KR101105458B1 - Fault detection apparatus and method for photovoltaic power generation system - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 태양광 어레이의 측정된 표면온도에서 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류, 출력전압을 입력받고, 상기 출력전압으로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류를 산출하는 기준전류 산출부, 상기 출력전류와 상기 기준전류를 비교하여 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위에 부합하면 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단하고 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 지속되면 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비교판단부 및 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때 정상신호를 발생하고, 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때 이상신호를 발생하는 진단신호 발생부를 포함한다.The apparatus for diagnosing a failure of a photovoltaic power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention receives an output current and an output voltage when the output power of the photovoltaic power generation system is maximum at the measured surface temperature of the photovoltaic array. A reference current calculating unit for calculating a reference current at the surface temperature by using a characteristic curve of the solar array for a change in solar radiation at a surface temperature, and comparing the output current with the reference current, the output current is constant of the reference current If it is determined that the photovoltaic power generation system is normal, and the output current is out of a predetermined range of the reference current and the predetermined time is continued for a predetermined time and the comparison determination unit and the comparison determination unit that determines that the photovoltaic system is abnormal The normal signal is generated when it is determined that the solar power generation system is normal, and the comparison The determination unit includes a diagnostic signal generator for generating an abnormal signal when the solar power generation system determines that the solar power generation system is abnormal.

Description

태양광 발전시스템의 고장 진단 장치 및 고장 진단 방법{FAULT DETECTION APPARATUS AND METHOD FOR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM}Fault diagnosis device and failure diagnosis method of photovoltaic system {FAULT DETECTION APPARATUS AND METHOD FOR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 태양광 발전시스템의 고장 유무, 특히 태양광 어레이의 이상 유무를 진단할 수 있는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a failure diagnosis apparatus for a photovoltaic power generation system capable of diagnosing a failure of a photovoltaic power generation system, and in particular, a failure of a photovoltaic array.

현재 사용 중인 에너지의 대부분을 차지하는 화석연료의 고갈과 기후협약에 의한 온실가스 감축에 의한 요인에 의해 대체에너지 기술이 각광받고 있다. 이중 태양광 발전시스템은 에너지원의 다양화 분산화가 추진되는 상황에서 지역에 상관 없고 설치 규모를 필요에 따라 자유롭게 결정할 수 있는 장점에 의해 보급이 확대되고 있다. 태양광 발전시스템의 보급 확대에 따른 유지보수 및 고장 진단에 대한 문제가 점차 대두하고 있다.Alternative energy technologies are in the spotlight due to the depletion of fossil fuel, which accounts for most of the energy currently being used, and the reduction of greenhouse gases caused by climate agreements. The solar power generation system is expanding due to the advantage that the installation size can be freely determined according to the needs regardless of the region in the context of diversification and diversification of energy sources. The problem of maintenance and fault diagnosis is increasing as the solar power generation system is expanded.

본 발명의 실시예는 태양광 어레이의 표면온도, 상기 표면온도에서 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 출력전압 및 출력전류를 이용하여 일사량이 변하더라도 일사량을 측정하지 않고 태양광 발전시스템의 고장 유무를 진단할 수 있는 고장 진단 장치 및 고장 진단 방법을 제공한다. 또한, 태양광 발전시스템이 발전 중에도 실시간으로 고장 여부를 진단할 수 있어 태양광 발전시스템의 운용효율을 높일 수 있는 고장 진단 장치 및 고장 진단 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, even when the amount of solar radiation changes by using an output voltage and an output current when the photovoltaic power generation system outputs maximum power at the surface temperature of the photovoltaic array, the photovoltaic power generation system is not measured. Provides a fault diagnosis device and a fault diagnosis method for diagnosing a fault. In addition, the solar power generation system can diagnose the failure in real time even during power generation provides a failure diagnosis apparatus and failure diagnosis method that can increase the operating efficiency of the solar power generation system.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 태양광 어레이의 측정된 표면온도에서 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류, 출력전압을 입력받고, 상기 출력전압으로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류를 산출하는 기준전류 산출부, 상기 출력전류와 상기 기준전류를 비교하여 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위에 부합하면 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단하고 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 지속되면 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비교판단부 및 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때 정상신호를 발생하고, 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때 이상신호를 발생하는 진단신호 발생부를 포함한다.The apparatus for diagnosing a failure of a photovoltaic power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention receives an output current and an output voltage when the output power of the photovoltaic power generation system is maximum at the measured surface temperature of the photovoltaic array. A reference current calculating unit for calculating a reference current at the surface temperature by using a characteristic curve of the solar array for a change in solar radiation at a surface temperature, and comparing the output current with the reference current, the output current is constant of the reference current If it is determined that the photovoltaic power generation system is normal, and the output current is out of a predetermined range of the reference current and the predetermined time is continued for a predetermined time and the comparison determination unit and the comparison determination unit that determines that the photovoltaic system is abnormal The normal signal is generated when it is determined that the solar power generation system is normal, and the comparison The determination unit includes a diagnostic signal generator for generating an abnormal signal when the solar power generation system determines that the solar power generation system is abnormal.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 태양광 어레이의 측정된 표면온도에서 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류, 출력전압을 입력받고, 상기 출력전류로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 발전시스템의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전압을 산출하는 기준전압 산출부, 상기 출력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위에 부합하면 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단하고 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 지속되면 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비교판단부 및 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때 정상신호를 발생하고, 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때 이상신호를 발생하는 진단신호 발생부를 포함한다. The apparatus for diagnosing failure of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention receives an output current and an output voltage when the output power of the photovoltaic system is maximum at the measured surface temperature of the photovoltaic array, and receives the output current from the output current. A reference voltage calculating unit for calculating a reference voltage at the surface temperature by using a characteristic curve of the photovoltaic system for a change in solar radiation at a surface temperature, comparing the output voltage with the reference voltage, If it is determined that the solar power generation system is normal, and the output voltage is out of the predetermined range of the reference voltage and the predetermined time period, the comparison determination unit and the comparison determination unit is determined to be abnormal Generating a normal signal when it is determined that the solar power system is normal; The chess board includes a diagnostic signal generator that generates an abnormal signal when the solar power generation system determines that the photovoltaic power generation system is abnormal.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법은 태양광 발전시스템의 표면온도, 출력전류, 출력전압을 측정하는 단계, 상기 출력전류, 상기 출력전압으로부터 도출된 출력전력이 상기 표면온도에서 최대전력에 해당하는지 판단하는 단계, 상기 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 최대전력 범위에 해당되면 상기 표면온도, 상기 출력전압, 상기 출력전류가 고장 진단장치에 입력되는 단계, 상기 입력된 표면온도, 상기 출력전압을 일정 온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류를 산출하는 단계 및 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위 내이면 정상신호를 발생하고, 상기 기준전류의 일정 범위 밖이고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생하고 일정 시간 이내로 지속되면 정상신호를 발생하는 단계를 포함한다.In the fault diagnosis method of the solar power generation system according to an embodiment of the present invention, the step of measuring the surface temperature, output current, output voltage of the photovoltaic power generation system, the output power derived from the output current, the output voltage is the surface temperature Determining whether the maximum power corresponds to the maximum power, when the output power falls within the maximum power range from the surface temperature, inputting the surface temperature, the output voltage, and the output current to a failure diagnosis apparatus, and the input surface temperature. Calculating a reference current at the surface temperature by using the characteristic curve of the solar array for a change in insolation at a predetermined temperature, and generating a normal signal when the output current is within a predetermined range of the reference current. When the signal is out of the predetermined range of the reference current and lasts for a predetermined time, an abnormal signal is generated and maintained within a predetermined time. If it belongs, generating a normal signal.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법은 태양광 어레이의 표면온도, 태양광 발전시스템의 출력전류, 출력전압을 측정하는 단계, 상기 출력전류, 출력전압으로부터 도출된 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 태양광 발전시스템의 최대전력 범위에 해당하는지 판단하는 단계, 상기 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 최대전력 범위에 해당되면 상기 표면온도, 상기 출력전압, 상기 출력전류가 고장 진단장치에 입력되는 단계, 상기 입력된 표면온도, 상기 출력전류를 일정 온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전압을 산출하는 단계 및 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위 내이면 정상신호를 발생하고, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위 밖이고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생하고 일정 시간 미만 지속되면 정상신호를 발생하는 단계를 포함한다.In the fault diagnosis method of the photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention, the step of measuring the surface temperature of the photovoltaic array, the output current of the photovoltaic power generation system, the output voltage, the output power derived from the output current, the output voltage Determining whether the surface temperature corresponds to a maximum power range of the photovoltaic power generation system; and when the output power falls within the maximum power range from the surface temperature, the surface temperature, the output voltage, and the output current are fault diagnosis devices. Calculating a reference voltage at the surface temperature by inputting the input surface temperature, the output current at a predetermined temperature, and calculating a reference voltage at the surface temperature by using a characteristic curve of a solar array for a change in insolation at a predetermined temperature; If a predetermined range of within the normal signal is generated, the output voltage is outside the predetermined range of the reference voltage and constant Last longer than that between the generated ideal signal, and a step of generating a normal signal when the duration is less than a predetermined time.

