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KR101772541B1 - 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템 - Google Patents

전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템 Download PDF

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KR101772541B1
KR101772541B1 KR1020150147298A KR20150147298A KR101772541B1 KR 101772541 B1 KR101772541 B1 KR 101772541B1 KR 1020150147298 A KR1020150147298 A KR 1020150147298A KR 20150147298 A KR20150147298 A KR 20150147298A KR 101772541 B1 KR101772541 B1 KR 101772541B1
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Abstract

본 발명은 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전원공급장치는, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부와, 그리드로 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부와, 외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부와, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드가 정전 되는 경우, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있게 된다.

Description

전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템{Power supply device, and power supply system including the same}
본 발명은 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있는 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
한편, 태양광 모듈은 태양광 발전을 위한 태양전지가 직렬 혹은 병렬로 연결된 상태를 의미할 수 있다.
한편, 태양광 모듈에서 생성되는 직류 전원을 이용하여, 그리드에 공급하기 위한 방안 등이 제시되고 있다.
한편, 그리드의 정전시에, 태양광 모듈에서 생성되는 직류 전원을, 안정적으로 활용하기 위한 다양한 방안이 연구되고 있다.
본 발명의 목적은, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있는 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치는, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부와, 그리드로 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부와, 외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부와, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드가 정전 되는 경우, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급장치는, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부와, 그리드로 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부와, 외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부와, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 그리드가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부에 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 시스템은, 직류 전원을 생성하는 태양 전지를 포함하는 태양전지 모듈을 구비하는 태양광 모듈과, 직류 전원에 기초하여 변환된 입력 교류 전원에 기초하여, 그리드에 제1 출력 교류 전원을 출력하거나, 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 출력하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 제1 직류 전원을 배터리에 출력하는 전원공급장치를 포함하며, 전원공급장치는, 그리드가 정전 되는 경우, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원을 공급하지 않으며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 출력하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급장치 및 이를 구비한 전원공급 시스템은, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부와, 그리드로 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부와, 외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부와, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드가 정전 되는 경우, 그리드에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있게 된다.
특히, 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력함으로써, 그리드의 정전시에도, 외부 전자 기기를 안정적으로 동작시킬 수 있게 된다.
한편, 그리드가 정전 되는 경우, 전원 발생부에서, 교류 전원 파형이 생성되도록 함으로써, 입력 교류 전원을 연속적으로 수신할 수 있게 된다. 이에 따라, 연속적으로 수신되는 입력 교류 전원을, 정전시에도 다양하게 활용할 수 있게 된다.
한편, 정전 해제시, 수신되는 입력 교류 전원을, 제1 출력 교류 전원으로서 제2 접속부에 출력하거나, 변환하여 변환된 직류 전원을 배터리에 공급함으로써, 입력 교류 전원을, 정전 해제시에도 다양하게 활용할 수 있게 된다.
한편, 정전 해제시, 제3 접속부에 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을, 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력함으로써, 외부 전자 기기를 안정적으로 동작시킬 수 있게 된다.
한편, 입력 교류 전원은 다양한 전원 생성 소스로부터 생성된 것일 수 있으며, 예를 들어, 태양광 모듈 내의 태양 전지에서 생성된 직류 전원이 변환된 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 시스템 내의 태양광 모듈은, 태양전지 모듈의 접지와 인버터를 포함하는 정션 박스의 접지와의 전기적 연결을 위해, 태양전지 모듈의 프레임과 정션 박스의 프레임 사이에 접속하는 도전성 부재가 구비됨으로써, 별도로 태양전지 모듈에 대한 접지를, 태양광 모듈 설치자가, 구축할 필요가 없게 된다. 따라서, 설치 용이성이 확보된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급장치 및 이를 구비한 전원공급 시스템은, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부와, 그리드로 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부와, 외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부와, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부와, 그리드가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부에 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 정전시에도, 접속되는, 외부 전자 기기의 플러그에, 안정적으로 교류 전원을 공급할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급 시스템의 일예이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원공급 시스템의 다른 예이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 전원공급장치의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 또는 도 2의 전원공급장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 전원공급장치의 내부 회로도의 일예이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 5의 전원공급장치의 다양한 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 도 1의 태양광 모듈의 정면도이다.
도 8은 도 7의 태양광 모듈의 배면도이다.
도 9는 도 8의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 10은 도 8의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.
도 11은 도 8의 정션 박스 내부의 블록도의 일예이다.
도 12a는 도 11의 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 12b는 도 11의 정션박스의 내부 회로도의 다른 예이다.
도 13a 및 도 13b는 도 11의 컨버터부에서 입력 전원을 이용하여 의사 직류 전원을 출력하는 것을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 14 내지 도 15는 스위칭 소자의 스위칭 모드에 따른 스위칭 주파수 가변을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 16은, 3개의 인터리빙 컨버터에서, 스위칭 주파수 가변, 및 위상 차이를 고정하는 경우를 예시한다.
도 17은, 3개의 인터리빙 컨버터에서, 스위칭 주파수 가변, 및 위상 차이를 가변하는 경우를 예시한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원공급 시스템의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 1의 전원공급 시스템(10)은, 태양광 모듈(50), 전원공급장치(800), 배터리(1000), 그리드(grid)를 포함할 수 있다. 한편, 홈 어플라이언스(900a,900b)를 더 포함할 수도 있다.
태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈에서 생성되는 직류 전원을 변환하여 변환된 직류 전원 또는 변환된 교류 전원을 출력할 수 있다.
태양광 모듈(50)이 직류 전원을 출력하는 경우, 도 1의 전원공급 시스템(10)은, 별도의 인버터 장치(미도시)를 더 구비할 수 있다.
도면에서는, 태양광 모듈(50)이 교류 전원을 출력하는 AC 모듈인 것으로 예시하였으며, 이하에서는, 설명의 편의상, 태양광 모듈(50)이 AC 모듈인 것을 중심으로 기술한다.
태양광 모듈(50)에서 출력되는 교류 전원은, 입력 교류 전원으로서, 케이블(320)과 플러그(300)를 통해, 전원공급장치(800) 내의 제1 접속부(350)에 인가될 수 있다.
한편, 플러그(300)는, 도면과 같이, 제1 전원선 라인(320b), 제2 전원선 라인(320c), 접지 라인(320a)을 구비할 수 있다.
전원공급장치(800)는, 정전이 아닌 경우, 제1 모드로서, 제1 접속부(350)에 입력되는 입력 교류 전원을, 제1 출력 교류 전원으로서, 제2 접속부(도 3의 805)를 통해, 그리드(grid)로 출력할 수 있다.
한편, 전원공급장치(800)는, 제2 접속부(도 3의 805)에 전기적으로 연결되는, 케이블(819)과 플러그(810)를 구비할 수 있으며, 플러그(810)는, 그리드(grid)에 접속되는, 아웃렛(850)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이에 따라, 제1 접속부(350)에 입력되는 입력 교류 전원이, 그리드(grid)로 공급될 수 있게 된다.
이와 같이, 태양광 모듈(50)에서의 전원이, 그리드(grid)로 공급될 수 있으므로, 홈 어플라이언스(900b)의 구동시에, 태양광 모듈(50)에서의 전원을 이용할 수 있게 된다.
한편, 전원공급장치(800)는, 정전이 아닌 경우, 제2 모드로서, 제1 접속부(350)에 입력되는 입력 교류 전원을, 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)를 통해, 출력할 수 있다.
