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WO2020076010A1 - 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈 - Google Patents

트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈 Download PDF

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Publication number
WO2020076010A1
WO2020076010A1 PCT/KR2019/013015 KR2019013015W WO2020076010A1 WO 2020076010 A1 WO2020076010 A1 WO 2020076010A1 KR 2019013015 W KR2019013015 W KR 2019013015W WO 2020076010 A1 WO2020076010 A1 WO 2020076010A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transformer
winding
core
protruding member
base
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/013015
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
유선호
김대현
한형구
Original Assignee
엘지전자 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
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
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    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a transformer, a power conversion device or a solar module having the same, and more particularly, a transformer that is easy to process and can reduce radiation of electromagnetic noise, and a power conversion device or solar power having the same. It's about modules.
  • the power conversion device is employed for providing an alternating current power supply to a solar module for producing renewable energy, and the like.
  • a transformer, a leakage inductor, and the like are used in the converter to convert the DC power produced by the solar module or the like.
  • the winding space of the transformer is divided into upper and lower layers, and an air gap is disposed between the upper and lower layers.
  • the central first core space is fixed, there is a disadvantage that it is not easy to adjust the leakage inductance.
  • US 20140313004 discloses the contents of the integrated transformer.
  • this integrated transformer it is arranged in the outer wall of the first core, the circular inner wall, and the circular second inner wall surrounding the circular inner wall.
  • the inner wall and the second inner wall making the leakage inductance have a circular shape, processing is not easy, and therefore, the leakage inductance cannot be easily adjusted according to the design specification.
  • An object of the present invention is to provide a transformer that can be easily processed and reduces radiation of electromagnetic noise, and a power conversion device or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing winding loss, and a power converter or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing copper loss by making the lengths of the first and second windings the same, and a power conversion device or a solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing the size of a transformer in a solar module, and a power conversion device or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer in which a leakage inductor and a transformer are integrated, and a power conversion device or a solar module having the same.
  • An object of the present invention is to provide a transformer that can be easily processed and reduces radiation of electromagnetic noise, and a power conversion device or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing winding loss, and a power converter or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing copper loss by making the lengths of the first and second windings the same, and a power conversion device or a solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing the size of a transformer in a solar module, and a power conversion device or solar module having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transformer in which a leakage inductor and a transformer are integrated, and a power conversion device or a solar module having the same.
  • the base the first protruding member protruding on the base, spaced apart from the first protruding member, surrounds the first protruding member Is a first core having a first outer wall, a first winding wound around the first core, a second base, a second protruding member protruding on the second base, and spaced apart from the second protruding member, 2, a second core having a second outer wall surrounding the protruding member, a second winding wound around the second core, and a partition wall separating the first winding and the second winding. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the size of the transformer can be reduced, and a transformer in which a leakage inductor and a transformer are integrated can be manufactured. Accordingly, the miniaturization of the power conversion device is possible, and it is possible to provide a micro-inverter suitable for a solar module that outputs AC power by having a power conversion device integrally.
  • openings formed at positions corresponding to the first protruding member and the second protruding member are formed on the partition wall. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall includes a magnetic body. Accordingly, the first winding and the second winding are spaced apart, and inductance adjustment is possible.
  • the lengths of the first winding and the second winding are the same. Accordingly, copper loss due to the winding can be reduced.
  • a first opening for the first winding is formed in the first core, and a second opening for the second winding is formed in the second core. Accordingly, since the winding extends through the opening to the outside, there is no need for a separate abrasion process on the protruding member, the outer wall, etc., and it is possible to reduce the winding loss.
  • the first opening is formed on the base of the first core, and the second opening is formed on the second outer wall of the second core. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the first opening is formed on the base of the first core, and the second opening is formed on the second base of the second core. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the height of the first core is higher than the height of the second core. Accordingly, more winding is wound around the first core.
  • the base, the first protruding member, and the outer wall may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the second base, the second protruding member, and the second outer wall may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing another example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a junction box inside the solar module of FIG. 1 or 2.
  • 4 to 5 are various examples of the power conversion device of the solar module.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a power conversion device in a solar module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A to 7B are views referred to for description of the power conversion device of FIG. 6.
  • 8A to 8D are views referred to in the description of the transformer.
  • FIG. 9 is a view showing a transformer according to an embodiment of the present invention.
  • 10A to 11B are views referred to in the description of FIG. 9.
  • FIG. 12 is a view showing a transformer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A to 14B are views referred to in the description of FIG. 12.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 1 or 2.
  • an integrated transformer which is easy to process and can easily adjust the leakage inductance according to design specifications.
  • modules and “parts” for components used in the following description are given simply by considering the ease of writing the present specification, and do not give meanings or roles particularly important in themselves. Therefore, the “module” and the “unit” may be used interchangeably.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar system 10a may include a solar module 50 and a gateway 80.
  • the solar module 50 is integral with the solar cell module 100 and the junction box 200 including a power conversion device (500 in FIG. 6) that converts and outputs DC power from the solar cell module to AC power. It can be provided with.
  • a power conversion device 500 in FIG. 6 that converts and outputs DC power from the solar cell module to AC power. It can be provided with.
  • junction box 200 is shown to be attached to the rear surface of the solar cell module 100, but is not limited thereto. It is also possible that the junction box 200 is provided separately from the solar cell module 100.
  • a cable (oln) for supplying the AC power output from the junction box 200 to the grid may be electrically connected to the output terminal of the junction box 200.
  • the gateway 80 may be located between the junction box 200 and the grid 90.
  • the gateway 80 it is possible to detect the alternating current (io) and alternating voltage (vo) output from the solar module 50, flowing through the cable (oln).
  • the gateway 80 may output a power factor adjustment signal for power factor adjustment based on the phase difference between the AC current io and the AC voltage vo output from the solar module 50.
  • the gateway 80 and the solar module 50 may perform power line communication (PLC communication) or the like using a cable (oln) or the like.
  • PLC communication power line communication
  • the power conversion device (500 in FIG. 6) in the solar module 50 may convert and output DC power output from the solar cell module 100 into AC power.
  • a converter (530 in FIG. 6) and an inverter (540 in FIG. 6) may be provided in the power conversion device (500 in FIG. 6) in the solar module 50.
  • the power conversion device (500 in FIG. 6) may be referred to as a micro inverter.
  • the micro inverter may include a converter (530 in FIG. 6) and an inverter (540 in FIG. 6).
  • a transformer and a leakage inductor may be provided in the power converter (500 in FIG. 6) or the converter 530 in the micro inverter.
  • a slim transformer is proposed for slimming the power converter (500 in FIG. 6) or the micro inverter.
  • a transformer (UTR), a power converter, and a solar module having the same include a base (BAS), a first protruding member (INBa) protruding on the base (BAS), A lower core (CREa) spaced apart from the first protruding member (INBa) and having a first outer wall (OTBa) surrounding the first protruding member (INBa), and a first winding (CLE1) wound around the lower core (CREa) ),
  • the size of the transformer (UTR) in the solar module can be reduced, and it is possible to manufacture a transformer (UTR) in which a leakage inductor and a transformer (UTR) are integrated.
  • an opening OPd formed in a position corresponding to the first protruding member INBa and the second protruding member INBb is formed in the partition wall MID. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall (MID) includes a magnetic material. Accordingly, the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are spaced apart, and inductance adjustment is possible.
  • the lengths of the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are the same. Accordingly, copper loss due to the winding can be reduced.
  • a first opening OPa1 for the first winding CLE1 is formed in the lower core CREa
  • a second opening OPa2 for the second winding CLE2 is formed in the upper core CREb. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 2 is a diagram showing another example of a solar system including a solar module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar system 10b may include a plurality of solar modules 50a, 50b, ..., 50n, and a gateway 80.
  • the solar system 10b of FIG. 2 is different from the solar system 10a of FIG. 1 in that a plurality of solar modules 50a, 50b, ..., 50n are connected in parallel to each other.
  • Each of the plurality of solar modules (50a, 50b, ..., 50n), each solar module (100a, 100b, ..., 100n), and a circuit for converting and outputting DC power from the solar module Junction boxes (200a, 200b, ..., 200n) including a device may be provided.
  • each junction box 200a, 200b, ..., 200n is shown attached to the back of each solar cell module 100a, 100b, ..., 100n, but is not limited thereto. It is also possible that each junction box 200a, 200b, ..., 200n is spaced apart from each solar cell module 100a, 100b, ..., 100n and separately provided.
