KR100909978B1 - Output calibration and performance verification device for photovoltaic power generation system and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전시스템의 설치 현장의 자연 조건에서 측정된 출력에서 태양전지 제작사에서 제시한 온도 및 일사량 특성 곡선에서 추출된 보정 계수를 적용하여 보정 출력을 산정해서 보정된 출력이 제조사에서 제시한 규격에 부합하는지 여부를 손쉽게 판단할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for correcting output and verifying performance of a photovoltaic system and a method thereof, and more particularly, to temperature and solar radiation characteristics suggested by a solar cell manufacturer at an output measured under natural conditions at an installation site of a photovoltaic system. Apparatus and method for output calibration and performance verification of photovoltaic power generation system which can easily determine whether the corrected output meets the specifications suggested by the manufacturer by calculating the correction output by applying the correction coefficient extracted from the curve. .
태양광발전시스템, 온도, 일사량, 보정, 성능검증 PV system, temperature, solar radiation, calibration, performance verification
Description
본 발명은 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전시스템의 설치 현장의 자연 조건에서 측정된 출력에서 태양전지 제작사에서 제시한 온도 및 일사량 특성 곡선에서 추출된 보정 계수를 적용하여 보정 출력을 산정해서 보정된 출력이 제조사에서 제시한 규격에 부합하는지 여부를 손쉽게 판단할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for correcting output and verifying performance of a photovoltaic system and a method thereof, and more particularly, to temperature and solar radiation characteristics suggested by a solar cell manufacturer at an output measured under natural conditions at an installation site of a photovoltaic system. Apparatus and method for output calibration and performance verification of photovoltaic power generation system which can easily determine whether the corrected output meets the specifications suggested by the manufacturer by calculating the correction output by applying the correction coefficient extracted from the curve. .
화력, 원자력 등 기존의 발전 시스템은 공급하는 연료의 양에 따라서 출력이 변동하기 때문에 인위적으로 출력 제어가 가능하도록 시스템이 구성되어 있으므로 발전 시스템의 출력 검증이 필요가 없다.In the existing power generation system, such as thermal power and nuclear power, the output varies according to the amount of fuel supplied, so the system is configured to control the power artificially, so there is no need to verify the output of the power generation system.
그러나, 태양광발전시스템의 경우 일사량에 따라 전력이 발생하기 때문에 햇 빛 즉 일사 조건(일사량, 온도)에 따라서 발전 전력이 수시로 변하는 특성을 가진다.However, in the case of the photovoltaic power generation system, since power is generated according to the amount of insolation, the power generation of the photovoltaic power generation system varies from time to time according to sunlight, insolation conditions (insolation, temperature).
태양전지에 대한 제조사가 제시하는 출력 규격은 제조 당시 표준 시험조건(예를 들어, STC, Air Mass 1.5, 일사량 1000[W/㎡], 표면온도 25℃)에서 얻어진 출력 값을 제시하고 있으나, 상기와 같은 태양광발전시스템의 특성으로 인해 태양전지가 설치된 현장의 실제 운전 조건에서의 특성은 매순간 일사 조건이 변하기 때문에 출력이 수시로 변동하므로 정확한 출력 검증이 어려운 문제가 있었다.The output specification suggested by the manufacturer for the solar cell shows the output value obtained under standard test conditions at the time of manufacture (for example, STC, Air Mass 1.5, solar radiation amount 1000 [W / ㎡], surface temperature 25 ℃), Due to the characteristics of the photovoltaic power generation system, the characteristics of the actual operating conditions of the site where the solar cell is installed have a problem that it is difficult to accurately verify the output because the output changes from time to time because the solar conditions change every moment.
상기와 같은 태양광발전시스템의 특성에 따라 종래에는 태양광발전시스템을 설치하고서 제조자가 제시한 규격대로 출력되는지 여부를 확인하기 위한 방법으로 태양광발전시스템을 설치 후 준공하기 전에 약 한달 정도 일조건이 좋은 낮 12시에서 오후 2시 사이에 설치된 태양광발전시스템과 한전 계통과의 최종 연계점에서의 종합 출력을 여러번 측정하여 그 평균값으로 시스템의 종합 출력에 만족하는지 여부를 판단해서 시스템의 만족 여부를 판단하는 방법과 설치 후 1년 동안 태양광발전시스템과 한전 계통과의 최종 연계점에서의 평균 출력을 측정하여 계산하는 방법이 사용되고 있다.According to the characteristics of the photovoltaic power generation system as described above, it is a method for confirming whether the solar power generation system is installed and output according to the specification suggested by the manufacturer. Whether the system is satisfied by measuring the total output at the final connection point between the photovoltaic system and the KEPCO system installed between 12 and 2 pm during the good daytime and judging whether it is satisfied with the system's total output by the average value. The method of determining the power consumption and the average power at the final connection point between the photovoltaic system and the KEPCO system during the first year after installation are used.
