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KR101737461B1 - 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법 - Google Patents

태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR101737461B1
KR101737461B1 KR1020150176801A KR20150176801A KR101737461B1 KR 101737461 B1 KR101737461 B1 KR 101737461B1 KR 1020150176801 A KR1020150176801 A KR 1020150176801A KR 20150176801 A KR20150176801 A KR 20150176801A KR 101737461 B1 KR101737461 B1 KR 101737461B1
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KR
South Korea
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power
voltage
battery
solar
module
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KR1020150176801A
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윤병모
장우진
Original Assignee
주식회사 유니테스트
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Abstract

본 발명은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 계통전원이 아닌 태양전지에서 생성된 전력으로 태양광 전력변환장치의 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 태양전지 모듈에서 DC전력이 생산되는 낮에만 제어전원을 공급하여 기존에 상시 24시간 구동되는 대기전력 낭비를 없앨 수 있으며, 태양광 발전 시스템의 수명 연장에 기여하고, 계통연계형 태양광 발전 장치 뿐만 아니라, 태양광 전반에 아우르는 모든 주변장치의 구동 제어전원으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법{System for obtaining a driving power source to the power generation of the solar cell and method therefor}
본 발명은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 계통전원이 아닌 태양전지에서 생성된 전력으로 태양광 전력변환장치의 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 발전기의 도움없이 태양전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 시스템이다. 일반적으로 태양광 발전 시스템은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다.
태양광 발전 시스템에서는 다수의 태양전지를 이용하여 발전된 DC 전력을 전력변환장치(PCS)를 통해 AC전력으로 변환하여 가정, 기업 등의 각종 부하에 공급하게 된다. 이러한 태양광 전력변환장치(PCS, Power Conditioning System)는 전력계통 측으로부터 상용전원을 공급받아 전력변환 기능을 수행하는데, 상용전원의 정전 발생시 태양광 전력변환장치(PCS)가 동작을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
종래, 한국공개특허 제10-2011-0081505호에 의하면, 태양광 전력변환장치(PCS)로 동작전원을 공급하는 제1 전원부, 판단부, 제2 전원부로 구성되어, 판단부가 제1 전원부로부터 공급되는 동작 전원이 설정된 기준전압의 이하로 하강하는지를 판단하여 제2 전원부에서 기준전압을 태양광 전력변환장치(PCS)로 공급하는 것을 특징으로 한다.
이러한 종래기술에 의하면, 태양광 전력변환장치 구동전원을 전력계통으로부터 공급된 계통전원을 제1 전원부와 제2 전원부로 이중으로 구성하는데, 이때 전력계통으로부터 공급되는 계통전원을 이용하므로, 정전 발생시에 안정적인 전원공급에 취약한 문제점이 있다.
그리고 제1 전원부에서 제2 전원부로 전원라인이 교체될 때 잠시 전원이 공급되지 않아 안정적인 전원공급이 이루어질 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 점들을 감안하여 안출된 것으로, 태양광 모듈에서 생성된 전력을 이용하여 태양광 전력변환장치에 안정적인 제어 구동전원을 공급하는데 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 계통전원없이 태양광 모듈전원과 배터리 전원의 이중 전원으로 태양광 전력변환장치에 안정적인 구동전원을 공급하는데 있다.
본 발명은 출력전압을 가지는 전기 전력을 제공하기 위한 태양광 모듈(100); 및 상기 태양광 모듈의 전기 전력을 입력받아 제어구동용 전압으로 강압하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 직류변환 모듈(200);을 포함한다.
바람직하게 직류변환 모듈(200)은 상기 태양광 모듈의 전기 전력을 공급받는 배터리(210); 및 상기 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 입력전원 선택 강압부(260);를 포함한다.
또한 바람직하게 직류변환 모듈(200)은 상기 태양광 모듈의 전기 전력을 공급받는 배터리(210); 상기 배터리의 내부전압을 체크하는 전압 체크부(220); 상기 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하는 충전 판단부(230); 상기 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 상기 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 차단하는 제1 스위치부(240); 상기 제1 스위치부가 구동시 상기 배터리의 전압을 출력하는 제2 스위치부(250); 및 상기 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 입력전원 선택 강압부(260);를 포함한다.