  • cables (31a, 31b, ..., oln) for supplying the AC power output from each junction box (200a, 200b, ..., 200n) to the grid, each junction box (200a, 200b,. .., 200n) can be electrically connected.
  • each power conversion device may include an integrated transformer.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a junction box inside the solar module of FIG. 1 or 2.
  • the junction box 200 may convert DC power from the solar cell module 100 and output the converted power.
  • the junction box 200 may include a power conversion device for outputting AC power.
  • the junction box 200 may include a converter 530, an inverter 540, and a control unit 550 for controlling it.
  • junction box 200 may further include a bypass diode unit 510 for bypass, a capacitor unit 520 for storing DC power, and a filter unit 570 for filtering the output AC power. have.
  • junction box 200 may further include a communication unit 580 for communication with the external gateway 80.
  • the junction box 200 includes an input current detector (A), an input voltage detector (B), a converter output current detector (C), a converter output voltage detector (D), an inverter output current detector (E), and an inverter output voltage A detector F may be further provided.
  • control unit 550 may control the converter 530, the inverter 540, and the communication unit 580.
  • the bypass diode unit 510 may include bypass diodes Dc, Db, and Da disposed between first to fourth conductive lines (not shown) of the solar cell module 100. .
  • the number of bypass diodes is 1 or more, and it is preferable that 1 is smaller than the number of conductive lines.
  • the bypass diodes Dc, Db, and Da receive solar DC power from the solar cell module 100, particularly from the first to fourth conductive lines (not shown) in the solar cell module 100. Also, the bypass diodes Dc, Db, and Da may be bypassed when a reverse voltage is generated from a DC power source from at least one of the first to fourth conductive lines (not shown).
  • the DC power that has passed through the bypass diode unit 510 may be input to the capacitor unit 520.
  • the capacitor unit 520 may store input DC power input through the solar cell module 100 and the bypass diode unit 510.
  • the capacitor unit 520 is illustrated as having a plurality of capacitors (Ca, Cb, Cc) connected in parallel with each other, unlike this, a plurality of capacitors, connected in series or parallel mixing, or ground in series It is also possible to be connected to the stage. Alternatively, it is also possible that the capacitor unit 520 includes only one capacitor.
  • the converter 530 may convert the level of the input voltage from the solar cell module 100 through the bypass diode unit 510 and the capacitor unit 520.
  • the converter 530 may perform power conversion by using the DC power stored in the capacitor unit 520.
  • the switching elements in the converter 530 may turn on / off based on the converter switching control signal from the controller 550. Thereby, the level-converted DC power can be output.
  • the inverter 540 may convert the DC power converted by the converter 530 into AC power.
  • each of the upper arm switching elements Sa and Sb and the lower arm switching elements S'a and S'b connected in series with each other is a pair, and a total of two pairs of upper and lower arm switching elements are parallel to each other (Sa and S '). a, Sb and S'b). Diodes may be connected in reverse parallel to each of the switching elements Sa, Sb, S'a, and S'b.
  • the switching elements Sa, Sb, S'a, and S'b in the inverter 540 may be turned on / off based on the inverter switching control signal from the controller 550. Thereby, an AC power source having a predetermined frequency can be output. Preferably, it is desirable to have the same frequency (approximately 60 Hz or 50 Hz) as the alternating frequency of the grid.
  • the capacitor C may be disposed between the converter 530 and the inverter 540.
  • the capacitor C may store the level-converted DC power of the converter 530. Meanwhile, both ends of the capacitor C may be referred to as a dc terminal, and accordingly, the capacitor C may also be referred to as a dc terminal capacitor.
  • the input current detection unit A may sense the input current ic1 supplied from the solar cell module 100 to the capacitor unit 520.
  • the input voltage detector B may detect the input voltage Vc1 supplied from the solar cell module 100 to the capacitor unit 520.
  • the input voltage Vc1 may be the same as the voltage stored at both ends of the capacitor unit 520.
  • the sensed input current ic1 and input voltage vc1 may be input to the controller 550.
  • the converter output current detector C detects an output current ic2 output from the converter 530, that is, a dc terminal current
  • the converter output voltage detector D outputs the output voltage output from the converter 530. (vc2), i.e., detect the dc stage voltage.
  • the sensed output current ic2 and the output voltage vc2 may be input to the controller 550.
  • the inverter output current detector E detects the current ic3 output from the inverter 540
  • the inverter output voltage detector F detects the voltage vc3 output from the inverter 540.
  • the detected current ic3 and voltage vc3 are input to the control unit 550.
  • control unit 550 may output a control signal for controlling the switching elements of the converter 530.
  • control unit 550 may detect at least one of the detected input current (ic1), input voltage (vc1), output current (ic2), output voltage (vc2), output current (ic3), or output voltage (vc3).
  • the turn-on timing signals of the switching elements in the converter 530 may be output.
  • control unit 550 may output an inverter control signal that controls each of the switching elements Sa, Sb, S'a, and S'b of the inverter 540.
  • control unit 550 may detect at least one of the detected input current (ic1), input voltage (vc1), output current (ic2), output voltage (vc2), output current (ic3), or output voltage (vc3).
  • the turn-on timing signals of the switching elements Sa, Sb, S'a and S'b of the inverter 540 may be output.
  • controller 550 may control the converter 530 to calculate a maximum power point for the solar cell module 100 and output DC power corresponding to the maximum power accordingly.
  • the communication unit 580 may communicate with the gateway 80.
  • the communication unit 580 may exchange data with the gateway 80 by power line communication.
  • the communication unit 580 may transmit current information, voltage information, power information, and the like of the solar module 50 to the gateway 80.
  • the filter unit 570 may be disposed at the output terminal of the inverter 540.
  • the filter unit 570 includes a plurality of passive elements, and based on at least some of the plurality of passive elements, the phase difference between the alternating current (io) and the alternating voltage (vo) output from the inverter 540 Can be adjusted.
  • 4 to 5 are various examples of the power conversion device of the solar module.
  • the power conversion device 600a of the solar module of FIG. 4 includes a capacitor unit 620, a converter 630, an inverter 640, and a filter unit 670.
  • the converter 630 of FIG. 4 is provided with an interleaved flyback converter, and accordingly, since the transformers T1a and T1b are used, the input side and the output side are isolated, and the voltage conversion ratio is excellent, and the power factor is (pf) There is a disadvantage that it is difficult to control.
  • the power conversion device 600b of the solar module of FIG. 5 includes a capacitor unit 620b, a power conversion unit 640b, and a filter unit 670b.
  • the power conversion unit 640b of FIG. 5 is provided with a diode Dbb and a switching element Sbb in addition to the switching elements S1b to S4b associated with the full bridge inverter.
  • power factor (pf) control is possible, but in a non-isolated form, the voltage conversion ratio is low, and in order to satisfy the regulations for leakage current, separate protection There is a disadvantage that a circuit is required. In addition, during switching, hard switching loss due to hard switching occurs, and thus, power conversion efficiency is low.
  • the present invention in a two-stage (stage) -based power conversion device, it proposes a method capable of stable power output. In addition, a method for reducing the loss of output power is proposed.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a power conversion device in a solar module according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 7A to 7B are views referred to for description of the power conversion device of FIG. 6.
  • the power conversion device 500 in the solar module 100 according to an embodiment of the present invention, the converter 530, the inverter 540 shown in the drawing, in addition, the bypass diode unit of Figure 3 510, capacitor 520, control unit 550, communication unit 580, input current detection unit (A), input voltage detection unit (B), converter output current detection unit (C), converter output voltage detection unit (D), An inverter output current detection unit E and an inverter output voltage detection unit F may be provided.
  • a filter unit 570 for reducing electromagnetic noise may be further disposed at an output terminal of the inverter 540.
  • the filter unit 570 may include at least one inductor.
  • the power conversion device 500 in the solar module 100 includes a solar cell module 100 having a plurality of solar cells 130 and input from the solar cell module 100.
  • a converter 530 that converts the level of DC power Vin and outputs a second DC power
  • an inverter 540 that converts DC power from converter 530 to AC power Vac
  • a converter ( 530) and a control unit 550 that controls the inverter 540.
  • the full-bridge switching unit 532 to perform the switching for the first DC power supply (Vin), and the output side of the full-bridge switching unit 532 (na) , nb) may be provided with a transformer 536 connected to, and a half-bridge switching unit 538 connected to the output side nc, nd of the transformer 536.
  • control unit 550 may control the switching frequencies of the full bridge switching unit 532 and the half bridge switching unit 538 to be varied during the first periods Pba and Pbb. Accordingly, even when the DC power supply (Vin) from the input solar cell module 100 is low, it is possible to output a stable power without limiting the power range that can be output.