본 발명의 실시예에 따르면, 일사량이 변하더라도 일사량을 측정하지 않고 태양광 어레이의 고장 유무를 진단할 수 있는 장점이 있다. 또한, 태양광 발전시스템이 발전 중에도 실시간으로 고장 여부를 진단할 수 있어 태양광 발전시스템의 운용효율을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, even if the amount of insolation changes, there is an advantage of diagnosing the failure of the solar array without measuring the amount of insolation. In addition, the photovoltaic power generation system can diagnose the failure in real time even during power generation can increase the operating efficiency of the photovoltaic power generation system.

도 1은 태양광 발전시스템 및 본 발명의 실시예로서 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치의 시스템 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 고장 진단 장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 태양광 어레이의 특정 표면온도에서 일사량의 변화에 대한 태양광 발전시스템의 최대전력점에서의 출력전압과 출력전류를 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치를 이용하여 태양광 발전시스템의 고장 여부를 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 태양광 발전시스템이 다양한 조건에 놓여 있을 때 태양광 발전시스템의 특성을 각각 나타내는 그래프이다.1 is a system configuration diagram of a photovoltaic power generation system and a failure diagnosis apparatus of a photovoltaic power generation system as an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a failure diagnosis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 and 4 are graphs showing the output voltage and the output current at the maximum power point of the photovoltaic power generation system with respect to the change in solar radiation at a specific surface temperature of the photovoltaic array.
5 and 6 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a failure of a photovoltaic system using a failure diagnosis apparatus of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing characteristics of the photovoltaic power generation system when the photovoltaic power generation system is placed under various conditions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 1은 태양광 발전시스템 및 본 발명의 실시예로서 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치의 시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치(100)는 태양광 어레이를 포함하는 태양광 발전시스템(50)으로부터 태양광 어레이의 표면온도(T), 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류(IPV), 출력전압(VPV)을 입력받아 태양광 발전시스템의 고장 유무를 진단하고 정상신호 또는 이상신호를 태양광 발전시스템(50)에 출력한다. 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치의 블록도이다. 도 2의 (a)를 참조하면 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치(100A)는 기준전류 산출부(120A), 비교판단부(130A), 진단신호 발생부(110) 및 디스플레이부(140)를 포함한다. 기준전류 산출부(120A)는 태양광 어레이의 표면온도에서 태양광 발전시스템이 출력전력이 최대일 때 측정된 출력전압(VPV)로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 발전시스템의 특성 곡선으로부터 도출된 기준전류 산출식을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류(Iref)을 산출한다. 비교판단부(130A)는 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 측정된 출력전류(IPV)와 상기 기준전류(Iref)를 비교한다. 비교판단부(130A)는 상기 출력전류(IPV)가 상기 기준전류(Iref)의 일정 범위에 부합하면 정상신호를 발생한다. 비교판단부(130A)는 상기 출력전류(IPV)가 상기 기준전류(Iref)의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생한다. 상기 기준전류(Iref)의 일정 범위는 일 예로 0.95Iref≤ Ipv ≤1.05Iref 일 수 있다. 계수 0.95와 1.05는 태양광 발전시스템의 왜란, 스위칭 동작, 제어기에 의한 전류의 응답을 고려하여 5% 정도의 여유를 준 것이다. 상기 계수는 임의로 변경 가능하다. 상기 일정 시간은 사용자가 필요에 따라 변경할 수 있다. 진단신호 발생부(110)는 비교판단부(130A)가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때는 정상신호를 발생하고, 비교판단부(130A)가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때는 이상신호를 발생한다. 디스플레이부(140)는 이상신호가 발생하는 경우 태양광 발전시스템의 고장 진단 결과를 표시한다. 디스플레이부(140)는 상기 이상 신호가 발생한 후, 상기 출력전류(IPV)가 상기 기준전류(Iref)의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(140)는 상기 출력전류(IPV)가 상기 기준전류(Iref)의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시할 수 있다. 도 2의 (b)에 도시된 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치(100B)는 기준전압 산출부(120B), 비교판단부(130B), 진단신호 발생부(110) 및 디스플레이부(140)를 포함한다. 기준전압 산출부(120B)는 태양광 어레이의 표면온도(T), 태양광 발전시스템의 출력전류(IPV), 출력전압(VPV)을 입력받아 표면온도(T)에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선으로부터 도출된 기준전압 산출식을 이용하여 상기 표면온도(T)에서의 기준전압(Vref)을 산출한다. 비교판단부(130B)는 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 측정된 출력전압(VPV)과 상기 기준전압(Vref)을 비교한다. 비교판단부(130B)는 상기 출력전압(VPV)이 상기 기준전압(Vref)의 일정 범위에 부합하면 정상신호를 발생한다. 상기 출력전압(VPV)이 상기 기준전압(Vref)의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생한다. 상기 기준전압(Vref)의 일정 범위는 일 예로 0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 일 수 있다. 계수 0.99와 1.01은 태양광 발전시스템의 왜란, 스위칭 동작, 제어기에 의한 전압의 응답을 고려하여 1% 정도의 여유를 준 것이다. 상기 계수는 임의로 변경 가능하다. 상기 일정 시간은 사용자가 필요에 따라 변경할 수 있다. 진단신호 발생부(110)는 비교판단부(130B)가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때는 정상신호를 발생하고, 비교판단부(130B)가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때는 이상신호를 발생한다.1 is a system configuration diagram of a photovoltaic power generation system and a failure diagnosis apparatus of a photovoltaic power generation system as an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the apparatus 100 for diagnosing failure of a photovoltaic power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a surface temperature T of a photovoltaic array from a photovoltaic power generation system 50 including a photovoltaic array, and a sun. When the output power of the photovoltaic system is maximum, the output current (I PV ) and the output voltage (V PV ) are input to diagnose the failure of the photovoltaic system, and a normal signal or an abnormal signal is transmitted to the photovoltaic system 50. Output 2 is a block diagram of a failure diagnosis apparatus for a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2A, a failure diagnosis apparatus 100A of a solar power system includes a reference current calculator 120A, a comparison determiner 130A, a diagnostic signal generator 110, and a display 140. Include. The reference current calculating unit 120A is a characteristic curve of the photovoltaic power generation system with respect to the change in insolation at the surface temperature from the output voltage V PV measured when the photovoltaic power generation system is at the maximum output power at the surface temperature of the photovoltaic array. The reference current I ref at the surface temperature is calculated using the reference current calculation formula derived from the equation. The comparison determination unit 130A compares the output current I PV and the reference current I ref measured when the output power of the photovoltaic system is maximum. The comparison determiner 130A generates a normal signal when the output current I PV matches a predetermined range of the reference current I ref . The comparison determination unit 130A generates an abnormal signal when the output current I PV is out of a predetermined range of the reference current I ref and lasts for a predetermined time. The predetermined range of the reference current I ref may be, for example, 0.95I ref ≤ I pv ≤1.05I ref . The coefficients of 0.95 and 1.05 allow 5% margin in consideration of the disturbance of the photovoltaic system, the switching operation, and the response of the current by the controller. The coefficient can be arbitrarily changed. The predetermined time may be changed by the user as needed. The diagnostic signal generator 110 generates a normal signal when the comparison determination unit 130A determines that the solar power generation system is normal, and the comparison determination unit 130A determines that the solar power generation system is abnormal. An abnormal signal is generated. The display unit 140 displays a fault diagnosis result of the solar power generation system when an abnormal signal occurs. After the abnormal signal is generated, the display unit 140 needs to repair or replace the solar array when the output current I PV is out of a predetermined range of the reference current I ref for a predetermined time or more. It can indicate the status. In addition, the display unit 140 does not require repair or replacement of the solar array when the output current I PV deviates from the predetermined range of the reference current I ref within a predetermined time by a user. I can display it. The failure diagnosis apparatus 100B of the photovoltaic power generation system shown in FIG. 2B includes a reference voltage calculator 120B, a comparison determination unit 130B, a diagnosis signal generator 110, and a display 140. Include. The reference voltage calculator 120B receives the surface temperature T of the photovoltaic array, the output current I PV of the photovoltaic power generation system, and the output voltage V PV . The reference voltage V ref at the surface temperature T is calculated using the reference voltage calculation formula derived from the characteristic curve of the light array. The comparison determination unit 130B compares the output voltage V PV and the reference voltage V ref measured when the output power of the photovoltaic system is maximum. The comparison determiner 130B generates a normal signal when the output voltage V PV matches a predetermined range of the reference voltage V ref . When the output voltage V PV is out of a predetermined range of the reference voltage V ref and lasts for a predetermined time, an abnormal signal is generated. A range of the reference voltage (V ref) can be one example 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref . The coefficients of 0.99 and 1.01 gave about 1% margin in consideration of the disturbance of the photovoltaic system, the switching operation, and the voltage response by the controller. The coefficient can be arbitrarily changed. The predetermined time may be changed by the user as needed. The diagnostic signal generator 110 generates a normal signal when the comparison determination unit 130B determines that the solar power generation system is normal, and the comparison determination unit 130B determines that the solar power generation system is abnormal. An abnormal signal is generated.

