[논문]태양전지 모듈 고장진단센서를 이용한 모니터링 시스템

박유나; 강기환; 주영철; 김수현; 고석환; 장길수

doi:10.7836/kses.2016.36.5.091

태양전지 모듈 고장진단센서를 이용한 모니터링 시스템
The Monitoring System of Photovoltaic Module using Fault Diagnosis Sensor 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.36 no.5, 2016년, pp.91 - 100

박유나 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) , 강기환 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) , 주영철 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) , 김수현 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) , 고석환 (한국에너지기술연구원 태양광연구실) , 장길수 (고려대학교 전기전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes the PV module fault diagnosis sensor which is applied to Zigbee wireless network, and monitoring system using the developed sensor. It is designed with embedded sensor in junction box. The diagnosis elements for algorithm were voltage and temperature. For that reason, It is able to reduce the price and separate the fault of bypass diode from shading differently from other monitoring systems. This fault diagnosis algorithm verified through the Field-installed operations of PV module.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 센서의 가격 경쟁력을 확보하기 위하여 정션박스 일체형으로 고장진단센서를 개발하였다. 본 논문에서는 무선 지그비 통신기술이 적용된 PV 모듈 고장진단시스템을 제안하고자 한다.
본 논문은 지그비 통신을 이용하여 태양전지모듈의 고장 유형과 위치를 파악할 수 있는 모니터링 센서를 개발하였고, 개발한 센서의 알고리즘을 이용하여 모니터링 프로그램을 구축하여 실증연구 중에 있다. 이를 통하여 전압과 온도만으로 모듈의 음영에 대한 고장을 진단할 수 있음을 확인하였다.

가설 설정

또한 해외 선진국에서는 단가 및 연성비용 절감을 통한 태양광산업의 활성화를 기대하고 있다. 태양광발전시스템의 단점은 육안으로 고장판별이 어렵다는 것이다. 이에 따라 모니터링시스템의 필요성이 대두되고 있다.

제안 방법

3에서는 위의 모듈과 인버터를 사용하여 제작한 전체적인 고장진단 모니터링 시스템의 구성도를 나타낸다. 각 모듈의 정션박스에 내장되어 있는 지그비 센서를 통하여 고장모듈의 위치를 파악하도록 하였으며, 전압과 모듈 후면 즉 정션박스 내부의 온도 등을 계측하여 사용자가 컴퓨터로 쉽게 확인할 수 있도록 만들었다.
본 논문에서는 전압과 정션박스의 온도 측정을 통한 고장진단 알고리즘을 적용하였다. 또한 센서의 가격 경쟁력을 확보하기 위하여 정션박스 일체형으로 고장진단센서를 개발하였다. 본 논문에서는 무선 지그비 통신기술이 적용된 PV 모듈 고장진단시스템을 제안하고자 한다.

대상 데이터

Table 1과 Table 2에 나와 있는 것처럼 최대 전력이 260 W인 모듈 10장과 3 kW 태양광 계통 연계형 인버터를 설치하여 실증 BED를 구축하였다. Table 3은 본 논문의 실험에서 사용된 지그비 센서의 사양이다.

이론/모형

일반적으로 PV모듈의 고장진단은 단자의 전압 및 전류 측정을 이용한 고장진단이 주이다²⁾³⁾⁴⁾. 본 논문에서는 전압과 정션박스의 온도 측정을 통한 고장진단 알고리즘을 적용하였다. 또한 센서의 가격 경쟁력을 확보하기 위하여 정션박스 일체형으로 고장진단센서를 개발하였다.

