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KR20180111159A - 태양광 인버터 - Google Patents

태양광 인버터 Download PDF

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KR20180111159A
KR20180111159A KR1020170041692A KR20170041692A KR20180111159A KR 20180111159 A KR20180111159 A KR 20180111159A KR 1020170041692 A KR1020170041692 A KR 1020170041692A KR 20170041692 A KR20170041692 A KR 20170041692A KR 20180111159 A KR20180111159 A KR 20180111159A
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South Korea
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power
switch
battery
voltage
link capacitor
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Abandoned
Application number
KR1020170041692A
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English (en)
Inventor
김영민
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020170041692A priority Critical patent/KR20180111159A/ko
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Abstract

본 발명은 태양광 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절환 스위치의 동작 상태에 따라 태양광 발전 장치에서 생성된 출력 전력을 전동기에 공급하거나 태양광 발전 장치에서 생성된 출력 전력을 배터리에 공급하는 태양광 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양광 발전 장치에서 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터, 절환 스위치를 통해 전동기 또는 배터리와 연결되고, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 출력 전력을 생성하는 전력 변환부 및 상기 절환 스위치의 동작 상태에 따라 상기 생성된 출력 전력을 상기 전동기에 공급하거나 상기 생성된 출력 전력을 상기 배터리에 공급하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 인버터{Photovoltaic inverter}
본 발명은 태양광 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절환 스위치의 동작 상태에 따라 태양광 발전 장치에서 생성된 출력 전력을 전동기에 공급하거나 태양광 발전 장치에서 생성된 출력 전력을 배터리에 공급하는 태양광 인버터에 관한 것이다.
주요 에너지원인 화석연료의 사용은 기후변화 등의 부작용이 초래되면서 그 사용에 대한 제약이 심화되고 있고 최근에는 석탄 및 석유의 고갈에 따라 신재생에너지가 각광 받고 있다. 이에 따라 친환경적인 전력 생산이 가능하고, 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 신재생에너지 발전 시스템의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.
그 중 태양광 발전 시스템은 에너지원의 다양화 및 분산화가 추진되는 현 상황에서 설치 위치에 제약이 적고 설치 규모를 필요에 따라 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있어 보급이 확대되고 있다. 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 장치 및 태양광 인버터를 필수 구성요소로 하는데 태양광 인버터는 태양광 발전 장치에서 발전되는 직류 전력을 변환하는 역할을 수행한다.
도 1은 태양광 발전 장치(40)로부터 생산된 전력을 전동기(50)에 공급하는 종래 태양광 인버터를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 태양광 인버터는 DC 링크 커패시터(30), 전력 변환부(20) 및 제어기(10)를 포함한다.
DC 링크 커패시터(30)는 태양광 발전 장치(40)에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 저장하고, 제어기(10)는 PWM 신호를 전력 변환부(20)에 인가하여 전력 변환부(20)가 DC 링크 커패시터(30)에 저장된 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환하여 전동기(50)에 공급하도록 제어한다.
다시 말해, 종래 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 이용하여 전동기(50)를 구동한다. 그러나, 전동기(50)의 지속적인 구동이 필요하지 않은 경우에도 종래 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 지속적으로 전동기(50)에 공급함으로써, 시스템 운영 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 전동기(50)에만 공급함으로써, 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력의 활용도가 낮은 문제점이 있다.
주요 에너지원인 화석연료의 사용은 기후변화 등의 부작용이 초래되면서 그 사용에 대한 제약이 심화되고 있고 최근에는 석탄 및 석유의 고갈에 따라 신재생에너지가 각광 받고 있다. 이에 따라 친환경적인 전력 생산이 가능하고, 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 공급할 수 있는 신재생에너지 발전 시스템의 중요성이 대두되고 있는 실정이다.
그 중 태양광 발전 시스템은 에너지원의 다양화 및 분산화가 추진되는 현 상황에서 설치 위치에 제약이 적고 설치 규모를 필요에 따라 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있어 보급이 확대되고 있다. 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 장치 및 태양광 인버터를 필수 구성요소로 하는데 태양광 인버터는 태양광 발전 장치에서 발전되는 직류 전력을 변환하는 역할을 수행한다.
도 1은 태양광 발전 장치(40)로부터 생산된 전력을 전동기(50)에 공급하는 종래 태양광 인버터를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 태양광 인버터는 DC 링크 커패시터(30), 전력 변환부(20) 및 제어기(10)를 포함한다.