  • Vin DC power supply
  • the converter 530 in the power converter 500 in the solar module 100 may further include an inductor Lr connected between the transformer 536 and the half-bridge switching unit 538.
  • the inductor Lr at this time is necessary for energy transfer between the transformer 536 and the half-bridge switching unit 538.
  • the inductor Lr provides leakage inductance and can be used for resonance in a resonant converter.
  • the present invention proposes an integrated transformer module (UTR) that integrates the transformer 536 and the leakage inductor Lr for slimming the power converter 500. This will be described later with reference to FIG. 9 and below.
  • UTR integrated transformer module
  • the full bridge switching unit 532 includes first to second switching elements Q1 and Q2 connected in parallel with each other, and first to second switching elements Q1 and Q2 respectively connected in series.
  • the third to fourth switching elements Q3 and Q4 may be provided.
  • the first node N1 between the first switching element Q1 and the second switching element Q2 and the second node between the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 ( N2), the input side (na, nb) of the transformer 536 may be connected.
  • the half-bridge switching unit 538 includes a fifth switching element Q5 and a sixth switching element Q6 connected in series with each other, a first capacitor C1 and a second capacitor connected in series with each other. Capacitor C2 may be included.
  • the fifth switching element Q5, the sixth switching element Q6, and the first capacitor C1 and the second capacitor C2 may be connected in parallel to each other.
  • the third node N3 is between the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6, and the fourth node N4 is between the first capacitor C1 and the second capacitor C2. In between, the output side nc, nd of the transformer 536 can be connected.
  • control unit 550 may output a switching control signal Sfb for switching of the full bridge switching unit 532.
  • control unit 550 may output a switching control signal Shb for switching of the half-bridge switching unit 538.
  • control unit 550 may output a switching control signal Sic for switching of the inverter 540.
  • control unit 550 may control the switching frequencies of the full bridge switching unit 532 and the half bridge switching unit 538 to vary according to the waveform of the output voltage Vac of the inverter 540.
  • FIG. 7A illustrates a waveform when a current flows from the converter 530 to the inverter 540
  • FIG. 7B illustrates a waveform when a current flows from the inverter 540 to the converter 530.
  • the inverter 540 may be a bi-directional inverter.
  • the converter 530 is a bidirectional converter.
  • 8A to 8D are views referred to in the description of the transformer.
  • FIG. 8A illustrates an example of a general resonant transformer TRxa.
  • the general resonant transformer TRxa is divided into an upper first core (UPCR), an upper winding (WNDXa) wound around a bobbin, a lower first core (DNCR), and a lower winding (WNDXb) wound around a bobbin.
  • An air gap (SPAx) is disposed between the upper side and the lower side.
  • FIGS. 8B and 8C illustrate an example of an integrated transformer.
  • the inner first core CREx of the integrated transformer has an outer wall OTBx, an outer wall OTBx, a circular inner wall INBbx, and a circular second inner wall surrounding the circular inner wall INBbx. (INBax).
  • the inner wall (INBbx) and the second inner wall (INBax) which make leakage inductance, have a circular shape, processing is not easy, and accordingly, the leakage inductance cannot be easily adjusted according to design specifications.
  • opening OPx is disposed on only one side, as shown in FIG. 8C, through one opening OPx, conductive lines CLE1x and CLE1y electrically connected to the winding should be arranged, so the risk of short circuit This becomes higher.
  • FIG. 8D illustrates another example of the integrated transformer.
  • the inner first core CREy of the integrated transformer is similar to the inner first core CREx of the integrated transformer, inside the outer wall OTBy, the outer wall OTBy, the circular inner wall INBby, and A circular second inner wall INBay surrounding the circular inner wall INBby is disposed.
  • the inner first core (CREy) of FIG. 8D unlike the inner first core (CREx) of FIG. 8A, openings (OPm, OPbx) are formed on the second inner wall (INBay) and the outer wall (OTBy), respectively. Accordingly, the first winding and the second winding respectively extend outward through the openings OPax and the openings OPm and OPbx.
  • the size of the leakage inductance cannot be increased relatively large, and due to empty spaces such as openings (OPax), openings (OPm, OPbx), heat generation, efficiency decrease Electromagnetic noise is radiated to the outside.
  • FIG. 9 is a view illustrating a transformer according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 10A to 11B are views referred to in the description of FIG. 9.
  • the transformer (UTR) according to an embodiment of the present invention, the lower core (CREa), the upper core (CREb), the first winding (CLE1) wound around the lower core (CREa), and A second winding CRE2 wound around the upper core CREb and a partition wall MID separating the first winding CLE1 and the second winding CLE2 may be provided.
  • the lower core CREa is spaced apart from the base BAS, the first protruding member INBa protruding on the base BAS, and the first protruding member INBa, and the first protruding member INBa It may be provided with a first outer wall (OTBa) surrounding.
  • OTBa first outer wall
  • the upper core CREb is spaced apart from the second base BASb, the second protruding member INBb protruding on the second base BASb, and the second protruding member INBb.
  • a second outer wall OTBb surrounding the member INBb may be provided.
  • the first winding CLE1 is wound in the lower core CREa, and the second winding CRE2 is wound in the upper core CREb.
  • the shape of the core and the shape of the inner and outer walls surrounding the core are presented in a circular shape, but deformation such as an oval or a polygon is also possible.
  • the partition wall MID separates the first winding CLE1 and the second winding CLE2. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the size of the transformer in the solar module can be reduced, and a transformer in which a leakage inductor and a transformer are integrated can be manufactured.
  • an opening OPd formed in a position corresponding to the first protruding member INBa and the second protruding member INBb is formed in the partition wall MID. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall (MID) includes a magnetic material. Accordingly, the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are spaced apart, and inductance adjustment is possible.
  • the lengths of the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are the same. Accordingly, copper loss due to the winding can be reduced.
  • a first opening OPa1 for the first winding CLE1 is formed in the lower core CREa
  • a second opening OPa2 for the second winding CLE2 is formed in the upper core CREb. Accordingly, since the winding extends through the opening to the outside, there is no need for a separate abrasion process on the protruding member, the outer wall, etc., and it is possible to reduce the winding loss.
  • the first opening OPa1 is formed on the base BAS of the lower core CREa
  • the second opening OPa2 is formed on the second outer wall OTBb of the upper core CREb. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the base (BAS) in the lower core (CREa), the first protruding member (INBa), the first outer wall (OTBa), may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the second base BASb, the second protruding member INBb, and the second outer wall OTBb in the upper core CREb may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 10A is a view showing the upper surface of the lower core CREa
  • FIG. 10B is a view showing the rear surface of the lower core CREa.
  • the first opening OPa1 is formed on the base BAS between the first protruding member INBa and the first outer wall OTBa. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 10C is a view showing the rear surface of the upper core CREb
  • FIG. 10B is a view showing the upper surface of the upper core CREb.
  • a second opening OPa2 is formed at a lower end of the second outer wall OTBb. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • 10E is a view showing a partition wall (MID).
  • openings OPd formed at positions corresponding to the first protruding member INBa and the second protruding member INBb are formed in the partition wall MID. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall (MID) includes a magnetic material, thereby separating the first winding (CLE1) and the second winding (CLE2), it is possible to adjust the inductance.
  • 11A illustrates that the first winding CLE1 and the second winding CRE2 are wound in the upper core CREb and the lower core CREa, respectively.
  • the height of the upper core (CREb) and the lower core (CREa), as shown in Figure 11b, h2, h1, respectively, may be the same as each other.
  • the lengths of the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are the same, and consequently, copper loss due to the difference in the windings can be reduced.
  • FIG. 12 is a view illustrating a transformer according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 13A to 14B are views referred to in the description of FIG. 12.
  • the transformer (UTRb) according to another embodiment of the present invention, the lower core (CREa), the upper core (CREb), the first winding (CLE1) wound around the lower core (CREa), And a second winding CRE2 wound around the upper core CREb, and a partition wall MID separating the first winding CLE1 and the second winding CLE2.
  • the lower core CREa is spaced apart from the base BAS, the first protruding member INBa protruding on the base BAS, and the first protruding member INBa, and the first protruding member INBa It may be provided with a first outer wall (OTBa) surrounding.
  • OTBa first outer wall
  • the upper core CREb is spaced apart from the second base BASb, the second protruding member INBb protruding on the second base BASb, and the second protruding member INBb.
  • a second outer wall OTBb surrounding the member INBb may be provided.
  • the first winding CLE1 is wound in the lower core CREa, and the second winding CRE2 is wound in the upper core CREb.
