KR102301613B1 - 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기 - Google Patents

보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기에 관한 것으로, 태양광 발전 시스템의 각 태양광 패널에 설치되는 전력최적화기에 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 접목한 보호회로를 내장하여 순간정전, 급격한 환경변화, 전기스파크, 낙뢰, 핫스팟, 시스템 오작동 등에 의해서 발생하는 과전압, 과전류, 과온도로부터 장치를 보호할 수 있도록 한 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기는, 집광패널과 연계된 입력단의 입력 전류, 전압과 집광패널 온도 및 외부 인버터와 연계된 출력단의 출력 전류와 전압을 검출하는 센싱수단과; 상기 입력단을 통해 입력된 전압에 대한 DC/DC 변환을 수행하는 DC/DC 컨버터와; 소정 제어신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터를 선택적으로 구동시키는 게이트 드라이버 및; 소정 프로그램의 구동을 통해 상기 센싱수단으로부터의 입력 전압과 전류 값 및 출력 전압과 전류 값에 기초하여 MPPT 기능을 수행하는 한편, 상기 센싱수단으로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되면 상기 게이트 드라이버에 보호동작을 위한 스위칭 신호를 전송하여 상기 DC/DC 컨버터가 패널 및 인버터로부터 격리되도록 제어를 행하는 MCU;를 포함하여 구성된다.

Description

보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기{POWER OPTIMIZER WITH PROTECTION CIRCUIT FOR SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전 시스템에서 각 태양광 패널에 설치되는 전력최적화기에 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 접목한 과전압, 과전류, 과온도 보호회로를 내장한 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 신재생 에너지의 확대 보급을 촉진하기 위한 대체에너지 개발의 일원으로, 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있으며, 최근 태양광 발전시스템의 효율 향상과 최적화 발전장치의 실용화에도 박차를 가하고 있는 실정이다.
상기 태양광 발전시스템은 태양의 빛 에너지를 태양광 모듈이라는 광-전 변환기를 사용하여 직접 전기 에너지로 변환시켜 이용하는 것으로, 즉 복수의 태양광 발전모듈들을 직병렬 접속하여 전력변환장치에 연결하여 구성하게 된다.
이때, 하나의 태양광 발전모듈 단독으로는 출력전압이 매우 낮으므로, 전력변환장치에 필요한 입력전압으로 승압하기 위해서는 다수의 태양광 발전모듈들을 스트링 방식으로 직렬 접속하고, 다시 직렬 접속된 다수 개의 어레이를 병렬로 연결하여 최종 전력을 얻을 수 있도록 구성된다.
여기에서, 종래의 스트링 방식이 적용된 태양광 발전시스템에서는 특정 패널 측에서 순간정전, 급격한 환경변화, 전기스파크, 낙뢰, 핫스팟 등으로 인해 과전류, 과전압, 과온도가 발생하는 경우, 접속반 및 인버터에까지 영향을 미치게 됨과 아울러, 인버터 측에서 순간정전, 전기스파크, 낙뢰, 시스템 오작동 등으로 인해 과전압, 과전류가 발생하는 경우, 태양광 발전 시스템 전반에 걸쳐 손상을 초래하는 문제점이 발생하게 된다.
