KR102554154B1 - Apparatus for power compensation of photovoltaic module - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 음영지역 태양광 모듈의 출력 보상을 위한 태양광 발전 시스템은, 복수의 태양광(PV) 모듈(10) 및 상기 복수의 태양광 모듈(10)에 각각 연결되는 출력 보상 장치(100)를 포함한다. 상기 출력 보상 장치(100)는, 상기 PV 모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변화하여 출력시키는 N-Buck DC/DC 컨버터(120)와, 상기 PV 모듈에서 N-Buck DC/DC 컨버터(120)로 공급되는 전류와 전압 및 PV 모듈의 온도를 감지하는 센서부(110)와, 상기 센서부에 의해 상기 PV 모듈에 의해 공급되는 전류 및 전압을 연속적으로 감시하고 최대 전력점 추적(MPPT:Maximun Power Point Tracking) 알고리즘을 이용하여 PV 모듈의 최대전력점(MPP:Maximun Power Point)을 추종하여 최대 출력 전력을 유지하도록 하는 MPPT 제어부(132)를 포함하는 마이크로 컨트롤러(130), 및 상기 N-Buck DC/DC 컨버터가 상기 MPPT 제어부에 의해 트래킹된 최대 전력점에 대응하는 전압을 출력하도록 제어하는 컨버터 제어부(140)를 포함한다.The photovoltaic power generation system for compensating the output of a photovoltaic module in a shaded area according to the disclosed present invention includes a plurality of photovoltaic (PV) modules 10 and an output compensation device connected to the plurality of photovoltaic modules 10, respectively ( 100). The output compensating device 100 includes an N-Buck DC / DC converter 120 that changes and outputs the DC power generated in the PV module to step-down or boost, and an N-Buck DC / DC converter in the PV module ( 120) and a sensor unit 110 that senses the current and voltage supplied to the PV module and the temperature of the PV module, and the sensor unit continuously monitors the current and voltage supplied by the PV module and tracks the maximum power point (MPPT: A microcontroller 130 including an MPPT control unit 132 that tracks the maximum power point (MPP) of the PV module using a Maximun Power Point Tracking (MPP) algorithm to maintain maximum output power, and the N- and a converter controller 140 that controls the buck DC/DC converter to output a voltage corresponding to the maximum power point tracked by the MPPT controller.

Description

태양광 모듈의 출력 보상 장치{Apparatus for power compensation of photovoltaic module}Output compensation device of photovoltaic module {Apparatus for power compensation of photovoltaic module}

본 발명은 음영지역 태양광 모듈의 출력을 보상하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solar power generation system that compensates for the output of a solar module in a shaded area.

태양광 발전 시스템은 태양 에너지를 전기로 변환하며 태양전지(PV:Photovoltaic) 모듈과 전력변환기(Power Conditioning System, PCS)로 구성된다. 태양광 발전 직류전력을 교류 전력계통에 전송하기 위해서는 직류를 교류로 변환하는 전력변환기인 태양광 인버터를 사용하며, 이 태양광 인버터는 두 부분으로 구성되는데, 첫째로 낮은 전압인 탸양광 발전 직류 전력을 다음 단계에 적합한 높은 전압으로 승합하고, 태양광 모듈이 최대의 전력을 발전하도록 조절하는 기능은 MPPT(Maximum Power Ponit Tracking)을 수행하는 앞단의 직류(DC)-직류(DC) 컨버터 부분과, 앞 단에서 적절하게 승압된 직류전력을 전력계통에 맞게 교류 전력으로 변호나하여 전송하는 뒷단의 직류(DC)-교류(AC) 인버터 부분이다.A photovoltaic power generation system converts solar energy into electricity and is composed of a photovoltaic (PV) module and a power conditioning system (PCS). In order to transmit DC power generated by solar power to the AC power system, a solar inverter, which is a power converter that converts direct current to alternating current, is used. This solar inverter consists of two parts. The function of increasing the voltage to a high voltage suitable for the next step and adjusting the solar module to generate maximum power is the direct current (DC)-direct current (DC) converter part at the front stage that performs MPPT (Maximum Power Ponit Tracking), It is a direct current (DC)-alternating current (AC) inverter part at the back stage that converts the DC power appropriately boosted at the front stage into AC power according to the power system and transmits it.