  • the partition wall MID separates the first winding CLE1 and the second winding CLE2. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the size of the transformer in the solar module can be reduced, and a transformer in which a leakage inductor and a transformer are integrated can be manufactured.
  • an opening OPd formed in a position corresponding to the first protruding member INBa and the second protruding member INBb is formed in the partition wall MID. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall (MID) includes a magnetic material. Accordingly, the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are spaced apart, and inductance adjustment is possible.
  • the lengths of the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are the same. Accordingly, copper loss due to the winding can be reduced.
  • a first opening OPa1 for the first winding CLE1 is formed in the lower core CREa
  • a second opening OPa3 for the second winding CLE2 is formed in the upper core CREb. Accordingly, since the winding extends through the opening to the outside, there is no need for a separate abrasion process on the protruding member, the outer wall, etc., and it is possible to reduce the winding loss.
  • the first opening OPa1 is formed on the base BAS of the lower core CREa
  • the second opening OPa3 is formed on the second base BASb of the upper core CREb. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the base (BAS) in the lower core (CREa), the first protruding member (INBa), the first outer wall (OTBa), may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the second base BASb, the second protruding member INBb, and the second outer wall OTBb in the upper core CREb may be formed of the same material. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 13A is a view showing the upper surface of the lower core CREa
  • FIG. 13B is a view showing the rear surface of the lower core CREa.
  • the first opening OPa1 is formed on the base BAS between the first protruding member INBa and the first outer wall OTBa. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 13C is a view showing the rear surface of the upper core CREb
  • FIG. 13B is a view showing the upper surface of the upper core CREb.
  • the second opening OPa3 is formed on the second base BASb of the upper core CREb. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • FIG. 13E is a view showing a partition wall (MID).
  • openings OPd formed at positions corresponding to the first protruding member INBa and the second protruding member INBb are formed in the partition wall MID. Accordingly, processing is easy and radiation of electromagnetic noise can be reduced.
  • the partition wall (MID) includes a magnetic material, thereby separating the first winding (CLE1) and the second winding (CLE2), it is possible to adjust the inductance.
  • FIG. 14A illustrates that the first winding CLE1 and the second winding CRE2 are wound in the upper core CREb and the lower core CREa, respectively.
  • the height of the upper core (CREb) and the lower core (CREa), as shown in Figure 14b, h2, h1, respectively, may be the same as each other.
  • the lengths of the first winding CLE1 and the second winding CLE2 are the same, and consequently, copper loss due to the difference in the windings can be reduced.
  • first winding CLE1 may correspond to the primary side of the transformer 536 of FIG. 6, and the second winding CLE2 may correspond to the secondary side of the transformer 536 of FIG. 6.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the solar cell module of FIG. 1 or 2.
  • the solar cell module 100 of FIG. 1 or 2 may include a plurality of solar cells 130.
  • the front substrate 160 positioned on the top surface of the sealing material 150 may be further included.
  • the solar cell 130 is a semiconductor device that converts solar energy into electrical energy, a silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell and a tandem solar cell, It may be a dye-sensitized or CdTe, CIGS type solar cell, thin film solar cell, and the like.
  • the solar cell 130 is formed of a light receiving surface to which sunlight enters and a back surface opposite to the light receiving surface.
  • the solar cell 130 includes a first conductivity type silicon substrate, a second conductivity type semiconductor layer formed on the silicon substrate, and having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type and a second conductivity type semiconductor layer.
  • An antireflection film formed on the second conductivity type semiconductor layer and including at least one opening to expose a portion of the surface, and a front electrode contacting a portion of the second conductivity type semiconductor layer exposed through the at least one opening; May include a back electrode formed on the back surface of the silicon substrate.
  • Each solar cell 130 may be electrically connected in series or in parallel or in parallel.
  • the plurality of solar cells 130 may be electrically connected by a ribbon 133.
  • the ribbon 133 may be bonded to a front electrode formed on the light receiving surface of the solar cell 130 and a rear electrode current collecting electrode formed on the back surface of another adjacent solar cell 130.
  • the ribbon 133 is formed in two rows, and the solar cell 130 is connected in series by the ribbon 133 to illustrate that the solar cell string 140 is formed.
  • each string may include ten solar cells.
  • the rear substrate 110 functions as a waterproof, insulating, and UV protection, and may be a Tedlar / PET / Tedlar (TPT) type, but is not limited thereto.
  • TPT Tedlar / PET / Tedlar
  • the rear substrate 110 is shown in a rectangular shape in FIG. 3, it may be manufactured in various shapes such as a circular shape and a semicircular shape according to the environment in which the solar cell module 100 is installed.
  • the first sealing material 120 on the back substrate 110 may be formed by being attached to the same size as the back substrate 110, a plurality of solar cells 130 on the first sealing material 120, several columns It can be located next to each other to achieve.
  • the second sealing material 150 is located on the solar cell 130 and can be bonded to the first sealing material 120 by lamination.
  • first sealing material 120 and the second sealing material 150 allow each element of the solar cell to be chemically bonded.
  • the first sealing material 120 and the second sealing material 150 may be various examples, such as an ethylene vinyl acetate (EVA) film.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the front substrate 160 is positioned on the second sealing material 150 to transmit sunlight, and is preferably tempered glass to protect the solar cell 130 from external impact.
  • the transformer according to the present invention, and the power conversion device or solar module having the same, are not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, and the above embodiments are provided so that various modifications can be made. All or some of the embodiments may be configured by selectively combining.

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Abstract

본 발명은 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머는, 베이스와, 베이스 상에 돌출되는 제1 돌출부재와, 제1 돌출부재와 이격되며, 제1 돌출부재를 둘러싸는 제1 외벽을 구비하는 제1 코어와, 제1 코어에 권취되는 제1 권선과, 제2 베이스와, 제2 베이스 상에 돌출되는 제2 돌출부재와, 제2 돌출부재와 이격되며, 제2 돌출부재를 둘러싸는 제2 외벽을 구비하는 제2 코어와, 제2 코어에 권취되는 제2 권선과, 제1 권선과 제2 권선을 분리하는 격벽을 포함한다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.

Description

트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈
본 발명은 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈에 관한 것이다.
전력변환장치는, 신재생 에너지를 생산하는 태양광 모듈 등에, 교류 전원 제공 등을 위해 채용된다.
특히, 태양광 모듈 등에서 생산되는 직류 전원을 변환하기 위해, 컨버터 내에 트랜스포머, 누설 인덕터 등이 사용된다.
한편, 일반 공진형 트랜스포머를 사용하는 경우, 트랜스포머의 권선 공간이 위층과 아래층으로 구분되고, 위층과 아래층 중간에 공극(air gap)이 배치된다. 그러나, 이러한 경우, 중앙의 제1 코어 공간이 고정되어 있으므로, 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 조절하기가 쉽지 않다는 단점이 있다.
한편, 트랜스포머와, 누설 인덕터를 각각 회로 기판에 실장할 경우, 상당한 부피를 차지하는 단점이 있다.
이에, 태양광 모듈에 일체로 부착되는 전력변화장치의 소형화를 위해, 트랜스포머, 누설 인덕터에 대한 사이즈를 소형화하는 노력이 시도되고 있으며, 특히, 트랜스포머와 누설 인덕터를 통합 설계하는 통합형 트랜스포머에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 미국 출원공개공보 US20140313004호에는, 통합형 트랜스포머에 대한 내용이 개시된다. 그러나, 이러한 통합형 트랜스포머에 따르면, 제1 코어의 외벽 내에, 원형의 내벽, 및 원형의 내벽을 둘러싸는 원형의 제2 내벽의 배치된다. 그러나, 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 만드는 내벽 및 제2 내벽이 원형 형상을 가지므로, 가공이 용이하지 못하며, 따라서, 누설 인덕턴스를 설계 사양에 따라 용이하게 조절할 수 없게 된다.