특히, 홈 어플라이언스(900a)의 플러그가, 제3 접속부(851)에 연결되는 경우, 전원공급장치(800)는, 제2 모드로서, 제1 접속부(350)에 입력되는 입력 교류 전원을, 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)를 통해, 출력할 수 있다. 이에 따라, 홈 어플라이언스(900a)의 구동시에, 태양광 모듈(50)에서의 전원을 이용할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는, 그리드(grid)의 정전시에도, 제1 접속부(350)에 입력되는 입력 교류 전원을, 다양하게 활용할 수 있는 방안을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른, 전원공급장치(800)는, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리(1000)에 공급되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 전원공급장치(800)는, 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 배터리(1000)에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 그리드의 정전시에도, 외부 전자 기기를 안정적으로 동작시킬 수 있게 된다.
한편, AC 모듈인 태양광 모듈(50) 또는 별도의 인버터 장치(미도시)는, 그리드(grid)의 정전시, 태양광 모듈(50) 보호를 위해, 또는 인버터 장치(미도시)의 보호를 위해, 동작을 정지하도록 설계된 경우가 있다.
이에 의하면, 그리드(grid)의 정전시, AC 모듈인 태양광 모듈(50) 또는 별도의 인버터 장치(미도시)에서 생성되는 전력이, 전원공급장치(800)로 공급되지 않는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 점을 해결하기 위해, 전원공급장치(800)는, 내부의 전원 발생부(도 3ㅇ 의으20)에서, 교류 전원 파형이 생성하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 그리드(grid)의 정전에도 불구하고, 입력 교류 전원을, 제1 접속부(350)을 통해, 연속적으로, 그리고 안정적으로 수신할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원공급 시스템의 다른 예이다.
도 2는 도 1과 유사하나, 전원공급장치(800)에 입력되는 입력 교류 전원이, 하나의 태양광 모듈(도 1의 50)로부터의 교류 전원이 아닌, 복수의 태양광 모듈(50a,50b,50c)로부터의 교류 전원인 것에 그 차이가 있다.
복수의 태양광 모듈(50a,50b,50c)은, 각각 트렁크 케이블(61a,61b,61c)를 통해 서로 병렬 접속될 수 있으며, 그 중 제3 태양광 모듈(50c)가 케이블(320)과 플러그(300)를 구비할 수 있다.
한편, 전원공급장치(800)의 동작은, 도 1과 유사하므로, 그 설명을 생략한다.
한편, 도 1 및 도 2에서는, 전원공급장치(800)에 입력되는 입력 교류 전원이, 태양광 모듈(50 또는 50a,50b,50c)에서 출력되는 전원에 기초한 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않으며, 풍력 발전에 의해 생성된 교류 전원, 지열 발전에 의해 생성된 교류 전원 등 다양한 예가 가능하다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 전원공급장치의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 전원공급장치(800)는, 제1 접속부(350), 제2 접속부(805), 제3 접속부(851), 제4 접속부(807), 전원 발생부(820), 전원 변환부(830), 제어부(870)를 구비할 수 있다.
제1 접속부(350)는, 태앙광 모듈(50) 등으로부터의 입력 교류 전원을 수신할 수 있다.
제2 접속부(805)는, 그리드(grid)로 제1 출력 교류 전원을 출력할 수 있다.
제3 접속부(851)는, 외부 전자 기기의 플러그와 연결될 수 있다.
제4 접속부(807)는, 배터리(1000)와 전기적으로 접속될 수 있다.
전원 발생부(820)는, 교류 전원 파형을 생성할 수 있다. 특히, 전원 발생부(820)는, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 입력 교류 전원의 연속적인 수신을 위해, 교류 전원 파형을 생성할 수 있다.
전원 변환부(830)는, 배터리(1000)에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 또는, 전원 변환부(830)는, 입력 교류 전원을 제2 직류 전원으로 변환할 수 있다. 또는, 전원 변환부(830)는, 그리드로부터의 교류 전원을 제3 직류 전원으로 변환할 수 있다.
제어부(870)는, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리(1000)에 공급되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 입력 교류 전원의 연속적인 수신을 위해, 전원 발생부(820)에서, 교류 전원 파형이 생성되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 배터리(1000)에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속되지 않는 경우, 또는 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 배터리(1000)의 전원 레벨이 제1 레벨 이하인 경우, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하고, 변환된 제1 직류 전원이 배터리(1000)에 저장되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전이며, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속된 상태에서, 입력 교류 전원의 피크치가 제1 피크치 이상인 경우, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하며, 그리드(grid)가 정전이며, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속된 상태에서, 배터리(1000)의 전원 레벨이 제2 레벨 이상인 경우, 배터리(1000)에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시, 수신되는 입력 교류 전원을 제1 출력 교류 전원으로서 제2 접속부(805)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시에, 제3 접속부(851)에 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 수신되는 입력 교류 전원을, 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시에, 제3 접속부(851)에 외부 전자 기기의 플러그가 접속되며, 입력 교류 전원의 피크치가 소정치 이하인 경우, 배터리(1000)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 그리드(grid)로부터의 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
도 4는 도 1 또는 도 2의 전원공급장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3과 유사하나, 전원공급장치(800) 내에 스위치(835)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다.
전원공급장치(800)는, 제2 접속부(805)와 그리드(grid)를, 전기적으로 접속 또는 절연되도록 스위칭하는 스위치(835)를 더 구비할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전시, 스위치(835)가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 그리드에 대한 전압을 검출하는 검출 수단((미도시)을 구비하는 경우, 제어부(870)는, 그리드 전압이 대략 0V 근방인 경우, 그리드의 정전으로 판단하고, 스위치(835)가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 교류 전원의 피크치가 제2 피크치 이하인 경우, 스위치(835)가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
한편, 120V 상용 교류 전원의 경우, 피크치가 대략 170V이며, 220V 상용 교류 전원의 경우, 피크치가 대략 320V이다.
예를 들어, 제어부(870)는, 120V 상용 교류 전원의 경우, 검출되는 그리드의 피크치가 대략 100V 미만인 경우, 불안정한 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 제어부(870)는, 220V 상용 교류 전원의 경우, 검출되는 그리드의 피크치가 대략 270V 미만인 경우, 불안정한 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 그리드의 정전은 아니나, 그리드에 공급되는 상용 교류 전원이 불안전한 경우에도, 제어부(870)는, 스위치(835)가 턴 오프되도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(870)는, 입력 교류 전원을 활용하여, 배터리(1000) 충전, 홈 어플라이언스(900b)의 동작시 활용되도록 제어할 수 있다.
도 5는 도 3의 전원공급장치의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 전원공급장치(800) 내의 전원 변환부(830)는, 제2 접속부(805)와의 전기적 접속을 스위칭하는 제1 스위칭 소자(S1)와, 제3 접속부(851)와의 전기적 접속을 스위칭하는 제2 스위칭 소자(S2)와, 배터리(1000)와의 전기적 접속을 스위칭하는 제3 스위칭 소자(S3)와, 제3 스위칭 소자(S3)에 일단이 접속되는 인덕터(L)와, 인덕터(L)에 일단이 접속되는 전력 변환 스위칭 소자(Sa)를 포함할 수 있다.
한편, 전원공급장치(800)는, 교류 전원 파형을 생성하는 전원 발생부(820)와, 전원 발생부(820)에 일단이 접속되는 제4 스위칭 소자(S4)와, 제1 접속부(350)에 일단이 접속되는 제5 스위칭 소자(S5)를 더 구비할 수 있다.
제어부(870)는, 제1 내지 제5 스위칭 소자(S1~S5), 및 전력 변환 스위칭 소자(Sa)의 스위칭 동작을 제어하기위한 스위칭 제어 신호(Ss1~Ss5, Ssa)를 출력할 수 있다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)와, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 제1 출력 교류 전원으로서, 제2 접속부(805)를 통해 그리드(grid)로 공급될 수 있다.