대부분의 태양광 발전 시스템은 다수의 PV 모듈(패널)을 직렬 연결해서 스트링을 만들고 이를 하나의 대용량 전력변환기로 변환하는 방식을 사용하는데, 이는 초기 설치비를 낮추지만 일부 PV 모듈에 그늘이 지거나 오염 물질이 있는 정도에 따라 발전량이 급격히 줄어드는 문제가 있다. 이는 스트링을 구성하는 일부 PV 모듈에 문제가 생겨 부분적으로 출력(전류)이 감소할 때, 직렬연결 회로의 특성 상 전류 병목현상이 생겨 전체 전류를 줄이기 때문임. 결국 한 부분의 이상이 전체로 파급되어 총 발전량을 대폭 감소시키게 된다. 대표적인 경우가 주택 및 건물 지붕에 설치하는 지붕형 태양광(Rooftop PV) 시스템에서 일부 모듈에 그늘이 지는 부분음영(Partial Shading) 현상이다. 또한 정상적인 날씨에서도 태양의 이동에 따라 각 PV 모듈에 입사하는 빛의 각도가 달라져 이것이 발전 전류에 차이를 만드는 모듈 미스매치(Module Mismatch)도 유사한 현상이다.Most solar power generation systems use a method of connecting multiple PV modules (panels) in series to create a string and converting it into a single large-capacity power converter, which lowers the initial installation cost, but causes some PV modules to shade or pollute. There is a problem that the amount of power generation rapidly decreases depending on the degree of this. This is because when there is a problem with some PV modules constituting the string and the output (current) partially decreases, a current bottleneck occurs due to the nature of the series connection circuit, reducing the total current. Eventually, the failure of one part spreads to the whole, drastically reducing the total amount of power generation. A representative case is a partial shading phenomenon in which some modules are shaded in a roof-top PV system installed on the roof of a house or building. In addition, even in normal weather, the angle of light incident on each PV module changes according to the movement of the sun, and this causes a difference in power generation current. Module mismatch is a similar phenomenon.

이를 해결하는 대표적인 출력보상 기술로 PV 모듈 하나당 한 개의 작은 인버터(마이크로 인버터)를 설치하는 마이크로인버터 방식이 있다. 마이크로인버터는 스트링 전체에서 모아진 DC 전기를 한꺼번에 대용량 DC-AC 변환을 하는 방식이 아니고, 모듈 각각에 설치한 마이크로인버터에서 소용량 DC-AC 변환을 한 후 소출력 교류를 공통 병렬회로에 연결해 모아서 전력계통에 전송하는 분산형 시스템이다. 마이크로인버터 방식은 개별 모듈마다 전용 인버터를 사용하기 때문에 태양전지 모듈 당 최대전력점추종(MPPT) 제어기능을 갖출 수 있어 더 많은 발전이 이루어지도록 한다.As a representative output compensation technology to solve this problem, there is a micro-inverter method in which one small inverter (micro inverter) is installed per PV module. The microinverter is not a method of converting the DC electricity collected from the entire string at once, but a small capacity DC-AC conversion in the microinverter installed in each module, and then connecting the small output alternating current to a common parallel circuit to collect it and use it in the power system. It is a distributed system that transmits Since the micro-inverter method uses a dedicated inverter for each individual module, it can have a maximum power point tracking (MPPT) control function for each solar cell module, allowing more power to be generated.

그런데 마이크로인버터는 그늘진 장소에서는 효과적이나 PV 모듈마다 설치하는 마이크로인버터는 패널과 같은 용량의 DC-AC 인버터로 DC-DC 컨버터 대비 비싸고 효율이 떨어진다. 결국 모든 PV 모듈에 설치하기엔 투자 대비 수익성이 떨어지므로 공간 제약이 있거나 그늘이 심한 경우에만 사용하게 된다.However, micro-inverters are effective in shady places, but micro-inverters installed for each PV module are DC-AC inverters with the same capacity as panels, and are more expensive and less efficient than DC-DC converters. After all, it is not profitable compared to investment to install in all PV modules, so it is used only when space is limited or shade is severe.

