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문제 정의
- 따라서, 본 논문에서는 효율적인 태양전지 발전 시스템을 관리하고 최대전력을 전달하기 위하여 햇빛의 방향에 따라 또는 태양전지에 입사하는 일사량의 정도에 따라 많은 발전 전력에 차이가 있으므로 태양전지 발전의 경우 발전단가가 높고 효율이 낮기 때문에 일사량에 따른 전력을 측정하여 효율적인 발전에 필요한 조건을 알아 보기위해 1년간의 실증운전을 통한 일사량과 전력발생량을 비교 분석하였고, 각각의 일사량에 따른 전력패턴을 분석하여 태양전지 발전에 필요한 일사량과 전력과의 상관관계를 연구하였다.
제안 방법
- Soft-start는 부하의 기기 또는 제품의 장치가 전원스위치 ON 상태에서 전원을 공급해야 할 경우가 있으므로 돌입전류를 방지하기 위하여 2~20초의 대기시간 기능을 갖도록 하며 최대출력점 추적제어(Maxim Power Point Tracking)는 태양전지의 출력특성은 온도, 습도 등에 따라 변동하므로 태양전지로부터 외부 변화 요인에 따라 최대출력을 낼수 있도록 최대출력점 추종제어를 하도록 하였다.
- 계측 화면은 각 감시 요소별 아날로그 값을 막대 그래프와 디지털 값으로 분리 표시하여 나타내었으며 주요 계측 요소는 태양전지 풍력전지 출력 (직류전류, 전압, 전류), 인버터 출력(단상 전압, 전류, 유효전력, 전력량, 역률, 주파수) 그리고 기후 조건(외기온도, 태양전지 표면온도, 일사량 및 풍향 풍속)이다. 그래프 감시(일보1)는 일 단위별로 경사면 일사량, 태양전지 발전전력 그리고 부하 전력소비량을 표시할 수 있도록 1일 24시간 그래프로 출력토록 소프트웨어를 개발하여 적용되었다.
- 계측 화면은 각 감시 요소별 아날로그 값을 막대 그래프와 디지털 값으로 분리 표시하여 나타내었으며 주요 계측 요소는 태양전지 풍력전지 출력 (직류전류, 전압, 전류), 인버터 출력(단상 전압, 전류, 유효전력, 전력량, 역률, 주파수) 그리고 기후 조건(외기온도, 태양전지 표면온도, 일사량 및 풍향 풍속)이다. 그래프 감시(일보1)는 일 단위별로 경사면 일사량, 태양전지 발전전력 그리고 부하 전력소비량을 표시할 수 있도록 1일 24시간 그래프로 출력토록 소프트웨어를 개발하여 적용되었다. 이때 그래프 우측 상단에 일사량 적산치, 최대치, 발전 적산치, 최대치 및 부하량 최대치, 적산치를 표시할 수 있도록 되었다.
- 본 논문에서는 효율적인 태양전지 발전 시스템을 관리하고 최대전력을 전달하기 위하여 태양전지에 입사하는 일사량의 정도에 따라 많은 발전 전력에 차이가 있으므로 태양 전지 발전의 경우 발전단가가 높고 효율이 낮기 때문에 일사량에 따른 전력을 측정하여 효율적인 발전에 필요한 조건을 알아 보기위해 1년간의 실증운전을 통한 일사량과 전력 발생량을 비교·분석하였고, 각각의 일사량에 따른 전력패턴을 분석하여 태양전지 발전에 필요한 일사량과 전력과의 상관관계를 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 태양전지 모듈은 수평면 기준으로 정남향 방향으로 45[°]기울어져 설치되었으며 모니터링 결과는 1년을 기준으로 분석하였다. 실험장치가 구성된 태양광발전 어레이 출력 800[W], 인버터출력 1[kW] 태양광 발전설비에 대해 1년간의 Data를 전력량 측정기로 춘계, 하절기, 동절기별로 가장 일사량이 많은 달을 선정하여 특정일 외기 온도 변화에 따른 PV (photovoltaic) 어레이의 출력값(Vdc, Idc)을 15분 단위로 측정된 결과를 분석하였다.
- 일사량센서의 민감성은 약 9 [μV/Wm-2]이며 임피던스는 약 650[Ω], 온도 의존성은 ±1% 이상의 외기온도이며 반응 시간은 1초이며 온도 범위는 -20∼+40[℃]이고 ±3% 70-80[°] 천정 각도로 구성하였다.