이하 도 3 및 도 4를 이용하여 태양광 발전시스템이 최대전력일 때, 출력전압(VPV), 출력전류(IPV)로부터 각각 기준전류, 기준전압을 산출하는 기준전류 산출식 및 기준전압 산출식을 설명하기로 한다.Hereinafter, a reference current calculation formula and a reference voltage calculation for calculating a reference current and a reference voltage from the output voltage V PV and the output current I PV , respectively, when the solar power generation system is at maximum power using FIGS. 3 and 4. The equation will be explained.

도 3 및 도 4는 태양광 어레이의 특정 표면온도에서 일사량의 변화에 대하여 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때, 출력전압(VPV)과 출력전류(IPV)를 나타내는 그래프이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 태양광 어레이의 표면온도가 35℃일 때 전압과 전류의 관계를 실선으로 나타내고 표면온도가 25℃일 때 전압-전류의 관계를 점선으로 나타내었다. 본 예에서 태양광 어레이의 기준 표면온도는 25℃로 설정하였다. 도 3의 (b)의 굵은 선은 태양광 어레이의 표면온도가 25℃일 때의 전압 전류 그래프를 x축(전압축)을 따라 평행이동한 그래프이다. 굵은 선은 표면온도가 35℃일 때의 전압 전류 그래프와 거의 일치함을 알 수 있다. 도 3의 (c)를 참조하면, 태양광 어레이의 표면온도가 15℃일 때 출력전압과 출력전류의 관계를 실선으로 나타내고 표면온도가 25℃일 때 출력전압-출력전류의 관계를 점선으로 나타내었다. 도 3의 (d)의 굵은 선은 태양광 어레이의 표면온도가 25℃일 때의 출력전압-출력전류 그래프를 x축(전압축)을 따라 평행이동한 그래프이다. 굵은 선은 표면온도가 15℃일 때의 출력전압-출력전류 그래프와 거의 일치함을 알 수 있다. 이를 통해 태양광 어레이의 현재 표면온도에서 태양광 어레이의 기준전류 산출식을 아래와 같이 구할 수 있다.3 and 4 are graphs showing an output voltage V PV and an output current I PV when the photovoltaic power generation system outputs maximum power with respect to a change in solar radiation at a specific surface temperature of the solar array. Referring to (a) of FIG. 3, the relationship between voltage and current is represented by a solid line when the surface temperature of the solar array is 35 ° C., and the relationship between voltage and current when the surface temperature is 25 ° C. is indicated by a dotted line. In this example, the reference surface temperature of the solar array is set to 25 ℃. The thick line of FIG. 3B is a graph which parallel-moved the voltage-current graph when the surface temperature of the photovoltaic array is 25 degreeC along an x-axis (voltage axis). It can be seen that the thick line is almost consistent with the voltage and current graph when the surface temperature is 35 ° C. Referring to (c) of FIG. 3, the relationship between the output voltage and the output current when the surface temperature of the solar array is 15 ° C. is represented by a solid line, and the relationship between the output voltage and output current when the surface temperature is 25 ° C. is shown by a dotted line. It was. The thick line of FIG. 3D is a graph in which the output voltage-output current graph when the surface temperature of the photovoltaic array is 25 ° C. is moved in parallel along the x axis (voltage axis). It can be seen that the thick line is almost identical to the output voltage-output current graph when the surface temperature is 15 ° C. Through this, the formula for calculating the reference current of the solar array at the current surface temperature of the solar array can be obtained as follows.