본 발명의 목적은, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 권선 손실을 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제1 권선과 제2 권선의 길이가 동일하도록 하여 동손을 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 태양광 모듈 내의 트랜스포머의 크기를 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 누설 인덕터와 트랜스포머가 통합된 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 권선 손실을 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제1 권선과 제2 권선의 길이가 동일하도록 하여 동손을 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 태양광 모듈 내의 트랜스포머의 크기를 저감할 수 있는 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 누설 인덕터와 트랜스포머가 통합된 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈은, 베이스와, 베이스 상에 돌출되는 제1 돌출부재와, 제1 돌출부재와 이격되며, 제1 돌출부재를 둘러싸는 제1 외벽을 구비하는 제1 코어와, 제1 코어에 권취되는 제1 권선과, 제2 베이스와, 제2 베이스 상에 돌출되는 제2 돌출부재와, 제2 돌출부재와 이격되며, 제2 돌출부재를 둘러싸는 제2 외벽을 구비하는 제2 코어와, 제2 코어에 권취되는 제2 권선과, 제1 권선과 제2 권선을 분리하는 격벽을 포함한다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
또한, 트랜스포머의 크기를 저감할 수 있으며, 누설 인덕터와 트랜스포머가 통합된 트랜스포머를 제작할 수 있다. 이에 따라 전력변환장치의 소형화가 가능하여 전력변환장치를 일체로 구비하여 교류전력을 출력하는 태양광 모듈에 적합한 마이크로 인버터의 제공이 가능하다.
한편, 격벽에, 제1 돌출부재와 제2 돌출부재에 대응하는 위치에 형성된 개구가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽은 자성체를 포함한다. 이에 따라, 제1 권선과 제2 권선을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
한편, 제1 권선과 제2 권선의 길이는 동일하다. 이에 따라, 권선에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 코어에 제1 권선을 위한 제1 개구가 형성되며, 제2 코어에 제2 권선을 위한 제2 개구가 형성된다. 이에 따라, 권선이 개구를 통해 외부로 연장되므로, 돌출부재, 외벽 등에 별도의 마모 가공 등이 필요 없으며, 권선 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 개구는, 제1 코어의 베이스 상에 형성되며, 제2 개구는, 제2 코어의 제2 외벽에 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 개구는, 제1 코어의 베이스 상에 형성되며, 제2 개구는, 제2 코어의 제2 베이스 상에 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 코어의 높이가, 제2 코어의 높이 보다 높다. 이에 따라, 제1 코어에 권선이 더 많이 권취되게 된다.
한편, 베이스와, 제1 돌출부재, 외벽은 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 제2 베이스와, 제2 돌출부재, 제2 외벽은 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 5는 태양광 모듈의 전력변환장치의 다양한 예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 내의 전력변환장치의 회로도이다.
도 7a 내지 도 7b는 도 6의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 트랜스포머의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 11b는 도 9의 설명에 참조되는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이다.
도 13a 내지 도 14b는 도 12의 설명에 참조되는 도면이다.
도 15는 도 1 또는 도 2의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
본 명세서에서는, 가공이 용이하여 누설 인덕턴스를 설계 사양에 따라 용이하게 조절할 수 있는 통합형 트랜스포머를 제시한다.
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 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템(10a)은, 태양광 모듈(50)과, 게이트웨이(80)를 포함할 수 있다.
태양광 모듈(50)은, 태양전지 모듈(100), 및 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 교류로 전력 변환하여 출력하는 전력변환장치(도 6의 500)를 포함하는 정션 박스(200)를 일체로 구비할 수 있다.
도면에서는, 정션 박스(200)가, 태양전지 모듈(100)의 배면에 부착되는 것을 도시하나, 이에 한정되지는 않는다. 정션 박스(200)가, 태양전지 모듈(100)과 이격되어 별도로 마련되는 것도 가능하다.
한편, 정션 박스(200)에서 출력되는 교류 전원을 그리드에 공급하기 위한 케이블(oln)이, 정션 박스(200)의 출력단에 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 게이트웨이(gateway)(80)는, 정션 박스(200)와 그리드(grid)(90) 사이에 위치할 수 있다.
한편, 게이트웨이(80)는, 케이블(oln)을 통해 흐르는, 태양광 모듈(50)에서 출력되는 교류 전류(io) 및 교류 전압(vo)을 검출할 수 있다.
한편, 게이트웨이(80)는, 태양광 모듈(50)에서 출력되는 교류 전류(io) 및 교류 전압(vo)의 위상 차이에 기초하여, 역률 조정을 위한 역률 조정 신호를 출력할 수 있다.
이를 위해, 게이트웨이(80)와 태양광 모듈(50)은, 케이블(oln) 등을 이용하여, 전력선 통신(PLC 통신) 등을 수행할 수 있다.
한편, 태양광 모듈(50) 내의 전력변환장치(도 6의 500)는, 태양전지 모듈(100)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 출력할 수 있다.
이를 위해, 태양광 모듈(50) 내의 전력변환장치(도 6의 500) 내에, 컨버터(도 6의 530), 인버터(도 6의 540)가 구비될 수 있다.
한편, 전력변환장치(도 6의 500)를 마이크로 인버터라 명명할 수 있다. 이에 따라, 마이크로 인버터는, 컨버터(도 6의 530), 인버터(도 6의 540)를 구비할 수 있다.
한편, 전력변환장치(도 6의 500) 또는 마이크로 인버터 내의 컨버터(530) 내에 트랜스포머, 누설 인덕터를 구비할 수 있다
특히, 본 발명에서는, 전력변환장치(도 6의 500) 또는 마이크로 인버터의 슬림화를 위해, 슬림한 트랜스포머를 제안한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(UTR), 전력변환장치 및 이를 구비하는 태양광 모듈은, 베이스(BAS)와, 베이스(BAS) 상에 돌출되는 제1 돌출부재(INBa)와, 제1 돌출부재(INBa)와 이격되며, 제1 돌출부재(INBa)를 둘러싸는 제1 외벽(OTBa)을 구비하는 하부 코어(CREa)와, 하부 코어(CREa)에 권취되는 제1 권선(CLE1)와, 제2 베이스(BASb)와, 제2 베이스(BASb) 상에 돌출되는 제2 돌출부재(INBb)와, 제2 돌출부재(INBb)와 이격되며, 제2 돌출부재(INBb)를 둘러싸는 제2 외벽(OTBb)을 구비하는 상부 코어(CREb)와, 상부 코어(CREb)에 권취되는 제2 권선(CLE2)와, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 분리하는 격벽(MID)을 포함한다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다. 또한, 권선이 개구를 통해 외부로 연장되므로, 돌출부재, 외벽 등에 별도의 마모 가공 등이 필요 없으며, 권선 손실을 저감할 수 있게 된다.
또한, 태양광 모듈 내의 트랜스포머(UTR)의 크기를 저감할 수 있으며, 누설 인덕터와 트랜스포머(UTR)가 통합된 트랜스포머(UTR)를 제작할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)에, 제1 돌출부재(INBa)와 제2 돌출부재(INBb)에 대응하는 위치에 형성된 개구(OPd)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)은 자성체를 포함한다. 이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
한편, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)의 길이는 동일하다. 이에 따라, 권선에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
한편, 하부 코어(CREa)에 제1 권선(CLE1)을 위한 제1 개구(OPa1)가 형성되며, 상부 코어(CREb)에 제2 권선(CLE2)을 위한 제2 개구(OPa2)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는, 전력변환장치(도 6의 500)의 슬림화를 위해, 트랜스포머와, 누설 인덕터가 통합된 통합 트랜스포머를 제안한다. 이때, 통합 트랜스포머 내의 누설 인덕턴스를 설계 사양에 맞춰 조절하기 위해, 가공이 용이한, 트랜스포머를 제안한다. 이에 대해서는 도 9 내지 도 14b 등을 참조하여 후술한다.
다음, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 시스템(10b)은, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)과, 게이트웨이(80)를 포함할 수 있다.
도 2의 태양광 시스템(10b)은, 도 1의 태양광 시스템(10a)과 달리, 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)이 서로 병렬 접속되는 것에 그 차이가 있다.
복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n) 각각은, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n), 및 태양전지 모듈에서의 직류 전원을 전력 변환하여 출력하는 회로소자를 포함하는 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)를 구비할 수 있다.
도면에서는, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)가, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n)의 배면에 부착되는 것을 도시하나, 이에 한정되지는 않는다. 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)가, 각 태양전지 모듈(100a, 100b, ..., 100n)과 이격되어 별도로 마련되는 것도 가능하다.
한편, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)에서 출력되는 교류 전원을 그리드에 공급하기 위한 케이블(31a, 31b, ..., oln)이, 각 정션 박스(200a, 200b, ..., 200n)의 출력단에 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 도 2의 복수의 태양광 모듈(50a, 50b, ..., 50n)은, 각각 전력변환장치를 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 각각의 전력변환장치는, 통합형 트랜스포머를 구비할 수 있다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 태양광 모듈 내의 정션 박스 내부의 회로도를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 정션 박스(200)는, 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원을 변환하여 변환된 전원을 출력할 수 있다.
특히, 본 발명과 관련하여, 정션 박스(200)는, 교류 전원을 출력하기 위한 전력변환장치를 구비할 수 있다.