그리고 바람직하게 직류변환 모듈(200)은 입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력하고, 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 상기 태양광 모듈 전원 또는 배터리 전원으로 제어구동용 DC전압을 생성하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급할 수 있다.
한편, 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법은 (a) 상기 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈이 출력전압을 가지는 전기 전력을 제공하는 단계; (b) 상기 태양광 발전 시스템의 직류변환 모듈이 상기 태양광 모듈로부터 전달받은 전기 전력을 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계; 및 (c) 상기 직류변환 모듈이 강압된 제어구동용 DC전압을 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 단계;를 포함한다.
바람직하게 제 (b) 단계는 상기 직류변환 모듈이 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계;를 포함한다.
또한 바람직하게 제 (b) 단계는 (b-1) 상기 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압을 체크하는 단계; (b-2) 상기 직류변환 모듈이 상기 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하는 단계; (b-3) 상기 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 상기 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 제1 스위치부로 차단하는 단계; (b-4) 상기 직류변환 모듈이 상기 제1 스위치부의 구동시 상기 배터리의 전압을 제2 스위치부의 on동작으로 출력하는 단계; 및 (b-5) 상기 직류변환 모듈이 상기 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계;를 포함한다.
그리고 바람직하게 제 (b) 단계는 입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력하고, 제 (c) 단계는 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 상기 태양광 모듈 전원 또는 배터리 전원으로 제어구동용 DC전압을 생성하여 태양광 전력 변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급할 수 있다.
상술한 바에 의하면, 태양광 모듈에서 생성된 전력을 이용하여 태양광 전력변환장치에 안정적인 구동전원을 공급할 수 있고, 일출과 일몰시에 안정적인 전원공급으로 발전효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 구성도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 예시도이고,
도 3은 태양전지에서 생성된 전력과 배터리로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 제어구동전원을 공급하는 구성을 나타낸 예시도이며,
도 4는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 스위칭접점 구동의 타임 그래프이고,
도 5은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 개략적인 흐름도이며,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제 S4 단계를 나타낸 상세흐름도이고,
도 7은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 발전대기시의 작동흐름도이며,
도 8은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 일몰시 작동흐름도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템은 태양광 모듈(100), 직류변환 모듈(200)을 포함할 수 있다.
태양광 모듈(100)은 출력전압을 가지는 전기 전력을 제공하기 위한 구성이다. 이러한 태양광 모듈(100)은 태양에너지로 전기에너지를 생산하여 DC전원을 출력하는 구성이다.
직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈의 전기 전력을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급할 수 있는 구성이다. 이러한 직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈의 전기 전력을 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈의 전기 전력인 DC전원 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하여 출력할 수 있다.
즉, 직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈로부터 전달받은 DC전원과 배터리를 단속하는 스위칭 접점을 통해 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하여 태양광 전력변환장치(PCS)로 제어 구동전원을 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 기능을 수행하기 위한 직류변환 모듈(200)은 배터리(210), 전압 체크부(220), 충전 판단부(230), 제1 스위치부(240), 제2 스위치부(250), 입력전원 선택 강압부(260)를 포함할 수 있다.
배터리(210)는 태양광 모듈과 연결되어 전기 전력을 공급받는 구성이다.
전압 체크부(220)는 배터리의 내부전압을 체크하는 구성이다.
충전 판단부(230)는 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하는 구성이다.
제1 스위치부(240)는 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 상기 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 차단할 수 있는 구성이다.
제2 스위치부(250)는 제1 스위치부가 구동시 상기 배터리의 전압을 출력할 수 있다. 이때, 충전 판단부(230), 제1 및 제2 스위치부(240, 250)의 동작에 있어서, 배터리의 전압은 배터리로 구동하기 위한 최소 구동전압과 기준전압으로 구분할 수 있고, 최소 구동전압(X) 이하인 경우에 배터리 충전을 하고, 배터리의 내부전압이 기준전압(Y) 이상인 경우 배터리와 태양광 모듈의 연결을 차단하여 충전을 중지할 수 있다.