Figure 112010036252430-pat00001
Figure 112010036252430-pat00001

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사한 차수(임의로 선정 가능)n: Order that approximates a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs the maximum power according to the change in solar radiation (optionally selectable)

Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류, I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,

Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압, V pv : Output voltage when solar power generation system is at maximum power at surface temperature T,

T: 태양광 어레이의 현재 표면온도, T: current surface temperature of the solar array,

Tref: 태양광 어레이의 기준 표면온도, T ref : reference surface temperature of the solar array,

a1, a2,…,an: Vpv-Iref 관계를 나타내기 위한 계수, a 1 , a 2 ,... , a n : coefficient for representing a V pv -I ref relationship,

b: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수b: coefficient for parallel movement of the voltage graph with temperature

도 4의 (a), (b)는 각각 도 3의 (a), (b)의 x축과 y축을 서로 바꾸어 x축을 출력전류로 y축을 출력전압으로 바꾸어 도시한 그래프이다. 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 태양광 어레이의 표면온도가 25℃일 때의 출력전압-출력전류 그래프를 y축(전압축)을 따라 평행 이동시킨 것이 굵은 선으로 나타낸 그래프이다. 굵은 선으로 된 그래프는 태양광 어레이의 표면온도가 35℃일 때의 출력전압-출력전류 그래프와 거의 일치함을 알 수 있다. 이를 통해 태양광 어레이의 현재 표면온도에서 태양광 어레이의 기준전압 산출식을 아래와 같이 구할 수 있다.4 (a) and 4 (b) are graphs in which the x-axis and the y-axis of FIG. 3 (a) and (b) are replaced with each other and the x-axis is output current and the y-axis is output voltage. Referring to (a) and (b) of FIG. 4, a graph in which the output voltage-output current graph when the surface temperature of the photovoltaic array is 25 ° C in parallel is moved along the y axis (voltage axis) in bold lines. to be. It can be seen that the thick line graph is almost identical to the output voltage-output current graph when the surface temperature of the solar array is 35 ° C. Through this, the reference voltage calculation formula of the solar array at the current surface temperature of the solar array can be obtained as follows.

Figure 112010036252430-pat00002
Figure 112010036252430-pat00002

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사한 차수(임의로 선정 가능)n: Order that approximates a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs the maximum power according to the change in solar radiation (optionally selectable)

Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압,V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,

Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류, I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic power generation system at surface temperature T,

T: 태양광 어레이의 현재 표면온도, T: current surface temperature of the solar array,

Tref: 태양광 어레이의 기준 표면온도, T ref : reference surface temperature of the solar array,

c1, c2,…, cn: Vref-Ipv 관계를 나타내기 위한 계수,c 1 , c 2 ,... , c n : coefficient for indicating a V ref -I pv relationship,

d: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수d: coefficient for parallel movement of voltage graph with temperature

기준전류 산출식으로부터 산출한 기준전류를 이용하여 태양광 발전시스템의 이상 유무를 판단할 수 있는 판별식은 다음과 같다.The discriminant that can determine the abnormality of the photovoltaic power generation system using the reference current calculated from the reference current calculation formula is as follows.

0.95Iref≤ Ipv ≤1.05Iref 0.95I ref ≤ I pv ≤1.05I ref

Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류,I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,

Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic system at surface temperature T

계수 0.95와 1.05는 태양광 발전시스템의 왜란, 스위칭 동작, 제어기에 의한 전류의 응답을 고려하여 5% 정도의 여유를 준 것이다. 이는 임의로 변경 가능하다. 현재 출력전류(Ipv)가 상기 판별식의 기준 범위에 있는지를 확인하여 기준 범위를 벗어났을 때, 기준범위를 벗어난 상태가 미리 정한 시간 이상 지속되었을 시 이상신호가 발생하고, 그렇지 않은 경우는 정상신호를 발생하여 태양광 어레이의 이상 유무를 확인한다.The coefficients of 0.95 and 1.05 allow 5% margin in consideration of the disturbance of the photovoltaic system, the switching operation, and the response of the current by the controller. It can be changed arbitrarily. When the current output current I pv is out of the reference range by checking whether the current output current I pv is out of the reference range, an abnormal signal occurs when the condition out of the reference range continues for a predetermined time, otherwise it is normal. Generates a signal and checks whether the solar array is abnormal.

기준전압 산출식으로부터 산출한 기준전압을 이용하여 태양광 발전시스템의 이상 유무를 판단할 수 있는 판별식은 다음과 같다.The discriminant which can determine the abnormality of the photovoltaic power generation system using the reference voltage calculated from the reference voltage calculation formula is as follows.

0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref

Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압, V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,

Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압V pv : Output voltage when photovoltaic power generation system is full power at surface temperature T

