[논문]옥외 태양광 발전 시스템의 Potential Induced Degradation 진단 및 야간 역전압 회복 연구

최훈주; 김광현; 장동식; 배수현; 박노창; 오원욱

옥외 태양광 발전 시스템의 Potential Induced Degradation 진단 및 야간 역전압 회복 연구 원문보기

태양광발전학회 = Bulletin of the Korea Photovoltaic Society, v.3 no.2, 2017년, pp.42 - 47

최훈주 ((주)신성이엔지 솔라사업부문 기술지원팀) , 김광현 ((주)신성이엔지 솔라사업부문 기술지원팀) , 장동식 ((주)신성이엔지 솔라사업부문 기술지원팀) , 배수현 (고려대학교 신소재공학과) , 박노창 (전자부품연구원 융복합전자소재 연구센터) , 오원욱 (전자부품연구원 융복합전자소재 연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The potential induced degradation (PID) phenomenon shows severe power loss within several years from the initial installation of solar power system. The accumulated power loss by PID is inevitable because the PID is suspected only if the power loss exceeds several percent. In this paper, we analyzed the cases of PID diagnosis and recovery by visiting the suspected PID site about 17 months after the installation of the 100kW PV system. The power difference of the two 50kW inverters was more than 20kWh, and the PR difference was more than 8%. From the beginning of the installation, the difference in power gradually increased. The recovery was observed for about 7 months by applying 1000V in the reverse bias at night. As a result, the power difference of the two inverters was recovered to within 2kWh. In the case of a power station suffering from PID in the field, it will be helpful for stable development operation by quick diagnosis and problem solving.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 실제 옥외 태양광 발전소의 모니터링 데이터를 이용해서 PID 발생 유무를 판단하고, 진단 및 PID 회복을 위해 야간에 역전압 방식의 offset box 적용한 사례를 분석하였다.

제안 방법

PID에 의한 출력 손실을 회복하기 위해서 2016년 1월 야간 역전압 방식으로 1000V를 적용하였다. 2016년 7월 31일까지 회복 현상을 관찰하였다.
1% 차이로 회복되었다. 2016년은 정상 시스템도 감소하였지만, 실제 옥외 환경과 바이패스 다이오드 및 케이블 등의 불량을 교체하면서 생긴 손실이 반영되었기 때문에, 본 논문에서는 두 시스템의 차이로만 판별하였다. 또한, 정확하게 회복된 수치를 정량화하지는 못하였다.
현장 점검은 스트링의 전압, 전류, 출력을 비교하고, IR 및 야간에 스트링의 EL을 측정하였다. PID 현상이 발생한 스트링의 양끝단 모듈을 수거하여 표준 상태에서 L-IV를 측정하였다. PID에 의한 출력 손실을 회복하기 위해서 2016년 1월 야간 역전압 방식으로 1000V를 적용하였다.
본 논문에서는 옥외 태양광 발전시스템의 PID에 의한 출력 저하현상의 현장 진단과 야간 역전압 인가를 이용한 회복을 시행 후 출력의 추이를 분석하였다. 동일한 50kW급 인버터에서 모니터링 된 출력의 차이가 1년 동안에 약 7% 이상 차이를 보이고, 출력과 Voc, EL, 회수 후 L-IV 측정 등을 시행한 결과 PID로 판별이 되었고, 약 4개월간 회복 후 두 시스템의 1일 발전량 차이는 2kWh 내로 개선되었다.
모듈은 2014년 7월1일부터 가동된 이후 약 17개월 후 2015년 11월 두 인버터간의 1일 출력의 차이가 20kW 이상, PR값의 차이는 8~10% 발생하여 현장 점검을 진행하였다. 현장 점검은 스트링의 전압, 전류, 출력을 비교하고, IR 및 야간에 스트링의 EL을 측정하였다. PID 현상이 발생한 스트링의 양끝단 모듈을 수거하여 표준 상태에서 L-IV를 측정하였다.

이론/모형

PID 현상이 발생한 스트링의 양끝단 모듈을 수거하여 표준 상태에서 L-IV를 측정하였다. PID에 의한 출력 손실을 회복하기 위해서 2016년 1월 야간 역전압 방식으로 1000V를 적용하였다. 2016년 7월 31일까지 회복 현상을 관찰하였다.