- 이때 그래프 우측 상단에 일사량 적산치, 최대치, 발전 적산치, 최대치 및 부하량 최대치, 적산치를 표시할 수 있도록 되었다. 일일 발전 현황(일보2)으로 일일 시간대별 기상현황(경사면 일사량, 수평면 일사량, 외기온도, 태양전지 표면온도), 태양전지 발전 현황, 부하 현황 등을 표시할 수 있도록 소프트웨어를 구성하였으며 월간 발전 현황(월보1)으로 월간 일자별 기상현황(경사면 일사량, 수평면 일사량, 평균 외기온도), 태양전지 발전전력, 부하 소비전력 등을 표시할 수 있도록 하였다.
- 출력 과전류 검출회로(Output Over Current, O.O.C)는 과부하시 또는 선로의 단락시에 전류제한 모드에 의해 주어진 시간동안 동작하여야 하며, 순간단락이나 급격한 부하변동에 의한 출력과 전류변동현상이 수초이상 계속되면 인버터는 정지해야하며 주어진 시간내에 과전류 모드가 해제 되면 인버터는 정상적인 모드에서 운전되는 기능을 갖추도록 하였고 과열검출 및 정지 (Over Temp.)는 전력소자에서 발생한 열에 의한 기기손상을 방지하기 위하여 일정온도 이상 운전시 thermal relay 동작에 의하여 인버터를 정지하도록 해야 하며 단독운전 방지 (Islanding)는 한전 배전선로의 단락 또는 인버터 고장시 운전을 중단하고 계통 및 부하를 분리하도록 하였고, 트립후 재기동은 계통 이상에 따라 발전설비 운전중단 상태에서 계통정상화 될 경우 일정시간 경과 후 발전설비가 정상 가동되도록 설계하였다.
- 출력과전압 검출회로(Output Over Volatge, O.O.V)는 인버터 제어회로 이상으로 출력전압이 상승될 경우 기기 또는 제품의 손상을 방지하기 위하여 출력전압이 ± 10 %를 벗어나면 정지되는 기능을 갖추도록 하였다.
- 태양광 발전설비의 출력 및 상태를 감시하여 항상 최적의 상태로 동작되도록 하며 기동은 태양전지의 개방 전압을 감시하여 설정치를 넘으면 자동적으로 기동하며 정지는 태양전지의 출력 전류를 감시하여 설정치 이하가 되면 자동적으로 운전을 정지하도록 설계하였다.
대상 데이터
- 송신기의 종류는 Pt 100급A이며 하우징은 ABS이고 크기는 100 x 83 x 42 mm]이다. 보호는 IP65이고 케이블 그립은 7[mm]의 직경이다. 출력은 4-20[mA]이고 전력 공급은 24 [Vac/dc]+/- 10%이며 동작 온도는 -10 +50[℃]이고 무게는 145[g]이다.
- 4 [℃]이며 온도 범위는 -20~+80℃]이고 측정 시간은 20초이다. 송신기의 종류는 Pt 100급A이며 하우징은 ABS이고 크기는 100 x 83 x 42 mm]이다. 보호는 IP65이고 케이블 그립은 7[mm]의 직경이다.
- 태양전지 모듈은 수평면 기준으로 정남향 방향으로 45[°]기울어져 설치되었으며 모니터링 결과는 1년을 기준으로 분석하였다.
성능/효과
- 0∼1.5[A]까지 그림 1 (c)과 비교하여 증가한 것을 알 수 있으며 그림 1 (a)∼(c)의 결과와 비교하였을 때 전압-전류 특성의 면적이 증가하였음을 볼 수 있는데 이 면적은 전력에 해당하는 것이므로 일사량이 증가함에 따라 출력 전력이 증가함을 알 수 있다.
- 1. 100∼900[W/m2] 범위의 일사량에 따른 전압-전류특성부터 일사량이 증가함에 따라 전압, 전류가 증가하였는데 일사량이 증가함에 따라 출력 전력이 증가한 것으로 생각된다.
- 2. 100∼900[W/m2] 범위의 일사량에 따른 출력전력특성으로부터 일사량이 증가함에 따라서 출력전력이 증가하는 결과를 볼 수 있는데 이 결과는 일사량이 증가함에 따라 출력 전력이 증가하는 것으로서 일사량과 출력전력과의 관련식과도 잘 일치하는 결과이다.
- 이상의 결과로부터 일사량이 증가함에 따라 출력전력이 증가하는 경향을 나타내었고 일사량과 관련한 출력전력과의 관계식 (8)과 비교하였을 때 일사량이 증가함에 따라 출력이 증가하는 결과는 이 식과도 일치하는 결과이다.
- 이상의 결과로부터 일사량이 증가함에 따라 출력전력이 증가하는 경향을 나타내었으며 일사량과 관련한 출력전력과의 관계식 (8)과 비교하였을 때 일사량이 증가함에 따라 출력이 증가하는 결과는 이 식과도 일치하는 결과이다.
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