DC 링크 커패시터(30)는 태양광 발전 장치(40)에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 저장하고, 제어기(10)는 PWM 신호를 전력 변환부(20)에 인가하여 전력 변환부(20)가 DC 링크 커패시터(30)에 저장된 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환하여 전동기(50)에 공급하도록 제어한다.
다시 말해, 종래 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 이용하여 전동기(50)를 구동한다. 그러나, 전동기(50)의 지속적인 구동이 필요하지 않은 경우에도 종래 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 지속적으로 전동기(50)에 공급함으로써, 시스템 운영 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 태양광 인버터는 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력을 전동기(50)에만 공급함으로써, 태양광 발전 장치(40)에서 생산되는 전력의 활용도가 낮은 문제점이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터는 태양광 발전 장치에서 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터, 절환 스위치를 통해 전동기 또는 배터리와 연결되고, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 출력 전력을 생성하는 전력 변환부 및 상기 절환 스위치의 동작 상태에 따라 상기 생성된 출력 전력을 상기 전동기에 공급하거나 상기 생성된 출력 전력을 상기 배터리에 공급하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 펌프를 구동하지 않는 시간에 배터리를 충전하고, 배터리를 충전하지 않는 시간에 펌프를 구동함으로써 태양광 발전 장치가 전력원으로서 효율적으로 동작하도록 하는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 의하면 전력계통으로부터 전력을 공급받기 어려울 뿐만 아니라 수용가에 대한 급수에 어려움이 있는 동남아시아, 아프리카 등의 오지 마을에서 태양광을 이용하여 양수 펌프를 구동함으로써 지하수를 급수할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 동남아시아, 아프리카 등의 오지 마을에서 배터리 충전을 위해 도시의 배터리 충전소를 찾아가지 않고도 배터리를 쉽게 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양광 발전 장치에 인가함으로써, 태양광 발전 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 태양광 발전 장치로부터 생산된 전력을 전동기에 공급하는 종래 태양광 인버터를 도시한 도면.
도 2는 태양광 발전 장치와 연결된 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터가 절환 스위치를 통해 전동기 및 배터리와 연결된 모습을 도시한 도면.
도 3은 절환 스위치의 동작 상태에 따라 출력 전력을 전동기 또는 배터리에 공급하는 일 실시예를 도시한 도면.
도 4는 태양광 발전 장치와 DC 링크 커패시터를 연결하는 스위치의 구성을 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 태양광 발전 장치(200)와 연결된 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)가 절환 스위치(210)를 통해 전동기(220) 및 배터리(230)와 연결된 모습을 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터(100)는 DC 링크 커패시터(110), 전력 변환부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성된다. 도 2에 도시된 태양광 인버터(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3은 절환 스위치(210)의 동작 상태에 따라 출력 전력을 전동기(220) 또는 배터리(230)에 공급하는 일 실시예를 도시한 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 태양광 인버터(100)와 이를 구성하는 DC 링크 커패시터(110), 전력 변환부(120) 및 제어부(130)를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 링크 커패시터(110)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 저장할 수 있다. 여기서 태양광 발전 장치(200)는 태양광 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 장치일 수 있다.
얘를 들어, 태양광 발전 장치(200)는 태양전지 모듈을 포함할 수 있고, 하나 이상의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 이어놓은 태양전지 어레이를 포함할 수도 있다. 이와 같은 태양광 발전 장치(200)는 입사되는 태양광의 빛 에너지를 변환하여 직류 전압(VDC)의 형태로 출력할 수 있다.
DC 링크 커패시터(110)는 후술하는 전력 변환부(120)에 전압을 공급하기 위하여 태양광 발전 장치(200)로부터 출력된 직류 전압(VDC)을 일정 크기 이상의 전압으로 저장할 수 있다. 이를 위해, 도면에 도시되지는 않았으나 DC 링크 커패시터(110)와 태양광 발전 장치(200) 사이에는 승압 회로인 DC/DC 컨버터, 스위칭 레귤레이터 등이 추가될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환부(120)는 절환 스위치(210)를 통해 전동기(220) 또는 배터리(230)와 연결되고, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 출력 전력을 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 변환부(120)는 후술하는 제어부(130)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의해 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 출력 전력을 생성할 수 있다. 이에 따라, 전력 변환부(120)는 PWM 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하는 복수의 전력 스위칭소자를 포함할 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 전력 변환부(120)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 승압 또는 강압하기 위한 DC/DC 컨버터를 더 포함할 수도 있다.
