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[국내논문] Matlab을 이용한 손상된 바이패스 다이오드가 포함된 PV 모듈의 출력 추정
Estimation of Output Power for PV Module with Damaged Bypass Diode using MATLAB 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.36 no.5, 2016년, pp.63 - 71  

신우균 (충남대학교 에너지과학기술대학원) ,  고석환 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) ,  주영철 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) ,  장효식 (충남대학교 에너지과학기술대학원) ,  강기환 (한국에너지기술연구원 태양광연구실)

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Installed PV module in field is affected by shading caused by various field environmental factors. Bypass diodes are installed in PV module for preventing a power loss and degradation of PV module by shading. But, Bypass diode is easily damaged by surge voltage and has often initial a defect. This p...

Keyword

#PV module   #Matlab simulation   #Damaged bypass diode   #I-V curve   #P-V curve  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 손상된 바이패스 다이오드로 인한 PV 모듈의 전류 흐름 변화와 출력 예측에 관한 연구를 시뮬레이션을 통하여 수행하였다. 실험에 사용된 손상된 바이패스 다이오드는 인위적으로 손상시킨 다이오드이며, 손상된 바이패스 다이오드의 저항 값은 실험을 통한 측정값을 적용하였다.
  • 본 논문은 손상된 바이패스 다이오드가 있는 PV 모듈의 출력 특성을 예측하기 위해 수식을 유도하고 실제 측정 데이터와 비교하였다. 손상된 바이패스 다이오드는 미세한 저항을 가지며 흐르는 전류량에 따라 저항이 변하고, 이로 인해 PV 모듈의 전압을 미세하게 상승시킴을 확인하였다.
  • 모듈 내 손상된 바이패스 다이오드에 의한 전류의 흐름과 출력 예측에 관한 연구를 진행하였다. 본 논문의 결과는 손상된 바이패스 다이오드에 의해 발생하는 모듈의 전기적 특성 변화 연구에 활용이 가능할 것으로 생각된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
바이패스 다이오드는 어떻게 동작하는가? 바이패스 다이오드는 정상인 경우, 순 방향 동작 전압과 역방향 항복전압 특성을 이용해 스위칭 동작을 하게 된다. 하지만 손상될 경우 이와 같은 특성이 사라지고 미세한 저항을 가진 도체와 같게 된다.
Bypass Diode를 사용하는 이유는 무엇인가? 옥외에 설치되는 PV 모듈은 다양한 환경 조건 하에서 약 25~30년 동안 발전하게 된다1)2)3). PV 모듈의 수명을 보장하는 요소 중 Bypass Diode는 음영과 같은 PV 모듈 내 출력 불균일(Mismatching)을 발생시키는 요소들로부터 PV 모듈의 열화(Degradation)와 손실(Loss)을 억제하기 위해 사용된다4)5)6).
손상된 바이패스 다이오드가 있는 PV 모듈의 출력 특성은 어떻게 나타나는가? 본 논문은 손상된 바이패스 다이오드가 있는 PV 모듈의 출력 특성을 예측하기 위해 수식을 유도하고 실제 측정 데이터와 비교하였다. 손상된 바이패스 다이오드는 미세한 저항을 가지며 흐르는 전류량에 따라 저항이 변하고, 이로 인해 PV 모듈의 전압을 미세하게 상승시킴을 확인하였다. 또한 인버터 동작 유무에 의한 손상된 바이패스 다이오드로 흐르는 전류량은 아래와 같이 예측할 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. Laura S. Bruckman, Nicholas R. Wheeler, Junheng Ma, Ethan Wang, Carl K. Wang, Ivan Chou, Jiayang Sun and Roger H. French, Statical and Domain Analytics Applied to PV module Lifetime and Degradation Science, IEEE Access, Vol. 1, pp. 384-403, 2013. 

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  2. Sastry, O. S., Sriparn Saurabh, Shil, S. K., Pant, P. C., Rajesh Kumar, Arun Kumar and Bibek, B. Performance Analysis of Field Exposed Single Crystalline Modules, Solar Energy Materials & Solar Cells, pp. 1463-1468. 2010. 

  3. Vikrant Sharma, and Chandel, S.S., Performance and Degradation Analysis for Long Term Reliaility of Solar Photovolatic Systems: A review, Renewable ans Sustainable Energy Reiviews, Vol. 27, pp. 753-767, 2013. 

    상세보기 crossref

  4. Jung, T. H., Kang, K. H., and Ahn, H. K., Optimal Design of PV module with Bypass Diode to Reduce Degradation due to Reverse Excess Current, Transactions on Electrical and Electronic Materials, Vol. 15, No. 5, pp. 279-283, 2014. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Kim, S. T., Kang, G. H., Park, J. H., Ahn, H. K., Yu, G. J., and Han, D. Y., The electrical characteristics of Shading Effect in Photovoltaic Module, Journal of the Korean Solar Energy Society, pp. 257-262, 2008. 

  6. Alonso-Garica, M. C., Ruiz, J. M., and Chenlo, F., Experimental study of mismatch and shading effects in the I-V characteristic of a photovoltaic module, Solar Energy Material and Solar Cells, Vol. 90, Issue 3, pp. 329-340, 2006. 

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  7. Haeberiln, H., Damages at Bypass Diodes by Induced Voltages and Currents in PV Modules Caused by Nearby Lightning Currents, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milano, Italy, 2007. 

  8. Haeberin, H., Interference Voltages Induced by Magnetic Fields of Simulated Lightning Currents in Photovoltaic Modules and Arrays, 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Munich, Germany, pp. 22-26, 2001. 

  9. Dhere, N., Shiradkar, N., Schneller, E., and Gade, V., The Reliability of Bypass Diode in PV modules, Proc. SPIE 8825, 2013. 

  10. Shin, W. G., Jung, T. H., Ko, S. H., Ju, Y. C., Chang, H. S., and Kang, G. H., Analysis on Thermal & Electrical Characteristics Variation of PV module with Damaged Bypass Diodes, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 35, pp. 67-75, 2105. 

  11. Huiying Zheng, Shuhui Li, Rajab Challoo, and Julio Proano, Shading and Bypss Diode Impacts to Energy Extraction of PV arrays under Different Converter Configurations, Renewable Energy, Vol. 68, pp. 58-56, 2014. 

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  12. Engin karatepe, Takashi Hiyama, Mutlu Boztepe, and Metin Colak, Voltage Based Power Compensation System for Photovoltaic Generation System under Partially Shaded Insolation Coditions, Energy Conversion and Management, Vol. 49, pp. 2307-2316, 2008. 

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