, 256), 상기 전압 팔로워(256)의 출력 신호와 상기 전류 신호를 제공받아 상기 전압 팔루워(256)의 출력신호와 상기 전류 신호의 차이에 따라 아크 신호(S_Arc)를 출력하는 제1 비교기(253), 및 소정의 기준 전압 및 상기 전류 신호(I)를 제공받아 상기 기준 전압과 상기 전류 신호의 차이에 따라 트립 신호를 출력하는 제2 비교기(259)를 포함할 수 있다.
제1 비교기(253)의 양의 입력단은 제1 비교 신호 발생부(251)로부터 제1 기준신호(S_REF1)를 제공받을 수 있다. 상기 제1 비교기의 음의 입력단은 제1 비교신호 발생부(252)로부터 제1 비교 신호(S_CMP1)를 제공받을 수 있다.
제1 비교기(253)의 양의 입력단은 저항을 통하여 상기 전압 팔로워(256)의 출력단에 연결되고, 상기 제1 비교기(253)의 음의 입력단은 저항을 통하여 상기 전류 신호에 연결될 수 있다. 제1 비교기(253)는 음의 입력단으로 상기 전류 신호(I)를 입력받고, 양의 입력단으로 제1 기준 신호(S_REF1)를 입력받을 수 있다. 상기 제1 기준 신호(S_REF1)는 상기 전류 신호(I)에서 10 kHz 이상의 고주파 성분이 제거된 신호이고, 상기 전류 신호(I)에서 일정한 오프셋 전압(offset voltage)를 가질 수 있다. 아크가 발생한 경우, 상기 전류 신호(I)는 고주파 성분을 가지며 그 크기가 증가한다. 이 경우, 상기 제1 기준 신호(S_REF1)는 상기 전류 신호(I)보다 작아질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 비교기(253)는 상기 전류 신호가 상기 제1 비교신호보다 큰 경우, 아크 신호(S_Arc)를 출력할 수 있다.
가산 증폭기(254)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 가산 증폭기(254)의 양의 입력단은 저항을 통하여 접지단에 연결될 수 있다. 상기 가산 증폭기(254)의 음의 입력단은 제1 저항을 통하여 전류 신호에 연결되고, 제2 저항을 통하여 오프셋 전원에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 가산 증폭기는 상기 전류 신호와 상기 오프셋 전원의 오프셋 전압의 합을 출력할 수 있다. 또한, 상기 가산 증폭기(254)의 음의 입력단은 출력단에 저항을 통하여 연결되어, 상기 가산 증폭기는 반전 증폭기(inverting amplifer)를 구성할 수 있다. 상기 가간 증폭기(254)의 출력단은 저항을 통하여 전압 팔로워(256)의 양의 입력단에 연결될 수 있다.
고주파수 통과 필터(255)는 상기 전압 팔로워(256)의 양의 입력단과 접지단 사이에 배치될 수 있다. 상기 고주파 통과 필터(255)는 패시브 소자를 이용한 필터일 수 있다. 상기 고주파 통과 필터는 서로 병렬연결된 저항과 축전기를 포함할 수 있다. 상기 고주파 통과 필터(255)의 컷오프 주파수는 10 kHz 이상일 수 있다. 상기 고주파 통과 필터(255)는 상기 전류 신호에서 아크에 의한 고주파 성분을 제거하고 저주파 성분만을 상기 전압 팔로워(256)에 제공할 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 전류 신호에서 고주파 성분을 제거하는 저주파 통과 필터는 액티브 필터일 수 있다.
전압 팔로워(256)는 상기 가산 증폭기(254)의 출력 신호를 제공받아 제1 기준 신호(S_REF1)를 제공할 수 있다. 상기 전압 팔로워(256)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 전압 팔로워(256)의 음의 입력단은 출력단에 연결되고, 상기 전압 팔로워(256)의 양의 입력단은 저항을 통하여 상기 가산 증폭기(254)의 출력단에 연결될 수 있다.
제2 비교기(259)는 제2 기준 신호(S_REF2) 및 상기 제2 비교신호(S_CMP2)를 제공받아 상기 제2 기준 신호(S_REF2)과 상기 제2 비교신호(S_CMP2)의 차이에 따라 트립 신호(S_Trip)를 출력할 수 있다. 제2 기준 신호(S_REF2)는 제2 기준 신호 발생부(257)가 생성할 수 있다. 상기 제2 비교 신호(S_CMP2)는 제2 비교 신호 발생부(258)가 생성할 수 있다. 상기 제2 기준 신호(S_REF2)는 일정한 기준 전압일 수 있다. 상기 제2 비교 신호(S_CMP2)는 전류 신호일 수 있다.
상기 제2 비교기(259)의 양의 입력단의 기준 전압원에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 비교기(259)의 음의 입력단은 저항을 통하여 전류 신호(I)에 연결될 수 있다. 상기 전류 신호(I)가 상기 기준 전압 이상인 경우, 상기 제2 비교기(259)는 트립 신호를 출력할 수 있다. 상기 기준 전압은 대형 아크를 판단하는 임계치일 수 있다.