이때 계수 0.99와 1.01는 태양광 발전시스템의 왜란, 스위칭 동작, 제어기에 의한 전압의 응답을 고려하여 1% 정도의 여유를 준 것이다. 이는 임의로 변경 가능하다. 현재 출력전압(Vpv)이 상기 판별식의 기준 범위에 있는지를 확인하여 기준 범위를 벗어났을 때, 기준범위를 벗어난 상태가 미리 정한 시간 이상 지속되었을 시 이상신호가 발생하고, 그렇지 않은 경우는 정상신호를 발생하여 태양광 어레이의 이상 유무를 확인한다.At this time, the coefficients of 0.99 and 1.01 are about 1% in consideration of the disturbance of the photovoltaic power generation system, the switching operation, and the voltage response by the controller. It can be changed arbitrarily. When it is out of the reference range by checking whether the current output voltage V pv is in the reference range of the above-mentioned discriminant, an abnormal signal occurs when the state out of the reference range lasts for a predetermined time, otherwise it is normal. Generates a signal and checks whether the solar array is abnormal.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치를 이용하여 태양광 발전시스템의 고장 여부를 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 태양광 어레이의 표면온도, 태양광 발전시스템의 출력전류, 출력전압을 측정한다(510). 표면온도, 출력전류, 출력전압을 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치에 입력하여 출력전력을 산출하고 출력전력 변화량의 크기를 기준 변화량과 비교한다(520). 출력전력 변화량은 현재 산출된 출력전력과 직전에 산출된 출력전력 간 차이의 절대값으로 정의된다. 출력전력 변화량의 크기가 기준 변화량보다 크면 태양광 발전시스템이 최대전력에 아직 도달하지 않은 것으로 볼 수 있다. 따라서 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 최대전력점 추적(MPPT) 제어기로 신호를 보내 태양광 어레이의 표면온도, 출력전류, 출력전압을 다시 측정한다. 산출된 출력전력 변화량의 크기가 기준 변화량보다 작으면 산출된 출력전력이 최대전력에 도달한 것으로 간주하고, 기준전압 산출부는 측정된 출력전류를 이용하여 상기 표면온도에서 기준전압을 산출한다(530). 비교판단부는 출력전압이 기준전압의 일정 범위 내에 해당하는지 판단한다(540). 상기 기준전압의 일정 범위는 일 예로 0.99Vref ≤Vpv≤ 1.01Vref 일 수 있다(Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압, Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압). 출력전압이 기준전압의 일정 범위 내에 해당하면 정상신호를 발생하고 일정 범위 밖에 해당하면 일정 시간 이상 지속되는지 판단한다(550). 일정 시간 내로 지속되면 비교판단부는 정상신호를 발생하고, 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생한다. 이상신호가 발생한 후 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나는지 판단한다(560). 사용자가 미리 설정한 시간은 상기 일정 시간과 비교하여 더 긴 시간일 수 있다. 출력전압이 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 디스플레이부는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시한다. 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 디스플레이부는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시한다(570).5 and 6 are flowcharts illustrating a method of diagnosing a failure of a photovoltaic system using a failure diagnosis apparatus of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the surface temperature of the photovoltaic array, the output current of the photovoltaic power generation system, and the output voltage are measured (510). The surface temperature, the output current, and the output voltage are inputted to the fault diagnosis apparatus of the photovoltaic power generation system to calculate the output power and compare the magnitude of the output power variation with the reference variation (520). The variation in output power is defined as the absolute value of the difference between the currently calculated output power and the output power just calculated. If the magnitude of the change in output power is greater than the reference change, it can be considered that the photovoltaic system has not reached its maximum power yet. Therefore, the fault diagnosis device of the photovoltaic system sends a signal to the MPPT controller to measure the surface temperature, output current, and output voltage of the solar array again. If the magnitude of the calculated output power change amount is smaller than the reference change amount, the calculated output power is regarded as reaching the maximum power, and the reference voltage calculator calculates the reference voltage at the surface temperature using the measured output current (530). . The comparison determiner determines whether the output voltage falls within a predetermined range of the reference voltage (540). The predetermined range of the reference voltage is 0.99V ref as an example. ≤ V pv ≤ 1.01V ref (V ref : reference voltage of photovoltaic system at surface temperature T, V pv : output voltage when photovoltaic system is full power at surface temperature T). If the output voltage falls within a predetermined range of the reference voltage, a normal signal is generated. If the output voltage falls outside the predetermined range, it is determined whether the output voltage lasts for a predetermined time or more (550). If it continues within a certain time, the comparison determination unit generates a normal signal, and if it continues for a predetermined time, an abnormal signal is generated. After the occurrence of the abnormal signal, it is determined whether the output voltage deviates from the predetermined range of the reference voltage for more than a predetermined time by the user (560). The time preset by the user may be longer than the predetermined time. If the output voltage deviates from the predetermined range of the reference current for more than a predetermined time by the user, the display unit indicates that the solar array needs repair or replacement. If the output voltage deviates from the predetermined range of the reference voltage for less than the time preset by the user, the display unit indicates that the solar array does not need repair or replacement (570).

도 6을 참조하면, 태양광 어레이의 표면온도, 태양광 발전시스템의 출력전류, 출력전압을 측정한다(610). 표면온도, 출력전류, 출력전압을 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치에 입력하여 출력전력을 산출하고 출력전력의 변화량의 크기를 기준 변화량과 비교한다(620). 출력전력의 변화량은 현재 산출된 출력전력과 직전에 산출된 출력전력 간 차이의 절대값으로 정의된다. 산출된 출력전력 변화량의 크기가 기준 변화량보다 크면 태양광 발전시스템이 최대전력에 아직 도달하지 않은 것으로 볼 수 있다. 따라서 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 최대전력점 추적(MPPT) 제어기로 신호를 보내 태양광 어레이의 표면온도, 출력전류, 출력전압을 다시 측정한다. 출력전력 변화량의 크기가 기준 변화량보다 작으면 기준전류 산출부는 측정된 출력전압을 이용하여 상기 표면온도에서 기준전류를 산출한다(630). 비교판단부는 출력전압이 기준전류의 일정 범위 내에 해당하는지 판단한다(640). 상기 기준전류의 일정 범위는 일 예로 0.95Iref≤ Ipv ≤1.05Iref 일 수 있다(Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류, Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류).Referring to FIG. 6, the surface temperature of the photovoltaic array, the output current of the photovoltaic power generation system, and the output voltage are measured (610). The surface temperature, the output current, and the output voltage are inputted to the fault diagnosis apparatus of the photovoltaic power generation system to calculate the output power and compare the magnitude of the change amount of the output power with the reference change amount (620). The amount of change in output power is defined as the absolute value of the difference between the currently calculated output power and the immediately calculated output power. If the magnitude of the calculated output power variation is greater than the reference variation, it can be considered that the solar power generation system has not reached the maximum power yet. Therefore, the fault diagnosis device of the photovoltaic system sends a signal to the MPPT controller to measure the surface temperature, output current, and output voltage of the solar array again. If the magnitude of the output power variation is smaller than the reference variation, the reference current calculator calculates a reference current at the surface temperature using the measured output voltage (630). The comparison determiner determines whether the output voltage falls within a predetermined range of the reference current (640). The range of the reference current may be, for example, 0.95I ref ≤ I pv ≤1.05I ref (I ref : reference current of the photovoltaic system at surface temperature T, I pv : photovoltaic system at surface temperature T Output current at full power).

출력전류가 기준전류의 일정 범위 내에 해당하면 정상신호를 발생하고 일정 범위 밖에 해당하면 일정 시간 이상 지속되는 지 판단한다(650). 일정 시간 내로 지속되면 비교판단부는 정상신호를 발생하고, 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생한다. 이상신호가 발생한 후 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나는지 판단한다(660). 사용자가 미리 설정한 시간은 상기 일정 시간과 비교하여 더 긴 시간일 수 있다. 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 디스플레이부는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시한다. 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 디스플레이부는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시한다(670).If the output current falls within a predetermined range of the reference current, a normal signal is generated. If the output current falls outside the predetermined range, it is determined whether the output current lasts for a predetermined time (650). If it continues within a certain time, the comparison determination unit generates a normal signal, and if it continues for a predetermined time, an abnormal signal is generated. After the abnormal signal is generated, it is determined whether the output current deviates from the predetermined range of the reference current for more than a predetermined time by the user (660). The time preset by the user may be longer than the predetermined time. If the output current deviates from the predetermined range of the reference current for more than a predetermined time, the display unit indicates that the solar array needs repair or replacement. If the output current deviates from the predetermined range of the reference current for less than the time preset by the user, the display unit displays that the solar array does not need repair or replacement (670).

