KR-20260061904-A - Power optimizing apparatus for PV device and Power optimizing method for PV device

Abstract

본 발명의 태양광 장치의 파워옵티마이저장치는, 제 1 태양광 패널의 제 1 상태를 감지하는 센싱부; 적어도 하나의 제 2 태양광 패널의 제 2 상태를 수집하는 와이파이메시모듈; 및 상기 센싱부에서 감지되는 제 1 태양광 패널의 제 1 상태와, 적어도 하나의 제 2 태양광 패널의 제 2 상태를 비교하여, 상기 제 1 태양광 패널의 출력전력을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다.

Inventors

• 김상길
• 박경욱

Assignees

• 주식회사 에스디테크

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (3)

1. 제 1 태양광 패널의 제 1 상태를 감지하는 센싱부; 적어도 하나의 제 2 태양광 패널의 제 2 상태를 수집하는 와이파이메시모듈; 및 상기 센싱부에서 감지되는 제 1 태양광 패널의 제 1 상태와, 적어도 하나의 제 2 태양광 패널의 제 2 상태를 비교하여, 상기 제 1 태양광 패널의 출력전력을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는, 태양광 장치의 파워옵티마이저장치.
2. 제 1 항의 태양광 장치의 파워옵티마이저장치를 제어하기 위하여, 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태를 비교하여, 바이패스(By Pass) 모드-옵티마이저장치(61)가 개입하지 않고 태양광 패널(6)의 생산전력을 그대로 인버터(5)로 전송하는 모드임-, CC 모드-고정된 전류로 인버터(5)로 출력하는 모드임-, CV 모드-고정된 전압으로 인버터(5)로 출력하는 모드임-, MPPT 모드-최대전력추정 알고리즘으로 전압, 전류를 조절해가며 최대 전력으로 인버터(5)로 출력하는 모드임-, CUP 모드-다른 태양광 패널(6)에 비해 출력 전류가 낮은 경우 전류 출력을 강제로 높여 인버터(5)로 출력하는 동작 모드임-, CDOWN 모드-다른 태양광 패널(6)에 비해 출력전류가 높은 경우 전류출력을 강제로 낮추고 전압을 높여 인버터(5)로 출력하는 동작 모드임-, 및 RS 모드-게이트웨이(3)가 전송한 급속차단명령을 수신하여 인버터(5)로의 전력공급을 강제로 차단하는 모드임- 중의 적어도 하나로 동작하는, 태양광 장치의 파워옵티마이징방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 바이패스모드는, 현재출력전압이 최소허용전압보다 낮을 때 현재의 동작모드로서 결정하고, 상기 CC 모드는, 현재출력전류가 최소허용전류보다 낮을 때 현재의 동작모드로서 결정하고, 현재출력전류가 다른 옵티마이저장치들의 참조평균출력전류보다 설정 퍼센트 이내이면, 상기 MPPT 모드를 현재의 동작모드로 결정하고, 현재출력전류가 다른 옵티마이저장치들의 참조평균출력전류보다 설정 퍼센트 이하이면, 상기 CUP 모드를 현재의 동작모드로 결정하고, 현재출력전류가 다른 옵티마이저장치들의 참조평균출력전류보다 설정 퍼센트 이상이면, 상기 MPPT 모드를 현재의 동작모드로 결정하는, 태양광 장치의 파워옵티마이징방법.