상기 처리부(270)는 상기 트립 신호(S_Trip) 및 상기 아크 신호(S_Arc)를 제공받는다. 이에 따라, 상기 처리부(270)는 상기 아크 신호의 발생 회수를 계산하고, 외부 모니터링 시스템(400)에 아크 발생 회수를 제공할 수 있다. 상기 아크 신호의 발생 빈도가 소정의 범위를 초과하는 경우, 상기 처리부(270)는 제1 제어 신호(G1) 및 제2 제어 신호(G2)를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 외부 모니터링 시스템(400)은 상기 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 발생시키는 외부 제어 신호를 상기 처리부(270)에 제공할 수 있다.
또한, 상기 트립 신호(S_trip)가 발생하는 경우, 상기 처리부(270)는 제1 제어 신호(G1) 및 제2 제어 신호(G2)를 발생시킬 수 있다. 상기 제1 제어 신호(G1)는 제1 사이리스터(221)를 턴온/턴오프 시키는 신호일 수 있다. 또한, 상기 제2 제어 신호(G2는 제2 사이리스터(222)를 턴온/턴오프 시키는 신호일 수 있다. 상기 트립 신호(S_Trip)가 발생하지 않은 경우, 상기 제1 사이리스터(221)는 턴온 상태이고, 상기 제2 사이리스터(222)는 턴오프 상태일 수 있다. 상기 트립 신호(S_Trip)가 발생한 경우, 상기 제1 제어신호(G1)는 상기 제1 사이리스터(221)를 턴오프시키고, 제2 제어신호(G2)는 상기 제2 사이리스터(222)를 턴온시킬 수 있다. 이에 따라, 복잡한 구동회로 없이 상기 정류 사이리스트 회로부(220)는 구동될 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(260)는 전류 센서(230)가 측정한 전류 신호와 전압 센서(240)가 측정한 전압 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상기 디지털 전류 신호와 상기 디지털 전압 신호는 상기 처리부(270)에 제공될 수 있다. 상기 디지털 전류 신호와 상기 디지털 전압 신호를 유선 또는 무선 통신을 이용하여 외부 모니터링 시스템(400)에 제공할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 태양광 모듈 접속반는 태양광 인버터 내부에 구현될 수 있다. 태양광 인버터는 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 상기 태양광 인버터는 상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit), 상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서, 상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부, 및 상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈과 상기 태양 전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 사이에 배치되어 상기 태양전지 모듈의 직류 전류를 제공받아 상기 인버터에 제공하는 태양광 모듈 접속반에 있어서,
    상기 태양광 모듈 접속반은:
    상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit);
    상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서;
    상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부; 및
    상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 접속반.
  2. 제1 항에 있어서,
    아날로그 신호 처리부는:
    상기 전류 신호에 설정된 오프셋 전압을 합산하는 가산 증폭기(summing amplifer);
    상기 가산 증폭기의 출력단과 접지단 사이에 연결된 고주파 통과 필터;
    상기 가산 증폭기의 출력단에 연결된 전압 팔로워(voltage follower);
    상기 전압 팔로워의 출력 신호와 상기 전류 신호를 제공받아 상기 전압 팔루워의 출력신호와 상기 전류 신호의 차이에 따라 아크 신호를 출력하는 제1 비교기; 및
    소정의 기준 전압 및 상기 전류 신호를 제공받아 상기 기준 전압과 상기 전류 신호의 차이에 따라 트립 신호를 출력하는 제2 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 접속반.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit)는:
    제1 사이리스터(thyristor);
    상기 제1 사이리스터에 병렬 연결된 스누버(snuber) 회로;
    제1 사이리스터에 병렬 연결되고 서로 직렬 연결된 제1 축전기 및 제2 사이리스터; 및
    상기 제2 사이리스터에 병렬되고 서로 직렬 연결된 다이오드 및 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 접속반.
  4. 태양광을 제공받아 직류 전류를 생산하는 태양전지 모듈의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 태양광 인버터에 있어어서,
    상기 태양광 인버터는:
    상기 태양전지 모듈의 출력단에 직렬 연결되어 직류 전류의 접속과 차단을 제어하는 정류 사이리스트 회로부(commutated thyristor circuit);
    상기 정류 사이리스트 회로부와 상기 인버터 사이에 배치되어 상기 직류 전류를 감지하여 전류 신호를 출력하는 전류 센서;
    상기 전류 센서의 상기 전류 신호를 제공받아 아크에 의한 고주파 성분을 감지하여 아크 신호를 출력하고 일정한 기준 신호 이상의 대형 아크를 감지하여 트립 신호(trip signal)를 출력하는 아날로그 신호 처리부; 및
    상기 트립 신호를 제공받아 상기 정류 사이리스트 회로부를 제어하는 제어 신호를 출력하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 인버터.
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