절환 스위치(210)는 전력 변환부(120)에서 생성된 출력 전력을 전동기(220) 또는 배터리(230)에 전달하기 위한 전력의 전송로를 형성할 수 있다. 다시 말해, 절환 스위치(210)는 전력 변환부(120)에서 생성된 출력 전력을 전동기(220) 또는 배터리(230)에 선택적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동기(220)는 공급된 출력 전력을 이용하여 펌프(221)를 구동할 수 있다. 본 발명에서 펌프(221)는 지하수를 끌어올려 수용가에 급수를 하기 위한 양수 펌프를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 전동기(220)는 출력 전력을 이용하여 펌프(221)를 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 전동기는(220) 전기에너지를 이용하여 다양한 부하에 동력을 전달하는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 태양광 인버터(100)는 전력계통으로부터 전력을 공급받기 어려울 뿐만 아니라 수용가에 대한 급수에 어려움이 있으나, 태양광이 충분하여 태양광 발전에 의해 전기를 생산할 수 있는 지역에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 태양광 인버터(100)는 동남아시아, 아프리카 등의 오지 마을 또는 대규모 농장에 설치되어 지하수를 급수할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(230)는 공급된 출력 전력에 의해 충전될 수 있다. 본 발명에서 배터리(230)는 교체 가능한 충전지를 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 태양광 인버터(100)는 상술한 오지 마을 등에 설치되어 배터리(230) 충전 기능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 배터리(230) 충전을 위한 도시의 배터리(230) 충전소를 이용하지 않고도 배터리(230)를 쉽게 충전할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)이 태양광 발전 장치(200)의 최대전력을 추종하도록 직류 전압(VDC)을 제어할 수 있다.
태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC) 및 전류는 태양광 발전 장치(200)를 구성하는 재료 등의 요인에 의해 비선형적인 특성을 갖는다. 보다 구체적으로, 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 전류는 직류 전압(VDC)이 증가함에 따라 서서히 감소하다가 특정 구간에서 급격하게 감소하는 특징을 갖는다.
이에 따라, 직류 전압(VDC)에 대한 태양광 발전 장치(200)의 발전 전력은, 직류 전압(VDC)이 커짐에 따라 증가하다가 직류 전압(VDC)이 특정 전압을 초과하면 급격하게 감소하는 특징을 갖는다. 다시 말해, 직류 전압(VDC)이 특정 전압일 때, 태양광 발전 장치(200)에의 발전 전력량은 최대일 수 있다.
본 발명의 제어부(130)는 이와 같은 태양광 발전 장치(200)의 전기적 특성을 고려하여 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)이 태양광 발전 장치(200)의 최대전력을 추종하도록 직류 전압(VDC)의 크기를 제어(Maximum Power Point Tracker; MPPT)할 수 있다.
태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기를 제어하여 태양광 발전 장치(200)의 발전 전력량이 최대전력을 추종하도록 제어하는 방법은, 인접 기술 분야의 다양한 실시예에 따라 수행될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 절환 스위치(210)의 동작 상태에 따라 생성된 출력 전력을 전동기(220)에 공급하거나 생성된 출력 전력을 배터리(230)에 공급하도록 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 절환 스위치(210)의 접점 신호를 수신하고, 수신된 접점 신호에 기초하여 절환 스위치(210)의 동작 상태를 확인할 수 있다.
절환 스위치(210)는 디지털 신호의 송수신이 가능한 디지털 절환 스위치(210)일 수 있다. 전력 변환부(120)와 전동기(220)가 연결되었을 경우, 절환 스위치(210)는 제어부(130)에 제1 접점 신호를 송신할 수 있다. 반면에, 전력 변환부(120)와 배터리(230)가 연결되었을 경우, 절환 스위치(210)는 제어부(130)에 제2 접점 신호를 송신할 수 있다. 제어부(130)는 접점 신호의 종류에 기초하여 전력 변환부(120), 전동기(220) 및 배터리(230)의 연결 상태를 파악할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 제1 접점 신호가 수신되면, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하도록 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 전력 변환부(120)와 전동기(220)가 연결되었을 경우 전력 변환부(120)에서 생성되는 출력 전력은 교류 전력일 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(130)는 PWM 제어를 통해 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다. 전력 변환부(120)에 포함된 다수의 스위칭소자는 PWM 제어에 따라 스위칭하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 본 발명에서 교류 전력은 전동기(220)를 구동하기 위한 3상 교류 전력일 수 있고, 3상 교류 전력은 절환 스위치(210)를 통해 전동기(220)로 공급될 수 있다.