한편, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되고, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온되는 경우, 배터리(100)에 저장된 제2 직류 전원이, 변환되어 변환된 교류 전원이 제1 출력 교류 전원으로서, 제2 접속부(805)를 통해 그리드(grid)로 공급될 수 있다.
한편, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온되고, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되는 경우, 그리드(grid)로부터의 교류 전원이 직류 전원으로 변환되고, 변환된 직류 전원이 제4 접속부(807)를 통해 배터리(100)에 공급될 수 있다.
한편, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)로 출력될 수 있다.
이에 따라, 제3 접속부(851)에, 홈 어플라이언스(900a)의 플러그가 접속되는 경우, 전원공급장치(800)에 의해 홈 어플라이언스(900a)가 구동될 수 있게 된다.
특히, 그리드 정전시에, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온됨으로써, 제3 접속부(851)에 접속되는 홈 어플라이언스(900a)가, 전원공급장치(800)에 의해, 구동될 수 있게 된다.
한편, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되고, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 직류 전원으로 변환되고, 변환된 직류 전원이 제4 접속부(807)를 통해 배터리(100)에 공급될 수 있다.
이에 따라, 그리드 정전시에, 배터리(100)에 직류 전원을 저장할 수 있게 된다.
한편, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온되는 경우, 배터리(100)에 저장된 제2 직류 전원이, 변환되어 변환된 교류 전원이 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)로 출력될 수 있다.
이에 따라, 그리드 정전시에, 제3 접속부(851)에, 홈 어플라이언스(900a)의 플러그가 접속되는 경우, 전원공급장치(800)에 의해 홈 어플라이언스(900a)가 구동될 수 있게 된다.
도 6a 내지 도 6f는 도 5의 전원공급장치의 다양한 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6a 내지 도 6c는, 그리드가 정전이 아닌 경우, 즉 일반적인 경우에, 전력변환장치(800)가 동작하는 것을 예시한다.
도 6a와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)와, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 제1 출력 교류 전원으로서, 제2 접속부(805)를 통해 그리드(grid)로 공급될 수 있다.
도 6b와 같이, 제3 스위칭 소자(S2)가 턴 온되고, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온되는 경우, 배터리(100)에 저장된 제2 직류 전원이, 변환되어 변환된 교류 전원이 제1 출력 교류 전원으로서, 제2 접속부(805)를 통해 그리드(grid)로 공급될 수 있다.
도 6c와 같이, 제1 스위칭 소자(S1)가 턴 온되고, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되는 경우, 그리드(grid)로부터의 교류 전원이 직류 전원으로 변환되고, 변환된 직류 전원이 제4 접속부(807)를 통해 배터리(100)에 공급될 수 있다.
다음, 도 6d 내지 도 6f는, 그리드가 정전인 경우 또는 그리드가 불안정한 경우, 전력변환장치(800)가 동작하는 것을 예시한다.
도 6d와 같이, 그리드 정전시에, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)로 출력될 수 있다.
이에 따라, 제3 접속부(851)에, 홈 어플라이언스(900a)의 플러그가 접속되는 경우, 전원공급장치(800)에 의해 홈 어플라이언스(900a)가 구동될 수 있게 된다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 도 6d와 같이, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 태양광 모듈 등에 의해 생성된 입력 교류 전원을 그리드의 정전시에도 활용할 수 있게 된다.
특히, 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력함으로써, 그리드의 정전시에도, 외부 전자 기기를 안정적으로 동작시킬 수 있게 된다.
한편, 한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전이며, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속된 상태에서, 입력 교류 전원의 피크치가 제1 피크치 이상인 경우, 도 6d와 같이, 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 입력 교류 전원의 연속적인 수신을 위해, 전원 발생부(820)에서, 교류 전원 파형이 생성되도록 제어할 수 있다.
다음, 도 6e와 같이, 그리드 정전시에, 제5 스위칭 소자(S5)가 턴 온되고, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되는 경우, 입력 교류 전원이, 직류 전원으로 변환되고, 변환된 직류 전원이 제4 접속부(807)를 통해 배터리(100)에 공급될 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 출력되는 상태에서, 그리드(grid)가 정전 되는 경우, 그리드(grid)에 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 도 6e와 같이, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 배터리(1000)에 공급되도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 그리드 정전시에, 배터리(100)에 직류 전원을 저장할 수 있게 된다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속되지 않는 경우, 또는 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 배터리(1000)의 전원 레벨이 제1 레벨 이하인 경우, 도 6e와 같이, 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하고, 변환된 제1 직류 전원이 배터리(1000)에 저장되도록 제어할 수 있다.
다음, 도 6f와 같이, 그리드 정전시에, 제3 스위칭 소자(S3)가 턴 온되고, 제2 스위칭 소자(S2)가 턴 온되는 경우, 배터리(100)에 저장된 제2 직류 전원이, 변환되어 변환된 교류 전원이 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)로 출력될 수 있다.
이에 따라, 그리드 정전시에, 제3 접속부(851)에, 홈 어플라이언스(900a)의 플러그가 접속되는 경우, 전원공급장치(800)에 의해 홈 어플라이언스(900a)가 구동될 수 있게 된다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전인 상태에서, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속되는 경우, 도 6d와 같이, 수신되는 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 도 6f와 같이, 배터리(1000)에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)가 정전이며, 외부 전자 기기의 플러그가 제3 접속부(851)에 접속된 상태에서, 배터리(1000)의 전원 레벨이 제2 레벨 이상인 경우, 도 6d와 같이, 배터리(1000)에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시, 도 6a와 같이, 수신되는 입력 교류 전원을 제1 출력 교류 전원으로서 제2 접속부(805)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시에, 제3 접속부(851)에 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 도 6d와 같이, 수신되는 입력 교류 전원을, 제2 출력 교류 전원으로서 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(870)는, 그리드(grid)의 정전 해제시에, 제3 접속부(851)에 외부 전자 기기의 플러그가 접속되며, 입력 교류 전원의 피크치가 소정치 이하인 경우, 도 6f와 같이, 배터리(1000)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어하거나, 도 6c와 같이, 그리드(grid)로부터의 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서, 제3 접속부(851)에 출력하도록 제어할 수 있다.
도 7은 도 1의 태양광 모듈의 정면도이고, 도 8은 도 7의 태양광 모듈의 배면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 1의 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 배면에 위치하는 정션 박스(200)를 포함한다. 또한, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(200) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다.
태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
도면에서는, 하나의 스트링에, 10개의 태양전지(130)가 연결되고, 총 6개의 스트링이 서로 직렬 연결되는 것을 예시하나, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 복수의 스트링 중 어느 하나의 스트링에, 태양 전지로부터의 직류 전원에 대한 접지 연결을 위한, 태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)이 전기적으로 연결될 수 있다.
태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)은, 도전성 부재로 형성되는, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 8에서는, 태양 전지 모듈의 접지 라인(GL)이, 태양전지 모듈의 배면으로 연장되어, 태양전지 모듈(100)의 배면에 형성되는 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)에 전기적으로 접속하는 것을 예시한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100)과, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부(530)와, 컨버터로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터(540)와, 접지 단자(310a)를 포함하며, 인버터(540)로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 플러그(300)를 포함할 수 있다.
특히, 인버터(540)와 플러그(300) 사이에, 교류 전원 케이블(320)을 더 구비할 수 있다.
교류 전원 케이블(320)은, 3개의 도전성 라인을 구비하며, 도 8와 같이, 제1 전원선 라인(320b), 제2 전원선 라인(320c), 접지 라인(320a)을 구비할 수 있다.
