본 논문에서는 태양광 발전시스템의 최대전력점을 추종하기 위해, 개방회로전압과 가까운 첫 번째 지역극대전력점(local peak power point)의 전압 및 전류값이 특정한 범위 내에 있을 경우, 첫 번째 지역극대점이 전역극대전력점(global peak power point)인지 판단할 수 있도록 패턴을 분석하였다. 직-병렬 어레이로 연결된 태양전지 모듈에 부분그늘문제(partial shading problem)가 발생할 경우 다수의 지역극대전력점이 관찰될 수 있어, 전역극대전력점을 찾는데 어려움이 있다. 부분선형 태양전지 모델을 이용한 태블로 해석(Tableau analysis)으로 태양전지 어레이 회로의 V-I 특성을 시뮬레이션하여 지역극대전력점과 전역극대전력점을 확인하고, 그에 해당하는 전압 및 전류 값과 V-I 특성곡선의 패턴을 분석하였다. 분석된 패턴을 통해 특정한 영역을 설정하여 첫 번째 지역극대전력점이 전역극대전력점 인지 판단하여 발전하는 경우, 첫 번째 지역극대전력점으로만 발전했을 때에 비해 효율이 향상되었다.
본 논문에서는 태양광 발전시스템의 최대전력점을 추종하기 위해, 개방회로전압과 가까운 첫 번째 지역극대전력점(local peak power point)의 전압 및 전류값이 특정한 범위 내에 있을 경우, 첫 번째 지역극대점이 전역극대전력점(global peak power point)인지 판단할 수 있도록 패턴을 분석하였다. 직-병렬 어레이로 연결된 태양전지 모듈에 부분그늘문제(partial shading problem)가 발생할 경우 다수의 지역극대전력점이 관찰될 수 있어, 전역극대전력점을 찾는데 어려움이 있다. 부분선형 태양전지 모델을 이용한 태블로 해석(Tableau analysis)으로 태양전지 어레이 회로의 V-I 특성을 시뮬레이션하여 지역극대전력점과 전역극대전력점을 확인하고, 그에 해당하는 전압 및 전류 값과 V-I 특성곡선의 패턴을 분석하였다. 분석된 패턴을 통해 특정한 영역을 설정하여 첫 번째 지역극대전력점이 전역극대전력점 인지 판단하여 발전하는 경우, 첫 번째 지역극대전력점으로만 발전했을 때에 비해 효율이 향상되었다.
In the paper, a pattern analysis to decide whether the 1st local peak power point near open circuit voltage is the global peak power point or not, in case that the voltage and current at the 1st local peak power point are in a specific range, for Maximum Power Point Tracking on the photo voltaic pow...
In the paper, a pattern analysis to decide whether the 1st local peak power point near open circuit voltage is the global peak power point or not, in case that the voltage and current at the 1st local peak power point are in a specific range, for Maximum Power Point Tracking on the photo voltaic power conversion system. When a solar cell panel array is shaded partially, multi-local peak power points can occur. That makes it hard to search the global peak power point. Through Tableau analysis using by piecewise linear solar cell model, V-I characteristic of a solar cell panel array circuit when partial shading problem happens, is simulated. The global peak power and the local peak power points is confirmed by simulations. Voltage and current values and patterns of V-I characteristic are analyzed. The generating efficiency of the solar cell panel array is improved, when the solar cell panel array circuit is operated at the power point estimated by setting up specific range.
In the paper, a pattern analysis to decide whether the 1st local peak power point near open circuit voltage is the global peak power point or not, in case that the voltage and current at the 1st local peak power point are in a specific range, for Maximum Power Point Tracking on the photo voltaic power conversion system. When a solar cell panel array is shaded partially, multi-local peak power points can occur. That makes it hard to search the global peak power point. Through Tableau analysis using by piecewise linear solar cell model, V-I characteristic of a solar cell panel array circuit when partial shading problem happens, is simulated. The global peak power and the local peak power points is confirmed by simulations. Voltage and current values and patterns of V-I characteristic are analyzed. The generating efficiency of the solar cell panel array is improved, when the solar cell panel array circuit is operated at the power point estimated by setting up specific range.