마이크로인버터 방식의 단점(경제성)을 해결하기 위해 최근에는 PV 모듈마다 소용량의 DC-DC 컨버터(DC 옵티마이저)를 설치하는 마이크로컨버터 방식이 개발되고 있다. 이는 PV 모듈마다 DC-DC 변환을 하는 마이크로컨버터를 사용해 1차 직류승압을 하고, 각각의 승압된 직류전력을 모아 2차 DC-AC 변환을 하는 분산 모듈형 구조이다. 이 마이크로컨버터 방식은 종래 중앙집중식 스트링 인버터 구조에서 최대출력점추종(MPPT)과 승압을 담당하던 1차측 DC-DC 컨버터를 다수의 소용량 모듈로 나눠 각각을 마이크로컨버터로 만들고 이를 PV 모듈 마다 설치해서 각 모듈 상황에 맞는 최대출력점추종(MPPT) 제어를 수행하도록 한 것이다. 그러므로 마이크로인버터 방식과 유사하게 개별 모듈마다 설치된 마이크로컨버터가 최대전력점추종(MPPT) 제어를 할 수 있어 더 많은 발전이 가능해진다. 마이크로컨버터는 DC-DC 컨버터라서 DC-AC 변환을 하는 마이크로인버터보다 가격이 절반 이하로 크게 저렴하고 효율도 우수하다는 장점이 있다. In order to solve the disadvantages (economic efficiency) of the micro-inverter method, a micro-converter method in which a small-capacity DC-DC converter (DC optimizer) is installed for each PV module has recently been developed. This is a distributed modular structure in which the primary DC boost is performed using a micro-converter that performs DC-DC conversion for each PV module, and the secondary DC-AC conversion is performed by collecting each boosted DC power. This microconverter method divides the primary-side DC-DC converter, which was in charge of maximum output point tracking (MPPT) and boosting in the conventional centralized string inverter structure, into a number of small-capacity modules, each of which is made into a microconverter, and installed for each PV module. It is designed to perform maximum output point tracking (MPPT) control suitable for the module situation. Therefore, similar to the microinverter method, the microconverter installed in each individual module can perform maximum power point tracking (MPPT) control, enabling more power generation. A microconverter is a DC-DC converter, so it has the advantage of being significantly cheaper than a microinverter that converts DC-AC by less than half and having excellent efficiency.

대한민국 등록특허공보 제10-1408855호(2014.06.11. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1408855 (registered on June 11, 2014)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 일부 음영이 지면 전력 발생이 일정하지 않고 태양광 모듈마다 출력이 달라져, 가장 낮은 태양광 모듈이 전체 에너지 출력이 떨어지는 것을 보상하기 위한 태양광 모듈의 출력 보상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been devised in view of the above, and when some shades are generated, the power generation is not constant and the output is different for each solar module, so that the lowest solar module is solar to compensate for the drop in total energy output Its purpose is to provide an output compensating device for the module.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 모듈의 출력 보상 장치는, 복수의 태양광(PV) 모듈에 각각 연결되어 출력을 보상하기 위한 장치에 관한 것으로써, 상기 PV 모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변화하여 출력시키는 N-Buck DC/DC 컨버터; 상기 PV 모듈에서 N-Buck DC/DC 컨버터로 공급되는 전류와 전압을 감지하는 센서부; 상기 센서부에 의해 상기 PV 모듈에 의해 공급되는 전류 및 전압을 연속적으로 감시하고 최대 전력점 추적(MPPT:Maximun Power Point Tracking) 알고리즘을 이용하여 PV 모듈의 최대전력점(MPP:Maximun Power Point)을 추종하여 최대 출력 전력을 유지하도록 하는 MPPT 제어부를 포함하되, 상기 최대 전력점 추적 알고리즘은 InC 알고리즘이 적용되는 마이크로 컨트롤러; 및, 상기 N-Buck DC/DC 컨버터가 상기 MPPT 제어부에 의해 트래킹된 최대 전력점에 대응하는 전압을 출력하도록 제어하는 컨버터 제어부;를 포함한다.An apparatus for compensating the output of a photovoltaic module according to the present invention for achieving the above object relates to a device for compensating output by being connected to a plurality of photovoltaic (PV) modules, respectively, and direct current power generated from the PV module. N-Buck DC / DC converter that changes and outputs step-down or step-up; A sensor unit for sensing current and voltage supplied from the PV module to the N-Buck DC/DC converter; The sensor unit continuously monitors the current and voltage supplied by the PV module and calculates the maximum power point (MPP) of the PV module using a maximum power point tracking (MPPT) algorithm. A microcontroller to which an InC algorithm is applied; and a converter controller for controlling the N-Buck DC/DC converter to output a voltage corresponding to the maximum power point tracked by the MPPT controller.