제1 전원선 라인(320b), 제2 전원선 라인(320c), 접지 라인(320a)은, 각각 플러그(300)의, 제1 전원 단자(310b), 제2 전원 단자(310c), 접지 단자(310a)에 각각, 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 제1 전원 단자(310b), 제2 전원 단자(310c), 접지 단자(310a)는, 북미 기준의, hot 단자, neutral 단자, ground 단자일 수 있다.
한편, 제1 전원 단자(310b), 제2 전원 단자(310c), 접지 단자(310a)를 구비하는 플러그(300)는, 건물 내외에 배치되는 아웃렛(outlet)(350)의, 각 단자(350a,350b,350c)에 연결가능하며, 이러한 연결에 의해, 태양광 모듈로부터의 교류 전원이, 간편하게, 건물 내의 아웃렛을 통해, 계통으로 공급될 수 있게 된다.
본 발명의 이러한 방식에 의하면, 태양광 모듈과 아웃렛을 연결하기 위한, 별도의 장치가 필요없게 되므로, 이용자의 편의성이 향상될 수 있게된다. 특히, 태양광 모듈의 구입자가, 별도의 서비스 제공자의 도움 없이, 간편하게, 건물 내에 태양광 모듈을 설치하고, 플러그(300)를 이용하여, 간단하게, 아웃렛(350)에 연결할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(50)에 의하면, 인버터(540)의 접지(541)와, 플러그(300)의 접지 단자(310a)가 전기적으로 연결된다.
도 8에서는, 플러그(300)의 접지 단자(310a)에 전기적으로 연결되는, 교류 전원 케이블(320) 내의 접지 라인(320a)이 인버터부(540)에 전기적으로 접속되는 것을 예시한다. 특히, 접지 라인(320a)이 인버터부(540)의 접지 단자(541)에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 인버터(540)의 접지 단자(541)와 연결되는 접지를, 별도로, 구축하지 않아도 되는 장점이 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 인버터부(540)의 접지 단자(541)는, 도전성 부재로 형성되는, 정션 박스(200)의 프레임(201)에 연결될 수 있다.
그리고, 정션 박스(200)의 프레임(201)은, 도전성 부재(305)를 통해, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105)과, 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 의하면, 태양전지 모듈의 접지(GL)가, 태양전지 모듈(100)의 프레임(105), 정션 박스(200)의 프레임(201), 인버터(540)의 접지 단자(541)를 통해, 플러그(300)의 접지 단자(310a)에 전기적으로 접속되게 된다.
이에 따라, 태양전지 모듈의 접지(GL)와 연결되는 접지를, 별도로, 구축하지 않아도 되는 장점이 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550)를 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 11 이하를 참조하여 후술한다.
도 9는 도 8의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극집전 전극에 접합될 수 있다.
도면에서는, 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다. 도면과 달리, 다양한 변형이 가능하다.
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 9에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다.
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다.
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate와, EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다.
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
도 10은 도 8의 태양광 모듈의 바이패스 다이오드 구성의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 6개의 태양전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)에 대응하여, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)가 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b)을 바이패스(bypass)시킨다.
예를 들어, 정상적인 태양 전지에서 발생하는 대략 0.6V의 전압이 발생하는 경우, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위에 비해 캐소드 전극의 전위가 대략 12V(=0.6V*20)가량 더 높게 된다. 즉, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스가 아닌 정상 동작을 하게 된다.
한편, 제1 태양전지 스트링(140a)의 어느 태양 전지에서, 음영이 발생하거나, 이물질이 부착되거나 하여, 핫 스팟(hot spot)이 발생하는 경우, 어느 한 태양 전지에서 발생하는 전압은 대략 0.6V의 전압이 아닌, 역전압(대략 -15V)이 발생하게 된다. 이에 따라, 제1 바이패스 다이오드(Da)의 애노드 전극의 전위가 캐소드 전극에 비해 대략 15V 정도 더 높게 되며, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 바이패스 동작을 수행하게 된다. 따라서, 제1 태양전지 스트링(140a) 및 제2 태양전지 스트링(140b) 내의 태양 전지에서 발생하는 전압이 정션 박스(200)로 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 일부 태양전지에서 발생하는 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킴으로써, 해당 태양전지 등의 파괴를 방지할 수 있게 된다. 또한, 핫 스팟(hotspot) 영역을 제외하고, 생성된 직류 전원을 공급할 수 있게 된다.
다음, 제2 바이패스 다이오드(Db)는, 제1 버스 리본(145a)과 제2 버스 리본(145b) 사이에 접속되어, 제3 태양전지 스트링(140c) 또는 제4 태양전지 스트링(140d)에서 역전압 발생시, 제3 태양전지 스트링(140c) 및 제4 태양전지 스트링(140d)을 바이패스(bypass)시킨다.
다음, 제3 바이패스 다이오드(Dc)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 버스 리본(145a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(140a) 또는 제2 태양전지 스트링(140b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링 및 제2 태양전지 스트링을 바이패스(bypass)시킨다.
한편, 도 10과 달리, 6개의 태양전지 스트링에 대응하여, 6개의 바이패스 다이오드를 접속시키는 것도 가능하며, 그 외 다양한 변형이 가능하다.
도 11은 도 8의 정션 박스 내부의 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 정션 박스(200) 내부의 전력변환모듈(700)은, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550)를 포함할 수 있다.
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(100) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)들 사이에, 각각 배치되는 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)을 구비할 수 있다. 이때, 바이패스 다이오드의 개수는, 1개 이상이며, 도전성 라인의 개수 보다 1개 더 작은 것이 바람직하다.
바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 태양전지 모듈(50)로부터, 특히, 태양전지 모듈(50) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 입력 전원(Vpv)은, 컨버터부(530)로 입력된다.
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)에서 출력된 입력 전원(Vpv)을 변환한다. 한편, 컨버터부(530)는, 제1 전력변환부라 명명될 수 있다.
예를 들어, 컨버터부(530)는, 직류 입력 전원(Vpv)을 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(C1)에는 의사 직류 전원이 저장될 수 있다. 한편, dc단 커패시터(C1)의 양단은 dc 단이라 할 수 있으며, 커패시터(C1)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.
다른 예로, 컨버터부(530)는, 직류 입력 전원(Vpv)을 승압하여 직류 전원으로 변환할 수 있다. 이에 따라 dc단 커패시터(C1)에는 승압된 직류 전원이 저장될 수 있다.
인버터부(540)는, dc단 커패시터(C1)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 한편, 인버터부(540)는, 제2 전력변환부라 명명될 수 있다.
예를 들어, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 변환된 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
다른 예로, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 승압된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
한편, 컨버터부(530)는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage) 변환, 또는 승압 진류 전원 변환을 위해, 복수의 인터리빙 컨버터를 구비하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 실시예에서는, 컨버터부(530)가, 3개 이상의 인터리빙 컨버터를 구비하는 것으로한다.
도면에서는 n개의 컨버터(610a,610b,...610n)가, 서로 병렬 접속되는 것을 예시한다. n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 에너지 변환 용량은 동일할 수 있으다.
직류 입력 전원(Vpv)에 의한 전류가, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)에서, 1/N로 작아지며, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 출력단에서, 각 컨버터의 출력 전류가 하나로 합쳐지게 된다.
한편, n개의 컨버터(610a,610b,...610n)는, 인터리빙 동작을 하며, 각 n개의 컨버터(610a,610b,...610n)의 전류 위상은, 기준상 대비 +(360°/N), -(360°/N) 또는 그와 근접한 위상 지연을 유지하며 동작한다.