그러나, 상기와 같은 출력 확인 방법은 상당한 시간이 소요될 뿐만아니라, 이 역시도 실시간으로 변동하는 일사 조건을 완전하게 반영하여 출력을 정확하게 확인할 수 없으므로 출력 검증의 정확성이 떨어지는 문제가 있었다. However, the output checking method as described above not only takes a considerable amount of time, but also has a problem in that the accuracy of output verification is inferior because the output cannot be accurately confirmed by fully reflecting the solar radiation condition that changes in real time.
따라서, 실시간으로 변동하는 일사 조건에서 태양광발전시스템이 정격 출력을 구비하고 있는지에 대한 실시간 확인이 가능한 출력 검증 시스템의 개발이 매우 시급한 실정이다.Therefore, it is very urgent to develop an output verification system capable of real-time checking whether a photovoltaic power generation system has a rated output under solar radiation conditions changing in real time.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 제조 당시 표준 시험조건에서 얻어진 태양전지의 출력 값과 실시간 일사 조건이 변동되는 현장의 실제 운전 조건에서 일사 조건에 따른 보정된 값으로 계산된 출력 값을 비교하여 태양광발전시스템의 출력을 검증할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 검증 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to correct the value according to the solar conditions in the actual operating conditions of the field in which the output value of the solar cell obtained in the standard test conditions at the time of manufacture and the real-time solar conditions fluctuate An apparatus and method for verifying output of a photovoltaic power generation system capable of verifying the output of a photovoltaic power generation system by comparing the calculated output values are provided.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치는 태양전지 모듈에 형성되어 온도를 측정하는 온도센서와 상기 태양전지 모듈에 형성되어 일사량을 측정하는 일사량 센서와 상기 온도센서와 일사량 센서로부터 측정된 온도와 일사량 값에 따라 보정된 태양광 발전 시스템의 출력값을 산출하여 표준 출력에 부합하는지 여부에 대한 성능을 검증하는 출력 검증 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an output correction and performance verification apparatus of a photovoltaic power generation system according to the present invention includes a temperature sensor formed on a solar cell module and a temperature sensor configured to measure temperature, and an solar radiation sensor formed on the solar cell module to measure solar radiation. And an output verification device that verifies the performance of the photovoltaic power generation system corrected according to the temperature and the solar radiation value measured by the temperature sensor and the solar radiation sensor and confirms whether or not the standard output is met.
여기서, 상기 일사량 센서는 태양전지 모듈의 일사량을 측정하는 일사량계와 상기 일사량계를 일정 시간마다 샘플링하여 누적하여 시간 일사량을 측정하는 일사량 측정부와 주울(J) 단위로 측정된 일사량 값을 와트(W)단위로 환산하는 단위변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the solar radiation sensor is a solar radiation meter for measuring the solar radiation of the solar cell module and the solar radiation meter is measured by accumulating the solar radiation meter at a predetermined time and the solar radiation measurement unit and Joule (J) unit to measure the solar radiation value in watts ( W) unit conversion unit characterized in that it comprises.
그리고, 상기 일사량 센서는 태양전지 모듈 면에 수직으로 입사하는 일사량 을 측정하기 위해 태양전지 모듈 면과 같은 각도로 부착 고정된 것을 특징으로 한다.The solar radiation sensor is attached and fixed at the same angle as the solar cell module surface to measure the solar radiation incident on the solar cell module surface perpendicularly.
또한, 상기 출력 검증 장치는 보정된 출력을 산출하기 위한 온도 센서와 일사량 센서의 측정값, 태양광 발전 시스템의 인버터 후단의 출력값을 입력받고 출력 검증 결과를 디스플레이하는 인터페이스 모듈과 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 입력된 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 보정출력 산출모듈과 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하는 성능 검증모듈 및 상기 보정출력 산출모듈의 보정 출력 산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the output verification device is an interface module for receiving the measured value of the temperature sensor and the solar radiation sensor for calculating the corrected output, the output value of the rear end of the inverter of the photovoltaic system and display the output verification result and the solar radiation sensor and the temperature sensor A correction output calculation module for calculating a corrected output value using a voltage current characteristic curve according to a change in insolation amount and a value input from the solar radiation, and a correction output calculated from the correction output calculation module and actually measured And a memory for storing information necessary for calculating a corrected output of the corrected output calculating module and comparing the output value to determine whether the standard output is satisfied.