이를 위해, 정션 박스(200)는, 컨버터(530), 인버터(540), 및 이를 제어하는 제어부(550)를 포함할 수 있다.
또한, 정션 박스(200)는, 바이패스를 위한 바이패스 다이오드부(510), 직류 전원 저장을 위한, 커패시터부(520), 출력되는 교류 전원 필터링을 위한 필터부(570)를 더 포함할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 외부의 게이트웨이(80)과의 통신을 위한 통신부(580)를 더 구비할 수 있다.
한편, 정션 박스(200)는, 입력 전류 검출부(A), 입력 전압 검출부(B), 컨버터 출력전류 검출부(C), 컨버터 출력전압 검출부(D), 인버터 출력 전류 검출부(E), 인버터 출력 전압 검출부(F)를 더 구비할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530), 인버터(540), 및 통신부(580)를 제어할 수 있다.
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(100) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시)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(100)로부터, 특히, 태양전지 모듈(100) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시)으로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(미도시) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 직류 전원은, 커패시터부(520)로 입력될 수 있다.
커패시터부(520)는, 태양전지 모듈(100), 및 바이패스 다이오드부(510)를 거쳐 입력되는 입력 직류 전원을 저장할 수 있다.
한편, 도면에서는, 커패시터부(520)가 서로 병렬 연결되는 복수의 커패시터(Ca,Cb,Cc)를 구비하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 복수의 커패시터가, 직병렬 혼합으로 접속되거나, 직렬로 접지단에 접속되는 것도 가능하다. 또는, 커패시터부(520)가 하나의 커패시터만을 구비하는 것도 가능하다.
컨버터(530)는, 바이패스 다이오드부(510)와, 커패시터부(520)를 거친, 태양전지 모듈(100)로부터의 입력 전압의 레벨을 변환할 수 있다.
특히, 컨버터(530)는, 커패시터부(520)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 전력 변환을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터(530)는, 도 6을 참조하여 보다 상세히 기술한다.
한편, 컨버터(530) 내의 스위칭 소자들은, 제어부(550)로부터의 컨버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 레벨 변환된 직류 전원이 출력될 수 있다.
인버터(540)는, 컨버터(530)에서 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
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(Sa와S'a, Sb와 S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,Sb,S'a,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결될 수 있다.
인버터(540) 내의 스위칭 소자들(Sa,Sb,S'a,S'b)은, 제어부(550)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작할 수 있다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력될 수 있다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz 또는 50Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 커패시터(C)는, 컨버터(530)와 인버터(540) 사이에, 배치될 수 있다.
커패시터(C)는, 컨버터(530)의 레벨 변환된 직류 전원을 저장할 수 있다. 한편, 커패시터(C)의 양단을 dc단이라 명명할 수 있으며, 이에 따라, 커패시터(C)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.
한편, 입력 전류 검출부(A)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전류(ic1)를 감지할 수 있다.
한편, 입력 전압 검출부(B)는, 태양전지 모듈(100)에서 커패시터부(520)로 공급되는 입력 전압(Vc1)을 감지할 수 있다. 여기서, 입력 전압(Vc1)은, 커패시터부(520) 양단에 저장된 전압과 동일할 수 있다.
감지된 입력 전류(ic1)와 입력 전압(vc1)은, 제어부(550)에 입력될 수 있다.
한편, 컨버터 출력전류 검출부(C)는, 컨버터(530)에서 출력되는 출력전류(ic2), 즉 dc단 전류를 감지하며, 컨버터 출력전압 검출부(D)는, 컨버터(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 검출부(E)는, 인버터(540)에서 출력되는 전류(ic3)를 감지하며, 인버터 출력 전압 검출부(F)는, 인버터(540)에서 출력되는 전압(vc3)을 감지한다. 검출된 전류(ic3)와 전압(vc3)은, 제어부(550)에 입력된다.
한편, 제어부(550)는, 컨버터(530)의 스위칭 소자들을 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 컨버터(530) 내의 스위칭 소자들의 턴 온 타이밍 신호를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(Sa,Sb,S'a,S'b)를 제어하는 인버터 제어 신호를 출력할 수 있다. 특히, 제어부(550)는, 검출된 입력전류(ic1), 입력 전압(vc1), 출력전류(ic2), 출력전압(vc2), 출력전류(ic3), 또는 출력전압(vc3) 중 적어도 하나에 기초하여, 인버터(540)의 각 스위칭 소자(Sa,Sb,S'a,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, 컨버터(530)를 제어할 수 있다.
한편, 통신부(580)는, 게이트웨이(80)와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들어, 통신부(580)는, 전력선 통신에 의해, 게이트웨이(80)와 데이터를 교환할 수 있다.
한편, 통신부(580)는, 게이트웨이(80)로, 태양광 모듈(50)의 전류 정보, 전압 정보, 전력 정보 등을 전송할 수도 있다.
한편, 필터부(570)는, 인버터(540)의 출력단에 배치될 수 있다.
그리고, 필터부(570)는, 복수의 수동 소자를 포함하고, 복수의 수동 소자 중 적어도 일부에 기초하여, 인버터(540)에서 출력되는 교류 전류(io)와 교류 전압(vo) 사이의 위상 차이를 조정할 수 있다.
도 4 내지 도 5는 태양광 모듈의 전력변환장치의 다양한 예이다.
먼저, 도 4의 태양광 모듈의 전력변환장치(600a)는, 커패시터부(620), 컨버터(630), 인버터(640), 필터부(670)를 구비한다.
도 4의 컨버터(630)는, 인터리브 플라이 백 컨버터를 구비하는 것으로, 이에 의하면, 트랜스포머(T1a,T1b)를 사용하므로, 입력측과 출력측이 절연되며, 전압 변환율(voltage conversion ratio)이 뛰어나나, 역률(pf) 제어가 힘들다는 단점이 있다.
다음, 도 5의 태양광 모듈의 전력변환장치(600b)는, 커패시터부(620b), 전력변환부(640b), 필터부(670b)를 구비한다.
도 5의 전력변환부(640b)는, 풀 브릿지 인버터와 관련된, 스위칭 소자들(S1b~S4b) 외에, 추가로, 다이오드(Dbb)와 스위칭 소자(Sbb)를 구비한다.
도 5의 전력변환부(640b)에 의하면, 역률(pf) 제어가 가능하나, 비절연 형태로서, 전압 변환율(voltage conversion ratio)이 낮으며, 누설 전류에 대한 규정을 만족하기 위해, 별도의 보호 회로 등이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 스위칭시, 하드 스위칭(hard switching)으로 인한, 하드 스위칭 손실이 발생하여, 전력 변환 효율이 낮은 단점이 있다.
한편, 본 발명에서는, 2 스테이지(stage) 기반의 전력변환장치에서, 안정적인 파워 출력이 가능한 방안을 제시한다. 또한, 출력 전력의 손실을 저감하는 방안을 제시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 내의 전력변환장치의 회로도이고, 도 7a 내지 도 7b는 도 6의 전력변환장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(100) 내의 전력변환장치(500)는, 도면에 도시된 컨버터(530), 인버터(540), 외에, 도 3의 바이패스 다이오드부(510), 커패시터부(520), 제어부(550), 통신부(580), 입력 전류 검출부(A), 입력 전압 검출부(B), 컨버터 출력전류 검출부(C), 컨버터 출력전압 검출부(D), 인버터 출력 전류 검출부(E), 인버터 출력 전압 검출부(F)를 구비할 수 있다.
한편, 인버터(540)의 출력단에 전자파 노이즈 저감위한 필터부(570)가 더 배치될 수 있다. 이때의 필터부(570)는 적어도 하나의 인덕터를 구비할 수 있다.
이하에서는, 도 6에 도시된 컨버터(530), 인버터(540) 등을 중심으로 기술한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(100) 내의 전력변환장치(500)는, 복수의 태양 전지(130)를 구비하는 태양전지 모듈(100)과, 태양전지 모듈(100)로부터 입력되는 제1 직류 전원(Vin)의 레벨을 변환하여, 제2 직류 전원을 출력하는 컨버터(530)와, 컨버터(530)로부터의 직류 전원을 교류 전원(Vac)으로 변환하는 인버터(540)와, 컨버터(530)와 인버터(540)를 제어하는 제어부(550)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컨버터(530)는, 제1 직류 전원(Vin)에 대한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지 스위칭부(532)와, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 출력단에 입력측(na,nb)이 접속되는 트랜스포머(536)와, 트랜스포머(536)의 출력측(nc,nd)에 접속되는 하프 브릿지 스위칭부(538)를 구비할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 제1 구간(Pba,Pbb) 동안, 풀 브릿지 스위칭부(532) 및 하프 브릿지 스위칭부(538)의 스위칭 주파수가 가변되도록 제어할 수 있다. 이에 의해, 입력되는 태양전지 모듈(100)로부터의 직류 전원(Vin)이 낮은 경우에도 출력할 수 있는 파워 범위의 제한 없이, 안정적인 파워의 출력이 가능하다.