성능/효과

(1) 음영의 면적이 증가할수록 전압강하가 커지는 것을 통해, 전압이 낮아지면 음영이 생겼음을 확인하여 고장진단이 가능하다.
(2) 일시적인 음영은 전압강하를 통하여 정상모듈과 비교한 고장진단이 가능하고, 지속적인 음영과 고장모듈은 전압강하와 온도 변화 값을 통하여 고장진단이 가능하다.
(3) 정션박스 내장형 무선 고장진단센서 개발 및 실증을 통하여 특정모듈의 고장이 발생하였을 때, 센서의 네트워크 주소를 이용해 고장모듈의 위치를 용이하게 찾을 수 있어 유지보수 관리비용의 절감이 가능하다.
11에서는 위의 실험을 통해 나온 정상모듈과 음영모듈의 전압 값을 비교하였다. 모듈의 1/3의 부분 음영을 가하였을 때의 모듈이 다른 정상모듈의 전압보다 약 10V 정도, 즉 전체전압의 1/3만큼 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 정상모듈과 음영모듈의 전압을 비교하여 고장 진단을 할 수 있다는 것을 확인하였다.
모듈의 1/3의 부분 음영을 가하였을 때의 모듈이 다른 정상모듈의 전압보다 약 10V 정도, 즉 전체전압의 1/3만큼 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 정상모듈과 음영모듈의 전압을 비교하여 고장 진단을 할 수 있다는 것을 확인하였다. 음영을 2/3, 전체음영을 가하였을 때도 마찬가지로 정상모듈일 때보다 감소하여 센서의 최소 동작 전압보다 낮아져 작동하지 않아 0V로 측정되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문은 지그비 통신을 이용하여 태양전지모듈의 고장 유형과 위치를 파악할 수 있는 모니터링 센서를 개발하였고, 개발한 센서의 알고리즘을 이용하여 모니터링 프로그램을 구축하였다, 이에 대한 결과는?	(1) 음영의 면적이 증가할수록 전압강하가 커지는 것을 통해, 전압이 낮아지면 음영이 생겼음을 확인하여 고장진단이 가능하다. (2) 일시적인 음영은 전압강하를 통하여 정상모듈과 비교한 고장진단이 가능하고, 지속적인 음영과 고장모듈은 전압강하와 온도 변화 값을 통하여 고장진단이 가능하다. (3) 정션박스 내장형 무선 고장진단센서 개발 및 실증을 통하여 특정모듈의 고장이 발생하였을 때, 센서의 네트워크 주소를 이용해 고장모듈의 위치를 용이하게 찾을 수 있어 유지보수 관리비용의 절감이 가능하다.
	지그비란?	지그비는 저전력, 저가격 사용의 용이성을 가진 무선 센서 네트워크의 대표적인 기술 중 하나이다. 일반전인 지그비통신은 반경 100 m 이내에서 2.
	지그비 네트워크의 구성은?	지그비 네트워크의 구성은 Fig. 1과 같이 코디네이터, 라우터, 노드가 있다. 코디네이터가 네트워크 채널, PAN ID를 생성하면 네트워크가 구성되며, 코디네이터는 지그비 네트워크를 매니징하게 된다.

참고문헌 (12)

SunShot, Photovoltaic System Pricing Tren ds: Historical, Recent, and Near-Term Projections 2013 Edition, NREL, 2013.
Bruno Ando, Senior Member, IEEE, Salvatore Baglio, Fellow, IEEE, Antonio Pistorio, Giuseppe Marco Tina, Member, IEEE, and Cristina Ventura. Sentinella: Smart Monitoring of Photovoltaic Systems at Panel Level, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 64, No. 8, 2015.
Chine, W., Mellit, A., Lughi, V., Malek, A., Sulligoi, G., and Massi Pavan. A., A novel fault diagnosis technique for photovoltaic systems based on artificial neural networks, Renewable Energy 90, pp. 501-512, 2016.

상세보기
Chine, W., Mellit, A., Massi Pavan, A., and Kalogirou, S. A., Fault detection method for grid-connected photovoltaic plants, Renewable Energy 66, pp. 99-110, 2014.

상세보기
Pierluigi Guerriero, Fabio Di Napoli, Gianlorenzo Vallone, Vincenzo d'Alessandro and Santolo Daliento, Monitoring and Diagnostics of PV Plants by a Wireless Self-Powered Sensor for Individual Panels, IEEE Journal of Photovoltaics, Vol. 6, No. 1, 2016.

상세보기
So, J. H., Lim, H. M., Hwang, H. M., Jung, Y. S., Ko, S. W., and Ju, Y. C., Loss Calculation Method of Grid-Connected Photovoltaic System, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 33, No. 5, 2013.
Ji, Y. G., Kong, J. H., Kang, G. H., Yu, G. J., Ahn, H. G, and Han, D. Y., The Characteristic of the Performance of the Bypass Diode with Composition Change of the String in Si-PV Module, Journal of Korea Institute of Electronics Engineers, Vol. 50, No. 7, pp. 985-996, 2014.
Je, H. W. and Yang, O., Remote Monitoring System of Photovoltaic Inverter using Zigbee Communication, Journal of Advanced Information Technology and Convergence, Vol. 10, No. 2, 2012.
Cho, H. C. and Sim, K. Y., A Development of Smart Monitoring Technique for Photovoltaic Power Systems, The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 64P, No. 2, pp. 50-56, 2015.
Ji, P. S., Lee, J. P., Lee, D. J., Byeon, S. J., and Lim, J. Y., Monitoring System for Solar Cell of Photovoltaic Power Generation Using Zigbee Technique, Korea Institute of Electronics Engineers, pp. 17-19, 2011.
Shin, W. G., Jung, T. H., Ko, S. W., 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, No. 4, pp. 67-75, 2015.

원문보기 상세보기
Ko, S. W., Ju, Y. C., So, J. H., Jung, Y. S., and Kang, G. H., The Charateristics of PV module under the Partial Shading Condition and with a Failure f Bypass Diode with Short, Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 36, No. 4, pp.41-48, 2016.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증