본 발명의 전력 변환부(120)에서 생성되는 교류 전력의 크기는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기에 비례할 수 있다. 다시 말해, 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기가 증가함에 따라 전력 변환부(120)에서 생성되는 교류 전력의 크기도 함께 증가할 수 있다.
PWM 제어를 통해 생성되는 전압의 크기는 PWM 제어에 이용되는 펄스의 펄스폭에 비례할 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 펄스폭을 조절하여 교류 전력의 크기를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기에 비례하여 펄스폭의 크기를 증가시킬 수 있다.
전동기(220)는 전력 변환부(120)에서 생성된 교류 전력에 의해 구동되므로, 전동기(220)는 태양광 발전 장치(200)에 입사되는 일사량이 클수록 더 높은 출력으로 펌프(221)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 제2 접점 신호가 수신되면, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 직류 전력을 생성하도록 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 전력 변환부(120)와 배터리(230)가 연결되었을 경우 전력 변환부(120)에서 생성되는 출력 전력은 직류 전력일 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 변환부(120)에 포함된 다수의 스위칭 소자는 제어부(130)의 PWM 제어에 따라 스위칭하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 일정 크기의 직류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환부(120)는 PWM 제어에 따라 동작하여 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 일정 크기의 직류 전압으로 변환할 수 있다.
전력 변환부(120)에서 생성된 직류 전력은 절환 스위치(210)를 통해 배터리(230)로 공급될 수 있고, 배터리(230)는 전력 변환부(120)에서 공급되는 직류 전력에 의해 충전될 수 있다.
전력 변환부(120)에서 생성되는 직류 전력의 크기는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기에 비례할 수 있다. 다시 말해, 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기가 증가함에 따라 전력 변환부(120)에서 생성되는 직류 전력의 크기도 함께 증가할 수 있다.
상술한 바와 같이, PWM 제어를 통해 생성되는 전압의 크기는 PWM 제어에 이용되는 펄스의 펄스폭에 비례할 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 펄스폭을 조절하여 직류 전력의 크기를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기에 비례하여 펄스폭의 크기를 증가시킬 수 있다.
전력 변환부(120)에서 생성되는 출력 전류가 직류 전력인 경우, 다시 말해, 직류 전압이 직류 전력으로 변환될 때에는 PWM 제어에서 이용되는 각 펄스의 펄스폭의 크기가 동일하게 제어될 수 있다.
상술한 바와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 제2 접점 신호가 수신되면, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 배터리(230)에 공급하도록 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 전력 변환부(120)는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압의 전기적 특성을 변환하지 않고, 그대로 배터리(230)에 공급할 수도 있다.
전력 변환부(120)에서 생성된 직류 전력은 컨버터(231)를 통해 배터리(230)에 공급될 수 있다. 여기서 컨버터(231)는 직류 전력을 구성하는 직류 전압의 크기를 승압 또는 강압하는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 변환부(120)에서 생성된 직류 전력의 크기와 관계없이 배터리(230)를 충전하기 위한 전압 및 전류의 크기는 미리 설정될 수 있다. 이에 따라, DC/DC 컨버터는 전력 변환부(120)에서 생성된 직류 전압의 크기를 배터리(230) 충전을 위한 미리 설정된 크기로 승압 또는 강압하여 배터리(230)에 공급할 수 있다.
상술한 바와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 제2 접점 신호가 수신되면, DC 링크 커패시터(110)에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하도록 전력 변환부(120)를 제어할 수도 있다. 다시 말해, 전력 변환부(120)와 배터리(230)가 연결되었을 경우 전력 변환부(120)에서 생성되는 출력 전력은 교류 전력일수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 전력 변환부(120)에서 생성된 교류 전력은 컨버터(231)를 통해 배터리(230)에 공급될 수 있다. 이 때, 컨버터(231)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 전압을 배터리(230)에 공급하는 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 이 때, AC/DC 컨버터는 인덕터와 커패시터를 포함하는 LC 필터를 포함함으로써, 교류 신호에 대한 정류 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 전동기(220)의 구동 상태 정보가 구동 상태에서 정지 상태로 바뀌면, 전력 변환부(120)가 배터리(230)와 연결되도록 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제어부(130)는 전동기(220)로부터 구동 상태 정보를 수신할 수 있다. 구동 상태 정보는 전동기(220)의 현재 구동 상태를 나타내는 정보일 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 상태 정보는 전동기(220)가 부하에 동력을 전달하고 있는 상태인 구동 상태와 전동기가 부하에 동력을 전달하지 않고 있는 상태인 정지 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다.