이와 같이, n개의 컨버터를 인터리빙 동작시키는 경우, 컨버터부(530)의 입력 전류와 출력 전류의 리플(ripple)이 저감되며, 따라서, 전력변환모듈(700) 내의 회로 소자의 용량 및 크기가 작아지는 장점이 있다. 이에 따라, 정션 박스의 두께가 태양전지 모듈의 프레임(105)의 두께 보다 작아질 수 있게 된다.
한편, 인터리빙 컨버터는, 탭 인덕터 컨버터, 또는 플라이백 컨버터 등이 사용될 수 있다.
도 12a는 도 11의 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 12a는 인터리빙 컨버터로 탭 인덕터 컨버터를 예시한다. 도면에서는, 컨버터부(530)가, 제1 탭 인덕터 컨버터 내지 제3 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,...611c)를 구비하는 것을 예시한다.
바이패스 다이오드부(510)는, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 각각 대응하는 a 노드 , b 노드, c 노드, d 노드의 각 사이에, 배치되는 제1 내지 제3 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)를 포함한다.
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)에서 출력되는 직류 전원(Vpv)을 이용하여, 전력 변환을 수행할 수 있다.
특히, 제1 탭 인덕터 컨버터 내지 제3 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,...611c)는, 인터리빙 동작에 의해, 각각 변환된 직류 전원을 dc단 커패시터(C1)에 출력한다.
이 중 제1 탭 인덕터 컨버터(611a)는, 탭 인덕터(T1), 탭 인덕터(T1)와 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(S1), 탭 인덕터의 출력단에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D1)를 포함한다. 한편, 다이오드(D1)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다.
구체적으로 스위칭 소자(S1)는, 탭 인덕터(T)의 탭과 접지단 사이에 접속될 수 있다. 그리고, 탭 인덕터(T)의 출력단(2차측)은 다이오드(D1)의 애노드(anode)에 접속하며, 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)와 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다. 한편, 탭 인덕터(T)는, 스위칭 트랜스포머(transformer)로 명명될 수도 있다.
한편, 탭 인덕터(T)의 1차측과 2차측은, 도면과 같이 서로 연결된다. 이에 의해, 탭 인덕터 컨버터는 비절연 타입의 컨버터일 수 있다.
한편, 3 개의 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,611c)를 도면과 같이, 서로 병렬 접속시켜, 인터리빙(interleaving) 방식으로 구동하는 경우, 입력 전류 성분이 병렬로 분기되므로, 각 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,611c)를 통해 출력되는 전류 성분의 리플(ripple)이 감소하게 된다.
한편, 각 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,,611c)는, 출력되는 교류 전원의 전력 필요치에 대응하여, 적응적으로 동작하는 것이 가능하다.
예를 들어, 전력 필요치가 대략 90W 내지 130W인 경우, 제1 컨버터(611a)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 190W 내지 230W인 경우, 제1 및 제2 컨버터(611a,611b)만 동작하거나, 전력 필요치가 대략 290W 내지 330W인 경우, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(611a,611b,611c) 모두가 동작할 수 있다. 즉, 각 탭 인덕터 컨버터(611a,611b,,611c)가 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한, 선택적 동작은, 제어부(550)에 의해 제어될 수 있다.
인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터부(540) 내의 스위칭 소자들은, 제어부(550)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력되게 된다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
필터부(560)는, 인버터부(540)에서 출력되는 교류 전원을 매끄럽게 하기 이해, 로우패스 필터링(lowpass filtering)을 수행한다. 이를 위해, 도면에서는, 인덕터(Lf1,Lf2)를 예시하나 다양한 예가 가능하다.
한편, 컨버터 입력전류 감지부(A)는, 컨버터부(530)로 입력되는 입력전류(ic1)를 감지하며, 컨버터 입력전압 감지부(B)는, 컨버터부(530)로 입력되는 입력전압(vc1)을 감지한다. 감지된 입력전류(ic1)와 입력전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다.
한편, 컨버터 출력전류 감지부(C)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전류(ic2), 즉 dc단 전류를 감지하며, 컨버터 출력전압 감지부(D)는, 컨버터부(530)에서 출력되는 출력전압(vc2), 즉 dc 단 전압을 감지한다. 감지된 출력전류(ic2)와 출력전압(vc2)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다.
한편, 인버터 출력 전류 감지부(E)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전류(ic3)를 감지하며, 인버터출력 전압 감지부(F)는, 인버터부(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 감지한다. 감지된 전류(ic3)와 전압(vc3)은, 제어부(550)에 입력된다.
한편, 제어부(550)는, 도 12의 컨버터부(530)의 스위칭 소자(S1)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터부(530) 내의 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수도 있다. 특히, 제어부(550)는, 감지된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터부(540)의 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 태양전지 모듈(100)에 대한, 최대 전력 지점을 연산하고, 그에 따라, 최대 전력에 해당하는 직류 전원을 출력하도록, 컨버터부(530)를 제어할 수 있다.
한편, 인버터(540)의 접지(541)은, 케이블(320)의 접지 라인(320a)에 전기적으로 연결되며, 필터부(560)의 출력 라인 중 제1 라인은, 케이블(320)의 제1 전원선 라인(320b)에 전기적으로 연결되며, 필터부(560)의 출력 라인 중 제2 라인은, 케이블(320)의 제2 전원선 라인(320c)에 전기적으로 연결된다.
도 12b는 도 11의 전력변환모듈의 내부 회로도의 다른 예이다.
도 12b의 전력변환모듈(700)은, 도 12a의 전력변환모듈(700)과 동일하게, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), dc단 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550), 및 필터부(560)를 포함할 수 있다.
다만, 도 12b는 컨버터부(530) 내의 인터리빙 컨버터로 플라이백 컨버터를 예시한다. 도면에서는, 컨버터부(530)가, 제1 플라이백 컨버터 내지 제3 플라이백 컨버터(612a,612b,...612c)를 구비하는 것을 예시한다.
특히, 제1 플라이백 컨버터 내지 제3 플라이백 컨버터(612a,612b,...612c)는, 비절연 타입의 탭 인덕터 컨버터와 달리, 절연 타입으로서, 인터리빙 동작에 의해, 각각 변환된 직류 전원을 dc단 커패시터(C1)에 출력한다.
이 중 제1 플라이백 컨버터(612a)는, 트랜스포머(T11), 트랜스포머(T11)의 일차측과 접지단 사이에 접속되는 스위칭 소자(S11), 트랜스포머(T11)의 이차측에 접속되어, 일방향 도통을 수행하는 다이오드(D11)를 포함한다. 한편, 다이오드(D11)의 출력단, 즉 캐소드(cathod)과 접지단 사이에, dc단 커패시터(C1)가 접속된다. 한편, 트랜스포머(T11)의 1차측과 2차측은 반대의 극성을 가진다.
한편, 인버터(540)의 접지(541)은, 케이블(320)의 접지 라인(320a)에 전기적으로 연결되며, 필터부(560)의 출력 라인 중 제1 라인은, 케이블(320)의 제1 전원선 라인(320b)에 전기적으로 연결되며, 필터부(560)의 출력 라인 중 제2 라인은, 케이블(320)의 제2 전원선 라인(320c)에 전기적으로 연결된다.
도 13a 및 도 13b는 도 11의 컨버터부에서 입력 전원을 이용하여 의사 직류 전원을 출력하는 것을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 13a를 참조하면, 컨버터부(530) 내의 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)는, 직류인 입력 전원(Vpv)을 이용하여, 의사 직류 전원을 출력한다.
구체적으로, 컨버터부(530)는, 태양전지모듈(100)로부터 대략 32V 내지 36V의 직류 전원을 이용하여, 피크치가 대략 330V인 의사 직류 전원을 출력한다.