국내 등록특허 제10-1857916호 국내 등록특허 제10-1149473호
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 태양광 발전 시스템의 각 태양광 패널에 설치되는 전력최적화기에 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 접목한 보호회로를 내장하여 순간정전, 급격한 환경변화, 전기스파크, 낙뢰, 핫스팟, 시스템 오작동 등에 의해서 발생하는 과전압, 과전류, 과온도로부터 장치를 보호할 수 있도록 한 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기는, 집광패널과 연계된 입력단의 입력 전류, 전압과 집광패널 온도 및 외부 인버터와 연계된 출력단의 출력 전류와 전압을 검출하는 센싱수단과; 상기 입력단을 통해 입력된 전압에 대한 DC/DC 변환을 수행하는 DC/DC 컨버터와; 소정 제어신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터를 선택적으로 구동시키는 게이트 드라이버 및; 소정 프로그램의 구동을 통해 상기 센싱수단으로부터의 입력 전압과 전류 값 및 출력 전압과 전류 값에 기초하여 MPPT 기능을 수행하는 한편, 상기 센싱수단으로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되면 상기 게이트 드라이버에 보호동작을 위한 스위칭 신호를 전송하여 상기 DC/DC 컨버터가 패널 및 인버터로부터 격리되도록 제어를 행하는 MCU를 포함하여 구성된 것;을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 센싱수단은 상기 입력단 및 출력단의 전류와 전압 값 검출을 위한 홀센서 이외에 입력단과 연계된 패널의 핫스팟으로 인한 과온도 검출을 위한 온도센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 MCU는, 상기 센싱수단으로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되는 경우, 상기 게이트 드라이버에 보호회로의 동작을 위한 "High Side = Low, Low Side = High" 스위칭 신호를 전송함에 따라, 상기 DC/DC 컨버터의 High Side FET = OFF, Low Side FET = ON 상태로 동작 되도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 MCU의 제어를 통해 과전압, 과전류, 과온도 발생 시 보호회로가 동작 되는 과정은, 전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와; 상기 스타트업 모드에서의 입력 전압이 일정 수치 이상인 상태에서, 상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 판단하여, 비정상적인 상태인 것으로 판단되는 경우, HSGD(High Side Gate Driver) & High Side FET에 Low 신호를, LSGD(Low Side Gate Driver) & Low Side FET에 High 신호를 전송하여 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 하는 한편, 상기 센싱수단의 입력 값이 정상인 것으로 판단되면, 입력 값이 일정 수치 이상인가를 판단하여 MPPT 기능의 활성화 여부를 판단하는 스텐바이 모드(Standby mode) 단계와; 상기 스텐바이 모드 단계 이후, 상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 다시 판단하고, 비정상적인 상태인 경우 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 제어신호를 인가하는 한편, 상기 센싱수단의 입력 값 정상여부 및 해당 패널의 전압 값 정상여부를 판단하여 정상상태에서는 패널전압이 입력 값과 대응되는 전압으로 출력되도록 PWM의 설정이 이루어지는 쓰루 모드(Through mode) 단계와; 상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 다시 판단하고, 비정상적인 상태인 경우 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 제어신호를 인가하는 한편, 상기 센싱수단 입력 값의 정상상태에서는 MPPT를 위한 PWM 조정이 이루어진 후, 입력 전압이 일정 수치 이상인 안정적인 전압인가를 판단하여 전압 강하 발생 시 동작 전압이 유지되도록 PWM 조정을 통해 전압을 상승시킴과 아울러, 동작 전압이 안정적으로 복귀됨에 따라 패널 전류 및 패널 전압이 일정 수치 이상인지의 여부를 판단하는 MPPT 모드 단계로 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
더 바람직하게, 상기 스텐바이 모드 단계나 상기 쓰루 모드 단계, 또는 상기 MPPT 모드 단계에서 상기 센싱수단으로부터의 입력된 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되어, HSGD & High Side FET의 Low 신호 및 LSGD & Low Side FET의 High 신호에 따라 High Side FET가 OFF 되면서 해당 패널 및 인버터가 완전히 격리되는 셧다운(Shutdown) 모드 단계로 진행된 후에는 상기 센싱수단으로부터의 입력 값 정상 복구여부를 판단하여 정상 복구 시 상기 스타트업 모드 단계로 복귀하여 전력최적화 기능을 순차적으로 재수행하도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 태양광 발전 시스템에서 순간정전, 전기스파크, 낙뢰, 급격한 환경변화, 시스템 오작동, 과온도 등에 의한 장치의 손상이 방지되는 효과가 있으며, 이를 통해 태양광 발전소의 전력효율 개선에 따른 발전량 증가의 효과를 얻을 수가 있게 된다.