도 7은 태양광 발전시스템이 다양한 조건에 놓여 있을 때 태양광 발전시스템의 특성을 각각 나타내는 그래프이다. 도 7의 (a)를 참조하면, 일사량 900 W/m2 , 표면온도 25℃에서의 출력전력- 출력전압(P-V) 특성 곡선(710)과 일사량 500 W/m2, 표면온도 25℃에서의 P-V 특성곡선(720), 그리고 태양광 어레이에 부분적인 그림자가 형성되었을 때 P-V 특성 곡선(730)을 나타낸다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 출력전력(P)을 시간(t)에 대해 나타내는 P-t 특성 곡선이다. 도 7의 (b)를 참조하면, 약 0 ~ 약 3초 구간은 이상적인 환경으로 일사량 900 W/m2 , 표면온도 25℃일 때 태양광 발전시스템의 출력전력을 나타낸다. 태양광 발전시스템이 최대전력점을 추종하여 최대전력 약 2.8kW을 출력하는 것으로 나타난다. 약 3 ~ 약 5초 구간은 이상적인 환경으로 일사량 500 W/m2, 표면온도 25℃일 때 태양광 발전시스템의 출력전력을 나타낸다. 태양광 발전시스템이 최대전력점을 추종하여 최대전력 약 1.7kW을 출력하는 것으로 나타난다. 약 5초부터 태양광 어레이에 부분적인 그림자가 형성됐을 때 태양광 어레이의 최대전력점을 추종하여 최대전력 약 1.5kW를 출력하는 것으로 나타난다. 도 7의 (c) 는 태양광 어레이의 출력전압과 판별식의 범위를 나타낸다. 일사량 900 W/m2 , 표면온도 25℃ 인 약 0 ~ 약 3초 구간에서 태양광 발전시스템의 출력전류를 기준전압 산출식에 대입하여 기준전압을 구하였다. 태양광 발전시스템의 출력전압은 판별식 0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 의 범위 안에 포함되는 것을 확인할 수 있다. 태양광 발전시스템의 출력전압이 상기 범위를 일시적으로 이탈하나 일정 시간 이상 벗어나지 않으면 정상 범위에 해당하는 것으로 간주할 수 있다. 3 ~ 6초에서 일사량을 500 W/m2으로 유지하였을 경우에도 태양광 발전시스템의 출력전압은 판별식 0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 의 범위 안에 포함되므로 태양광 발전시스템이 이상 없이 동작함을 알 수 있다. 약 5초부터 태양광 어레이에 부분적인 그림자가 발생하여 최대전력점이 1.5kW에 추종하였을 때 태양광 발전시스템의 출력전압은 판별식 0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 의 범위로부터 일정 시간 이상 크게 벗어남을 알 수 있다. 도 7의 (d)를 참조하면 약 5.9초 이전에는 정상신호(signal=0)를 발생하고 약 5.9초부터 태양광 발전시스템이 이상신호(signal=1)를 발생하였다. 태양광 발전시스템의 출력전압은 판별식 0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref 의 범위를 약 5초부터 계속 벗어났지만, 일정 시간 이상 지속되어야 이상신호가 발생하므로 약 5.9초부터 이상신호가 발생하였다.7 is a graph showing characteristics of the photovoltaic power generation system when the photovoltaic power generation system is placed under various conditions. Referring to Figure 7 (a), the solar radiation 900 W / m 2 , the output power at the surface temperature 25 ℃-output voltage (PV) characteristic curve 710 and the solar radiation 500 W / m 2 , surface temperature 25 ℃ PV characteristic curve 720 and PV characteristic curve 730 when partial shadows are formed in the solar array. FIG. 7B is a Pt characteristic curve showing the output power P of FIG. 7A with respect to time t. Referring to Figure 7 (b), the section about 0 ~ 3 seconds represents the output power of the photovoltaic power generation system when the solar radiation 900 W / m 2 , the surface temperature of 25 ℃ in an ideal environment. It is shown that the solar power generation system outputs the maximum power of about 2.8kW following the maximum power point. The interval of about 3 to 5 seconds is an ideal environment and represents the output power of the photovoltaic system when the solar radiation amount is 500 W / m 2 and the surface temperature is 25 ° C. It is shown that the solar power generation system outputs a maximum power of about 1.7kW following the maximum power point. When a partial shadow is formed in the solar array from about 5 seconds, the maximum power point of the solar array is followed and the maximum power is about 1.5kW. Fig. 7C shows the output voltage of the solar array and the range of the discriminant equation. The reference voltage was obtained by substituting the output current of the photovoltaic power generation system into the reference voltage calculation formula in the range of about 0 to 3 seconds with the solar radiation amount of 900 W / m 2 and the surface temperature of 25 ℃. The output voltage of the photovoltaic power generation system is 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref You can see that it falls within the range of. If the output voltage of the photovoltaic system temporarily deviates from the above range but does not deviate more than a certain time, it can be regarded as a normal range. Even when the solar radiation is maintained at 500 W / m 2 in 3 to 6 seconds, the output voltage of the photovoltaic power generation system is 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref Since it is included in the range of, it can be seen that the solar power system operates without any problem. When the partial shadow is generated in the photovoltaic array from about 5 seconds and the maximum power point follows 1.5kW, the output voltage of the photovoltaic system is 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref It can be seen that a large deviation from the range of over a certain time. Referring to (d) of FIG. 7, a normal signal (signal = 0) is generated before about 5.9 seconds, and an abnormal signal (signal = 1) is generated by the solar power generation system from about 5.9 seconds. The output voltage of the photovoltaic power generation system is 0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref Although the range is still out of about 5 seconds, the abnormal signal is generated only after a certain period of time, so the abnormal signal is generated from about 5.9 seconds.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치는 태양광 어레이의 표면온도, 상기 표면온도에서 태양광 발전시스템의 최대전력점에서의 출력전압 및 출력전류를 이용하여 일사량이 변하더라도 일사량을 측정하지 않고 태양광 어레이의 고장 유무를 진단할 수 있다. 또한, 태양광 발전시스템이 발전 중에도 실시간으로 고장 여부를 진단할 수 있어 태양광 발전시스템의 운용효율을 높일 수 있다.
An apparatus for diagnosing a failure of a photovoltaic power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention includes an insolation amount even when the amount of insolation changes by using the surface temperature of the photovoltaic array, the output voltage and the output current at the maximum power point of the photovoltaic system at the surface temperature. It is possible to diagnose the failure of the solar array without measuring. In addition, the photovoltaic power generation system can diagnose the failure in real time even during power generation can increase the operating efficiency of the photovoltaic power generation system.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, .

50: 태양광 발전시스템
100, 100A, 100B: 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치
110: 진단신호 발생부
120A: 기준전류 산출부 120B: 기준전압 산출부
130: 비교판단부 140: 디스플레이부50: solar power system
100, 100A, 100B: Fault Diagnosis Device of Photovoltaic Power Generation System
110: diagnostic signal generator
120A: reference current calculator 120B: reference voltage calculator
130: comparison unit 140: display unit

Claims (20)

태양광 어레이의 표면온도 및 상기 표면온도에서 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류, 출력전압을 입력받고, 상기 출력전압으로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류를 산출하는 기준전류 산출부;
상기 출력전류와 상기 기준전류를 비교하여 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위에 부합하면 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단하고 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 지속되면 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비교판단부; 및
상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때 정상신호를 발생하고, 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때 이상신호를 발생하는 진단신호 발생부를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.When the output power of the photovoltaic power generation system is maximum at the surface temperature and the surface temperature of the photovoltaic array, the output current and the output voltage are input, and the characteristic curve of the photovoltaic array for the change in solar radiation at the surface temperature is output from the output voltage. A reference current calculator configured to calculate a reference current at the surface temperature using the reference current;
Comparing the output current with the reference current, if the output current meets a predetermined range of the reference current, the solar power generation system is determined to be normal, and if the output current is out of the predetermined range of the reference current and continues for a predetermined time, Comparative determination unit for determining that the solar power system is abnormal; And
The solar light includes a diagnostic signal generator for generating a normal signal when the comparison determination unit determines that the photovoltaic power generation system is normal, and generates an abnormal signal when the comparison determination unit determines that the photovoltaic power generation system is abnormal. Failure diagnosis device of power generation system. 제1항에 있어서,
상기 기준전류 산출부는 하기 기준전류 산출식으로부터 상기 기준전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.
Figure 112010036252430-pat00003