본 발명에 의하면, 일부 음영이 지는 태양광 모듈에 의해 출력이 떨어지는 것을 보상하여 출력함으로써 결국 태양광 발전 시스템의 효율을 높이는 효과가 있다. According to the present invention, the efficiency of the photovoltaic power generation system is eventually increased by compensating for the drop in output caused by the photovoltaic module having partial shade.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 출력 보상 장치의 개략 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 출력 보상 장치의 블럭 구성도,
도 3은 도 2의 N-Buck DC/DC 컨버터가 적용되는 출력 보상 장치의 회로도,
도 4는 도 2의 N-Buck DC/DC 컨버터의 스위치 온(ON)/오프(OFF) 상태의 회로도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 InC 알고리즘의 순서도,
도 6 및 도 7은 도 5의 InC 알고리즘의 전력 추종값의 시뮬레이터를 나타낸 도면,
도 8 및 도 9는 태양전지 모듈의 I-V와 P-V 특성 및 MPPT 제어부의 최대추적점을 추적하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a schematic diagram of an output compensating device for a solar module according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of an output compensating device for a solar module according to an embodiment of the present invention;
3 is a circuit diagram of an output compensation device to which the N-Buck DC/DC converter of FIG. 2 is applied;
Figure 4 is a circuit diagram of the switch on (ON) / off (OFF) state of the N-Buck DC / DC converter of Figure 2;
5 is a flowchart of an InC algorithm according to an embodiment of the present invention;
6 and 7 are diagrams showing a simulator of the power follow-up value of the InC algorithm of FIG. 5;
8 and 9 are diagrams for explaining the tracking of the IV and PV characteristics of the solar cell module and the maximum tracking point of the MPPT control unit.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈용 정션박스 일체형 출력보상 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a junction box-integrated power compensation device for a solar cell module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 출력 보상 장치(100)는 복수의 태양광 모듈(PV 1~PV N)(10)과 각각 연결된다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the device 100 for compensating the output of a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention is connected to a plurality of photovoltaic modules (PV 1 to PV N) 10 , respectively.

출력 보상 장치(100)은 센서부(110), N-Buck DC/DC 컨버터(120), 마이크로 컨트롤러(130), 컨버터 제어부(140) 및 통신부(150)를 포함한다. The output compensation device 100 includes a sensor unit 110, an N-Buck DC/DC converter 120, a microcontroller 130, a converter control unit 140, and a communication unit 150.

센서부(110)는 PV 모듈(10)의 출력 전류 및 전압을 감지하는 전압센서 및 전류센서를 구비하며, 이러한 전압센서 및 전류센서는 다양한 기술 예를 들어 매우 낮은 저항을 이용하거나 전류(전압) 프로브 등을 이용하는 기술에 의해 실현될 수 있다. The sensor unit 110 includes a voltage sensor and a current sensor for detecting the output current and voltage of the PV module 10, and these voltage sensors and current sensors use various technologies, for example, very low resistance or current (voltage) It can be realized by a technique using a probe or the like.

한편, 센서부(110)는 온도센서를 더 구비할 수 있다. 온도센서는 PV 모듈(10)과의 연결부에 구비되어, PV 모듈(10)의 온도를 감지하게 된다.Meanwhile, the sensor unit 110 may further include a temperature sensor. The temperature sensor is provided in a connection part with the PV module 10 to sense the temperature of the PV module 10 .

센서부(110)에 의개 감지된 전류, 전압 및 온도 정보는 마이크로 컨트롤러(130)에 전달된다. 이러한 전류 및 전압 데이터는 시스템의 감시 목적으로 이용할 수 있다. 그리고, 온도 데이터 특히 PV 모듈의 온도 데이터는 PV 모듈의 일종의 고장 및 문제를 나타내며, 또한 출력 전력 생산의 계수로서 작용한다. Current, voltage, and temperature information sensed by the sensor unit 110 are transferred to the microcontroller 130 . These current and voltage data can be used for system monitoring purposes. And, the temperature data, especially the temperature data of the PV module, indicates a kind of failure and problem of the PV module, and also acts as a coefficient of output power production.

N-Buck DC/DC 컨버터(140)는 PV 모듈(10)에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변화하여 출력하며 N-Buck 컨버터 회로가 적용된다. 도 3에는 본 발명의 실시예에 적용되는 N-Buck DC/DC 컨버터가 적용되는 출력 보상 장치의 회로도를 나타내고, 도 4는 N-Buck DC/DC 컨버터의 스위치 온(ON)/오프(OFF) 상태의 회로도를 나타낸 것이다. N-Buck DC/DC 컨버터(140)에 의해 강압 또는 승압된 전원은 인버터(20)로 유입되어 최종 부하로 전해지게 된다. DC/DC 컨버터의 종류 및 동작은 종래 기술에 의해 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. The N-Buck DC/DC converter 140 converts and outputs DC power generated from the PV module 10 by step-down or boost, and an N-Buck converter circuit is applied. 3 shows a circuit diagram of an output compensation device to which an N-Buck DC/DC converter applied to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 4 shows a switch on/off of the N-Buck DC/DC converter. It shows the circuit diagram of the state. The power step-down or boosted by the N-Buck DC/DC converter 140 flows into the inverter 20 and is delivered to the final load. Since types and operations of DC/DC converters are widely known in the prior art, a detailed description thereof will be omitted.