Description

태양광 발전장치를 위한 파워옵티마이저장치, 및 파워옵티마이징방법{Power optimizing apparatus for PV device and Power optimizing method for PV device} 본 발명은 태양광 발전을 위한 파워옵티마이저장치, 및 파워옵티마이저방법에 관한 것이다. 태양광 발전장치는 태양에너지를 전기로 변환하는 장치이다. 태양광발전장치에는 태양광 패널과, 상기 태양광 패널에서 발전된 직류전류를 교류로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 상기 태양광 발전장치는 다수의 태양광 패널을 포함한다. 다수의 태양광 패널을 직렬 연결해서 이를 하나의 대용량 전력 변환기로 변환하는 방식을 적용한다. 이 경우에, 일부 패널에 그늘이 지는 등의 이유로 발전량이 떨어지면 전체 태양광 발전장치의 발전량이 급격히 줄어드는 문제가 있다. 이는, 직렬 연결을 구성하는 일부 태양광 패널에 문제가 생겨 부분적으로 출력이 감소할 때, 직렬 연결 회로의 특성상 전류 병목 현상이 생겨 전체 발전량이 줄어들기 때문이다. 결국 한 부분의 이상이 전체로 파급되어 총 발전량을 크게 감소시킨다. 이 문제를 해소하기 위하여 마이크로 인버터 방식을 적용할 수 있다. 상기 마이크로 인버터 방식은, 각 태양광 패널에 설치되는 인버터에서 소용량 DC-AC 변환을 한 후 소출력 교류를 공통 병렬회로에 연결해 모아서 전력 계통에 전송하는 분산형 시스템이다. 상기 마이크로 인버터 방식은 효율이 떨어지는 문제, 가격이 비싼 문제등이 있다. 도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 구성도. 도 2는 실시예에 따른 파워옵티마이저장치의 구성도. 도 3은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 파워옵티마이저방법을 설명하는 흐름도. 이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 개시의 사상의 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 개시의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 개시 사상의 범위 내에 포함된다. 도면이 설명에 있어서, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일하거나 유사한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략할 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 구성도이다. 도 1을 참조한다. 실시예에 따른 태양광 발전장치는는 직렬로 연결된 다수의 태양광 패널(6)과, 다수의 태양광 패널(6)의 출력단에 연결된 인버터(5)와, 다수의 태양광 패널(6) 각각에 연결된 다수의 파워옵티마이저장치(이하, 옵티마이저장치라고 할 수 있다)(61)와, 다수의 옵티마이저장치(6)와 무선으로 통신하는 게이트웨이(3)를 포함할 수 있다. 상기 게이트웨이(3)는 이더넷 통신 방식으로 라우터(2)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 라우터(2)는 인터넷망을 통해 태양광 발전장치 모니터링 서버(1)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 상기 인버터(5)는 RS485 방식으로 RTU(3)(Remote Terminal Unit)를 경유하여 라우터(2)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 상기 태양광 패널(6)의 갯수와 옵티마이저장치(61)의 갯수는 동일할 수 있다. 도면에는 여섯개의 태양광 패널과 여섯개의 옵티마이저장치가 도시된다. 상기 옵티마이저장치는 와이파이메시모듈(611)을 포함할 수 있다. 상기 태양광 패널(6)은 옵티마이저장치(61)를 통하여 다른 태양광모듈에 연결될 수 있다. 상기 와이파이메시모듈(611)에 의해서, 제 1 태양광 패널(6)은, 상기 게이트웨이(3) 및 제 2 태양광 패널(6)과 와이파이 방식으로 무선통신할 수 있다. 상기 태양광패널(6) 및 상기 게이트웨이는 와이파이메시(Mesh Wi-Fi)로 연결될 수 있다. 여기서 연결은, 상호간의 무선통신을 포함할 수 있다. 상기 와이파이메시는 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째, 와이파이의 사용 커버리지가 ??