입력전원 선택 강압부(260)는 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압할 수 있는 구성이다. 이러한 입력전원 선택 강압부(260)는 배터리 전원 또는 태양광 모듈의 출력전원을 SMPS 전원부 입력단으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하여 다양한 태양광 발전 시스템의 주변 장치 제어 구동전원으로 활용할 수도 있다.
제1 실시예에 따르면, 직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈(100)의 전기 전력을 입력받아 제어구동용 전압으로 강압하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급한다.
제2 실시예에 따르면, 직류변환 모듈(200)은 배터리(210)와 입력전원 선택 강압부 구성(260)으로 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압할 수도 있다.
제3 실시예에 의하면, 직류변환 모듈(200)은 배터리(210), 전압 체크부(220), 충전 판단부(230), 제1 스위치부(240), 제2 스위치부(250), 입력전원 선택 강압부(260)를 포함할 수 있다.
이러한 제3 실시예에 의한 직류변환 모듈은 배터리의 내부전압을 체크하고, 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하며, 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 차단한 후, 스위치 소자로 배터리의 내부전압을 입력전원 선택 강압부로 전달하여 제어구동용 DC전압으로 강압할 수 있다.
제1 스위치부(240)와 제2 스위치부(250)의 On/Off 구동시 서로 반대로 On/Off 전환구동을 하도록 하고, 서로 입력전원이 충돌없도록 지연시키도록 할 수 있다. 지연시킬 시에 직류변환 모듈(200)은 내부에 콘덴서 소자를 부가함으로써, 안정적으로 일정 전압을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
이때, 직류변환 모듈은 입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력할 수 있고, 하나의 입력전원을 입력받아 4개의 전압(+5V, ±15V, +24V)으로 출력하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 전달할 수 있다.
여기서, 태양광 모듈에서 일정하게 생성되어지지 않는 전압의 변동에 대비하여 안정적인 출력을 위해 직류변환 모듈은 +5V 전원을 피드백하여 DC전력을 입력으로 하는 스위치 소자를 제어하여 DC전력을 입력으로 하여 안정적인 출력전압을 출력하도록 설정할 수 있다.
이러한 4개의 출력전압을 부연 설명하면, 태양광 모듈에서 생산된 DC전압 또는 배터리 전원을 공급받아 DC/DC 컨버터를 통해 제어 구동용 DC전압으로 강압하여 태양광 발전 인버터 장치에 구동전원으로 공급할 수도 있고, 전류와 전압을 측정할 수 있는 태양광 접속반 센싱 컨트롤러의 구동 전원으로 공급할 수도 있으며, 태양광 발전 시스템의 주변 장치 제어 구동전원으로 활용할 수도 있다.
즉, 직류변환 모듈(200)은 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 태양광 모듈 전원 또는 배터리 전원으로 제어구동용 DC전압을 생성하여 태양광 전력변환장치(PCS)외 태양광 발전 시스템의 주변 장치의 제어 구동전원으로 공급할 수 있다.
