[논문]30kW PVIB의 설계 및 구동특성에 관한 연구

박세준; 윤정필; 최홍준; 신영식; 차인수; 김동묵; 임중열

30kW PVIB의 설계 및 구동특성에 관한 연구
A Study for Design and Operational Features of Grid-Connected 30kW PVIB 원문보기

박세준 (동신대학교 대학원 전기전자공학과) , 윤정필 (동신대학교 대학원 전기전자공학과) , 최홍준 (동신대학교 수소에너지학과) , 신영식 (동신대학교 수소에너지학과) , 차인수 (동신대학교 수소에너지학과) , 김동묵 (동신대학교 수소에너지학과) , 임중열 (남부대학교 컴퓨터전기정보과)

A PVIB(Photovoltaic in Building) system is united by a constituent outer covering and can expect dual effects that reduce expenses for the establishment of a PV system. It is a profitable technology because it does not need a building as it is a stand alone PV system. This paper presents design, operational features analysis, and PCS(Power Conditioning System) of grid-connected 30kW PVIB set up on the library of Dongshin University. For a sustainable photovoltaic system in this area, the data of the PVIB system are collected and analyzed by monitoring system using LabView. PCS of the grid-connected PVIB system, also, is designed for optimal operation with characteristics suggested in this paper.

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문제 정의

또한 그림 5는 PV어레 이, 인버 터 및 계통의 실시간 상태와 보고서로서, 사용자가 편하게 접근할 수 있도록 사용자 인터페이스를 간소화하여 비전공자도 손쉽게 비교하고 문제점을 찾을 수 있도록 하였다. 또한 데이터베이스 화된 데이터를 그래프로 표현하여 시스템을 분석하는데 용이하도록 하였다. 특징으로는 기존에는 시스템 구동 이상 시 시스템 전체를 확인하여 문제를 해결흐)]야 하므로 관리에 소요되는 시간과 비용이 큰 반면, 본 모니터링 시스템은 문제가 발생되는 부분과 그 이유를 찾을 수 있게 관리자로 하여금 실시간으로 인터넷을 통한 발전현황 확인이 가능하도록 설계하여, 효율적이고 경제적인 유지 및 보수가 가능하다는 이점을 갖고 있다.

제안 방법

- 본 변압기는 1차측 권선은 INVERTER 에 연결되고 2차측 권선은 출력측과 연결되는 복권 변압기로서 누설 리액턴스 성분을 함유하도록 한 특수한 구조로 되어있으며 출력 FILTER기능의 일부를 포함한 방식으로 고주파 성분을 극소화시키며 장비의 효율을 극대화시키도록 제작하였다.
- 본 부분은 논리회로를 구동하기 위한 보조 전원부 및 역변환부의 제어부와 상태표시 경보부, 동기절체 제어부 등으로 구성되며 POWER SUPPLY는 직류를 직접 공급받아 고성능 스위칭방식에 의한 DC/DC CONVERTER 방식을 사용함으로써 절체 또는 가동시 오동작이 배제되고 본 장치 내에서 발생되는 과도전압에도 제어회로가 안정되게 동작되도록 제작하였다.
- 본 장치는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈, 방열판, 각종 조립용 부품으로 구성된 고주파 스위칭 방식으로 정류부로부터 정류된 직류 전원을 IGBT 모듈에 공급하고 검출 장치로부터 정현파를 검출하여펄스폭 변조(SINE WAVE PWM) 방식의 INVERTER로서 직류 전력원을 양질의 안정된 교류전력으로 변환시켜 부하에 전원을 공급하며 본 장치를 보호하기 위해 직류 입력 측에 반도체 보호용 고속 FUSE를 구비하여 제작하였다.
또한 교육기관 및 국제회의가 자주 열리는 만큼 가장 합당한 태양광발전의 대외적인 홍보 및 에너지의 절감적인 측면에서 태양광발전 사업을 계획하게 되었다. 친환경의 보전 및 태양광발전시스템설비의 특징인 잉여전력을 기저부하로 활용하여 기부하는 태양광발전시스템설비가 담당하고 변동부하는 한국전력의 전원설비가 담당하도록 시스템을 구축하여 태양광발전시스템의 운용 효과의 극대화에 초점을 맞춰 진행하였다.
기능으로 제작된다. 또한 출력 부하에서 발생되는 역류고조파를 최소로 줄이기 위한 여과 기능을 내장시켰다.
본 논문에서 연구된 시스템의 구성은 상용전원과의 계통 연계형으로서, 표 1과 같은 특성을 갖는 태양광 모듈 180개를 9직렬X20병렬로 결선하여 30kW 태양광 어레이를 구성하였고, 인버터와 모니터링시스템 등으로 구성되었다. 태양전지는 효율성을 고려하여 실리콘 계열의 5인치 단결정 태양전지로, 그 프레임은 경량의 냉각 압연강판 또는 경금속 특수 알루미늄 재질을 사용하여 밀봉 처리하여 습기 침투를 방지한 제품을 사용하였다.
또한 교육기관 및 국제회의가 자주 열리는 만큼 가장 합당한 태양광발전의 대외적인 홍보 및 에너지의 절감적인 측면에서 태양광발전 사업을 계획하게 되었다. 친환경의 보전 및 태양광발전시스템설비의 특징인 잉여전력을 기저부하로 활용하여 기부하는 태양광발전시스템설비가 담당하고 변동부하는 한국전력의 전원설비가 담당하도록 시스템을 구축하여 태양광발전시스템의 운용 효과의 극대화에 초점을 맞춰 진행하였다.