이를 위해, 제어부(550)는, 검출되는 입력 전원(Vpv)과, 검출되는 출력 전원(Vdc)에 기초하여, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티를 결정한다.
특히, 입력 전압(Vpv)이 낮을수록, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티가 커지며, 입력 전압(Vpv)이 높을수록, 스위칭 소자의 듀티가 작아진다.
한편, 목표 출력 전원(Vdc)이 낮을수록, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 듀티가 작아지며, 목표 출력 전원(Vdc)이 높을수록, 스위칭 소자의 듀티가 커진다. 예를 들어, 목표 출력 전원(Vdc)이 피크치인 대략 330V인 경우, 스위칭 소자의 듀티가 가장 클 수 있다.
도 13a에서는, 이러한 듀티 가변에 의해, 츨력되는 의사 직류 전원 파형(Vslv)을 예시하며, 이러한 의사 직류 전원 파형은, 목표 사인 파형(Vsin)에 추종하는 것을 예시한다.
한편, 본 발명에서는, 의사 직류 전원 파형(Vslo)이, 전파 정류 파형(Vsin)에 보다 더 정확하게 추종하도록 하기 위해, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변하는 것으로 한다.
도 13b와 같이, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 고정으로하는 경우의, 의사 직류 전원 파형(Vslf)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE2)가, 도 13a의 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변하는 경우의, 의사 직류 전원 파형(Vslv)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE1) 보다, 더 커지게 된다.
본 발명에서는, 이러한 오차를 저감하기 위해, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수를 가변한다. 즉, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의, 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변한다.
제어부(550)는, 목표 사인 파형(Vsin)의 변화율이 커질수록, 컨버터부(530)의 스위칭 주파수가 커지도록 하고, 목표 사인 파형(Vsin)의 변화율이 작아지도록 제어할 수 있다.
도 13a에서는, 목표 사인 파형(Vsin)의 상승 구간에, 스위칭 주기가 Ta로 설정하고, 목표 사인 파형(Vsin)의 피크 구간에, 스위칭 주기가 Ta 보다 작은 Tb인 것으로 설정하는 것을 예시한다. 즉, 스위칭 주기(Ta)에 해당하는 스위칭 주파수가, 스위칭 주기(Tb)에 해당하는 스위칭 주파수 보다 더 높은 것을 예시한다. 이에 의해, 의사 직류 전원 파형(Vslv)와 목표 사인 파형(Vsin) 사이의 오차(ΔE1)를 저감할 수 있게 된다.
한편, 도 13a의 스위칭 주파수 가변에 대해, 스위칭 소자의 스위칭 모드 기법으로 설명하는 것도 가능하다. 이에 대해서는 도 14 내지 도 15를 참조한다.
도 14 내지 도 15는 스위칭 소자의 스위칭 모드에 따른 스위칭 주파수 가변을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 14의 (a)는, 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자의 듀티 파형도의 일예를 예시한다. 도면을 참조하면, 제1 스위칭 주기(Tf1) 내의, 제1 듀티(duty1) 동안 스위칭 소자가 턴 온되고, 그 이후 턴 오프되며, 제2 스위칭 주기(Tf2) 내의, 제2 듀티(duty2) 동안 스위칭 소자가 턴 온되고, 그 이후 턴 오프된다. 도면에서는, 제1 듀티(duty1)가 제2 듀티(duty2) 보다 더 큰 것을 예시한다.
한편, 도 14의 (a)는, 인터리빙 컨버터의 스위칭 주기가 고정이며, 스위칭 모드로 DCM(Discontinuous Conduction Mode)가 적용되는 것을 예시한다.
인터리빙 컨버터의 스위칭 주기가 고정이며, 스위칭 모드로 dcm가 적용되는 경우, 도 14의 (b)와 같은, 스위칭 소자에 흐르는 전류 파형(Idcm)이 예시될 수 있다. 스위칭 소자의 턴 온에 따라, 스위칭 소자에 흐르는 전류가 증가하다가, 스위칭 소자의 턴 오프에 따라, 전류가 감소하게 된다.
도 14의 (c)는, dcm에 따른 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자에 흐르는 실제 전류 파형을 예시하며, 도 14의 (d)는, dcm에 따른 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자 양단의 스위칭 전압을 예시한다.
한편, 스위칭 소자의 턴 오프 이후, 다음 스위칭 주기가 수행되기 이전에, 인터리빙 컨버터 내의 공진 구간(1105)이 발생할 수 있다. 이때, dcm에 의해 스위칭 소자를 동작하면, 스위칭 소자 양단의 스위칭 전압이 0이 되지 않는 구간(1107)이 발생한다. 따라서, 스위칭 소자에 대한 영전압 스위칭(zero voltage switching; ZVS)이 수행되지 못하여, 인터리빙 컨버터의 효율이 저하되게 된다.
본 발명에서는 이러한 점을 해결하기 위해, 스위칭 모드로 dcm가 아닌 CRM(critical conduction mode) 모드를 사용한다. CRM는, BCM(boundary conduction mode) 모드 또는 TM(transition mode) 모드라고도 할 수 있다.
CRM는, 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자가 턴 오프된 이후, 스위칭 소자에 흐르는 전류가 0가 될때 마다, 스위칭 주기가 시작하는 모드를 의미한다. 이에 따라, CRM는, 스위칭 주기의 듀티에 따라, 스위칭 주기가 가변될 수 있다.
도 15의 (a)는, 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자의 듀티 파형도의 일예를 예시한다. 도면을 참조하면, 제1 스위칭 주기(Tfa) 내의, 제1 듀티(duty1) 동안 스위칭 소자가 턴 온되고, 그 이후 턴 오프되며, 제2 스위칭 주기(Tfb) 내의, 제2 듀티(duty2) 동안 스위칭 소자가 턴 온되고, 그 이후 턴 오프된다. 도면에서는, 제1 듀티(duty1)가 제2 듀티(duty2) 보다 더 큰 것을 예시한다.
한편, 도 15의 (a)는, 듀티의 가변에 따라, 인터리빙 컨버터의 스위칭 주기가 가변됨에 따라, 스위칭 모드로, 스위칭 주파수가 가변하는 CRM가 적용되는 것을 예시한다.
스위칭 모드로, 스위칭 주파수가 가변하는 CRM이 적용되는 경우, 도 15의 (b)와 같은, 스위칭 소자에 흐르는 전류 파형(Icrm)이 예시될 수 있다. 스위칭 소자의 턴 온에 따라, 스위칭 소자에 흐르는 전류가 증가하다가, 스위칭 소자의 턴 오프에 따라, 전류가 감소하게 된다. 그리고, 스위칭 소자에 흐르는 전류가 0이 되면, 즉, 제로 크로싱(zero crossing)이 되면, 새로운 스위칭 주기가 시작하게 된다.
도 15의 (c)는, crm에 따른 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자에 흐르는 실제 전류 파형을 예시하며, 도 15의 (d)는, crm에 따른 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자 양단의 스위칭 전압을 예시한다.
한편, 스위칭 소자의 턴 오프 이후, 인터리빙 컨버터 내의 공진 구간(1105)이 발생할 수 있다. 이때, crm에 의해 스위칭 소자를 동작하면, 공진 구간(1105) 발생에도 불구하고, 스위칭 소자의 전류가 0이 되는 시점을 결정하고, 즉, 제로 크로싱(zero crossing)이 되는 시점에, 스위칭 소자를 턴 온할 수 있다. 즉, 새로운 스위칭 주기가 시작될 수 있다. 이에 의해, 스위칭 소자에 대한 영전압 스위칭(zero voltage switching; ZVS)이 수행될 수 있게 되며, 인터리빙 컨버터의 효율이 향상되게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는, crm에 기반하여, 인터리빙 컨버터의 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 가변한다.