여기서, 상기 보정출력 산출모듈은 일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 한다.Here, the correction output calculation module is corrected from the following equation derived using the solar radiation value measured from the solar radiation sensor, the temperature value measured from the temperature sensor and the voltage current characteristic curve according to the change of the solar radiation and the voltage current characteristic curve according to the temperature change. It is characterized by calculating the output.
여기서, IA : 태양 전지 어레이의 출력 전류, VA : 태양 전지 어레이의 출력 전압, ISC는 식 , T : 측정된 온도, Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.Where I A is the output current of the solar array, V A is the output voltage of the solar array, and I SC is , T: measured temperature, T ref : reference temperature (= 298 K), I SCO : short-circuit current at reference temperature [A], S: insolation amount [W / ㎡], J: short-circuit current temperature coefficient [A / K ], n is diode abnormal constant, N S : module's series connection, N P : module's parallel connection, R SA is array series resistance {= (N S / N P ) R, R: module resistance}, I O : diode saturation current, V T : thermal potential difference [V], I SCA = N P I SC .
그리고, 상기 성능 검증 모듈은 태양전지 어레이의 실제 출력값이 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 한다.In addition, the performance verification module verifies pass if the actual output value of the solar cell array is equal to or greater than the corrected output value calculated from the corrected output calculation module, and if it is below, verifies that the output of the solar cell is verified.
또한, 상기 성능 검증 모듈은 전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 한다.In addition, the performance verification module calculates the total system loss, and if the system comprehensive output considering the system loss in the correction output calculated from the correction output calculation module is greater than or equal to the reference value of the rated output, it is determined to pass, and if it is less than, it is determined as It is characterized by verifying the performance of the photovoltaic system.
여기서, 상기 시스템 손실은 인버터, 수변전 설비 및 배선에서 발생하는 손실에 따른 효율을 곱하여 산출되는 것을 특징으로 한다.The system loss is calculated by multiplying the efficiency according to the loss generated in the inverter, the water substation facility, and the wiring.
그리고, 상기 메모리는 태양전지 제조시에 표준 시험조건에서 추출된 태양전지 모듈의 온도변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 일사량 변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 시스템 손실에 따른 효율정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the memory stores voltage and current characteristic curves according to temperature changes of solar cell modules extracted under standard test conditions during solar cell manufacturing, voltage and current characteristic curves according to changes in insolation, and efficiency information according to system loss. It features.
한편, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법은 일사량 센서와 온도 센서로부터 측정값이 출력 검증 장치에 입력되는 단계와 상기 입력된 측정값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 보정출력 산출모듈을 통해 산출하는 단계와 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하여 성능을 검증하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the output correction and performance verification method of the photovoltaic power generation system according to the present invention includes the step of inputting the measured value from the solar radiation sensor and the temperature sensor to the output verification device, and the voltage and current characteristic curve according to the input measured value and solar radiation change and Computing the corrected output value using the voltage-current characteristic curve according to the temperature change through the correction output calculating module and comparing the corrected output calculated from the correction output calculating module with the actual measured output value to determine whether the standard output is satisfied. Determining and verifying performance.
여기서, 상기 보정된 출력값을 산출 단계는 상기 보정출력 산출모듈이 일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 한다.Here, in the calculating of the corrected output value, the correction output calculation module calculates a voltage current characteristic curve according to the solar radiation value measured by the solar radiation sensor, a temperature value measured by the temperature sensor, and the change of the solar radiation, and a voltage current characteristic curve according to the temperature change. It is characterized by calculating the correction output from the following formula derived.
여기서, IA : 태양 전지 어레이의 출력 전류, VA : 태양 전지 어레이의 출력 전압, ISC는 식 , T : 측정된 온도, Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.Where I A is the output current of the solar array, V A is the output voltage of the solar array, and I SC is , T: measured temperature, T ref : reference temperature (= 298 K), I SCO : short-circuit current at reference temperature [A], S: insolation amount [W / ㎡], J: short-circuit current temperature coefficient [A / K ], n is diode abnormal constant, N S : module's series connection, N P : module's parallel connection, R SA is array series resistance {= (N S / N P ) R, R: module resistance}, I O : diode saturation current, V T : thermal potential difference [V], I SCA = N P I SC .
또한, 상기 성능을 검증하는 단계는 태양전지 어레이의 실제 출력값이 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 한다.In the verifying of the performance, when the actual output value of the solar cell array is equal to or greater than the corrected output value calculated from the correction output calculation module, it is determined as a pass, and when it is below, it is determined that the output of the solar cell is verified.