또한, 태양광 발전 시스템의 전력최적화기에 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 접목한 보호회로를 내장함에 따라, 과전압, 과전류, 과온도로부터 장치를 보호할 수 있는 태양광 시스템 보호용 IP 구축이 가능한 효과도 있게 되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기가 적용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기의 동작과정을 나타내는 플로우차트,
도 4는 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기에서 태양광 패널 또는 인버터의 과조건 인자 발생 시 보호회로의 동작상태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기를 통한 과전압, 과전류, 과온도 발생 시의 동작 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기가 적용된 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면, 도 2는 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기의 구성을 나타내는 블록도, 도 3은 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기의 동작과정을 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기는, 태양광 발전 시스템의 각 태양광 패널에 설치되는 전력최적화기(40)에 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 접목한 보호회로를 MCU(50)에 내장하여 과전압, 과전류, 과온도 발생 시 전력최적화기(40)를 매개로 한 장치의 보호가 가능하도록 구현된다.
본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기가 적용되는 태양광 발전 시스템은, 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널(10)과, 각 태양광 패널(10)과 연계 설치되어 해당 패널로부터 입력되는 전압 및 전류로부터 최대전력점을 추적하여 최대전력이 출력되도록 제어를 행하는 다수 개의 전력최적화기(40)와, 다수 개의 전력최적화기(40)로부터 출력되는 각 태양광 패널(10)의 전압 및 전류 데이터, 전력 데이터를 수신하여 외부로 전송하는 게이트웨이(20) 및, 상기 게이트웨이(20)를 통해 수신된 각 태양광 패널(10)의 실시간 모니터링 정보가 처리되는 모니터링 서버(30) 등을 포함하여 구성된다.
상기 모니터링 서버(30)는 제어용 PC 또는 스마트폰 등과 연계되어, 해당 관리자는 각 전력최적화기(40)의 상태정보를 소정 단말장치를 통해 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
여기에서, 상기 전력최적화기(40)의 입력단(42)은 각 태양광 패널(10)과 대응되게 연결되어 소정 전원이 입력됨과 아울러, 상기 전력최적화기(40)의 출력단(44)은 접속반(62)을 거쳐 외부 인버터(60)와 연결되거나 또는 다수 개의 전력최적화(40) 상호 간이 연결되어 상기 입력단(42)을 통해 입력된 소정 전원이 DC/DC 컨버터(54)를 거쳐 출력되도록 구성된다.
또, 다수 개 전력최적화기(40)의 출력단(44) 상호 간이 연결되는 경우에는 말단에 위치한 전력최적화기(40)의 출력단(44)이 접속반(62)을 거쳐 외부 인버터(60)와 연결되도록 이루어진다.
상기 전력최적화기(40)는 소정 센싱수단(46a,46b,46c)과 DC/DC 컨버터(54)와 게이트 드라이버(52)와 보호회로가 내장된 MCU(50) 및 상기 입력단(42)과 연계된 파워 서플라이(48) 등을 포함하여 구성된다.
상기 센싱수단은 소정 패널과 연계된 입력단(42)에 연결되어 해당 태양광 패널(10)에서 생산된 전류 및 전압 값을 검출하는 홀센서로 이루어진 입력 측 센싱수단(46a) 및, 상기 출력단(44)을 통해 출력되는 전류 및 전압 값을 검출하는 홀센서로 이루어진 출력 측 센싱수단(46b), 그리고 상기 입력단(42)과 연결된 패널(10)의 핫스팟 발생 등에 따른 과온도 상태를 검출하는 온도센서(46c) 등을 포함하여 구성된다.
상기 DC/DC 컨버터(54)는 상기 게이트 드라이버(52)의 명령에 의해 동작되도록 구성되어, 상기 입력단(42)을 통해 입력된 전압에 대한 DC/DC 변환 기능을 수행하도록 구성되며, 상기 게이트 드라이버(52)는 상기 MCU(50)로부터의 제어신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터(54)를 선택적으로 구동시키는 기능을 수행하도록 구성된다.