마이크로 컨트롤러(130)는 MPPT 제어부(132) 및 이상상태 감지부(134)를 포함한다.The microcontroller 130 includes an MPPT control unit 132 and an abnormal state detection unit 134.

MPPT 제어부(132)는 PV 모듈(10)에 의해 공급되는 전류 및 전압을 연속적으로 감시하고 최대 전력점 추적(MPPT:Maximun Power Point Tracking) 알고리즘을 이용하여 해당 PV 모듈(10)의 최대전력점(MPPT:Maximun Power Point)을 추종하여 최대 출력 전력을 유지한다. 본 발명의 실시예에 따르면 MPPT 알고리즘은 InC(Incremental Conductance) 알고리즘이 적용된다. 일반적으로 MPPT 알고리즘은 P&O(Perturb and Observe) 알고리즘이 주로 이용되지만, 본 발명에 의하면 높은 효율성을 갖는 InC 알고리즘이 적용된다. The MPPT control unit 132 continuously monitors the current and voltage supplied by the PV module 10 and uses a maximum power point tracking (MPPT) algorithm to determine the maximum power point (maximum power point) of the corresponding PV module 10. It maintains the maximum output power by following MPPT (Maximun Power Point). According to an embodiment of the present invention, an Incremental Conductance (InC) algorithm is applied to the MPPT algorithm. Generally, the Perturb and Observe (P&O) algorithm is mainly used as the MPPT algorithm, but according to the present invention, the InC algorithm having high efficiency is applied.

도 6 및 도 7은 P&O 알고리즘과 InC 알고리즘의 시뮬레이션 값을 나타낸 것이다.6 and 7 show simulation values of the P&O algorithm and the InC algorithm.

도 6을 참조하면, P&O 알고리즘을 이용해 10Hz 제어주기로 일사량이 로 지속되는 경우 전력 추종값(청색)이 태양전지 모듈의 최대 출력 전력(적색)에 근사히 수렴하려는 모습을 보여준다. 그리고, InC 알고리즘을 이용해 10Hz 제어주기로 일사량이 지속되는 경우 태양전지 모듈의 최대 출력 전력에 대한 인버터 전력추종이 8회 알고리즘 수행 이후 추종 오차 없이 정확하게 최대 전력으로 수렴하고 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, when insolation continues at 10Hz with a control period of 10Hz using the P&O algorithm, the power tracking value (blue) shows an approximate convergence to the maximum output power (red) of the solar cell module. In addition, it can be seen that the inverter power tracking for the maximum output power of the solar cell module accurately converges to the maximum power without a tracking error after performing the algorithm 8 times when solar radiation continues at a 10Hz control cycle using the InC algorithm.

도 7을 참조하면, P&O 알고리즘을 이용해 10Hz 제어주기로 일사량이 1000W/㎡ 에서 500W/㎡로 변동되는 경우에 시뮬레이션값이 와 동일한 비율로 추종오차가 존재하는 모습임을 알 수 있다. 그리고, InC 알고리즘을 이용해 10Hz 제어주기로 일사량이 1000W/㎡ 에서 500W/㎡로 변동되는 경우에도 알고리즘 8회 수행 이후 정확하게 최대 전력을 수렴함을 알 수 있다. 이와 같이, 기존 P&O algorithm 보다 InC algorithm이 MPP Tracking 에 있어 우수하다는 것을 시뮬레이션에서 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the simulated value has a follow-up error at the same rate as when the amount of insolation varies from 1000 W/m2 to 500 W/m2 with a 10 Hz control cycle using the P&O algorithm. In addition, it can be seen that the maximum power is accurately converged after performing the algorithm 8 times even when the solar radiation varies from 1000 W/m2 to 500 W/m2 with a 10 Hz control cycle using the InC algorithm. As such, it can be confirmed in the simulation that the InC algorithm is superior to the existing P&O algorithm in MPP tracking.

