초록 ▼

개발내용 및 결과
▪분산형 250W급 고효율 태양광 마이크로 인버터 시스템 개발
- 태양전지모듈 부착형 고효율 고주파 절연방식의 초소형 마이크로 인버터 개발
- 인버터 효율 최적화를 위한 ZVS 기반 Soft-Switching 싱글 스테이지 전력변환 회로 Topology 개발
- 3kW급 계통연계형 마이크로 인버터용 통합 시스템 개발
- 계통연계 PCS의 인터페이스 및 운영 및 관리 알고리즘 개발
▪원격 무선 네트워킹을 적용한 분산형 마이크로 인버터의 관리 및 모니터링 통신 플랫폼 개발
- 저전

개발내용 및 결과
▪분산형 250W급 고효율 태양광 마이크로 인버터 시스템 개발
- 태양전지모듈 부착형 고효율 고주파 절연방식의 초소형 마이크로 인버터 개발
- 인버터 효율 최적화를 위한 ZVS 기반 Soft-Switching 싱글 스테이지 전력변환 회로 Topology 개발
- 3kW급 계통연계형 마이크로 인버터용 통합 시스템 개발
- 계통연계 PCS의 인터페이스 및 운영 및 관리 알고리즘 개발
▪원격 무선 네트워킹을 적용한 분산형 마이크로 인버터의 관리 및 모니터링 통신 플랫폼 개발
- 저전력 기반 ZigBee 통신 네트워크 Embedded 모듈 개발
- 이더넷 기반의 멀티 채널 ZigBee 게이트웨이 플랫폼 개발
- 전송거리 및 접속모듈 확장을 위한 ZigBee 네트워크토폴로지 및 프로토콜 개발
▪태양전지 모듈단위의 관리 및 자가진단 기능의 네트워킹 기반 Smart-Cell 태양광 발전 시스템 구축
- 인터넷 기반 마이크로 인버터 원격 모니터링 및 제어용 프로토콜 및 소프트웨어 개발
- 원격 모니터링/제어 및 이력관리를 위한 데이터 베이스(DB) 구축
▪개발결과물
- 250W급 마이크로 인버터 시작품
- ZigBee 네트워크 모듈 및 멀티채널 게이트 웨이 플랫폼
- 인터넷 기반 통합 원격 모니터링 S/W 및 DB 서버구축
- 3kW급 마이크로 인버터 시스템의 통합운영 실증결과
기술개발 배경
▪ 현재 태양광발전은 셀 단위 모듈을 직․병렬로 연결하여 대용량 PCS를 적용하고 있으나, 이러한 방식은 발전용량당 낮은 가격의 이점을 가지는 반면에 구성되는 태양전지 셀의 파손, Shading 효과, 표면오염, 국부적인 셀의 노화 등의 Mismatch 현상으로 인하여 기존의 직․병렬 구성의 발전전력을 감소시키고 국부적인 HotSpot 현상으로 모듈 내구성에 영향을 줌.
▪ 기존방식의 경우 대용량 PCS에서 일괄적으로 MPPT (Maximum Power Point Tracking) 제어가 이루어지기 때문에 태양전지 모듈의 Mismatch에 의한 전체 등가모듈의 MPPT 효율이 감소되는 단점이 있으며, 대용량 PCS 내부에 단일 포인트 고장의 경우 전체 시스템 마비를 초래하며 이로 인한 시스템 MTBF(Mean Time Between Failure)의 현저한 감소가 예상됨.
▪ 개별 태양전지모듈마다 마이크로 인버터(Micro Inverter)를 연결하여 분산형 구조로 직접 계통으로 발전을 한다면 앞서 기술한 태양전지 패널의 Shading 및 Mismatch에 의한 효율저감 현상을 제거할 수 있으며 태양광 모듈마다 개별로 최적의 MPPT 제어가 가능하므로 전체 시스템 MPPT 효율을 크게 향상시킴.
▪ 분산형 마이크로 인버터는 기존 단일 PCS에 비하면 동일용량 태양전지 구성에 대해 많은 수의 소용량 인버터 모듈이 장착되므로 이들에 대한 관리 기능 목적을 위한 통신 인프라 구축이 요구되며, 이를 위해 저 전력 저가의 원거리 유무선 통신 네트워크를 구성하여 각 모듈의 발전량 및 인버터 상태, 계통전원 감시, 시스템 제어, 업데이트 등 관리 기능을 갖는 통신 네트워크 모듈 개발이 반드시 필요함.
핵심개발 기술의 의의
▪ 마이크로 인버터 시스템 적용으로 태양전지모듈 셀 단위 관리 및 자가진단 감시기능의 네트워킹을 통한 Smart-Cell 태양광 발전 시스템 구축이 가능함에 따라 발전 시스템의 전체 신뢰성을 향상시키고 기존 시스템 대비 발전 효율성을 크게 증대 시키면서 설치 및 운영관리가 최적화가 가능함.
▪ 현재 국내 태양광 PCS 제조업체는 선진국에 비하여 상대적으로 저가의 인버터의 가격경쟁력을 위한 단순 생산에 치우쳐 있고 외산장비를 활용하는 수준에 머물러 있으므로, 본 과제에의 기술개발을 통하여 선진국에 기술적 우위를 내어주지 않고 고부가가치의 고신뢰성 태양광 발전시스템 분야의 국가 기술경쟁력을 확보하기 위해 분산형 마이크로 인버터의 기술개발 및 상용화가 시급함.
적용 분야
▪ 주요 연구결과물인 마이크로 인버터의 경우 기존의 계통연계형 태양광 PCS의 대체용도 뿐만 아니라 BIPV 발전 시스템의 창호 및 프레임 내장 형태로 변경하여 적용이 가능한 제품임.
▪ 무선 네트워크 기반 모니터링 및 제어 플랫폼 기술의 경우 향후 스마트 그리드와 연계된 홈 에너지 관리 시스템과 상호 교류 및 상품화가 가능할 것으로 예상됨

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 1. 일반 현황 ... 3
• 2. 기술개발 개요 (개발기술 및 제품 소개, 전반적인 개발기술에 대한 요약 정보) ... 3
• 3. 개발결과 요약 ... 4
• 4. 기술 및 경제적 성과 ... 7
• 5. 파급 효과 및 기대 효과 ... 8
• 6. 해당 기술, 제품의 시장 현황 ... 8
• 7. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림, 도면 등) ... 9
• <기술개발사업 주요 연구성과> ... 11
• 목 차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 23
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26
• 1. 1차년도 연구개발 내용 ... 26
• 가. 개발 목표 ... 26
• 나. 개발내용 및 범위 ... 26
• 2. 2차년도 연구개발 내용 ... 32
• 가. 개발목표 ... 32
• 나. 정량적 목표 항목 ... 33
• 3. 3차년도 연구 개발 내용 ... 37
• 가. 3차년도 연구목표 ... 37
• 나. 마이크로 인버터 개발 ... 40
• 다. ZigBee 네트워크 설계 ... 93
• 라. 원격 모니터링 서버 개발 ... 124
• 라. 실험 결과 ... 126
• 제3절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 177
• 제3장 결과 및 사업화 계획 ... 178
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 178
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 184
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 186
• 제4절 고용 창출 효과 ... 188
• 제5절 자체보안관리진단표 ... 189
• 끝페이지 ... 191