상기 MCU(50)는 내장된 소정 프로그램의 구동에 따라 자가적으로 동작하면서 상기 입력 측 센싱수단(46a)으로부터의 입력 전압 및 전류 값, 그리고 상기 출력 측 센싱수단(46b)으로부터의 출력 전압 및 전류 값에 기초하여 선택적으로 MPPT 기능을 수행하여 최적의 전력 생산이 가능하도록 일련의 제어를 수행하도록 이루어진다.
즉, 상기 MCU(50)는 상기 입력 측 센싱수단(46a)을 통해 센싱된 해당 태양광 패널(10)의 전압 및 전류 값을 기초로 최대전력점을 추적한 후, 최대전력의 출력을 위한 PWM Duty 신호를 컨트롤 하여 발생시키게 되며, 이에 상기 MCU(50)로부터 PWM Duty 신호가 상기 게이트 드라이버(52) 및 상기 DC/DC 컨버터(54) 측으로 전송됨에 따라, 상기 DC/DC 컨버터(54)는 상기 게이트 드라이버(52)에 의해 반복적으로 ON/OFF 동작 되면서 최대전력을 출력시키도록 제어가 이루어지게 된다.
또한, 본 발명에 따라 상기 MCU(50)에는 소정 보호회로 및 상기 보호회로의 동작 제어를 위한 소정 프로그램이 내장되어, 상술한 각 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값이 비정상 상태인 것으로 판단되는 경우, 상기 게이트 드라이버(52)에 보호동작을 위한 스위칭 신호를 전송하여 상기 DC/DC 컨버터(54)가 해당 태양광 패널(10) 및 인버터(60)로부터 완전히 격리되게 제어가 이루어지도록 구성된다.
즉, 상기 MCU(50)는 상기 입력단(42)이나 출력단(44)과 연계된 센싱수단(46a,46b)인 홀센서, 또는 상기 태양광 패널(10)과 연계된 센싱수단(46c)인 온도감지 센서로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되면, 소정 프로그램의 구동을 통해 상기 게이트 드라이버(52)에 보호회로의 동작을 위한 "High Side = Low, Low Side = High" 스위칭 신호가 전송되도록 제어를 행하게 되며, 이에 따라 상기 DC/DC 컨버터(54)의 High Side FET = OFF, Low Side FET = ON 상태로 동작되면서 상기 Low FET는 바이패스 동작만 수행하게 된다(도 4 및 도 5 참조).
이에, 해당 태양광 패널(10)과 인버터(60) 상호 간은 완전히 격리된 상태로 전환되어, 상기 인버터(60) 측으로 문제가 된 해당 패널의 어떠한 전류 및 전압도 공급이 이루어지지 않게 되면서 해당 인버터(60)가 보호될 수 있게 되며, 또한 상기 인버터(60) 측으로 전류 공급이 차단됨에 따라 해당 패널(10) 또한 OFF 상태로 전환되게 된다.
상기 MCU(50)에서는 각 센싱수단(46a,46b,46c)을 매개로 검출되어 입력되는 입력단(42) 및 출력단(44)의 전압 값과 전류 값, 태양광 패널(10)의 온도 값이 각각 75[V] 이상, 15[A] 이상, 110℃ 이상일 경우, 비정상상태인 것으로 판단하면서 셧다운 모드를 수행하게 된다.
이때, 상기 센싱수단의 검출 값을 기초로 셧다운 모드가 수행되는 전압 값과 전류 값 및 온도 값의 수치는 각 시스템의 조건에 따른 MCU의 프로그램을 수정을 통해 용이하게 변경 설계할 수가 있음은 물론이다.