도 8은 태양전지에서의 전류 대 전압의 곡선(실선 부분)의 특성을 개략적으로 나타낸 것이며, 도 9는 서로 다른 3개의 온도 조건 별로 곡선을 도시한 것이다. 여기서 온도란 일사량 조건과 대응될 수 있다. 그리고, 점선 부분은 각 곡선에 대응되는 전력 스케일 곡선을 나타내는 것으로서 전압과 전류의 곱에 의해 결정된다.8 schematically shows characteristics of a current vs. voltage curve (solid line) in a solar cell, and FIG. 9 shows curves for three different temperature conditions. Here, the temperature may correspond to the solar radiation condition. Also, the dotted line indicates a power scale curve corresponding to each curve, and is determined by multiplying voltage and current.

도 9를 참조하면, 모든 온도 조건에 대해, 전압이 어느 정도 증가하면 전류가 급격히 떨어지는 것을 알 수 있다. 이러한 전류 값의 하락에 따라 전력 스케일 역시 급감하게 된다. PV 모듈의 출력 효율을 높이기 위해서는, 도면의 그래프에서 최대 전력점을 트래킹하여 그에 대응되는 전압을 출력단에서 출력할 수 있도록 제어해야 한다. 최대 전력점은 감지된 전압과 전류의 곱이 가장 큰 지점에 해당된다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that the current rapidly drops when the voltage increases to a certain extent for all temperature conditions. As the current value decreases, the power scale also rapidly decreases. In order to increase the output efficiency of the PV module, it is necessary to track the maximum power point in the graph of the drawing and control the voltage corresponding to the maximum power point to be output from the output terminal. The maximum power point corresponds to the point where the product of the sensed voltage and current is the largest.

이상상태 감지부(134)는 온도센서의 감지 값이 일정 기준치를 초과할 경우 이상이 있는 것으로 판단하여 마이크로 컨트롤러(130)를 통해 컨버터 제어부(140)에 제어명령을 송출하여, DC/DC 컨버터(120) 내의 스위치를 턴 오프시켜 내부 회로의 동작을 차단하여 외부로의 전력 전달을 차단하거나 PV 모듈의 구동을 차단할 수 있다.The abnormal state detection unit 134 determines that there is an abnormality when the detected value of the temperature sensor exceeds a predetermined reference value, and sends a control command to the converter control unit 140 through the microcontroller 130 to transmit a DC/DC converter ( 120) to turn off the internal circuit to block the operation of the internal circuit, thereby blocking the transmission of power to the outside or blocking the driving of the PV module.

컨버터 제어부(140)는 MPPT 제어부(132)의 추종된 최대전력점에 따라 DC/DC 컨버터(120)에서 최대전력점에 대응되는 전압이 출력되도록 제어한다. 즉 컨버터 제어부(140)는 MPPT 제어부(132)에서 산출한 최대전력점에 따라 DC/DC 컨버터(120)에 듀티 사이클 제어신호를 전송하여 출력 전압을 조정한다.The converter controller 140 controls the DC/DC converter 120 to output a voltage corresponding to the maximum power point according to the maximum power point followed by the MPPT controller 132 . That is, the converter controller 140 transmits a duty cycle control signal to the DC/DC converter 120 according to the maximum power point calculated by the MPPT controller 132 to adjust the output voltage.

통신부(150)는 센서부(110)의 각종 센싱 데이터를 외부의 모니터링 장치(300)로 전송하는 역할을 한다. 모니터링 장치(300)에는 전송된 정보들은 해당 PV 모듈(10)의 실시간 모니터링 및 분석을 가능하게 하며 음영지역이 있는 PV 모듈을 표시할 수 있다. 여기서 개별 PV 모듈(10) 별로 고유 ID를 가지도록 함으로써 해당 PV 모듈의 식별 및 개별 모니터링 및 개별 유지관리를 용이하게 한다.The communication unit 150 serves to transmit various types of sensing data of the sensor unit 110 to the external monitoring device 300 . The information transmitted to the monitoring device 300 enables real-time monitoring and analysis of the corresponding PV module 10 and displays PV modules with shaded areas. Here, by having a unique ID for each individual PV module 10, identification, individual monitoring, and individual maintenance of the corresponding PV module are facilitated.

상기의 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 음영지역 태양광 모듈의 출력 보상을 위한 태양광 발전 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the photovoltaic system for compensating the output of the photovoltaic module in the shadow area according to the embodiment of the present invention having the above structure will be described as follows.