성능/효과

그림 1은 설치 초기 2014년 7월1일부터 2015년 12월 31일까지 정상 인버터와 PID 발생 의심 시스템의 PR 및 PR 차이를 보여준다. 동일한 50kW급 두 개의 시스템은 초기부터 차이가 나기 시작해서 약 17개월 동안 PID 발생 시스템은 약 10%정도 출력 손실이 발생하였다. 이러한 출력 손실이 발생하였지만, 모니터링 출력 데이터를 비교하기 전까지는 발전시스템의 문제점을 인식하기 어렵다.
본 논문에서는 옥외 태양광 발전시스템의 PID에 의한 출력 저하현상의 현장 진단과 야간 역전압 인가를 이용한 회복을 시행 후 출력의 추이를 분석하였다. 동일한 50kW급 인버터에서 모니터링 된 출력의 차이가 1년 동안에 약 7% 이상 차이를 보이고, 출력과 Voc, EL, 회수 후 L-IV 측정 등을 시행한 결과 PID로 판별이 되었고, 약 4개월간 회복 후 두 시스템의 1일 발전량 차이는 2kWh 내로 개선되었다. 또한, 설치 이후 동일한 7월의 PR추이에서도 회복 후 두 시스템의 차이는 0.
정밀한 진단을 하기 위해서 인버터별 3개의 스트링의 전압, 전류, 출력을 측정한 결과는 표 1과 같다. 정상 인버터의 스트링 출력에 비하여, PID 발생 스트링 출력은 평균 15.7% 출력 손실이 발생하였다.
그림 6은 설치 초기 2014년부터 2016년 까지 3개년 동안 7월의 PR을 비교한 결과이다. 초기 한달동안 약 1.1%의 PR 차이를 보였고, 1년 후 약 7.2%로 PID 발생 시스템의 PR이 감소되었다. 회복 후 약 6개월이 지난 2016년의 경우 두 개의 시스템의 PR은 0.

후속연구

이를 해결하기 위해 모니터링 데이터의 출력이 아닌 발전성능 추이를 먼저 살펴볼 필요가 있고, 주기적인 스트링과 인버터 점검을 통해서 사전에 검출할 수 있다. 또한, 야간 역전압을 이용한 PID offset box를 활용하여 약 4개월 정도의 기간동안 출력이 회복됨으로써 안정적인 발전 시스템의 운영에 도움이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광 모듈의 PID 현상은 어떻게 발생하는가?	태양광 모듈의 PID 현상은 2010년 Solon사에서 최초로 발표 한 이후로 최근까지 활발히 연구가 진행되어 왔다.[1,2] PID는 접지된 태양광 모듈의 프레임과 태양전지 사이의 전압 차이로 인해 유리에 포함된 Na 이온이 유리에서 태양전지로 이동하면서 발생된다. 태양전지로 이동한 Na 이온은 태양전지의 stacking fault를 따라 PN 접합으로 이동하여 심각한 출력 손실이 발생한다.
	현재까지 보고된 PID 회복 원인은 무엇인가?	온도, 역전압에 의해 PID가 해소되는 연구 결과는 많이 보고되었고, 현재 회복이 가능하다고 인식되고 있지만 아직 그 원인에 대한 연구는 부족한 상황이다. 현재까지 보고된 PID 회복 원인으로는 stacking fault 내부로 침투한 Na 이온이 다시 역전압, 온도에 의해 실리콘 표면으로 빠져나가는 재확산 반응이 일어나기 때문으로 보고되었다.[7] PID 이후 열화된 영역이 온도 및 역전압이 인가될 경우 감소하고, Na 이온이 stacking fault 내부에서 사라지는 것이 확인되었다.
	PID는 무슨 변수에 의해 결정되는가?	태양전지로 이동한 Na 이온은 태양전지의 stacking fault를 따라 PN 접합으로 이동하여 심각한 출력 손실이 발생한다.[3] PID는 태양전지 반사 방지막의 굴절률과 두께, 태양 전지의 stacking fault, 봉지재의 부피 저항과 같은 다양한 변수에 의해 결정된다.[1-3]

참고문헌 (14)

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