이어, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기는 전력 인가에 따른 Power on 상태에서(S 1), 상기 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 검출 값에 기초한 상기 MCU(50)로부터의 제어신호에 기초하여 스타트업 모드(Startup mode) 단계(S 2)와, 스텐바이 모드(Standby mode) 단계(S 3)와, 모드판단 단계(S 4)와, 쓰루 모드(Through mode) 단계(S 5)와, MPPT 모드(Maximum Power Point Tracking mode) 단계(S 6) 및, 셧다운(Shutdown) 모드 단계(S 7) 등의 과정을 수행하도록 이루어진다.
상기 전력최적화기(40)에 소정 전원이 공급된 전원 온(on) 상태(Boot up & Initialization)에서(S 1), 상기 스타트업 모드 단계(S 2)에서는 상기 센싱수단으로부터 검출된 상기 입력단의 전압 값이 15[V] 이하인 경우, 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계를 유지하는 한편, 상기 입력단의 전압 값이 15[V]을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 스텐바이 모드(Standby mode) 단계로 진입하도록 제어가 이루어지게 된다(S 2-1 및 S 2-2).
그 후, 상기 스텐바이 모드 단계(S 3)에서는 상기 MCU(50)를 통해 상기 입력단(42)이나 출력단(44)과 연계된 홀센서, 또는 온도감지 센서 등의 센싱수단(46a,46b,46c)로부터의 입력 값의 정상 유무를 판단하는 과정이 진행되게 되는데(S 3-1), 즉 상기 입력단(42) 및 출력단(44)의 전압 값이 75[V] 이상이거나, 전류값이 15[A] 이상, 또는 패널(10) 및 인버터(60)의 온도 값이 110℃ 이상일 경우, 비정상상태인 것으로 판단하여 상기 셧다운 모드 단계(S 7)로 진행하도록 이루어진다.
상기 셧다운 모드 단계(S 7)에서는 상기 MCU(50)의 소정 프로그램 구동을 통해 상기 게이트 드라이버(52)에 보호회로의 동작을 위한 "High Side = Low, Low Side = High" 스위칭 신호가 전송되도록 제어가 이루어지게 되며, 이에 따라 상기 DC/DC 컨버터(54)의 High Side FET가 OFF 상태로 전환되면서 태양광 패널(10) 및 인버터(60)가 완전히 분리되어, 해당 패널로부터 전류 및 전압 공급이 완전히 차단될 수 있게 된다(S 7-1).
또, 상기 셧다운 모드 단계(S 7)에서는 다수 개 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값 정상 복구여부를 연속적으로 감시하여 판단하게 되며, 상기 센싱수단으로부터의 입력신호가 정상상태로 복구되는 경우에는 다시 상기 스타트업 모드(S 2) 단계로 복귀하여 전력최적화 기능이 재수행되도록 제어가 이루어지게 된다(S 7-2).
한편, 상기 스텐바이 모드 단계(S 2)에서는 상기 MCU(50)를 통해 상기 입력단(42)이나 출력단(44)과 연계된 홀센서, 또는 온도감지 센서 등의 센싱수단(46a,46b,46c)로부터의 입력 값이 정상인 것으로 판단되는 경우, 'S 3-2 및 S 3-3' 과정을 통해 다시 현재 입력 전압이 10[V]를 초과하는지의 여부를 판단하여 현재 입력 전압이 10[V] 이하인 경우에는 상기 스타트업 모드 단계(S 2)로 복귀하도록 제어가 이루어지게 된다.
상기 'S 3-2 및 S 3-3'의 판단결과 입력 전압이 10[V]를 초과하는 경우, 상기 스텐바이 모드 단계(S 3)에서는 일정 시간 경과에 따라 MPPT 기능의 자체 활성화가 이루어진 후(S 3-4), 모드판단 단계인 'S 4'에서 패널 전압상태 유지 모드 활용 여부에 따른 쓰루 모드(Through mode) 단계 또는 MPPT 모드(Maximum Power Point Tracking mode) 단계로의 진행 여부를 판단하는 과정이 진행되게 된다.