한편, 3개의 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)가 사용되는 경우, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)가, 각각 위상 차이를 가지고, 동작하게 된다.
이때, 스위칭 주파수 가변이 적용된 상태에서, 제1 내지 제3 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의 동작 구간에 대해, 일정한 위상 차이, 예를 들어, 120°도로 설정하는 경우, 스위칭 주기가 길어지는 경우, 출력 파워가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 대해서는 도 16 및 도 17를 참조하여 기술한다.
도 16은, 3개의 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)에서, 스위칭 주파수 가변, 및 위상 차이를 고정하는 경우를 예시한다.
도면을 참조하면, 시점 0에서 9Tv까지는 스위칭 주기가 3Tv로 고정이며, 3개의 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의 위상(phase a,phase b,phase c)의 위상차는, Tv인 것을 알 수 있다.
다음 시점 9Tv에서, 스위칭 주기가 가변하여, 스위칭 주기가 9Tv로 3배 증가하는 것이 예시된다. 이러한 경우, 제1 인터리빙 컨버터는, 이전 스위칭 주기 대비, 3Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하나, 제2 인터리빙 컨버터는, 제1 인터리빙 컨버터의 가변된 듀티(3Tv)를 고려하여, 이전 스위칭 주기 대비, 5Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하게 된다. 제3 인터리빙 컨버터도, 제2 인터리빙 컨버터의 가변된 듀티(3Tv)를 고려하여, 이전 스위칭 주기 대비, 7Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하게 된다.
이때의 제1 인터리빙 컨버터 내지 제3 인터리빙 컨버터의 위상 차이는, 스위칭 주기 가변에도 불구하고, 각각 120도로 고정되게 된다. 즉, 제1 인터리빙 컨버터가 동작한 후, 각각 3TV 구간 이후, 6TV 구간 이후에, 제2 인터리빙 컨버터와 제3 인터리빙 컨버터가 동작한다.
이러한, 스위칭 주기 가변 구간(1310,1320)에서는, 제1 인터리빙 컨버터에 비해, 제2 인터리빙 컨버터와 제3 인터리빙 컨버터에 의해 출력되는 파워가 감소하게 된다. 따라서, 컨버터부(530)의 출력 전류, 또는 출력 전압이 순간적으로 저하되게 된다.
이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는, 복수의 인터리빙 컨버터에서, 스위칭 주기 가변시, 인터리빙 컨버터 간의, 출력 불평형을 해소하기 위해, 복수의 인터리빙 컨버터의 동작 구간에 대한 위상을 가변한다. 이에 대해서는, 도 17를 참조하여 기술한다.
도 17은, 3개의 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)에서, 스위칭 주파수 가변, 및 위상 차이를 가변하는 경우를 예시한다.
도면을 참조하면, 시점 0에서 9Tv까지는 스위칭 주기가 3Tv로 고정이며, 3개의 인터리빙 컨버터(610a,610b,610c)의 위상(phase a,phase b,phase c)의 위상차는, Tv인 것을 알 수 있다.
다음, 시점 9Tv에서, 스위칭 주기가 가변하여, 스위칭 주기가 9Tv로 3배 증가하는 것이 예시된다. 이러한 경우, 제1 인터리빙 컨버터는, 이전 스위칭 주기 대비, 3Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하며, 스위칭 주기 가변 구간(1410)에서, 제2 인터리빙 컨버터는, 스위칭 주기 가변 시점인 9Tv 보다 3Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하며, 제3 인터리빙 컨버터는, 스위칭 주기 가변 시점인 9Tv 보다 6Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작할 수 있다.
즉, 도 16과 달리, 제어부(550)는, 가변된 주기에 대응하여, 제1 인터리빙 컨버터 내지 제3 인터리빙 컨버터의 위상 차이를 가변한다. 도면에 따르면, 제1 인터리빙 컨버터와 제2 인터리빙 컨버터 사이의 위상 차이, 및 제2 인터리빙 컨버터와 제3 인터리빙 컨버터 사이의 위상 차이가, 120도 에서 40도로 가변된다.
제어부(550)는, 스위칭 주기가 증가되는 경우, 각 인터리빙 컨버터 사이의위상 차이가 줄어들도록, 위상을 가변할 수 있다. 이와 유사히게, 스위칭 주기가 감소되는 경우, 각 인터리빙 컨버터 사이의 위상 차이가 증가하도록, 예를 들어 120도에서 130도 등으로 증가되도록, 위상을 가변할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 스위칭 주기가 증가되는 경우, 각 인터리빙 컨버터 사이의 동작 구간의 위상이 중첩되는 영역이 발생하도록, 특히 증가되도록, 위상을 가변할 수 있다. 도면에서는 대략 2TV 구간 동안, 제1 인터리빙 컨버터와 제2 인터리빙 컨버터 사이의 동작 구간이 중첩되는 것을 예시한다.
한편, 스위칭 주기 가변 이후, 시점 18Tv에서, 제1 인터리빙 컨버터는, 이전 스위칭 주기 대비, 9Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하나, 제2 인터리빙 컨버터는, 이전 스위칭 주기 대비, 9.1Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작하게 되며, 제3 인터리빙 컨버터도, 이전 스위칭 주기 대비, 9.1Tv 이후에, 3TV 구간 동안 동작할 수 있다.
제어부(550)는, 가변된 주기 이후, 순차적으로, 각 컨버터 내의 위상 차이가 기준 위상 차이에 근접하도록, 위상 차이를 가변할 수 있다. 도면에 따르면, 시점 18Tv 이후에, 제1 인터리빙 컨버터와 제2 인터리빙 컨버터 사이의 위상 차이, 및 제2 인터리빙 컨버터와 제3 인터리빙 컨버터 사이의 위상 차이가, 40도 에서 대략 41도로 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 순차적으로 위상 차이를 다시 원래의 기준 위상 차이인 120도로 근접하도록 함으로써, 전류 왜곡을 방지할 수 있으며, 상술한, 제2 인터리빙 컨버터와 제3 인터리빙 컨버터의 출력 저하도 방지할 수 있게 된다.
