[논문]태양광 발전시스템 전지모듈의 온라인 감시 진단 시스템 개발

이종필; 지평식; 변상준; 임재윤

[국내논문] 태양광 발전시스템 전지모듈의 온라인 감시 진단 시스템 개발
On Line Monitoring and Diagnosis Technique for the Array of Photovoltaic Energy System 원문보기

The global environment deteriorating which originated from using of fossil fuel is an serious problem for human being to solve. The photovoltaic energy has been considered as a solution. In advanced countries, research and development for photovoltaic(PV) energy system is carrying on. Once installed, a PV array requires maintenance and fault diagnosis other than an occasional cleaning. In this research, the proposed system monitor and diagnosis the output of PV array by on-line for maintenance of PV power plant. The validity of proposed system is verified using sample system.

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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 독립형 및 계통 연계형 태양광 발전시스템의 전력 공급 신뢰성을 향상시키기 위해 태양광 발전시스템의 태양전지모듈 동작 상태를 온라인으로 감시하고, 이상 유무를 진단하는 온라인 감시진단 시스템을 개발하고자 한다. 대규모 태양광 발전시스템을 구축했을 때 태양전지 모듈의 출력을 원거리에서 온라인으로 상시 감시하여 이상 진단을 수행함으로서 태양광 발전 시스템의 성능을 최상의 상태로 유지 할 수 있는 태양광 발전시스템 전지모듈의 온라인감시 진단 시스템을 구축하고 실증 실험을 통해 그 타당성을 제 시 하였 다.

가설 설정

대규모 태양광발전소의 경우 매우 많은 수의 태양전지 모듈로 구성되므로 일정한 숫자의 태양전지 모듈로 그룹화해서 진단하게 되는데. 본 연구에서는 각 모듈을 하나의 그룹으로 가정하여 시제품을 제작하였다. 샘플 시스템에서는 측정부와 중앙처리 장치 사이의 거리가 멀지 않아 통신모듈로 블루투스 통신 방식을 사용하였으나 거리가 먼 경우에는 rf방식을 사용 하는 편이 더욱 적당할 것이다[7].

제안 방법

45。각도의 구조물을 제작하여 태양전지 모듈을 고정하였다.
대규모 태양광 발전시스템을 구축했을 때 태양전지 모듈의 출력을 원거리에서 온라인으로 상시 감시하여 이상 진단을 수행함으로서 태양광 발전 시스템의 성능을 최상의 상태로 유지 할 수 있는 태양광 발전시스템 전지모듈의 온라인감시 진단 시스템을 구축하고 실증 실험을 통해 그 타당성을 제 시 하였 다.
상태를 출력하고 데이터베이스에 저장하게 된다. 또 시스템에서 발생하는 이상상태 및 진단사항을 UMS(Unified Messaging System)에 의해 음성사서함, 팩스사서함, 유선전화 및 휴대폰 연결기능, 문자전송기능 등을 제공할 수 있도록 하였다.
서버의 실행화면을 나타내었다. 모니터링 프로그램의 메인화면 좌측 상단에 주 메뉴를 배치하고 중앙에 모듈들의 상태를 시각적으로 표현하는 한편 하단에 각 모듈의 구체적인 상태와 출력 값 등을 문자와 숫자로 표시하여 사용자에게 가장 익숙한 유저 인터페이스가 되도록 GUI를 설계하였다.
본 연구에서 구축하려는 시스템은 태양전지 모듈의 출력을 온라인 상태로 측정하여 모듈의 이상 여부를 진단하는 시스템으로 그림 1과 같이 태양전지 모듈, Data Logger, Power Controller, Battery, Inverter 등으로 구성되어 있다.
제안된 방법의 타당성을 입증하기 위해 제작된 샘플 시스템의 특성시험을 수행하였다. 그림 7 (a)에 보이는 것처럼 인위적으로 2번째 태양광 모듈의 고장을 상정하기 위해 흰 천으로 태양전지 모듈의 일사량을 차단하였다.
제작하였다. 제작된 샘플 시스템은 그림 3에 보이는 것처럼 태양전지 모듈을 전면에 배치하고 후면의 모듈의 출력 부분에서 전압, 전류를 측정한 후 무선 통신 시스템을 이용해 중앙처리장치로 데이터를 송신하도록 구성하였다.
태 양전지의 출력전압은 0〜20.8[V]로 데이터 취득을 위 해 A/D변환에 의해 0~5[V]범위로 제한하기 위해 본 연구에서는 홀 효과를 이용한 전압, 전류센서를 이용하여 출력 전압, 전류를 정밀하게 즉정한 후, 즉정된 자료를 무선통신을 통해 중앙처리장치로 송신하여 태양전지 모듈의 출력을 상시 감시할 수 있는 시스템으로 구성하였다.
샘플 시스템의 세부 사양은 표 1과 같다. 태양전지 모듈에서 발생한 전기 에너지는 판넬 뒷면의 저항부하와 상부의 팬에서 소비시키도록 하였다. 각 태양전지 판넬의 출력 부분에 전류 센서를 위치시켜 판넬의 출력 전류를 감지 한 후에 DAQ(Data Acquistion) 모듈에서 디지털 값으로 변환시키고 변환된 디지털 값을 통신모듈을 통해 중앙처리장치로 송신한다.
태양전지 모듈의 온라인 감시 및 이상 진단을 위해 그림 2 에서 제시한 알고리즘을 적용하여 실증시험을 위한 샘플 시스템을 제작하였다. 제작된 샘플 시스템은 그림 3에 보이는 것처럼 태양전지 모듈을 전면에 배치하고 후면의 모듈의 출력 부분에서 전압, 전류를 측정한 후 무선 통신 시스템을 이용해 중앙처리장치로 데이터를 송신하도록 구성하였다.

성능/효과

또한. UMS에 의해 관련 책임자에게 문자메일이 전송되는 등 체계적 이벤트 관리가 이루어짐을 확인 활 수 있었다.
=1 결과 그림 2 에서 제안한 알고리즘에 의해 그림 (b)와 같이 모니터링 프로그램을 확인한 결과 모니터링 프로그램에서 이상 발생 모듈의 위치와 출력값이 표시 되며 이벤트 로ZL파일에 이상 발생 시간. 모듈명 등이 저장됨을 확인하였다. 또한.

후속연구

개발된 온라인 감시 진단 시스템은 국제적으로 태양광발전 시스템의 유지 보수 기술을 선점하고, 태양전지 모듈의 정확한 감시 진단으로 효율적 유지 보수가 가능해져 태양광발전 시스템의 유지 보수관리비 감소로 경제적 이득 창출이 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
본 시스템을 이용하여 앞으로 정부가 주도하는 태양광 대체 에너지기술 개발과 보급을 위한 기술 자료나 ESCO 사업의 대안으로 가능성 검토를 위한 기술적 분석 자료로 이용이 가능하고 태양광 발전 시스템 사업의 분야로의 진출을 유도하는 기술적 자료의 제공이 가능할 것이다.

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