또한, 2 스테이지(stage) 기반의 전력변환장치 내에서 스위칭 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 태양광 모듈(100) 내의 전력변환장치(500) 내의 컨버터(530)는, 트랜스포머(536)와 하프 브릿지 스위칭부(538) 사이에 접속되는 인덕터(Lr)를 더 구비할 수 있다.
이때의 인덕터(Lr)는, 트랜스포머(536)와, 하프 브릿지 스위칭부(538) 사이의 에너지 전달을 위해 필요하다.
특히, 인덕터(Lr)는, 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)를 제공하며, 공진형 컨버터에서, 공진을 위해 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 전력변환장치(500)의 슬림화를 위해, 트랜스포머(536)와, 누설 인덕터(Lr)를 통합한 통합 트랜스포머 모듈(UTR)을 제안한다. 이에 대해서는, 도 9 이하를 참조하여 후술한다.
도면에서와 같이, 풀 브릿지 스위칭부(532)는, 서로 병렬 접속되는 제1 내지 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)와, 제1 내지 제2 스위칭 소자(Q1,Q2)에 각각 직렬 접속되는 제3 내지 제4 스위칭 소자(Q3,Q4)를 구비할 수 있다.
그리고, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 사이인 제1 노드(N1)와, 제3 스위칭 소자(Q3)와 제4 스위칭 소자(Q4)의 사이인 제2 노드(N2) 사이에, 트랜스포머(536)의 입력측(na,nb)이 접속될 수 있다.
한편, 도면에서와 같이, 하프 브릿지 스위칭부(538)는, 서로 직렬 접속되는 제5 스위칭 소자(Q5) 및 제6 스위칭 소자(Q6)와, 서로 직렬 접속되는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
이때, 제5 스위칭 소자(Q5), 제6 스위칭 소자(Q6)와, 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2)는, 서로 병렬 접속될 수 있다.
그리고, 제5 스위칭 소자(Q5)와 제6 스위칭 소자(Q6)의 사이인 제3 노드(N3)와, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 사이인 제4 노드(N4) 사이에, 트랜스포머(536)의 출력측(nc,nd)이 접속될 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 풀 브릿지 스위칭부(532)의 스위칭을 위한 스위칭 제어 신호(Sfb)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 하프 브릿지 스위칭부(538)의 스위칭을 위한 스위칭 제어 신호(Shb)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 스위칭을 위한 스위칭 제어 신호(Sic)를 출력할 수 있다.
한편, 제어부(550)는, 인버터(540)의 출력 전압(Vac) 파형에 따라, 풀 브릿지 스위칭부(532) 및 하프 브릿지 스위칭부(538)의 스위칭 주파수가 가변되도록 제어할 수 있다.
도 7a는, 컨버터(530)에서 인버터(540)로 전류가 흐르는 경우의 파형을 예시하며, 도 7b는, 인버터(540)에서 컨버터(530)로 전류가 흐르는 경우의 파형을 예시한다. 이때, 인버터(540)는 양방향 인버터일 수 있다. 한편, 컨버터(530)가 양방향 컨버터인 것도 가능하다.
한편, 도 6의 통합형 트래스포머와의 비교 설명을 위해, 도 8a 내지 도 8b의 종래의 트랜스포머에 대해 기술한다.
도 8a 내지 도 8d는 트랜스포머의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8a는, 일반 공진형 트랜스포머(TRxa)의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 일반 공진형 트랜스포머(TRxa)는 상측 제1 코어(UPCR), 보빈에 감긴 상측 권선(WNDXa)과, 하측 제1 코어(DNCR), 보빈에 감긴 하측 권선(WNDXb)로 구분되고, 상측과 하측 중간에 공극(air gap)(SPAx)이 배치된다. 그러나, 이러한 경우, 중앙의 제1 코어 공간이 고정되어 있으므로, 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 조절하기가 쉽지 않다는 단점이 있다.
다음, 도 8b와 도 8c는 통합형 트랜스포머의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 통합형 트랜스포머의 내부 제1 코어(CREx)는, 외벽(OTBx), 외벽(OTBx) 내에, 원형의 내벽(INBbx), 및 원형의 내벽(INBbx)을 둘러싸는 원형의 제2 내벽(INBax)의 배치된다. 그러나, 누설 인덕턴스(leakage inductance)를 만드는 내벽(INBbx) 및 제2 내벽(INBax)이 원형 형상을 가지므로, 가공이 용이하지 못하며, 따라서, 누설 인덕턴스를 설계 사양에 따라 용이하게 조절할 수 없게 된다.
또한, 개구(OPx)가 일측에만 배치되므로, 도 8c와 같이, 하나의 개구(OPx)를 통해, 권선에 전기적으로 연결되는 도전성 라인(CLE1x,CLE1y)이 배치되어야 하므로, 단락(short)의 위험성이 높아진다.
한편, 이러한 개구(OPx) 형성을 위해, 절삭 등 많은 가공이 필요하며, 권선의 체결과 도전성 라인(CLE1x,CLE1y)이 체결이 외부에서 수행되므로, 권선의 길이가 상당히 필요하다는 단점이 있다.
다음, 도 8d는, 통합형 트랜스포머의 다른 예를 예시한다.
도면을 참조하면, 통합형 트랜스포머의 내부 제1 코어(CREy)는, 통합형 트랜스포머의 내부 제1 코어(CREx)와 유사하게, 외벽(OTBy), 외벽(OTBy) 내에, 원형의 내벽(INBby), 및 원형의 내벽(INBby)을 둘러싸는 원형의 제2 내벽(INBay)의 배치된다.
한편, 도 8d의 내부 제1 코어(CREy)는, 도 8a의 내부 제1 코어(CREx)와 달리, 제2 내벽(INBay), 외벽(OTBy)에 각각 개구(OPm,OPbx)가 형성된다. 이에 따라, 제1 권선과 제2 권선이 각각, 개구(OPax), 개구(OPm,OPbx)를 통해 외부로 연장된다.
그러나, 이러한 내부 제1 코어(CREy)의 구조에 의하면, 리키지 인덕턴스의 크기를 비교적 크게 키울 수 없으며, 개구(OPax), 개구(OPm,OPbx) 등의 빈 공간으로 인하여, 발열, 효율 감소 및 전자파 노이즈가 외부로 방사되게 된다.
또한, 개구(OPax), 개구(OPm,OPbx) 등의 형성을 위해, 절삭 등의 추가 가공이 필요하다는 단점이 있다.
아울러, 권선 등이 외부로 연장되어 체결되어야 하므로, 권선의 길이가 길어져 권선 손실이 발생한다는 단점이 있다.
이에 따라, 이하에서는, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있는 트랜스포머의 구조에 대해 제안한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이고, 도 10a 내지 도 11b는 도 9의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(UTR)는, 하부 코어(CREa)와, 상부 코어(CREb), 하부 코어(CREa)에 권취되는 제1 권선(CLE1), 와 상부 코어(CREb)에 권취되는 제2 권선(CRE2)과, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 분리하는 격벽(MID)을 구비할 수 있다.
먼저, 하부 코어(CREa)는, 베이스(BAS)와, 베이스(BAS) 상에 돌출되는 제1 돌출부재(INBa)와, 제1 돌출부재(INBa)와 이격되며, 제1 돌출부재(INBa)를 둘러싸는 제1 외벽(OTBa)을 구비할 수 있다.
다음, 상부 코어(CREb)는, 제2 베이스(BASb)와, 제2 베이스(BASb) 상에 돌출되는 제2 돌출부재(INBb)와, 제2 돌출부재(INBb)와 이격되며, 제2 돌출부재(INBb)를 둘러싸는 제2 외벽(OTBb)을 구비할 수 있다.
제1 권선(CLE1)은, 하부 코어(CREa) 내에 권취되며, 제2 권선(CRE2)은, 상부 코어(CREb) 내에 권취된다.
본 발명의 예시에는 코어의 형상과 이를 둘러싸는 내벽과 외벽의 형상을 원형으로 제시했으나 타원형이나 다각형 등의 변형도 가능하다.