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제안 방법
본 논문에서는 구분 선형 태양전지 모델을 회로요소로 사용한 태블로 해석법으로 태양전지 어레이 회로를 해석하여, 태양 전지 발전 시스템의 시간에 따른 전압, 전류를 시뮬레이션 하였고, 시뮬레이션 결과를 검증하기 위해, 5W급 태양전지를 직-병렬 3x3 형태로 구성하여 얻은 V-I특성과 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한 시뮬레이션으로 태양전지 모듈어레이의 일사량 조건을 바꿔가며 여러 케이스의 V-I특성을 얻었고, 얻어진 V-I특성으로 전역극대전력점과 지역극대전력점들을 검출하며 그 패턴을 분석하였다. 분석된 패턴을 통하여 VOC에 가까운 지역극대전력점의 전압, 전류 값이 특정한 값인 경우, 확인된 지역극대전력점이 전역극대전력점인지 지역극대전력점인지 판단할 수 있도록 특정한 영역을 설정하여 효율 향상을 꾀하였다.
부분선형 태양전지 모델을 적용한 테블로 해석법으로 실제의 5W급 태양전지를 3x3 형태로 직-병렬 연결한 태양전지 모듈 어레이의 V-I특성을 근사하게 모사하였다. 또한, Q.PRO245 태양전지 모듈을 부분선형 태양전지 모델로 근사화하여, 모듈의 3가지 일사량 조건에 따라 바뀔 수 있는 204가지 4x4 직-병렬 태양전지 모듈 어레이의 V-I특성을 해석하였다.
본 논문에서는 구분 선형 태양전지 모델을 회로요소로 사용한 태블로 해석법으로 태양전지 어레이 회로를 해석하여, 태양 전지 발전 시스템의 시간에 따른 전압, 전류를 시뮬레이션 하였고, 시뮬레이션 결과를 검증하기 위해, 5W급 태양전지를 직-병렬 3x3 형태로 구성하여 얻은 V-I특성과 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한 시뮬레이션으로 태양전지 모듈어레이의 일사량 조건을 바꿔가며 여러 케이스의 V-I특성을 얻었고, 얻어진 V-I특성으로 전역극대전력점과 지역극대전력점들을 검출하며 그 패턴을 분석하였다.
본 논문에서는 태양광 발전시스템의 최대전력점을 추종하기 위하여, 개방회로전압(VOC)에 가까운 첫 번째 지역극대전력점(local peak power point)의 전압 및 전류값의 패턴을 분석하여, 첫 번째 지역극대전력점이 설정한 특정한 영역 내에 있을 경우, 그 점이 지역극대전력점이 전역극대전력점(global peak power point)인지 판단할 수 있도록 패턴을 분석하였다.
부분선형 태양전지 모델을 적용한 테블로 해석법으로 실제의 5W급 태양전지를 3x3 형태로 직-병렬 연결한 태양전지 모듈 어레이의 V-I특성을 근사하게 모사하였다. 또한, Q.
또한 시뮬레이션으로 태양전지 모듈어레이의 일사량 조건을 바꿔가며 여러 케이스의 V-I특성을 얻었고, 얻어진 V-I특성으로 전역극대전력점과 지역극대전력점들을 검출하며 그 패턴을 분석하였다. 분석된 패턴을 통하여 VOC에 가까운 지역극대전력점의 전압, 전류 값이 특정한 값인 경우, 확인된 지역극대전력점이 전역극대전력점인지 지역극대전력점인지 판단할 수 있도록 특정한 영역을 설정하여 효율 향상을 꾀하였다.
이러한 경향을 분석하여 전역극대전력점과 효율이 임의의 설계치인 20%이상 차이 나는 전력점들의 V-I위치를 MPPT제어가 필요한 영역으로 구분하였다. MPPT제어가 필요한 영역을 구분하여 발전하는 경우, 첫번째 지역극대전력점으로만 발전하는 경우에 비해 5.