한편, 이러한 위상 가변은, 적어도 3개의 인터리빙 컨버터가 수행되는 경우에만 유효하며, 2개의 인터리빙 컨버터가 사용되는 경우에는 도 15와 같이, 고정된 위상 180도를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도 13a 내지 도 17에서의, 스위칭 주파수 가변, 및 위상 가변은, 컨버터부(530)에 적용 가능하며, 특히, 컨버터부(530)가 탭 인덕터 컨버터이거나, 컨버터부(530)가 플라이백 컨버터인 경우에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 전력 공급 장치 및 이를 구비한 전력 공급 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 외부의 태양광 모듈 또는 인버터 장치와, 그리드 사이에 배치되는 전원공급장치에 있어서,
    상기 외부의 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치로부터, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부;
    상기 그리드로, 상기 제1 접속부로부터의 상기 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부;
    외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부;
    배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부;
    상기 그리드가 정전이 아닌 경우, 상기 그리드에 상기 입력 교류 전원에 기초한 상기 제1 출력 교류 전원이 출력되도록 제어하며, 상기 그리드가 정전되는 경우, 상기 그리드에 상기 입력 교류 전원에 기초한 상기 제1 출력 교류 전원이 공급되지 않도록 제어하며, 상기 제1 접속부로부터, 상기 태양광 모듈에서 생성되는 상기 직류 전원에 기반한, 상기 입력 교류 전원이, 연속적으로 수신되도록, 상기 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 상기 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리에 공급되도록 제어하는 제어부;
    교류 전원 파형을 생성하는 전원 발생부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전되는 경우에, 상기 입력 교류 전원을 출력하지 않도록 설정된, 상기 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치가, 상기 입력 교류 전원을 출력하도록, 상기 그리드 정전시, 상기 전원 발생부를 활성화시켜, 상기 전원 발생부에서, 상기 교류 전원 파형이 생성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전인 상태에서, 상기 외부 전자 기기의 상기 플러그가 상기 제3 접속부에 접속되는 경우,
    수신되는 상기 입력 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나,
    상기 배터리에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 변환된 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전인 상태에서, 상기 외부 전자 기기의 상기 플러그가 상기 제3 접속부에 접속되지 않는 경우, 또는
    상기 그리드가 정전인 상태에서, 상기 배터리의 전원 레벨이 제1 레벨 이하인 경우,
    상기 입력 교류 전원을 상기 제1 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 제1 직류 전원이 상기 배터리에 저장되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전이며, 상기 외부 전자 기기의 상기 플러그가 상기 제3 접속부에 접속된 상태에서, 상기 입력 교류 전원의 피크치가 제1 피크치 이상인 경우, 상기 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하며,
    상기 그리드가 정전이며, 상기 외부 전자 기기의 상기 플러그가 상기 제3 접속부에 접속된 상태에서, 상기 배터리의 전원 레벨이 제2 레벨 이상인 경우, 상기 배터리에 저장된 제2 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 변환된 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 접속부와 상기 그리드를, 전기적으로 접속 또는 절연되도록 스위칭하는 스위치;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 정전시, 상기 스위치가 턴 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 교류 전원의 피크치가 제2 피크치 이하인 경우, 상기 스위치가 턴 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 정전 해제시,
    수신되는 상기 입력 교류 전원을 상기 제1 출력 교류 전원으로서 상기 제2 접속부에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 정전 해제시, 상기 입력 교류 전원의 피크치가 소정치 이하인 경우, 상기 배터리에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 상기 제1 출력 교류 전원으로서, 상기 그리드에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 정전 해제시에, 상기 제3 접속부에 상기 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 수신되는 상기 입력 교류 전원을, 상기 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그리드의 정전 해제시에, 상기 제3 접속부에 상기 외부 전자 기기의 플러그가 접속되며, 상기 입력 교류 전원의 피크치가 소정치 이하인 경우,
    상기 배터리에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 변환된 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서, 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나,
    상기 그리드로부터의 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서, 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    상기 제2 접속부와의 전기적 접속을 스위칭하는 제1 스위칭 소자;
    상기 제3 접속부와의 전기적 접속을 스위칭하는 제2 스위칭 소자;
    상기 배터리와의 전기적 접속을 스위칭하는 제3 스위칭 소자; 및
    상기 제3 스위칭 소자에 일단이 접속되는 인덕터;
    상기 인덕터에 일단이 접속되는 전력 변환 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전원 발생부에 일단이 접속되는 제4 스위칭 소자; 및
    상기 제1 접속부에 일단이 접속되는 제5 스위칭 소자;를 더 구비하며,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전 되는 경우, 상기 입력 교류 전원의 연속적인 수신을 위해, 상기 제4 스위칭 소자 및 상기 제5 스위칭 소자가 턴 온되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  14. 외부의 태양광 모듈 또는 인버터 장치와, 그리드 사이에 배치되는 전원공급장치에 있어서,
    상기 외부의 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치로부터, 입력 교류 전원을 수신하는 제1 접속부;
    상기 그리드로, 상기 제1 접속부로부터의 상기 입력 교류 전원에 기초한 제1 출력 교류 전원을 출력하는 제2 접속부;
    외부 전자 기기의 플러그가 연결될 수 있는 제3 접속부;
    배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전원 변환부;
    상기 그리드가 정전이 아닌 경우, 상기 그리드에 상기 입력 교류 전원에 기초한 상기 제1 출력 교류 전원이 출력되도록 제어하며, 상기 그리드가 정전인 상태에서, 상기 외부 전자 기기의 상기 플러그가 상기 제3 접속부에 접속되는 경우, 상기 제1 접속부로부터, 상기 태양광 모듈에서 생성되는 상기 직류 전원에 기반한, 상기 입력 교류 전원이, 연속적으로 수신되도록, 수신되는 상기 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하거나, 상기 배터리에 저장된 제1 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 변환된 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서 상기 제3 접속부에 출력하도록 제어하는 제어부;
    교류 전원 파형을 생성하는 전원 발생부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 그리드가 정전되는 경우에, 상기 입력 교류 전원을 출력하지 않도록 설정된, 상기 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치가, 상기 입력 교류 전원을 출력하도록, 상기 그리드 정전시, 상기 전원 발생부를 활성화시켜, 상기 전원 발생부에서, 상기 교류 전원 파형이 생성되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  15. 직류 전원을 생성하는 태양 전지를 포함하는 태양전지 모듈을 구비하는 태양광 모듈;
    상기 태양광 모듈 또는 상기 태양광 모듈에 접속되는 인버터 장치와, 그리드 사이에 배치되며, 상기 외부의 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치로부터 수신되는 입력 교류 전원에 기초하여, 상기 그리드에 제1 출력 교류 전원을 출력하거나, 외부 전자 기기의 플러그가 접속되는 경우, 상기 입력 교류 전원을 제2 출력 교류 전원으로서 출력하거나, 상기 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 상기 제1 직류 전원을 배터리에 출력하는 전원공급장치;를 포함하며,
    상기 전원공급장치는,
    상기 그리드가 정전이 아닌 경우, 상기 그리드에 상기 입력 교류 전원에 기초한 상기 제1 출력 교류 전원을 출력하며, 상기 그리드가 정전되는 경우, 상기 그리드에 상기 입력 교류 전원에 기초한 상기 제1 출력 교류 전원을 공급하지 않으며, 제1 접속부로부터, 상기 태양전지 모듈에서 생성되는 상기 직류 전원에 기반한, 상기 입력 교류 전원이, 연속적으로 수신되도록, 상기 입력 교류 전원을 상기 제2 출력 교류 전원으로서 출력하거나, 상기 입력 교류 전원을 제1 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리에 공급하며,
    상기 전원공급장치는,
    교류 전원 파형을 생성하는 전원 발생부를 포함하며, 상기 그리드가 정전되는 경우,
    상기 그리드가 정전 되는 경우에, 상기 입력 교류 전원을 출력하지 않도록 설정된, 상기 태양광 모듈 또는 상기 인버터 장치가, 상기 입력 교류 전원을 출력하도록, 상기 그리드 정전시, 상기 전원 발생부를 활성화시켜, 상기 교류 전원 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    상기 태양전지 모듈로부터의 직류 전원을 변환하는 컨버터부;
    상기 컨버터로부터의 상기 직류 전원을 상기 입력 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    접지 단자를 포함하며, 상기 인버터로부터의 교류 전원을 외부로 출력하는 플러그;를 더 포함하며,
    상기 접지 단자는,
    상기 인버터의 접지와 전기적으로 연결되며,
    상기 태양전지 모듈의 접지는 상기 인버터의 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    상기 태양전지 모듈의 접지와 상기 인버터를 포함하는 정션 박스의 접지와의 전기적 연결을 위해, 상기 태양전지 모듈의 프레임과 상기 정션 박스의 프레임 사이에 접속하는 도전성 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정션 박스의 프레임과 상기 인버터의 접지는 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 태양광 모듈로부터의 직류 전원을 상기 입력 교류 전원으로 변환하는 인버터 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급 시스템.
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