먼저, 센서부(110)의 전압센서, 전류센서는 PV 모듈의 전류, 전압 값을 연속적으로 감지한다. 이러한 정보는 MPPT 제어부(132)로 전송되고 MPPT 제어부(132)는 감지된 전류 및 전압 값으로부터 최대 전력점을 트래킹하고, 컨버터 제어부(140)는 MPPT 제어부(132)에 의해 트래킹된 최대 전력점에 대응되는 전압이 출력하도록 N-Buck DC/DC 컨버터(120)의 출력을 제어한다. First, the voltage sensor and current sensor of the sensor unit 110 continuously sense current and voltage values of the PV module. This information is transmitted to the MPPT controller 132, the MPPT controller 132 tracks the maximum power point from the sensed current and voltage values, and the converter controller 140 determines the maximum power point tracked by the MPPT controller 132. The output of the N-Buck DC/DC converter 120 is controlled so that the corresponding voltage is output.

여기서 상기 온도 센서의 감지값이 기준치를 초과할 경우, 컨버터 제어부(140)는 DC/DC 컨버터(120)를 턴 오프시킬 수 있다.Here, when the detected value of the temperature sensor exceeds the reference value, the converter controller 140 may turn off the DC/DC converter 120 .

이러한 일 실시예의 경우, 실시간 감지된 전압 및 전류 값으로부터 직접 최대 전력점을 탐색하는 구성에 해당된다. In the case of this embodiment, it corresponds to a configuration in which the maximum power point is directly searched from the real-time sensed voltage and current values.

기 저장된 DB 정보를 활용하여 최대 전력점을 탐색하는 다른 실시예에 관하여 알아본다.Another embodiment of searching for a maximum power point using pre-stored DB information will be described.

이를 위해, 상기 별도의 파라미터 DB부(미도시)를 포함한다. To this end, the separate parameter DB unit (not shown) is included.

상기 파라미터 DB부에는 상기 온도 별로 전류당 최대 전력점을 출력하기 위한 최적의 전압 값이 미리 저장되어 있다. 즉, 파라미터 DB부에는 도 4의 그래프와 같은 내용이 저장되어 있다.An optimal voltage value for outputting a maximum power point per current for each temperature is previously stored in the parameter DB unit. That is, the same contents as the graph of FIG. 4 are stored in the parameter DB unit.

이러한 경우, 상기 MPPT 제어부(132)는 상기 전압센서 및 전류센서와 상기 온도센서로부터 감지된 센싱 값에 대응되는 최적의 전압 값을 상기 파라미터 DB부로부터 추출한다. 이후, 상기 컨버터 제어부(140)에서는 상기 추출된 최적의 전압 값을 출력단에서 출력하도록 제어한다. 예를 들어, 현재 감지된 온도와 전류 값을 알면 이에 대응되는 전류 및 전압 곡선을 찾을 수 있고, 이 곡선에 대한 최적의 전압값(예를 들어 최대 전력점에 해당되는 P 지점에 대응되는 전압 값)을 추출할 수 있다.In this case, the MPPT controller 132 extracts an optimal voltage value corresponding to the sensed values from the voltage sensor, current sensor, and temperature sensor from the parameter DB unit. Thereafter, the converter control unit 140 controls the extracted optimal voltage value to be output at the output terminal. For example, if the currently sensed temperature and current values are known, the corresponding current and voltage curves can be found, and the optimal voltage value for this curve (for example, the voltage value corresponding to point P corresponding to the maximum power point) ) can be extracted.

이상과 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음영지역 태양광 모듈의 출력 보상을 위한 태양광 발전 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 전압 및 전류 센서에서는 상기 PV 모듈(10)의 전류 및 전압 값을 감지한다. 그리고, 상기 온도 센서에서는 상기 PV 모듈(10)의 온도 값을 감지한다. 이후, MPPT 제어부(132)에서는 상기 전압 및 전류 센서와 상기 온도 센서로부터 감지된 센싱 값에 대응되는 상기 최적의 전압 값을 상기 파라미터 DB부로부터 추출한다. 다음, 상기 컨버터 제어부(140)에서는 N-Buck DC/DC 컨버터(140)가 상기 추출된 최적의 전압값을 출력단에서 출력하도록 제어한다. 물론, 여기서 상기 온도 센서의 감지값이 기준치를 초과할 경우, N-Buck DC/DC 컨버터(140)에 내장된 스위치를 턴 오프시킬 수 있다.The operation of the photovoltaic system for compensating the output of the photovoltaic module in the shadow area according to another embodiment of the present invention will be described as follows. First, the voltage and current sensors sense current and voltage values of the PV module 10 . And, the temperature sensor senses the temperature value of the PV module 10 . Thereafter, the MPPT controller 132 extracts the optimal voltage value corresponding to the sensed values from the voltage and current sensors and the temperature sensor from the parameter DB unit. Next, the converter controller 140 controls the N-Buck DC/DC converter 140 to output the extracted optimal voltage value at the output terminal. Of course, when the detected value of the temperature sensor exceeds the reference value, the switch built into the N-Buck DC/DC converter 140 may be turned off.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications Equivalents should also be considered as falling within the scope of this invention.