그리고, 상기 성능을 검증하는 단계는 전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 한다.In the verifying of the performance, the total system loss is calculated, and if the system comprehensive output considering the system loss is greater than or equal to the reference value of the rated output, the system output is determined to be passed. It is characterized by verifying the performance of the photovoltaic system.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법은 실시간 변동하는 일사조건(일사량, 온도)에 따른 보정된 출력을 산출함으로써 손쉽고 정확한 태양광발전시스템의 성능 검증이 가능한 탁월한 효과가 발생한다. As described above, the apparatus for correcting output and verifying performance of the photovoltaic power generation system according to the present invention and the method thereof are easy and accurate by calculating the corrected output according to the changing solar conditions (insolation amount, temperature) in real time. An excellent effect is possible with performance verification.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, the protection scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art will appreciate It will be understood that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 도면 및 실시예를 참조하 여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings and embodiments with respect to the specific configuration and operation of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템 구성도이다. 도 2는 도 1의 출력 검증 장치의 블럭도이다.1 is a system configuration diagram of an output verification system of a photovoltaic system according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the output verifying apparatus of FIG. 1.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템은 태양전지 모듈의 온도를 측정하는 온도센서(10)와 일사량을 측정하는 일사량 센서(20)와 상기 온도센서와 일사량 센서로부터 측정된 온도와 일사량 값에 따라 보정된 태양광 발전의 출력값을 산출하여 표준 출력에 부합하는지 여부에 대한 성능을 검증하는 출력 검증장치(30)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, the system of the output verification system of the photovoltaic power generation system according to the present invention is a
여기서, 상기 온도센서(10)는 태양전지 모듈의 온도를 측정하기 위해서 모듈 후면부에 장착할 수 있으며, 현장에서 태양전지의 표면 온도를 측정하되 태양전지 모듈이 경사면으로 설치되어 있으면 경사면 온도를 측정하고 평면으로 설치되어 있으면 평면온도를 측정한다. 다시 말해, 태양전지가 설치된 형태에서 가장 햇빛이 잘 직사되는 면으로 온도를 측정할 수 있다.Here, the
그리고, 상기 일사량 센서(20)는 상기 일사량계를 일정 시간마다 샘플링하여 누적하여 시간 일사량을 측정하는 일사량 측정부와 주울(J) 단위로 측정된 일사량 값을 와트(W)단위로 환산하는 단위변환부를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the solar radiation sensor 20 converts the solar radiation measurement unit for sampling the solar radiation meter every predetermined time and accumulates the solar radiation value and the solar radiation value measured in Joule (J) unit in watt (W) unit. It may be configured to include a part.
보다 구체적으로, 상기 일사량 측정부는 일사량계로부터 10초마다 샘플링하여 누적하고, 매 1분마다 누적 값을 전천일사량으로 간주하고 1분 누적 값을 다시 한 시간 동안 누적하여 시간 일사량을 측정하게 된다.More specifically, the solar radiation measuring unit accumulates and accumulates every 10 seconds from the solar radiation meter, regards the cumulative value as the total solar radiation amount every 1 minute, and accumulates the cumulative value for 1 minute for another hour to measure the time solar radiation amount.
그리고, 상기 단위변환부는 태양전지 표준 시험조건이 와트[W]로 표시되어 있기 때문에 주울[J] 단위로 측정된 일사량을 와트[W] 단위로 변환한다.The unit converter converts the solar radiation measured in joules [W] into watts [W] because the solar cell standard test condition is expressed in watts [W].
여기서, 단위 변환은 [J]와 [W]의 관계식 1W = 1J/Sec을 이용하여 변환하고, 예를 들어, 한 시간 동안 측정된 일사량의 합이 3MJ/㎡ 라면, 1㎡에 초당 순간 전력(W/㎡)은 3,000,000 J/3600 Sec = 833 W/㎡가 된다.Here, the unit conversion is converted using the relation 1W = 1J / Sec of [J] and [W], and, for example, if the sum of the solar radiation measured for one hour is 3MJ /
상기 일사량 센서(20)는 태양전지 모듈 면에 수직으로 입사하는 일사량을 측정해야 하므로 일사량 센서를 모듈 경사면과 같은 각도로 부착하여 설치할 수 있다.Since the solar radiation sensor 20 needs to measure the solar radiation incident on the solar cell module surface perpendicularly, the solar radiation sensor 20 may be installed by attaching the solar radiation sensor at the same angle as the slope of the module.
