태양광발전 설비의 고장 중 서지에 의한 고장이 전체 고장률의 20% 차지하고 있으며 발전 중 수십에서 수백[A]의 에너지 방출과 인버터, 접속반 등의 전기적 손상은 전기안전사고로 이어지고 있다. 특히 낙뢰의 경우 전기회로에 이상 전압이 유기되어 절연을 파괴할 뿐만 아니라 이때 흐르는 전류는 화재의 원인이 되고 부품의 열화를 촉진하는 요인으로 작용한다. 이러한 작용으로 도심 밖에서 주택, 아파트, 관공서 등의 도심 내부로 확산하고 있는 태양광 발전장치의 전기 안전 문제가 대두되고 있다. 낙뢰는 필드 기반 및 전도성 전기 간섭을 유발하기에 이 효과는 케이블 길이 또는 도체 루프 증가와 관련하여 증가한다. 또한 서지는 태양광 모듈, 인버터 및 모니터링장치뿐만 아니라 건물 설비의 장치도 손상하기에 최종적으로는 태양광발전시스템의 화재로 인한 운영 중단과 이에 따른 재정손실을 유발하게 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 태양광발전시스템의 낙뢰발생으로 인한 화재 및 전기안전사고 증가로 인하여 재산피해 및 인명피해를 줄일 수 있는 목적으로 태양광발전장치의 낙뢰보호 시스템을 연구하고자 한다.
태양광발전 설비의 고장 중 서지에 의한 고장이 전체 고장률의 20% 차지하고 있으며 발전 중 수십에서 수백[A]의 에너지 방출과 인버터, 접속반 등의 전기적 손상은 전기안전사고로 이어지고 있다. 특히 낙뢰의 경우 전기회로에 이상 전압이 유기되어 절연을 파괴할 뿐만 아니라 이때 흐르는 전류는 화재의 원인이 되고 부품의 열화를 촉진하는 요인으로 작용한다. 이러한 작용으로 도심 밖에서 주택, 아파트, 관공서 등의 도심 내부로 확산하고 있는 태양광 발전장치의 전기 안전 문제가 대두되고 있다. 낙뢰는 필드 기반 및 전도성 전기 간섭을 유발하기에 이 효과는 케이블 길이 또는 도체 루프 증가와 관련하여 증가한다. 또한 서지는 태양광 모듈, 인버터 및 모니터링장치뿐만 아니라 건물 설비의 장치도 손상하기에 최종적으로는 태양광발전시스템의 화재로 인한 운영 중단과 이에 따른 재정손실을 유발하게 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 태양광발전시스템의 낙뢰발생으로 인한 화재 및 전기안전사고 증가로 인하여 재산피해 및 인명피해를 줄일 수 있는 목적으로 태양광발전장치의 낙뢰보호 시스템을 연구하고자 한다.
Among the failures of photovoltaic power generation facilities, failures caused by surges account for 20% of the total failure rate, and energy emissions of tens to hundreds [A] during power generation and electrical damage to inverters and connection boards lead to electrical safety accidents. In p...
Among the failures of photovoltaic power generation facilities, failures caused by surges account for 20% of the total failure rate, and energy emissions of tens to hundreds [A] during power generation and electrical damage to inverters and connection boards lead to electrical safety accidents. In particular, in the case of lightning, an abnormal voltage is induced in an electric circuit to destroy insulation, and the current flowing at this time causes a fire and acts as a factor that accelerates the deterioration of parts. Due to this action, the problem of electrical safety of solar power generation devices spreading from outside the city center to the inside of the city center such as houses, apartments, and government offices is emerging. Since lightning strikes cause both field-based and conducted electrical interference, this effect increases with increasing cable length or conductor loops. In addition, surge damages not only solar modules, inverters and monitoring devices, but also building facilities, which can eventually cause operational shutdown due to fire of the photovoltaic power generation system and consequent financial loss. Therefore, in this paper, a lightning protection system for solar power generation devices is studied for the purpose of reducing property damage and human casualties due to the increase in fire and electrical safety accidents caused by lightning strikes in photovoltaic power generation systems.