이러한 직류변환 모듈(200)은 앞에서 기술한 구성들에 의해 저전류의 DC전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동전원을 출력하거나, 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 상기 배터리의 출력 전원으로 제어구동전원을 출력할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전체적인 동작흐름에 대해 나타낸 것으로 굵은 선은 계통 공급을 위한 전류의 흐름을 나타낸 것이며, 얇은 선은 저 전류의 DC전력을 통해 제어구동전원을 DC/DC컨버터를 통해 직접 공급하거나 배터리를 통해서 충전을 함과 동시에 배터리의 출력 전원으로 제어구동전원을 쓸 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전력변환장치 구동에 필요한 제어전원의 공급 방법에 있어, 2가지의 방법을 통해 공급하는데 태양광모듈에서 직접 공급받는 경우와 배터리를 한번 거치고 난 뒤 공급하는 경우이다. 태양광 모듈 라인은 스위치를 B접점(아무 입력이 없을 때 short된 상태)으로 하며 배터리 라인은 A접점(아무 입력이 없을 때 open된 상태)로 구성하며 각 스위치는 약간의 시간 차로 서로 반대로 구동되도록 한다. 그리고 직류변환장치에는 커패시터를 설치하여 공급 전원라인이 교체가 될 때 (모듈라인 -> 배터리 라인 or 배터리 라인 -> 모듈라인) 잠시 전원이 공급되지 않는 순간 커패시터에서 다음 전원 공급이 되기 전까지 공급전원장치의 출력전압을 유지시키는 역할을 하도록 한다. 그리고 난 뒤 직류변환을 통해서 4출력으로 이루어진 제어전원용 전원을 출력하여 태양광 전력변환장치로 공급할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, sw1, sw2 구동간의 공급전압의 변화와 스위치가 어떻게 작동되는지 시간의 흐름에 따라 나타낸 것으로, t1과 t2간의 시간은 sw1과 sw2를 on/off시 서로 입력전원간 충돌이 없도록 하기 위한 delay시간이며 이 사이의 시간 동안 공급전압이 끊길 시 직류변환장치 내부의 커패시터로써 지속적 전원공급이 가능하도록 한다.
도 5은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 개략적인 흐름도이다.
한편, 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법에 있어서, 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈은 출력전압을 가지는 전기 전력을 출력한다(S2).
다음으로 태양광 발전 시스템의 직류변환 모듈은 상기 태양광 모듈로부터 전달받은 전기 전력을 제어구동용 DC전압으로 강압한다(S4).
그리고 직류변환 모듈은 강압된 제어구동용 DC전압을 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급한다(S6).
여기서, 제 S4 단계는 직류변환 모듈이 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제 S4 단계를 나타낸 상세흐름도이다.
또한 제 S4 단계는 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압을 체크하고(S22), 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하며(S24), 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 제1 스위치부로 차단하고(S26), 제1 스위치부의 구동시 배터리의 전압을 제2 스위치부의 on동작으로 출력하며(S28), 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 이러한 제 S4 단계는 입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력하는 단계로, 태양광 전력변환장치(PCS)외 태양광 발전 시스템의 주변 장치의 제어 구동전원으로 공급할 수 있다.
그리고 제 S6 단계는 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 상기 태양광 모듈 전원 또는 배터리 전원으로 제어구동용 DC전압을 생성하여 태양광 전력 변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급할 수 있다.
도 7은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 발전대기시의 작동흐름도이며, 도 8은 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법의 일몰시 작동흐름도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 직류변환모듈(200)의 작동방법을 도 7과 도 8을 참조하여 설명하면, 직류변환모듈(200)은 아침(일출)에 먼저 태양광 모듈의 전원으로 구동을 한다. 여기서 구동을 함과 동시에 배터리에서 배터리내부 전압을 체크하며 배터리로 구동하기 위한 최소 전압 X보다 높은지 판별하는 판별부 구성를 포함하여 배터리 전압이 X보다 낮으면 모듈에서 나온 전력을 통해 배터리 충전을 시작한다.
충전을 하면서 배터리 전압이 배터리의 기준 전압 Y보다 높으면 태양광 모듈 쪽에서의 전원공급을 중지하며 배터리에서 안정적으로 일정 전압을 출력하여 그것을 통해서 제어전원용 전원으로 공급한다.
그리고 전원공급을 하면서 일몰 시 태양광 모듈에서의 생성되는 전력이 점점 낮아지게 되며 어느 순간 배터리의 충전도 점점 멈출 것이다. 충전이 멈추고 난 뒤에도 발전 될 수 있는 상황에 대하여 배터리는 시간 동안 제어전원을 태양광 전력변환장치에 공급하여, 일몰 시 태양광 모듈에서의 낮은 전압으로 인한 발전 상황에서 안정적인 제어전원 공급을 할 수 있다. 그런 후 일몰 후 시간이 지난 후 배터리에서 태양광 전력변환장치로 전원공급을 중지함과 동시에 전원이 꺼지게 되며 sw1, sw2는 원래 상태로 돌아가도록 하는데 이러한 동작이 계속 반복된다.