한편, 상기 출력 검증장치(30)는 보정된 출력을 산출하기 위한 각종 인자를 입력받고 출력 검증 결과를 디스플레이하는 인터페이스 모듈(310)과 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 입력된 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 보정출력 산출모듈(320)과 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하는 성능 검증모듈(330) 및 상기 보정출력 산출모듈의 보정 출력 산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리(340)를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the output verifying
상기 인터페이스 모듈(310)은 태양광발전시스템에 설치된 현장의 일사조건(온도, 일사량)에 따라 보정된 출력을 산출하는 데 필요한 각종 인자가 입력되고, 검증 결과를 출력하여 사용자 인터페이스를 제공하는 역할을 담당한다. 여기서, 각종 인자는 온도센서와 일사량 센서의 측정값, 태양광발전시스템의 인버터 후단의 출력값 등이 될 수 있으며, 입력 및 출력값의 디스플레이를 위해 LED, LCD 등 디스 플레이 장치를 포함하여 구성될 수 있다.The
그리고, 상기 보정출력 산출모듈(320)은 상기 온도 센서(10)와 일사량 센서(20)로부터 측정된 값과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 도출된 식으로부터 보정된 출력값을 계산하게 된다.In addition, the correction
도 3a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이고, 도 3b는 태양전지의 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이다.3A is a voltage current characteristic curve according to a change in solar radiation amount of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a voltage current characteristic curve according to a temperature change of a solar cell.
상기 도 3a 및 3b를 참조하면, 직류를 발생시키는 태양전지의 단락전류(ISC)는 모듈에 입사하는 일사량에 비례하는 물리량이고, 단락전류는 온도상승에 비례하여 증가하며, 개방전압(VOC)은 일사량에 지수 함수적으로 비례하며 반면에 온도 상승에 따라 단락전류에 비해 급속하게 감소하는 경향을 보인다.Referring to FIGS. 3A and 3B, the short circuit current I SC of the direct current generating solar cell is a physical quantity proportional to the amount of insolation incident on the module, and the short circuit current increases in proportion to the temperature rise, and the open voltage V OC. ) Is exponentially proportional to the amount of insolation, whereas it tends to decrease rapidly with respect to the short-circuit current as the temperature rises.
상기와 같은 특성을 가지는 단락전류와 개방전압의 온도와 일사량에 대한 관계로부터 일정 환경 조건에서의 전압, 전류 및 정수값을 추정하는 것이 가능하다.It is possible to estimate the voltage, current, and integer values under constant environmental conditions from the relationship between the temperature and insolation of the short-circuit current and the open-circuit voltage having the above characteristics.
보다 구체적으로, 보정 출력 산출 방법을 살펴 보면 다음과 같다.More specifically, look at the correction output calculation method as follows.
일반적으로 태양전지는 태양광발전시스템에서 전력을 발생시키는 근원으로서 셀(cell), 모듈(module) 및 어레이(array)로 구분된다. 여기서 셀은 단자전압 및 출력이 작기 때문에 여러셀을 직렬로 연결하여 모듈을 만들고, 모듈을 기본 단위로 하여 설계하고자 하는 시스템에 맞게 직렬 또는 병렬 연결하여 어레이를 형성하여 사용한다.In general, a solar cell is classified into a cell, a module, and an array as a source of generating power in a photovoltaic power generation system. Since the cell has a small terminal voltage and output, the cells are connected in series to make a module, and the modules are used in series or parallel connection to form the array based on the system to be designed.
상기와 같은 태양전지는 반도체 디바이스로 설계나 제작상에 있어서 약간 씩 특성에 있어서 차이는 있지만 기본적인 특성은 상기 도 3과 같이 일사량과 표면 온도에 따라서 일사량 증가 시 태양전지 출력 전류가 증가하여 출력이 상승하게 되고, 온도 감소 시 전압이 증가하여 출력이 상승하게 되는 관계를 나타낸다. 따라서, 온도와 일사량의 변화에 따라 출력전압과 전류의 특성이 다르다는 것을 알 수 있으며 이를 등가회로를 활용하여 해석할 수 있다.As described above, although the solar cell is a semiconductor device, the characteristics of the solar cell are slightly different in design and fabrication. However, the basic characteristics of the solar cell are increased as the solar cell output current increases when the solar radiation increases according to the solar radiation amount and the surface temperature as shown in FIG. 3. It shows the relationship that the voltage increases when temperature decreases. Accordingly, it can be seen that the characteristics of the output voltage and the current are different according to the change in temperature and the amount of solar radiation, which can be interpreted using an equivalent circuit.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 등가회로에서 태양전지의 출력전류(I)는 하기 <수학식 1>을 통해 얻을 수 있다. Referring to FIG. 4, the output current I of the solar cell in the equivalent circuit may be obtained through Equation 1 below.