상기 쓰루 모드 단계(S 5)에서는 상기 MCU(50)를 통해 상기 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값에 대한 정상 유무를 판단하는 과정이 진행된 후(S 5-1), 비정상상태인 것으로 판단되면 상기 셧다운 모드 단계(S 7)로 진행하여 해당 패널(10)로부터 전류 및 전압 공급이 완전히 차단되도록 제어가 이루어지게 된다.
상기 쓰루 모드 단계에서(S 5), 상기 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값이 정상상태인 것으로 판단되면, 해당 패널의 입력 전압이 10[V]를 초과하는지의 여부를 판단한 후(S 5-2), 해당 전압이 10[V] 이하인 경우에는 상기 스타트업 모드 단계(S 2)로의 복귀가 이루어지는 한편, 해당 전압이 10[V]를 초과하는 경우에는 패널 전압이 입력 전압 대비 대략 95% 정도의 전압으로 출력되도록 PWM의 설정이 이루어진 후(S 5-3), 패널의 출력 전류가 0.2[A]를 초과하는지의 여부를 통해 정상적인 태양광 발전 상태를 확인하여(S 5-4), 상기 MPPT 모드(S 6)로 진입하도록 제어가 이루어지게 된다.
상기 MPPT 모드 단계(S 6)에서는 상기 MCU(50)를 통해 상기 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값에 대한 정상 유무를 판단하는 과정이 진행된 후(S 6-1), 비정상상태인 것으로 판단되면 상기 셧다운 모드 단계(S 7)로 진행하여 해당 패널(10)로부터 전류 및 전압 공급이 완전히 차단되도록 제어가 이루어지게 된다.
상기 MPPT 모드 단계(S 6)에서, 상기 센싱수단(46a,46b,46c)으로부터의 입력 값이 정상상태인 것으로 판단되면, 'S 6-2'으로 진행하여 해당 패널의 MPPT를 위한 PWM 조정이 이루어지게 되며, 'S 6-3'에서의 판단결과, 그 입력 전압이 20[V]를 초과하는지를 확인하여 안정적인 동작 전압으로의 복귀 여부를 확인하게 된다.
즉, 상기 'S 6-3'에서의 입력 전압 확인결과, 그 값이 20[V] 이하인 경우에는 순간적인 전압 강하 발생 시, 동작 전압의 유지를 위해 PWM 조정을 통해 전압을 상승시키도록 제어가 이루어지게 되며(S 6-4), 그 후 동작 전압이 안정적으로 복귀되면, 입력 전류가 0.2[A]를 초과하는지의 여부 및 입력 전압이 10[V]를 초과하는지의 여부를 확인하여 태양광 패널의 전류 상태 및 태양광 패널의 전압 상태를 판단하는 과정이 수행된 후(S 6-5 및 S 6-6), 선택적으로 상기 스타트업 모드 단계(S 2)로 복귀하도록 제어가 이루어지게 된다.
상술한 바와 같은 보호회로가 내장된 전력최적화기(40)의 동작상태는 게이트웨이(20)를 매개로 모니터링 서버(30) 측으로 실시간 전송되며, 이에 해당 시스템의 관리자는 각 전력최적화기(40)의 상태정보를 상기 모니터링 서버(30)와 연계된 스마트폰을 비롯한 각종 단말장치를 이용하여 확인할 수가 있게 된다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 수정이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 및 수정 발명들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되는 것이다.
10: 태양광 패널, 20: 게이트웨이,
30: 모니터링 서버, 40: 전력최적화기,
42: 입력단, 44: 출력단,
46a,46b,46c: 센싱수단, 48: 파워 서플라이,
50: MCU, 52: 게이트 드라이버,
54: DC/DC 컨버터, 60: 인버터,
62: 접속반.