대상 데이터
대기 질량 AM 1.5, 온도 25℃, 일사량 1000W/m2인 조건에서, PMAX=5W, VMPP=18.5V, IMPP=0.3A, VOC=22.7V, ISC=0.32A의 특징을 갖는 36개의 다결정 실리콘 쎌로 만들어진 5W급 태양전지모듈을 사용하여 그림 4의 태양전지모듈 어레이 회로를 꾸몄다. 5W급 태양전지모듈의 V-I 특성곡선은 그림 6에 나타내었다.
실내에서 실험하기 위해 인공조명을 설치하여 실험하였다. 인공조명으로는 1개의 태양전지 모듈 당 4개의 100W급 할로겐 램프가 쓰였으며, 전압을 측정을 위해 디퍼렌셜 프로브(differential-probe)와 전류 측정을 위해 전류 프로브(current probe)를 사용하여 오실로스코프로 전압, 전류 파형을 얻었다.
실험을 통해 증명된 부분선형 태양전지모델을 이용한 태블로 회로해석으로, 일사량이 1000w/m2, 500w/m2, 200w/m2인, 3가지 조건의 태양전지 모델을 조합하여 4x4형태의 직-병렬형태로 배치된 Q-CELLS사의 245W급 태양전지 모듈 어레이(그림 13)의 전압-전류를 시뮬레이션 하여 204개의 V-I곡선을 얻었다.
이론/모형
태양전지 모델을 다-구분 선형 모델로 제작하였다. Q-Cells사의 태양전지 모듈 Q.
성능/효과
이러한 경향을 분석하여 전역극대전력점과 효율이 임의의 설계치인 20%이상 차이 나는 전력점들의 V-I위치를 MPPT제어가 필요한 영역으로 구분하였다. MPPT제어가 필요한 영역을 구분하여 발전하는 경우, 첫번째 지역극대전력점으로만 발전하는 경우에 비해 5.02%의 효율 향상이 있었다.
이 204가지 V-I 패턴을 분석하여, 다수의 지역극대전력점이 존재하는 V-I 특성일 경우, 전역극대전력점 보다 첫 번째 지역극대전력점의 생산 전력이 적을수록, 첫 번째 지역극대전력점의 V-I위치는 V-I평면에서 개방회로전압(VOC)과 가깝게 위치하는 경향을 확인하였다.
후속연구
분석된 패턴은 태양전지 각 모듈의 일사량 정보를 알지 못하여, 태양전지 모듈과 직접 연결되어 있는 전력변환기의 입력 측 전압 및 전류센서 정보로만 MPPT를 추정하는 소규모의 발전시스템에서의 부분그늘문제를 일부분 해결해 줄 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양광발전의 장점은 무엇인가?
태양광발전은 표면에 입사되는 햇빛을 받아 광전효과 (Photoelectric Effect)에 의해 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 물리적으로 화학변화를 동반하지 않기 때문에 환경 오염물질을 발생하지 않으며, 기계적 가동 부분이 없기 때문에 소음과 마찰에 의한 마모가 없어 내구성이 강하며 반영구적 수명을 갖고 있다. 이러한 장점으로 운전관리비를 최소화 할 수 있기 때문에 태양광 발전은 신재생에너지 자원 중 안정된 에너지원의 하나로 각광받고 있다.
태양광 발전 시스템의 발전량에 영향을 주는 것은 무엇인가?
태양광 발전 시스템은 햇빛이 있는 주간에만 발전을 할 수 있기 때문에 일사시간에 최대한 발전을 해야 하며, 그 발전량은 계절, 시간, 기상조건에 따라 변화하는 일사량에 따라 좌우 된다. 태양광 발전 시스템은 남향을 중심으로 위도가 같은 경사각을 이루고 건물이나 주변 사물에 의해 그늘에 가리지 않는 곳에 위치한다.
태양광발전이란 무엇인가?
태양광발전은 표면에 입사되는 햇빛을 받아 광전효과 (Photoelectric Effect)에 의해 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 물리적으로 화학변화를 동반하지 않기 때문에 환경 오염물질을 발생하지 않으며, 기계적 가동 부분이 없기 때문에 소음과 마찰에 의한 마모가 없어 내구성이 강하며 반영구적 수명을 갖고 있다.
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