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사한 차수
Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류,
Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압,
T: 태양광 어레이의 현재 표면온도,
Tref: 태양광 어레이의 기준 표면온도,
a1, a2,…,an: Vpv-Iref 관계를 나타내기 위한 계수,
b: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수The method of claim 1,
The reference current calculator calculates the reference current from the reference current calculation formula below.
Figure 112010036252430-pat00003

n: Order that approximates a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs maximum power as the solar radiation changes.
I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
V pv : Output voltage when solar power generation system is at maximum power at surface temperature T,
T: current surface temperature of the solar array,
T ref : reference surface temperature of the solar array,
a 1 , a 2 ,... , a n : coefficient for representing a V pv -I ref relationship,
b: coefficient for parallel movement of the voltage graph with temperature 제1항에 있어서,
상기 기준전류의 일정 범위는
0.95Iref≤ Ipv ≤1.05Iref
인 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.
Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류,
Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류The method of claim 1,
The predetermined range of the reference current is
0.95I ref ≤ I pv ≤1.05I ref
The fault diagnosis apparatus of the photovoltaic power generation system characterized by the above-mentioned.
I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic system at surface temperature T 제1항에 있어서,
상기 이상신호가 발생하는 경우 태양광 발전시스템의 고장 진단 결과를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.The method of claim 1,
And a display unit for displaying a fault diagnosis result of the solar power generation system when the abnormal signal is generated. 제4항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 이상신호가 발생한 후, 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시하고, 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.The method of claim 4, wherein
The display unit indicates that the photovoltaic array needs to be repaired or replaced after the abnormal signal is generated, when the output current deviates from the predetermined range of the reference current for more than a predetermined time, and the output current is the reference. The apparatus for diagnosing failure of a photovoltaic power generation system, characterized in that when the predetermined range of current is less than a predetermined time set by the user, indicating that the solar array does not need repair or replacement. 태양광 어레이의 표면온도 및 상기 표면온도에서 태양광 발전시스템의 출력전력이 최대일 때 출력전류, 출력전압을 입력받고, 상기 출력전류로부터 상기 표면온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 발전시스템의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전압을 산출하는 기준전압 산출부;
상기 출력전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위에 부합하면 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단하고 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 벗어나고 일정 시간 지속되면 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단하는 비교판단부; 및
상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 정상인 것으로 판단할 때 정상신호를 발생하고, 상기 비교판단부가 상기 태양광 발전시스템이 비정상인 것으로 판단할 때 이상신호를 발생하는 진단신호 발생부를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.Characteristic curve of the photovoltaic power generation system for receiving the output current and the output voltage when the output power of the photovoltaic power generation system is the maximum at the surface temperature and the surface temperature of the photovoltaic array and changing the amount of insolation at the surface temperature from the output current. A reference voltage calculator configured to calculate a reference voltage at the surface temperature by using;
Comparing the output voltage and the reference voltage, if the output voltage meets a predetermined range of the reference voltage, it is determined that the photovoltaic power generation system is normal, and if the output voltage is out of the predetermined range of the reference voltage and continues for a predetermined time Comparative determination unit for determining that the solar power system is abnormal; And
The solar light includes a diagnostic signal generator for generating a normal signal when the comparison determination unit determines that the photovoltaic power generation system is normal, and generates an abnormal signal when the comparison determination unit determines that the photovoltaic power generation system is abnormal. Failure diagnosis device of power generation system. 제6항에 있어서,
상기 기준전압 산출부는 하기 기준전압 산출식으로부터 상기 기준전압 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.
Figure 112010036252430-pat00004

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사하는 차수
Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압,
Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류,
T: 태양광 어레이의 현재 표면온도,
Tref: 태양광 어레이의 기준 온도,
d: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수,
c1, c2,…, cn: Vref-Ipv 관계를 나타내기 위한 계수The method of claim 6,
The reference voltage calculator is configured to calculate the reference voltage from the reference voltage calculation formula below.
Figure 112010036252430-pat00004

n: Order to approximate a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs maximum power as the solar radiation changes
V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
T: current surface temperature of the solar array,
T ref : reference temperature of the solar array,
d: coefficient for parallel movement of voltage graph with temperature change,
c 1 , c 2 ,... , c n : coefficient for indicating a V ref -I pv relationship 제6항에 있어서,
상기 기준전압의 일정 범위는
0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref
인 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.
Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압,
Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압The method of claim 6,
The predetermined range of the reference voltage is
0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref
The fault diagnosis apparatus of the photovoltaic power generation system characterized by the above-mentioned.
V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
V pv : Output voltage when photovoltaic power generation system is full power at surface temperature T 제6항에 있어서,
상기 이상신호가 발생하는 경우 태양광 발전시스템의 고장 진단 결과를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.The method of claim 6,
And a display unit for displaying a fault diagnosis result of the solar power generation system when the abnormal signal is generated. 제9항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 이상 신호가 발생한 후, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시하고, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 장치.10. The method of claim 9,
After the occurrence of the abnormal signal, the display unit indicates that the solar array needs to be repaired or replaced if the output voltage deviates from the predetermined range of the reference voltage more than a predetermined time period, and the output voltage is the reference. The apparatus for diagnosing failure of a photovoltaic power generation system, characterized in that when the predetermined range of voltage is less than the time set by the user, it indicates that the repair or replacement of the solar array is not necessary. 태양광 발전시스템의 표면온도, 출력전류, 출력전압을 측정하는 단계;
상기 출력전류, 상기 출력전압으로부터 도출된 출력전력이 상기 표면온도에서 최대전력에 해당하는지 판단하는 단계;
상기 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 최대전력 범위에 해당되면 상기 표면온도, 상기 출력전압, 상기 출력전류가 고장 진단장치에 입력되는 단계;
상기 입력된 표면온도, 상기 출력전압을 일정 온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전류를 산출하는 단계; 및
상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위 내이면 정상신호를 발생하고, 상기 기준전류의 일정 범위 밖이고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생하고 일정 시간 이내로 지속되면 정상신호를 발생하는 단계를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.Measuring a surface temperature, an output current, and an output voltage of the solar power generation system;
Determining whether the output current derived from the output current and the output voltage corresponds to a maximum power at the surface temperature;
Inputting the surface temperature, the output voltage, and the output current to a failure diagnosis apparatus when the output power falls within the maximum power range at the surface temperature;
Calculating a reference current at the surface temperature by using the input surface temperature and the output voltage at a predetermined temperature by using a characteristic curve of a solar array with respect to a change in insolation; And
Generating a normal signal when the output current is within a predetermined range of the reference current, and generating an abnormal signal when the output current is out of a predetermined range of the reference current and lasting for a predetermined time; Fault diagnosis method of solar power system. 제11항에 있어서,
상기 기준전류는 하기 기준전류 산출식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.
Figure 112010036252430-pat00005