Claims (5)

  1. 집광패널과 연계된 입력단의 입력 전류, 전압과 집광패널 온도 및 외부 인버터와 연계된 출력단의 출력 전류와 전압을 검출하는 센싱수단과;
    상기 입력단을 통해 입력된 전압에 대한 DC/DC 변환을 수행하는 DC/DC 컨버터와;
    소정 제어신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터를 선택적으로 구동시키는 게이트 드라이버 및;
    소정 프로그램의 구동을 통해 상기 센싱수단으로부터의 입력 전압과 전류 값 및 출력 전압과 전류 값에 기초하여 MPPT 기능을 수행하는 한편, 상기 센싱수단으로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되면 상기 게이트 드라이버에 보호동작을 위한 스위칭 신호를 전송하여 상기 DC/DC 컨버터가 패널 및 인버터로부터 격리되도록 제어를 행하는 MCU를 포함하여 구성되며;
    상기 MCU의 제어를 통해 과전압, 과전류, 과온도 발생 시 보호회로가 동작 되는 과정은,
    전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와;
    상기 스타트업 모드에서의 입력 전압이 일정 수치 이상인 상태에서, 상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 판단하여, 비정상적인 상태인 것으로 판단되는 경우, HSGD(High Side Gate Driver) & High Side FET에 Low 신호를, LSGD(Low Side Gate Driver) & Low Side FET에 High 신호를 전송하여 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 하는 한편, 상기 센싱수단의 입력 값이 정상인 것으로 판단되면, 입력 값이 일정 수치 이상인가를 판단하여 MPPT 기능의 활성화 여부를 판단하는 스텐바이 모드(Standby mode) 단계와;
    상기 스텐바이 모드 단계 이후, 상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 다시 판단하고, 비정상적인 상태인 경우 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 제어신호를 인가하는 한편, 상기 센싱수단의 입력 값 정상여부 및 해당 패널의 전압 값 정상여부를 판단하여 정상상태에서는 패널전압이 입력 값과 대응되는 전압으로 출력되도록 PWM의 설정이 이루어지는 쓰루 모드(Through mode) 단계와;
    상기 센싱수단으로부터 입력된 값의 정상 또는 비정상 여부를 다시 판단하고, 비정상적인 상태인 경우 High Side FET가 OFF 상태가 되도록 제어신호를 인가하는 한편, 상기 센싱수단 입력 값의 정상상태에서는 MPPT를 위한 PWM 조정이 이루어진 후, 입력 전압이 일정 수치 이상인 안정적인 전압인가를 판단하여 전압 강하 발생 시 동작 전압이 유지되도록 PWM 조정을 통해 전압을 상승시킴과 아울러, 동작 전압이 안정적으로 복귀됨에 따라 패널 전류 및 패널 전압이 일정 수치 이상인지의 여부를 판단하는 MPPT 모드 단계로 이루어지는 것;을 특징으로 하는 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱수단은 상기 입력단 및 출력단의 전류와 전압 값 검출을 위한 홀센서 이외에 입력단과 연계된 패널의 핫스팟으로 인한 과온도 검출을 위한 온도센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 MCU는,
    상기 센싱수단으로부터의 입력 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되는 경우, 상기 게이트 드라이버에 보호회로의 동작을 위한 "High Side = Low, Low Side = High" 스위칭 신호를 전송함에 따라, 상기 DC/DC 컨버터의 High Side FET = OFF, Low Side FET = ON 상태로 동작 되도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스텐바이 모드 단계나 상기 쓰루 모드 단계, 또는 상기 MPPT 모드 단계에서 상기 센싱수단으로부터의 입력된 값이 비정상적인 상태인 것으로 판단되어, HSGD & High Side FET의 Low 신호 및 LSGD & Low Side FET의 High 신호에 따라 High Side FET가 OFF 되면서 해당 패널 및 인버터가 완전히 격리되는 셧다운(Shutdown) 모드 단계로 진행된 후에는 상기 센싱수단으로부터의 입력 값 정상 복구여부를 판단하여 정상 복구 시 상기 스타트업 모드 단계로 복귀하여 전력최적화 기능을 순차적으로 재수행하도록 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 보호회로가 내장된 태양광 발전 시스템용 전력최적화기.
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