이때, 격벽(MID)은, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 분리한다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
또한, 태양광 모듈 내의 트랜스포머의 크기를 저감할 수 있으며, 누설 인덕터와 트랜스포머가 통합된 트랜스포머를 제작할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)에, 제1 돌출부재(INBa)와 제2 돌출부재(INBb)에 대응하는 위치에 형성된 개구(OPd)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)은 자성체를 포함한다. 이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
한편, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)의 길이는 동일하다. 이에 따라, 권선에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
한편, 하부 코어(CREa)에 제1 권선(CLE1)을 위한 제1 개구(OPa1)가 형성되며, 상부 코어(CREb)에 제2 권선(CLE2)을 위한 제2 개구(OPa2)가 형성된다. 이에 따라, 권선이 개구를 통해 외부로 연장되므로, 돌출부재, 외벽 등에 별도의 마모 가공 등이 필요 없으며, 권선 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 개구(OPa1)는, 하부 코어(CREa)의 베이스(BAS) 상에 형성되며, 제2 개구(OPa2)는, 상부 코어(CREb)의 제2 외벽(OTBb)에 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 하부 코어(CREa) 내의 베이스(BAS), 제1 돌출부재(INBa), 제1 외벽(OTBa)은, 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 상부 코어(CREb) 내의 제2 베이스(BASb), 제2 돌출부재(INBb), 제2 외벽(OTBb)은, 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 10a는, 하부 코어(CREa)의 상면을 도시한 도면이고, 도 10b는 하부 코어(CREa)의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제1 돌출부재(INBa)와 제1 외벽(OTBa) 사이의 베이스(BAS) 상에, 제1 개구(OPa1)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 10c는 상부 코어(CREb)의 배면을 도시한 도면이고, 도 10b는 상부 코어(CREb)의 상면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제2 외벽(OTBb)의 하단에 제2 개구(OPa2)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 10e는, 격벽(MID)을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 격벽(MID)에, 제1 돌출부재(INBa)와 제2 돌출부재(INBb)에 대응하는 위치에 형성된 개구(OPd)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)은 자성체를 포함하며, 이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
도 11a는 상부 코어(CREb)와 하부 코어(CREa) 내에 각각 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CRE2)이 권취된 것을 예시한다.
한편, 상부 코어(CREb)와 하부 코어(CREa)의 높이는, 도 11b와 같이, 각각 h2, h1로서, 서로 동일할 수 있다.
이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)의 길이는 동일하며, 결국 권선의 차이에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스포머를 도시한 도면이고, 도 13a 내지 도 14b는 도 12의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스포머(UTRb)는, 하부 코어(CREa)와, 상부 코어(CREb), 하부 코어(CREa)에 권취되는 제1 권선(CLE1), 와 상부 코어(CREb)에 권취되는 제2 권선(CRE2)과, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 분리하는 격벽(MID)을 구비할 수 있다.
먼저, 하부 코어(CREa)는, 베이스(BAS)와, 베이스(BAS) 상에 돌출되는 제1 돌출부재(INBa)와, 제1 돌출부재(INBa)와 이격되며, 제1 돌출부재(INBa)를 둘러싸는 제1 외벽(OTBa)을 구비할 수 있다.
다음, 상부 코어(CREb)는, 제2 베이스(BASb)와, 제2 베이스(BASb) 상에 돌출되는 제2 돌출부재(INBb)와, 제2 돌출부재(INBb)와 이격되며, 제2 돌출부재(INBb)를 둘러싸는 제2 외벽(OTBb)을 구비할 수 있다.
제1 권선(CLE1)은, 하부 코어(CREa) 내에 권취되며, 제2 권선(CRE2)은, 상부 코어(CREb) 내에 권취된다.
이때, 격벽(MID)은, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 분리한다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
또한, 태양광 모듈 내의 트랜스포머의 크기를 저감할 수 있으며, 누설 인덕터와 트랜스포머가 통합된 트랜스포머를 제작할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)에, 제1 돌출부재(INBa)와 제2 돌출부재(INBb)에 대응하는 위치에 형성된 개구(OPd)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)은 자성체를 포함한다. 이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
한편, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)의 길이는 동일하다. 이에 따라, 권선에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
한편, 하부 코어(CREa)에 제1 권선(CLE1)을 위한 제1 개구(OPa1)가 형성되며, 상부 코어(CREb)에 제2 권선(CLE2)을 위한 제2 개구(OPa3)가 형성된다. 이에 따라, 권선이 개구를 통해 외부로 연장되므로, 돌출부재, 외벽 등에 별도의 마모 가공 등이 필요 없으며, 권선 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 개구(OPa1)는, 하부 코어(CREa)의 베이스(BAS) 상에 형성되며, 제2 개구(OPa3)는, 상부 코어(CREb)의 제2 베이스(BASb) 상에 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 하부 코어(CREa) 내의 베이스(BAS), 제1 돌출부재(INBa), 제1 외벽(OTBa)은, 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 상부 코어(CREb) 내의 제2 베이스(BASb), 제2 돌출부재(INBb), 제2 외벽(OTBb)은, 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 13a는, 하부 코어(CREa)의 상면을 도시한 도면이고, 도 13b는 하부 코어(CREa)의 배면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제1 돌출부재(INBa)와 제1 외벽(OTBa) 사이의 베이스(BAS) 상에, 제1 개구(OPa1)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 13c는 상부 코어(CREb)의 배면을 도시한 도면이고, 도 13b는 상부 코어(CREb)의 상면을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제2 개구(OPa3)는, 상부 코어(CREb)의 제2 베이스(BASb) 상에 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
도 13e는, 격벽(MID)을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 격벽(MID)에, 제1 돌출부재(INBa)와 제2 돌출부재(INBb)에 대응하는 위치에 형성된 개구(OPd)가 형성된다. 이에 따라, 가공이 용이하며 전자파 노이즈의 방사를 저감할 수 있게 된다.
한편, 격벽(MID)은 자성체를 포함하며, 이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)을 이격시키며, 인덕턴스 조정이 가능하게 된다.
도 14a는 상부 코어(CREb)와 하부 코어(CREa) 내에 각각 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CRE2)이 권취된 것을 예시한다.
한편, 상부 코어(CREb)와 하부 코어(CREa)의 높이는, 도 14b와 같이, 각각 h2, h1로서, 서로 동일할 수 있다.
이에 따라, 제1 권선(CLE1)과 제2 권선(CLE2)의 길이는 동일하며, 결국 권선의 차이에 의한 동손을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 권선(CLE1)은, 도 6의 트랜스포머(536)의 1차측에 대응하며, 제2 권선(CLE2)은, 도 6의 트랜스포머(536)의 2차측에 대응할 수 있다.
도 15는 도 1 또는 도 2의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 15를 참조하면, 도 1 또는 도 2의 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, 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, 박막 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, 상기 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.
예를 들어, 6개의 스트링이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비할 수 있다.
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 3에서는 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 Acetate;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.
본 발명에 따른 트랜스포머, 및 이를 구비하는 전력변환장치 또는 태양광 모듈은 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 (12)

  1. 베이스와, 상기 베이스 상에 돌출되는 제1 돌출부재와, 상기 제1 돌출부재와 이격되며, 상기 제1 돌출부재를 둘러싸는 제1 외벽을 구비하는 제1 코어;
    상기 제1 코어에 권취되는 제1 권선;
    제2 베이스와, 상기 제2 베이스 상에 돌출되는 제2 돌출부재와, 상기 제2 돌출부재와 이격되며, 상기 제2 돌출부재를 둘러싸는 제2 외벽을 구비하는 제2 코어;
    상기 제2 코어에 권취되는 제2 권선;
    상기 제1 권선과 상기 제2 권선을 분리하는 격벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽에, 상기 제1 돌출부재와 상기 제2 돌출부재에 대응하는 위치에 형성된 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권선과 상기 제2 권선의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어에 상기 제1 권선을 위한 제1 개구가 형성되며,
    상기 제2 코어에 상기 제2 권선을 위한 제2 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구는, 상기 제1 코어의 상기 베이스 상에 형성되며,
    상기 제2 개구는, 상기 제2 코어의 상기 제2 외벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구는, 상기 제1 코어의 상기 베이스 상에 형성되며,
    상기 제2 개구는, 상기 제2 코어의 상기 제2 베이스 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어와 상기 제2 코어의 높이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와, 상기 제1 돌출부재, 상기 제1 외벽은 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스와, 상기 제2 돌출부재, 상기 제2 외벽은 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 트랜스포머;를 구비하는 전력변환장치.
  12. 제11항의 전력변환장치를 구비하는 태양광 모듈.
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