여기서, V : 태양전지 출력전압, ISC : 태양전지 단락전류[A], ID : 다이오드 전류[A], ISH : 병렬저항 전류[A], IO : 다이오드 포화전류[A], RS : 직렬저항[Ω], RSH : 병렬저항[Ω], n : 다이오드 이상정수(1~2 적용), VT : 열전위차[V] 단, VT = (kT/q)m, k : 볼쯔만 상수(1.38e-23 J/K), T : 절대온도[K], q :쿨롬 상수(1.6×10-19 C), m : 태양전지 모듈 내의 셀의 수이다.Where V: solar cell output voltage, I SC : solar cell short-circuit current [A], I D : diode current [A], I SH : parallel resistance current [A], I O : diode saturation current [A], R S : Series resistance [Ω], R SH : Parallel resistance [Ω], n: Diode abnormal constant (1 ~ 2 applied), V T : Thermal potential difference [V] where V T = (kT / q) m, k : Boltzmann constant (1.38e -23 J / K), T: absolute temperature [K], q: coulomb constant (1.6 x 10 -19 C), m: number of cells in the solar cell module.
부가적으로, 하기와 같은 <수학식 2>로 표현할 수 있다.In addition, it may be expressed by
여기서, Iph : 발전된 광전류, IS : 다이오드의 역포화 전류이다.Where Iph is the generated photocurrent and I S is the reverse saturation current of the diode.
그러나, 병렬저항 RSH는 대략 수백 옴(Ω)에서 수천 키로옴(KΩ) 이상의 상대적으로 아주 큰 값을 가지므로, 병렬저항을 무시하여 도 5와 같이 해당 선로를 개방 상태로 간주할 수 있다.However, since the parallel resistance R SH has a relatively large value of about several hundred ohms (Ω) to several thousand kiloohms (KΩ), the corresponding line can be regarded as an open state as shown in FIG. 5 by ignoring the parallel resistance.
따라서, 상기 <수학식1>에서 병렬저항에 대한 항을 등가화하여 다시 구하면 하기의 <수학식 3>과 같다.Therefore, when the equation for the parallel resistance in Equation 1 is equalized and obtained again,
상기 <수학식3>을 V에 대해 나타내면 하기의 <수학식4>와 같다.When
그리고, 상기 <수학식 3>의 각 항목에 대한 세부 관계식을 정리하면 하기의 <수학식5>, <수학식6>, <수학식7>과 같다.In addition, the detailed relational expression for each item of
여기서, Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K]Where T ref : reference temperature (= 298 K), I SCO : short-circuit current [A] at reference temperature, S: insolation amount [W / ㎡], J: short-circuit current temperature coefficient [A / K]
여기서, VOC : 태양전지 개방전압[V], A : 포화전류 온도계수[A/K], Y : 온도의존 인자(일반적으로 3), Eg : 밴드에너지 갭[eV], 1eV = 1.6×10-19 JWhere V OC : solar cell open voltage [V], A: saturation current temperature coefficient [A / K], Y: temperature dependence factor (typically 3), Eg: band energy gap [eV], 1eV = 1.6 × 10 -19 J
상기 <수학식5>는 일사량과 온도에 대한 태양전지 단락전류 관계식을 나타내고, <수학식6>은 상기 <수학식3>으로부터 유도한 다이오드 포화전류 관계식이며, <수학식7>은 포화전류의 온도에 대한 관계식이다.
일반적으로, 제조 업체에서 제공하는 태양전지 모듈 규격에서 제시된 기본 데이터는 하기의 표1과 같이 한정되어 있으며, 여기서 온도계수는 설계 파라미터로 도 5를 토대로 구할 수 있으며, 이 규격에서의 정보와 기본 데이터와 적절한 관계식을 이용하여 그 값을 유추하여 사용할 수 있다.In general, the basic data presented by the solar cell module specifications provided by the manufacturer is limited as shown in Table 1 below, where the temperature coefficient is obtained based on FIG. 5 as a design parameter, and the information and basic data in this standard. We can infer the value by using the appropriate relation with.
상기 <수학식3> 내지 <수학식5>는 태양전지 모듈의 데이터를 바탕으로 한 전지 모듈의 관계식이며, 태양전지 어레이에서의 특성을 구현하기 위해서는 모듈의 직렬 연결 수(NS)와 병렬 연결 수(NP)를 포함하여 재구성한다.<
따라서, 태양전지 어레이의 변수 및 데이터를 하기의 <수학식8>에 의해 구할 수 있다.Therefore, the variables and data of the solar cell array can be obtained by Equation 8 below.