수신된 구동 상태 정보가 구동 상태에서 정지 상태로 바뀌면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 전력 변환부(120)가 배터리(230)와 연결되도록 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 제어부(130)는 절환 스위치(210)의 동작 상태 변경에 따른 접점 신호를 수신할 뿐만 아니라, 절환 스위치(210)의 동작 상태를 직접 제어할 수도 있다.
예를 들어, 부하에 동력을 전달하던 전동기(220)의 구동이 정지되면, 제어부(130)에 수신되는 구동 상태 정보는 구동 상태에서 정지 상태로 바뀔 수 있다. 이 때, 제어부(130)는 더 이상 부하에 동력 공급이 필요하지 않다고 판단하여 배터리(230) 충전을 위해 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다.
이에 따라, 전력 변환부(120)는 절환 스위치(210)를 통해 배터리(230)와 연결되며, 제어부(130)는 절환 스위치(210)의 동작 상태 변경에 따른 접점 신호를 수신하여 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 배터리(230)의 배터리 충전량이 미리 설정된 충전량 이상이면, 전력 변환부(120)가 전동기(220)와 연결되도록 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제어부(130)는 배터리(230)의 충전량을 모니터링 또는 측정하는 임의의 장치로부터 배터리 충전량에 대한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 배터리(230)가 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS)에 의해 모니터링되는 경우, 제어부(130)는 배터리 관리 장치(BMS)로부터 SOC(State of Charge)를 수신할 수 있다.
수신된 배터리 충전량이 미리 설정된 충전량 이상이면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 전력 변환부(120)가 전동기(220)와 연결되도록 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다. 여기서 미리 설정된 충전량은 사용자에 의해 설정될 수 있고, 예를 들어 해당 배터리(230)의 최대 충전량의 90% 내지 100%로 설정될 수 있다.
예를 들어, 절환 스위치(210)를 통해 전력 변환부(120)와 연결된 배터리(230)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압에 의해 충전될 수 있다. 충전 동작을 지속하던 배터리(230)의 배터리 충전량이 미리 설정된 충전량 이상이 되면, 제어부(130)는 더 이상 배터리(230)에 전력 공급이 필요하지 않다고 판단하여 전동기(220) 구동을 위해 절환 스위치(210)를 제어할 수 있다.
이에 따라, 전력 변환부(120)는 절환 스위치(210)를 통해 전동기(220)와 연결되며, 제어부(130)는 절환 스위치(210)의 동작 상태 변경에 따른 접점 신호를 수신하여 전력 변환부(120)를 제어할 수 있다.
본 발명의 태양광 발전 장치(200)는 접지된 금속 프레임에 설치되는 반면, 안전상의 이유로 인해 태양광 발전 장치(200)의 출력단은 접지되지 않을 수 있다. 이에 따라, 금속 프레임과 태양광 발전 장치(200)간의 전위차가 발생할 수 있고, 이와 같은 전위차에 의해 태양광 발전 장치(200)에서 생성된 일부 전자들이 금속 프레임을 통해 유출되는 분극(polarization)이 발생할 수 있다. 이러한 분극에 의해 발전 효율이 감소되는 현상을 PID(Potential Induced Degradation)라고 한다.
PID는 태양광 발전 장치(200)에 역전압을 인가함으로써 개선될 수 있고, 본 발명은 태양광 발전 장치(200)에 역전압을 간단하게 인가하기 위하여 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
도 4는 태양광 발전 장치(200)와 DC 링크 커패시터(110)를 연결하는 스위치의 구성을 도시한 도면이다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(140)를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 태양광 인버터(100)는 태양광 발전 장치(200)와 DC 링크 커패시터(110) 사이에 연결되는 스위칭부(140)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(140)는 태양광 발전 장치(200)의 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자 또는 네거티브 단자와 연결시킴으로써 전송로를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 스위칭부(140)는 태양광 발전 장치(200)의 포지티브 단자와 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제1 스위치, 태양광 발전 장치(200)의 네거티브 단자와 DC 링크 커패시터(110)의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 태양광 발전 장치(200)의 포지티브 단자와 DC 링크 커패시터(110)의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제3 스위치 및 태양광 발전 장치(200)의 네거티브 단자와 DC 링크 커패시터(110)의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다.