대상 데이터

본 동신대학교는 수려한 친환경적 환경에 사업을 추진하는 일환으로 계통연계형 30kW 태양광발전시스템을 도서관의 옥상에 설치하였다. 또한 교육기관 및 국제회의가 자주 열리는 만큼 가장 합당한 태양광발전의 대외적인 홍보 및 에너지의 절감적인 측면에서 태양광발전 사업을 계획하게 되었다.

성능/효과

있다. 결과치를 분석해 보면, 5월 한 달의 발전량이 4379.6kW를 기록함으로써 최고치를 나타낸 반면, 11월달의 발전량은 592.4kW를 기록하여 최저치를 보였다. 11월 달 발전량(592.
6kW가 측정되었다. 이것은 실측값이 이론상 값의 약 73%에 해당하는 것으로 실측일이 12월 겨울인 점과 기상 조건이 좋지 않다는 점을 감안하면 PVIB 시스템이 안정적으로 설계되어 있음을 알 수 있다. 또한 그림 5는 PV어레 이, 인버 터 및 계통의 실시간 상태와 보고서로서, 사용자가 편하게 접근할 수 있도록 사용자 인터페이스를 간소화하여 비전공자도 손쉽게 비교하고 문제점을 찾을 수 있도록 하였다.

후속연구

결론적으로 태양광 발전시스템은 이상적인 발전을 위한 기상상태도 중요하지만 근본적으로 시스템의 주변장치(한전과의 계통 설비, 인버터 및 데이터수집장치)의 신뢰성 확보가 더욱 중요하다고 사료되며, 그에 대한 연구와 원천기술 확보가 절실하다. 더욱이 태양광발전분야에서 각광받고 있는 분산전원방식을 고려한다면 시스템을 비롯한 그 주변장치의 중요성은 더욱 크다고 할 수 있다.
본 설비의 기대효과와 파급효과로는 자연환경 보전과 도서관의 전력수급에 기여함과 동시에 자연친화적 설치환경조성, 효율적 관리 및 운영, 전력의 품질관리 및 효율적인 조직 운영관리, 친환경적인 에너지에 대한 지역주민의 교육과 신재생에너지의 보급 및 확대 등에 크게 기여할 것이라고 사료된다. 앞으로 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 바탕으로 하여 분석 및 고찰함으로써 이 지역의 활용 가능한 타 발전방식(바이오, 풍력 및 소수력 등)과 비교 분석하고, 이 지역에 대한 태양광발전의 타당성과 미래의 신재생에너지로의 도약, 그리고 혁신도시의 에너지클러스터 구축에 대하여 이바지 할 것으로 예측된다.
앞으로 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 바탕으로 하여 분석 및 고찰함으로써 이 지역의 활용 가능한 타 발전방식(바이오, 풍력 및 소수력 등)과 비교 분석하고, 이 지역에 대한 태양광발전의 타당성과 미래의 신재생에너지로의 도약, 그리고 혁신도시의 에너지클러스터 구축에 대하여 이바지 할 것으로 예측된다.

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