어레이 단락전류 : ISCA = NPISC Array short circuit current: I SCA = N P I SC
어레이 단자전압 : VA = NSVArray terminal voltage: V A = N S V
어레이 개방전압 : VOCA = NSVOC Array Open Voltage: V OCA = N S V OC
어레이 직렬저항 : RSA = (NS/NP)R, 여기서 R : 모듈저항Array series resistance: R SA = (N S / N P ) R, where R: module resistance
상기 <수학식8>을 <수학식5>에 대입하면 하기의 <수학식9>와 같고, 이를 정리하면 하기의 <수학식10>과 같은 태양전지 어레이의 특성 식을 얻을 수 있다.Substituting Equation (8) into Equation (5) is the same as Equation (9) below. In summary, the equation of the solar cell array as in Equation (10) can be obtained.
상기와 같이 <수학식1> 내지 <수학식10>을 통해 태양전지의 셀, 모듈 및 실제 적용하는 어레에 대한 보정된 직류 출력 값을 구하는 이론적으로 구하는 식을 도출하였다.Equation 1 through
상기 <수학식10>은 태양전지의 표면온도와 일사량 두개를 변수로 하는 단자전압 및 전류를 구하는 식으로서 현장에서 측정된 온도 및 일사량 두 변수값을 넣고 연립방정식을 풀면 태양전지 어레이의 전압과 전류가 구해지므로 이를 곱하면 태양전지 어레이의 직류 출력이 계산되어 일사조건(표면온도 및 일사량) 변화에 따른 보정된 출력값을 얻을 수 있다. Equation (10) is a formula for calculating the terminal voltage and current using the surface temperature and the solar radiation as variables, and solving the simultaneous equation with two variables of temperature and solar radiation measured in the field, and solving the voltage and current of the solar cell array. Since multiplying this, the DC output of the solar cell array is calculated to obtain the corrected output value according to the change of solar condition (surface temperature and solar radiation).
상기 보정된 출력값은 현장에서 측정된 일사량과 온도 조건에서 나와야할 이론적인 출력값이다. 보다 구체적으로, 태양전지의 표준 시험 조건(예를 들어, 일사량 1000[W/㎡], 표면온도 25℃)을 기준으로 실제 현장에서의 일사량 차이와 온도 차이를 보정하여 산출된 값이므로, 실제 측정된 출력값이 상기 보정된 출력값보다 큰 경우에는 표준 출력을 만족하게 된다. The corrected output value is a theoretical output value to be obtained at the solar radiation and temperature conditions measured in the field. More specifically, since the calculated value is calculated by correcting the difference between the solar radiation amount and the temperature in the actual field based on the standard test condition of the solar cell (for example, the solar radiation amount of 1000 [W / ㎡], the surface temperature of 25 ℃), the actual measurement If the output value is larger than the corrected output value, the standard output is satisfied.
상기와 같이 보정 출력이 산출되면, 성능 검증 모듈은 태양전지의 실제 출력값(WM)과 상기 보정 출력값(WA)를 비교하여 태양전지의 출력에 대한 성능을 검증하게 된다.When the correction output is calculated as described above, the performance verification module verifies the performance of the output of the solar cell by comparing the actual output value (W M ) of the solar cell with the correction output value (W A ).
이 때, 상기 성능 검증 모듈(330)은 실제 출력값(WM)이 보정 출력값(WA) 보다 큰 경우는 태양전지는 표준 출력을 만족하므로 합격으로 판단하고, 실제 출력값(WM)이 보정 출력값(WA)보다 작은 경우 태양전지는 표준 출력에 미달하므로 불합격으로 판단하여 태양전지의 성능을 검증하게 된다.In this case, the
예를 들어, 태양전지 175W(6880장, 16직렬, 430병렬, 개방전압이 35.7V, 단락전류 4.78A)이고, 총용량은 1204kWp(175×6880)라고 가정한 경우, 표준 실험 기준(일사량 1000W/㎡, 온도 25℃)와 다른 현장 상태에서 측정된 실제 출력값이 1185kWp이고, 상기 보정출력 산출모듈에 의해 산출된 보정 출력값이 1180kWp인 경우 실제 출력값이 보정 출력값보다 높으므로 성능 검증 모듈(330)은 합격이라 판단 하게 된다. For example, suppose the solar cell is 175W (6880 sheets, 16 series, 430 parallel, open voltage 35.7V, short circuit current 4.78A), and the total capacity is 1204kWp (175 × 6880).