도면을 참고하여 구체적으로 직류변환모듈의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시된 바와 같이, 발전대기시(일사량 0)에는 태양광 PCS가 Off상태이고, 일출시 일사량이 상승으로 인해 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)이 상승하게 된다. 다음으로 SW1 short, SW2 open상태에서 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)이 발전 최소전압보다 높으면 SW1 short, SW2 open 상태를 유지하고, 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)을 직류변환모듈(200)의 SMPS전원부 입력단에 직접 공급하여 제어구동 전압으로의 변환을 통해 태양광 전력변환장치(PCS)에 제어구동 전압을 공급한다. 그리고 태양광 전력변환장치(PCS)가 on되어 태양광 모듈의 DC to AC 변환 및 조정을 통해 계통공급을 하게 된다.
여기서, 태양광 전력변환장치(PCS) on시에 배터리 전압을 판단하여 배터리 내부전압(Vbat)이 배터리 기준전압(Vbref)보다 높은 경우에 SW1 open, SW2 short상태로 전환하여 배터리전압(Vbat)을 입력전원 선택강압부(260)의 SMPS 전원부 입력단에 공급하여 태양광 전력변환장치(PCS)로 제어구동 전원을 전달하게 된다. 이때, 배터리 전압(Vbat)이 배터리작동 최소전압(Bbmin)보다 작을 경우에는 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)을 배터리 공급하여 충전할 수 있도록 할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일몰(일사량 감소)시 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)이 하강하게 되어 SW1 open, SW2 short 상태가 되고, 이때 직류변환모듈(200)은 일몰을 판단하는 기능을 한다. 직류변환모듈(200)은 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)이 태양광 발전 최소전압(Vgmin)보다 작거나 같은 경우, 일몰상태로 판단하여 배터리 충전을 정지시키고, 배터리 전압을 판단하여 배터리 전압(Vbat)이 배터리작동 최소전압(Vbmin) 보다 작거나 같은 경우, 태양광 전력변환장치로의 배터리 전압 공급을 중지하여 태양광 전력변환장치(PCS)가 off상태가 되고, SW1 short, SW2 open상태로 발전대기(일사량 0)로 전환된다.
이때, 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)이 태양광 발전 최소전압(Vgmin)보다 클 경우에는 태양광 모듈의 출력전압(Vmod)을 배터리에 공급하여 충전할 수 있도록 한다. 그리고 이러한 배터리의 전압(Vbat)을 입력전원 선택강압부(260)의 SMPS 전원부 입력단에 공급하여 태양광 전력변환장치(PCS)로 제어구동전원을 공급하면 태양광 전력변환장치(PCS)가 on되어 DC to AC변환 및 조정을 통해 계통공급을 하게 된다. 그리고 배터리 충전전압을 판단시 배터리작동 최소전압(Vbmin)보다 클 경우에 배터리 전압(Vbat)을 입력전원 선택강압부(260)의 SMPS 전원부 입력단에 공급하여 태양광 전력변환장치(PCS)가 구동할 수 있도록 한다.
상술한 본 발명에 의하면, 태양전지 모듈에서 DC전력이 생산되는 낮에만 제어전원을 공급하여 기존에 상시 24시간 구동되는 대기전력 낭비를 없앨 수 있으며, 태양광 발전 시스템의 수명 연장에 기여하고, 계통연계형 태양광 발전 장치 뿐만 아니라, 태양광 전반에 아우르는 모든 주변장치의 구동 제어전원으로 활용할 수 있는 효과가 있다. 특히 독립형 전력변환장치에 적용시 계통전원이 없는 지역에서도 충분한 활용 능력을 가지며 효율을 최대로 이끌어 낼 수 있는 효과가 있다.