Among the failures of photovoltaic power generation facilities, failures caused by surges account for 20% of the total failure rate, and energy emissions of tens to hundreds [A] during power generation and electrical damage to inverters and connection boards lead to electrical safety accidents. In particular, in the case of lightning, an abnormal voltage is induced in an electric circuit to destroy insulation, and the current flowing at this time causes a fire and acts as a factor that accelerates the deterioration of parts. Due to this action, the problem of electrical safety of solar power generation devices spreading from outside the city center to the inside of the city center such as houses, apartments, and government offices is emerging. Since lightning strikes cause both field-based and conducted electrical interference, this effect increases with increasing cable length or conductor loops. In addition, surge damages not only solar modules, inverters and monitoring devices, but also building facilities, which can eventually cause operational shutdown due to fire of the photovoltaic power generation system and consequent financial loss. Therefore, in this paper, a lightning protection system for solar power generation devices is studied for the purpose of reducing property damage and human casualties due to the increase in fire and electrical safety accidents caused by lightning strikes in photovoltaic power generation systems.
본 논문에서는 전기안전 감시 및 낙뢰대책 시스템을 통해 전기 안전사고 및 재산ㆍ인명피해를 줄일 수 있으며, 재생에너지의 안전 불감증을 해소할 수 있는 태양광 발전장치 낙뢰보호 시스템을 다음과 같이 설계하였다.
본 논문에서는 태양광발전시스템의 낙뢰발생으로 인한 화재 및 전기안전사고 증가로 인하여 재산피해 및 인명피해를 줄일 수 있는 목적으로 태양광발전장치의 낙뢰 보호 시스템을 연구하고자 한다.
제안 방법
AMS 社의 AS3935 Franklin 칩셋을 이용한 낙뢰센서모듈을 이용하여 낙뢰에 대한 발생 강도, 거리등의 정보를 감지한 낙뢰 위험도 지수화에 따른 태양광설비 전로 분리 on/off제어를 할 수 있도록 그림 11과 같이 제어알고리즘을 구성하였다.
낙뢰센서모듈 개발과 관련하여 상위 시스템과의 통신을 통한 낙뢰정보에 대한 상태정보 전송, 데이터 저장을 통한 분석을 수행하기 위해 그림 9와 같이 PIC24FJ64GB를 이용하여 주변회로를 다음의 내용으로 설계하였다.
해외 낙뢰 시뮬레이터의 방전 근거리, 중거리, 장거리 신호분석을 기반으로 신호분석 및 낙뢰 감지를 평가하기 위해 낙뢰 시뮬레이터를 개발하였으며 다음의 내용으로 정리 할 수 있다.
성능/효과
그리고 중거리의 낙뢰신호인 경우 메인신호 및 반송파를 포함한 3X 패턴의 동일한 결과를 확인할 수 있으며 근거리 및 중거리의 낙뢰 발생에 따른 각차 낙뢰 발생시간이 약 900us(실험파형×2 값) 결과를 보여주고 있다.
그림 12에서 (1) : 인터럽트신호, (2) : 안테나출력신호, (3): 낙뢰발생신호로 최초 낙뢰발생에 따른 낙뢰 발생신호를 낙뢰 감지기를 통해 감지된 안테나 출력신호를 이용하여 낙뢰발생 판독에 따른 인터럽트 신호가 발생하고 있다. 따라서 개발한 낙뢰 감지기의 안테나 회로를 통해 발생 거리에 상관없이 낙뢰를 정확히 감지하고 있으며 시간지연이 거의 없이 신호를 출력하고 있다.
참고문헌 (9)
Ministry of Public Administration and Security Press?Release, 2019.
"Renewables Global Status Report," Renewable Energy?Policy Network for the 21st Century, pp. 94-106,?2019.
DEHN+SOHNE, Risk Mitigation through Lightning?Protection, 2016.
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