제1 스위치 내지 제4 스위치는 제어부(130)의 제어 신호에 의해 턴 온 또는 턴 오프되는 소자로 GTO(Gate turn-off thyristor), BJT(Bipolar junction transistor), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 등의 스위칭소자를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 제1 스위치 내지 제4 스위치의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 각각의 스위치에 제어 신호를 전송하여 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 직류 전압(VDC)을 이용하여 전동기(220)를 구동하거나 배터리(230)를 충전하기 위해, 제어부(130)는 제1 스위치 및 제3 스위치를 턴 온 제어하고 제2 스위치 및 제4 스위치를 턴 오프 제어할 수 있다.
본 발명의 제어부(130)는 시간에 따라 태양광 발전 장치(200)로부터 출력되는 직류 전압(VDC)의 크기가 기준 전압 미만이거나, 태양광 발전 장치(200)의 분극도가 기준치 미만이면 전력 변환부(120)의 출력을 차단할 수 있다.
이에 따라, 태양광 인버터(100) 내부 회로는 개방회로가 되고, 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 전압은 개방전압일 수 있다. DC 링크 커패시터(110)는 태양광 발전 장치(200)에서 출력되는 개방전압을 저장할 수 있다.
이 후, 제어부(130)는 태양광 발전 장치(200)에 역전압을 인가하기 위해 제1 스위치 및 제3 스위치를 턴 오프 제어하고 제2 스위치 및 제4 스위치를 턴 온 제어할 수 있다. 이에 따라, 태양광 발전 장치(200)는 DC 링크 커패시터(110)와 역접속 되므로, 태양광 발전 장치(200)에는 DC 링크 커패시터(110)에 저장된 개방전압의 역전압이 인가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 펌프를 구동하지 않는 시간에 배터리를 충전하고, 배터리를 충전하지 않는 시간에 펌프를 구동함으로써 태양광 발전 장치가 전력원으로서 효율적으로 동작하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압의 역전압을 태양광 발전 장치에 인가함으로써, 태양광 발전 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 태양광 발전 장치에서 출력되는 직류 전압을 저장하는 DC 링크 커패시터;
    절환 스위치를 통해 전동기 또는 배터리와 연결되고, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 출력 전력을 생성하는 전력 변환부; 및
    상기 절환 스위치의 동작 상태에 따라 상기 생성된 출력 전력을 상기 전동기에 공급하거나 상기 생성된 출력 전력을 상기 배터리에 공급하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함하는
    태양광 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 태양광 발전 장치에서 출력되는 직류 전압이 상기 태양광 발전 장치의 최대전력을 추종하도록 상기 직류 전압을 제어하는 태양광 인버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 절환 스위치를 통해 상기 전력 변환부와 상기 전동기가 연결되면, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 교류 전력을 생성하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 태양광 인버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교류 전력의 크기는 상기 태양광 발전 장치에서 출력되는 직류 전압의 크기에 비례하는 태양광 인버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 절환 스위치를 통해 상기 전력 변환부와 상기 배터리가 연결되면, 상기 DC 링크 커패시터에 저장된 직류 전압을 이용하여 직류 전력을 생성하도록 상기 전력 변환부를 제어하는 태양광 인버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직류 전력은
    DC/DC 컨버터를 통해 상기 배터리에 공급되는 태양광 인버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 절환 스위치의 접점 신호를 수신하고, 상기 수신된 접점 신호에 기초하여 상기 절환 스위치의 동작 상태를 확인하는 태양광 인버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전동기의 구동 상태 정보가 구동 상태에서 정지 상태로 바뀌면, 상기 전력 변환부가 상기 배터리와 연결되도록 상기 절환 스위치를 제어하는 태양광 인버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 배터리의 배터리 충전량이 미리 설정된 충전량 이상이면, 상기 전력 변환부가 상기 전동기와 연결되도록 상기 절환 스위치를 제어하는 태양광 인버터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 발전 장치의 포지티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 태양광 발전 장치의 네거티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 태양광 발전 장치의 포지티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 네거티브 단자 사이에 연결되는 제3 스위치 및 상기 태양광 발전 장치의 네거티브 단자와 상기 DC 링크 커패시터의 포지티브 단자 사이에 연결되는 제4 스위치를 포함하는 스위칭부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 스위치 내지 제4 스위치의 동작을 제어하는 태양광 인버터.
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