한편, 상기 성능 검증 모듈(330)은 태양광발전시스템의 전체 시스템 효율에 대한 성능을 검증할 수 있다.On the other hand, the
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.6 is a configuration diagram schematically showing a photovoltaic power generation system according to the present invention.
도 6을 참조하면, 태양전지의 출력이 인버터, 수변전 시설, 배선에 의해 손실이 발생함을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the output of the solar cell is lost due to the inverter, the water substation facility, and the wiring.
하기 <표2>는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템 성능 요구 기준이다. 여기서, 시스템 성능 요구 기준은 태양광발전시스템의 용량과 구조에 따라 다양한 기준으로 제공될 수 있다.Table 2 below shows the system performance requirements according to the preferred embodiment of the present invention. Here, the system performance requirements may be provided in various standards according to the capacity and structure of the photovoltaic power generation system.
상기 <표2>를 통해 알 수 있듯이 인버터, 수변전 설비, 배선에 의해 손실이 발생함을 알 수 있으며, 상기 손실에 의해 총 효율이 기준치(84.7%)이상인 경우 성능 검증 모듈은 합격이라 판정하고, 기준치 이하인 경우 불합격이라 판정한다.As can be seen from Table 2, it can be seen that a loss occurs due to an inverter, a water substation facility, and a wiring. When the total efficiency is higher than the reference value (84.7%) due to the loss, the performance verification module determines that it is a pass. If it is less than the standard value, it is determined to fail.
여기서, 수변전 설비는 승압변압기, 차단기, 배전반 등 손실이 발생할 수 있는 주변 설비를 포함하는 개념이고, 배선은 발전에서 한전 배전선에 연계까지 손실이 발생할 수 있는 직류 교류 배전선을 포함하는 개념이다.Here, the water substation facility is a concept including a peripheral equipment that can cause a loss, such as a boost transformer, a circuit breaker, a switchboard, the wiring is a concept including a direct current AC distribution line that can cause a loss from power generation to the KEPCO distribution line.
상기 인버터 효율, 수변전 설비 효율, 배선 효율의 산정은 당업자에게 자명한 사항이므로 구체적인 산출 방법은 생략하기로 한다.Since the calculation of the inverter efficiency, the water substation facility efficiency, and the wiring efficiency are obvious to those skilled in the art, specific calculation methods will be omitted.
상기 인버터, 수변전 설비, 배선에 의한 시스템 손실은 미리 계산되어 메모리(340)에 저장될 수 있으며, 성능 검증 모듈(330)은 상기 메모리에 저장된 시스템 손실을 추출하여 태양광발전시스템의 시스템 효율 검증에 이용할 수 있다.The system loss due to the inverter, the water substation facility, and the wiring may be calculated in advance and stored in the
보다 구체적으로, 성능 검증 모듈(330)은 하기의 판정식과 같이 상기 보정 출력 산출모듈에서 산출된 보정 출력값에 시스템 총손실에 따른 효율(인버터 효율×수변전 설비 효율×배선 효율)을 곱한 값이 보증치인 태양광발전시스템의 계통연계점 정격출력(1200kWp)의 84.7% 이상인 경우에는 시스템 출력을 합격이라 판정하게 된다.More specifically, the
정격출력(1200kWp)×(84.7/100) ≤ 보정출력×(인버터효율/100×수변전설비효율/100×배선효율/100) Rated output (1200kWp) × (84.7 / 100) ≤ correction output × (inverter efficiency / 100 × water-station equipment efficiency / 100 × wiring efficiency / 100)
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템 구성도이다. 1 is a system configuration diagram of an output verification system of a photovoltaic system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 출력 검증 장치의 블럭도이다.FIG. 2 is a block diagram of the output verifying apparatus of FIG. 1.
도 3a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이고, 도 3b는 태양전지의 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이다.3A is a voltage current characteristic curve according to a change in solar radiation amount of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a voltage current characteristic curve according to a temperature change of a solar cell.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 단순화된 태양전지의 등가회로도이다.FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the simplified solar cell of FIG. 4.
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.6 is a configuration diagram schematically showing a photovoltaic power generation system according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 온도센서 20 : 일사량 센서10: temperature sensor 20: solar radiation sensor
30 : 성능검증장치 310 : 인터페이스 모듈30: performance verification device 310: interface module
320 : 보정출력 산출모듈 330 : 성능 검증 모듈320: correction output calculation module 330: performance verification module
340 : 메모리340: memory
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