100 : 태양광 모듈 200 : 직류변환 모듈
210 : 배터리 220 : 전압체크부
230 : 충전 판단부 240 : 제1 스위치부
250 : 제2 스위치부 260 : 입력전원 선택 강압부

Claims (10)

  1. 출력전압을 가지는 전기 전력을 제공하기 위한 태양광 모듈(100); 및
    상기 태양광 모듈의 전기 전력을 입력받아 제어구동용 전압으로 강압하여 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 직류변환 모듈(200);을 포함하며,
    상기 직류변환 모듈(200)은 상기 태양광 모듈의 전기 전력을 공급받는 배터리(210); 상기 배터리의 내부전압을 체크하는 전압 체크부(220); 상기 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하는 충전 판단부(230); 상기 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 상기 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 차단하는 제1 스위치부(240); 상기 제1 스위치부가 구동시 상기 배터리의 전압을 출력하는 제2 스위치부(250); 및 상기 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 입력전원 선택 강압부(260);를 포함하며,
    상기 직류변환 모듈(200)은 하나의 입력전원을 입력받아 4개의 전압(+5V,±15V,+24V)로 출력하여 태양광 전력변환장치의 제어구동전원으로 전달하되, +5V 전원을 피드백하여 DC전력을 입력으로 하는 스위치 소자를 제어하여 DC전력을 입력으로 하여 안정적인 출력전압을 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류변환 모듈(200)은,
    상기 태양광 모듈의 전기 전력을 공급받는 배터리(210); 및
    상기 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 입력전원 선택 강압부(260);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류변환 모듈(200)은,
    입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항의 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법에 있어서,
    (a) 상기 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈이 출력전압을 가지는 전기 전력을 제공하는 단계;
    (b) 상기 태양광 발전 시스템의 직류변환 모듈이 상기 태양광 모듈로부터 전달받은 전기 전력을 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계; 및
    (c) 상기 직류변환 모듈이 강압된 제어구동용 DC전압을 태양광 전력변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 단계;를 포함하며,
    상기 제 (b) 단계는 (b-1) 상기 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압을 체크하는 단계; (b-2) 상기 직류변환 모듈이 상기 배터리의 내부전압을 배터리의 최소 구동전압(X)과 비교하여 배터리 충전여부를 판단하는 단계; (b-3) 상기 직류변환 모듈이 배터리의 내부전압이 배터리의 기준전압(Y)을 초과시 상기 배터리로 공급하는 태양광 모듈의 전기 전력을 제1 스위치부로 차단하는 단계; (b-4) 상기 직류변환 모듈이 상기 제1 스위치부의 구동시 상기 배터리의 전압을 제2 스위치부의 on동작으로 출력하는 단계; 및 (b-5) 상기 직류변환 모듈이 상기 제2 스위치부의 출력전압을 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계;를 포함하며,
    상기 제 (c)단계에서, 상기 직류변환모듈(200)이 하나의 입력전원을 입력받아 4개의 전압(+5V,±15V,+24V)로 출력하여 태양광 전력변환장치의 제어구동전원으로 전달하되, +5V 전원을 피드백하여 DC전력을 입력으로 하는 스위치 소자를 제어하여 DC전력을 입력으로 하여 안정적인 출력전압을 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 (b) 단계는,
    상기 직류변환 모듈이 태양광 모듈의 전기 전력 또는 배터리 전원을 선택적으로 입력받아 제어구동용 DC전압으로 강압하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 (b) 단계는,
    입력전원을 DC/DC 컨버터를 통해 제어구동용 DC전압으로 출력하는 단계;인 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 (c) 단계는,
    상기 태양광 모듈로부터 전원을 공급받는 배터리를 충전함과 동시에 상기 태양광 모듈 전원 또는 배터리 전원으로 제어구동용 DC전압을 생성하여 태양광 전력 변환장치(PCS)의 제어 구동전원으로 공급하는 단계;인 것을 특징으로 하는 태양전지에서 생성된 전력으로 제어 구동전원을 얻는 태양광 발전 시스템을 이용한 방법.
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