10. PV 모듈 100. 출력 보상 장치
110. 센서부 120. N-Buck DC/DC 컨버터
130. 마이크로 컨트롤러 132. MPPT 제어부
140. 컨버터 제어부 150. 통신부
200. 인버터 300. 모니터링 장치
10. PV module 100. Output compensation device
110. Sensor unit 120. N-Buck DC / DC converter
130. Microcontroller 132. MPPT control unit
140. Converter control unit 150. Communication unit
200. Inverter 300. Monitoring device

Claims (3)

복수의 태양광(PV) 모듈 각각에 연결되어 출력을 보상하기 위한 장치에 관한 것으로써,
상기 PV 모듈에서 발생하는 직류전원을 강압 또는 승압되게 변화하여 출력시키는 N-Buck DC/DC 컨버터;
상기 PV 모듈에서 N-Buck DC/DC 컨버터로 공급되는 전류와 전압 및 PV 모듈의 온도을 감지하는 센서부;
상기 센서부에 의해 상기 PV 모듈에 의해 공급되는 전류 및 전압을 연속적으로 감시하고 최대 전력점 추적(MPPT:Maximun Power Point Tracking) 알고리즘을 이용하여 PV 모듈의 최대전력점(MPP:Maximun Power Point)을 추종하여 최대 출력 전력을 유지하도록 하는 MPPT 제어부를 포함하되, 상기 최대 전력점 추적 알고리즘은 InC 알고리즘이 적용되는 마이크로 컨트롤러; 및,
상기 N-Buck DC/DC 컨버터가 상기 MPPT 제어부에 의해 트래킹된 최대 전력점에 대응하는 전압을 출력하도록 제어하는 컨버터 제어부; 및,
온도 별로 전류당 최대 전력점을 출력하기 위한 최적의 전압 값이 저장되어 있는 파라미터 DB;를 포함하며,
상기 마이크로 컨트롤러는 상기 온도센서로부터 감지된 온도값이 설정된 기준치를 초과하는 경우 이상이 있는 것으로 판단하여 상기 컨버터 제어부에 제어명령을 송출하여, 상기 N-Buck DC/DC 컨버터 내의 스위치를 턴 오프시켜 내부 회로의 동작을 차단하도록 하는 이상상태 감지부를 더 포함하고,
상기 MPPT 제어부는 상기 전류센서와 전압센서 및 온도센서로부터 감지된 센싱 값에 대응되는 최적의 전압 값을 상기 파라미터 DB부로부터 추출하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 출력 보상 장치.
It relates to a device for compensating an output by being connected to each of a plurality of photovoltaic (PV) modules,
An N-Buck DC/DC converter that changes and outputs the DC power generated from the PV module to step-down or step-up;
a sensor unit for sensing the current and voltage supplied from the PV module to the N-Buck DC/DC converter and the temperature of the PV module;
The sensor unit continuously monitors the current and voltage supplied by the PV module and uses a Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm to determine the maximum power point (MPP) of the PV module. a microcontroller to which an InC algorithm is applied; and,
a converter controller for controlling the N-Buck DC/DC converter to output a voltage corresponding to the maximum power point tracked by the MPPT controller; and,
A parameter DB in which an optimal voltage value for outputting a maximum power point per current for each temperature is stored;
The microcontroller determines that there is an abnormality when the temperature value sensed by the temperature sensor exceeds a set reference value, sends a control command to the converter control unit, and turns off the switch in the N-Buck DC/DC converter to turn off the internal Further comprising an abnormal state detection unit to block the operation of the circuit,
The output compensating device of a solar module, characterized in that the MPPT controller extracts an optimal voltage value corresponding to the sensed values from the current sensor, voltage sensor, and temperature sensor from the parameter DB unit.
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