어질 수 있다. 상세하게, '와이파이 확장'과 유사한 기능이지만 이론상 무한정 많은 공유기를 설치하여 더 넓은 범위의 무선환경을 커버할 수 있다. 따라서, 넓은 면적에 설치되는 태양광 패널도 서로 통신할 수 있다. 둘째, 통신속도를 최적화할 수 있다. 셋째, 통일된 SSID(와아파이 이름)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 각 공유기마다 SSID가 존재하여 한 공유기의 범위를 넘어서 이동하게 된다면 다른 SSID를 선택하여 다시 접속을 해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이는 인터넷 끊김의 불편함 외에도 서로 다른 SSID를 이루고 있기 때문에 각 공유기를 한 데 묶어 하나의 네트워크를 구성하는 것이 불가능하게 된다. 이와 달리, 와이파이메시는 하나의 커다란 네트워크를 구성한다. 따라서, 어디를 이동해도 같은 SSID로 와이파이 접속이 가능하며 동일한 네트워크를 구성할 수 있다. 넷째, 노드 비활성화 백업 기능이 있다. 예를 들어, 어느 한 노드가 통신 불능 상태가 될 경우에도, 나머지 노드들을 통하여 끊김 없는 와이파이가 가능할 수 있다. 상기되는 와이파이메시가 설치됨으로써, 옵티마이저의 기능을 최적으로 운용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 태양광 패널(6)의 제 1 옵티마이저장치는, 상기 와이파이메시로 연결되는 제 2 태양광 패널(6)의 발전 정보를 수집할 수 있다. 이때 제 2 태양광 패널(6)의 제 2 옵티마이저장치(61)와 제 1 태양광 패널(6)의 제 1 옵티마이저장치(61)가 서로 와이파이메시모듈(611)에 의해서 연결될 수 있다. 상기 와이파이메시모듈(611)에 의해서 무선통신을 수행할 수 있다. 도 2는 실시예에 따른 파워옵티마이저장치의 구성도이다. 도 2를 참조한다. 상기 옵티마이저장치(61)는 와이파이메시모듈(611)과, 센싱부(12)와, 마이크로 프로세서(13)와, PWM 컨트롤러(14)와, 게이트 드라이버 및 파워 컨트롤 모듈(15)을 포함할 수 있다. 상기 옵티마이저장치(100)는 파워 서플라이(16) 및 워치독(170)(watchdog)을 더 포함할 수 있다. 상기 센싱부(121)는 태양광 패널(6)의 입력전압, 입력전류 및 현재출력전압을 센싱할 수 있다. 이를 위해, 센싱부(120)는 태양광 패널(6)의 입력전압, 출력전압, 입력전류, 및 태양광 패널의 온도를 센싱하는 센서(121)를 포함할 수 있다. 상기 센서에 의해서 센싱된 아날로그 값은 디지털 값으로 변환된 후 마이크로프로세서(13)로 입력될 수 있다. 상기 마이크로프로세서(13)는, 와이파이메시모듈(611)을 통해 다른 옵티마이저장치(61)로부터 데이터(예를 들면, 입력전압, 출력전압, 입력전류, 및 온도)를 수집하여, 다른 옵티마이저장치(100)의 평균출력전류를 계산할 수 있다. 여기서, 다른 옵티마이저장치(100)의 평균출력전류는 "참조평균출력전류"로 정의될 수 있다. 상기 마이크로프로세서(13)는 센싱부(12)를 통해 센싱된 입력전압, 입력전류, 및 현재출력전압을 이용하여 자신의 "현재출력전류"를 계산할 수 있다. 상기 마이크로프로세서(130)는 현재출력전류 및 현재출력전압을 미리 설정된 최대허용전류, 미리 설정된 최소허용전압 및 상기 참조평균출력전류와 비교하여, 미리 설정된 다양한 동작 모드중 하나의 동작 모드를 선택하고, 선택된 동작 모드에 따른 제어 신호를 PWM 컨트롤러(14)에 출력할 수 있다. 본 발명은, 상기 옵티마이저장치(61)의 동작모드가 최적으로 운용되는 것을 일 특징으로 한다. 예를 들어, 제 1 태양광 발전장치에 제공되는 제 1 태양광 패널의 상태와, 제 1 태양광 발전장치에 제공되는 제 2 태양광 패널의 상태를 비교하여 제 1 태양광 패널의 출력을 제어할 수 있다. 상기 제 2 태양광 패널은 제 1 태양광 패널을 제외하는 모든 태양광 패널 또는 일부의 태양광 패널을 의미할 수 있다. 상기 동작모드의 상세한 설명은 후술한다. 상기 PWM 컨트롤러(14)는 마이크로프로세서(13)의 제어 신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하고 이를 게이트 드라이버 및 파워 컨트롤 모듈(15)에 출력할 수 있다. 게이트 드라이버 및 파워 컨트롤 모듈(15)은 PWM 컨트롤러(14)의 PWM 신호에 따라 자신(옵티마이저장치(61))의