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사한 차수
Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류,
Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압,
T: 태양광 어레이의 현재 표면온도,
Tref: 태양광 어레이의 기준 표면온도,
a1, a2,…,an: Vpv-Iref 관계를 나타내기 위한 계수,
b: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수The method of claim 11,
The reference current is a failure diagnosis method for a photovoltaic power generation system, characterized in that calculated from the following reference current calculation formula.
Figure 112010036252430-pat00005

n: Order that approximates a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs maximum power as the solar radiation changes.
I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
V pv : Output voltage when solar power generation system is at maximum power at surface temperature T,
T: current surface temperature of the solar array,
T ref : reference surface temperature of the solar array,
a 1 , a 2 ,... , a n : coefficient for representing a V pv -I ref relationship,
b: coefficient for parallel movement of the voltage graph with temperature 제11항에 있어서,
상기 기준전류의 일정 범위는
0.95Iref≤ Ipv ≤1.05Iref
인 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.
Iref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전류,
Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류The method of claim 11,
The predetermined range of the reference current is
0.95I ref ≤ I pv ≤1.05I ref
Fault diagnosis method of solar power system, characterized in that.
I ref : reference current of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic system at surface temperature T 제11항에 있어서,
상기 이상 신호가 발생하면 상기 고장 진단장치는 상기 태양광 발전시스템의 고장 내용을 표시하는 단계를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.The method of claim 11,
When the abnormal signal is generated, the failure diagnosis device comprises a step of displaying the failure details of the photovoltaic power generation system. 제14항에 있어서,
상기 이상 신호가 발생하면 상기 고장 진단장치는 상기 태양광 발전시스템의 고장 내용을 표시하는 단계는,
상기 이상 신호가 발생한 후, 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 상기 고장 진단장치는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시하고, 상기 출력전류가 상기 기준전류의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 상기 고장 진단장치는 상기 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.The method of claim 14,
When the fault signal is generated, the fault diagnosis apparatus displays fault information of the solar power generation system.
After the abnormal signal is generated, if the output current deviates from the predetermined range of the reference current for more than a predetermined time, the fault diagnosis apparatus indicates that the solar array needs repair or replacement, and the output current When the predetermined range of the reference current is out of a predetermined time by the user, the failure diagnosis apparatus indicates that the state does not require repair or replacement of the photovoltaic power generation system failure diagnosis method . 태양광 어레이의 표면온도, 태양광 발전시스템의 출력전류, 출력전압을 측정하는 단계;
상기 출력전류, 출력전압으로부터 도출된 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 태양광 발전시스템의 최대전력 범위에 해당하는지 판단하는 단계;
상기 출력전력이 상기 표면온도에서 상기 최대전력 범위에 해당되면 상기 표면온도, 상기 출력전압, 상기 출력전류가 고장 진단장치에 입력되는 단계;
상기 입력된 표면온도, 상기 출력전류를 일정 온도에서 일사량 변화에 대한 태양광 어레이의 특성 곡선을 이용하여 상기 표면온도에서의 기준전압을 산출하는 단계; 및
상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위 내이면 정상신호를 발생하고, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위 밖이고 일정 시간 이상 지속되면 이상신호를 발생하고 일정 시간 미만 지속되면 정상신호를 발생하는 단계를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.Measuring a surface temperature of the solar array, an output current of the solar power generation system, and an output voltage;
Determining whether the output power derived from the output current and the output voltage corresponds to a maximum power range of the photovoltaic power generation system at the surface temperature;
Inputting the surface temperature, the output voltage, and the output current to a failure diagnosis apparatus when the output power falls within the maximum power range at the surface temperature;
Calculating a reference voltage at the surface temperature by using a characteristic curve of the photovoltaic array with respect to the input surface temperature and the output current at a predetermined temperature for changing the amount of solar radiation; And
When the output voltage is within a predetermined range of the reference voltage generates a normal signal, if the output voltage is outside the predetermined range of the reference voltage and lasts for a predetermined time, an abnormal signal is generated, and if the output voltage lasts less than a predetermined time, a normal signal is generated. A method for diagnosing failure of a photovoltaic power generation system comprising the steps. 제11항에 있어서,
상기 기준전압은 하기 기준전압 산출식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.
Figure 112010036252430-pat00006

n: 일사량 변화에 따라 태양광 발전시스템이 최대전력을 출력할 때 전압-전류 관계를 나타내는 곡선을 함수로 근사하는 차수
Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압,
Ipv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전류,
T: 태양광 어레이의 현재 표면온도,
Tref: 태양광 어레이의 기준온도,
d: 온도변화에 따른 전압 그래프의 평행이동을 위한 계수,
c1, c2,…, cn: Vref-Ipv 관계를 나타내기 위한 계수The method of claim 11,
The reference voltage is a fault diagnosis method of a solar power generation system, characterized in that calculated from the following reference voltage calculation formula.
Figure 112010036252430-pat00006

n: Order to approximate a curve representing the voltage-current relationship as a function when the solar power system outputs maximum power as the solar radiation changes
V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
I pv : Output current at maximum temperature of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
T: current surface temperature of the solar array,
T ref : reference temperature of solar array,
d: coefficient for parallel movement of voltage graph with temperature change,
c 1 , c 2 ,... , c n : coefficient for indicating a V ref -I pv relationship 제16항에 있어서,
상기 기준전압의 일정 범위는
0.99Vref≤ Vpv ≤ 1.01Vref
인 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.
Vref: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템의 기준전압,
Vpv: 표면온도 T에서 태양광 발전시스템이 최대전력일 때 출력전압The method of claim 16,
The predetermined range of the reference voltage is
0.99V ref ≤ V pv ≤ 1.01V ref
Fault diagnosis method of solar power system, characterized in that.
V ref : reference voltage of photovoltaic power generation system at surface temperature T,
V pv : Output voltage when photovoltaic power generation system is full power at surface temperature T 제16항에 있어서,
상기 이상신호가 발생하면 상기 고장 진단장치는 상기 태양광 발전시스템의 고장 내용을 표시하는 단계를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.The method of claim 16,
When the abnormal signal is generated, the failure diagnosis device comprises a step of displaying the failure details of the photovoltaic power generation system. 제19항에 있어서,
상기 이상 신호가 발생하면 상기 고장 진단장치는 상기 태양광 발전시스템의 고장 내용을 표시하는 단계는,
상기 이상 신호가 발생한 후, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 이상 벗어나면 상기 고장 진단장치는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요한 상태임을 표시하고, 상기 출력전압이 상기 기준전압의 일정 범위를 사용자가 미리 설정한 시간 미만으로 벗어나면 상기 고장 진단장치는 태양광 어레이의 수리 또는 교체가 필요하지 않은 상태임을 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장 진단 방법.20. The method of claim 19,
When the fault signal is generated, the fault diagnosis apparatus displays fault information of the solar power generation system.
After the abnormal signal is generated, if the output voltage deviates from the predetermined range of the reference voltage for more than a predetermined time by the user, the fault diagnosis apparatus indicates that the solar array needs repair or replacement, and the output voltage When the predetermined range of the reference voltage is out of a predetermined time by the user, the failure diagnosis device is a failure diagnosis method of a solar power system, characterized in that indicating that the state does not require repair or replacement of the solar array.
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