KR101232648B1

KR101232648B1 - 태양전지 열화가속장치, 그의 최대 부하점 추적 장치, 태양전지 열화가속방법 및 그의 최대 부하점 추적방법

Info

Publication number: KR101232648B1
Application number: KR1020110065323A
Authority: KR
Inventors: 박상현; 조준식; 윤경훈
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-02-13
Also published as: KR20130007337A

Abstract

본 발명은 태양전지의 열화를 가속하는 장치에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 태양전지가 시간이 지남에 따라 지속적으로 출려기 감소되는 현상인 열화가 태양전지에서 얼마나 발생하는지를 확인할 수 있는 태양전지 열화가속장치 및 태양전지 열화가속장치에 추가적으로 장착이 가능한 최대 부하점 추적 장치에 관한 것으로, 태양전지를 고정하고, 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하며, 측정된 최대 전력 값을 이용하여 태양전지와 전기적으로 연결된 부하의 부하 값을 제어하는 태양전지 열화가속장치를 제공한다. 그럼으로써, 태양전지의 열화에 미치는 변수에 부하에 대한 변수를 적용하여 태양전지가 열화되는 정도를 더욱 정확하게 예측할 수 있다는 효과가 있다.

Description

태양전지 열화가속장치, 그의 최대 부하점 추적 장치, 태양전지 열화가속방법 및 그의 최대 부하점 추적방법{SOLAR CELL DEGRADED ACCELERATING DEVICE, MAXIMUM LOAD POINT CHASING DEVICE OF THE SAME, SOLAR CELL ACCELERATING METHOD MAXIMUM LOAD POINT CHASING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 태양전지의 열화를 가속하는 장치에 관한 것으로; 더욱 상세하게는 태양전지가 시간이 지남에 따라 지속적으로 출력이 감소되는 현상인 열화가 태양전지에서 얼마나 발생하는지를 확인할 수 있는 태양전지 열화가속장치 및 태양전지 열화가속장치에 추가적으로 장착이 가능한 최대 부하점 추적 장치에 관한 것이고, 또한, 태양전지 열화가속방법 및 태양전지 열화가속장치에 추가적으로 부가할 수 있는 최대 부하점 추적 방법에 관한 것이다.

실리콘 박막 태양전지는 면적이 크고, 가격이 저렴하다는 장점으로 인해서 실외에서 태양전지로써, 많이 사용되고 있는데, 실제 실외에서 발전을 하는 과정에서 시간이 지남에 따라 태양전지에서 출력하는 전력이 점차 감소하는 열화현상이 크게 나타난다는 문제를 가지고 있다.

그리하여 실리콘 박막 태양전지를 제조하는 업체에서는 상기와 같은 열화현상을 억제하기 위한 노력이 지속되는 것도 중요하지만, 동시에 실리콘 박막 태양전지의 고유한 특성을 감안하여 시간의 경과에 따라 어느 정도의 열화가 태양전지에서 발생하는지를 예측하고 분석하는 것도 중요하다. 즉, 실리콘 박막 태양전지를 실외에 설치하였을 때, 10년 혹은 20년 후에 실리콘 박막 태양전지에서 출력되는 전력이 최초 설치한 것에 비하여 어느 정도 감소하는지를 사용자에게 안내함으로써, 사용자에 대한 신뢰도 구축에 주요한 요인이 될 수 있다.

실리콘 박막 태양전지의 열화를 확인하기 위하여 몇십 년 동안 태양전지를 실외에 설치하여 열화 정도를 측정하는 것은 무리가 있기 때문에, 인위적으로 태양전지를 열화시키는 열화가속장치를 이용한다. 이러한 열화가속장치는 특정한 광량의 빛, 온도 및 습도 등의 조건을 이용하여 챔버 내에 고정된 태양전지를 열화시킨다.

상기와 같은 기존의 열화가속장치는 빛, 온도 및 습도만을 변수로 하여 열화를 가속시키기 때문에 그 정확도가 떨어져 신뢰도가 떨어지는 한계가 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 태양전지 열화가속장치의 신뢰도를 높일 수 있는 요인에 대한 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 열화가속장치는; 태양전지를 고정하는 태양전지 고정부; 상기 태양전지에 전기적으로 연결되고, 가변 부하 값을 가지는 부하부; 상기 태양전지 고정부에 고정된 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 전력 측정부; 및 상기 전력 측정부에서 측정된 태양전지의 최대 전력 값을 이용하여 상기 부하부의 부하 값을 제어하는 부하 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 태양전지 고정부에 고정된 태양전지에 가해지는 빛, 온도 및 습도 중 어느 하나 이상을 제어하는 환경 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전력 측정부는 태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하고, 상기 부하 제어부는 상기 전력 측정부에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하며, 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하고, 산정된 부하 값을 이용하여 상기 부하부의 가변 부하 값을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 열화가속장치의 최대 부하점 추적 장치는; 태양전지에 빛, 온도 및 습도 중 어느 하나 이상을 가하여 태양전지의 열화를 가속하는 장치의 태양전지에 전기적으로 연결되고, 가변 부하 값을 가지는 부하부; 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 전력 측정부; 및 상기 전력 측정부에서 측정된 태양전지의 최대 전력 값을 이용하여 상기 부하부의 부하 값을 제어하는 부하 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 열화가속방법은; 태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하는 전압/전류 측정단계; 상기 전압/전류 측정단계에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하는 최대 전력 값 산정단계; 상기 최대 전력 값 산정단계에서 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하는 부하 값 산정단계; 및 상기 부하 값 산정단계에서 산정된 부하 값을 이용하여 태양전지에 전기적으로 연결된 부하의 값을 제어하는 부하 제어단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 태양전지 열화가속장치의 최대 부하점 추적방법은; 태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하는 전압/전류 측정단계; 상기 전압/전류 측정단계에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하는 최대 전력 값 산정단계; 상기 최대 전력 값 산정단계에서 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하는 부하 값 산정단계; 및 상기 부하 값 산정단계에서 산정된 부하 값을 이용하여 태양전지에 전기적으로 연결된 부하의 값을 제어하는 부하 제어단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 태양전지 열화가속장치에 의하면; 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하여 부하 값을 제어하여 태양전지 열화가속장치에 적용함으로써, 태양전지의 열화에 미치는 변수를 빛, 온도 및 습도 이외의 변수로 부하를 적용함으로써, 태양전지가 열화되는 정도를 실제 태양전지가 더욱 정확하게 예측할 수 있다는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 태양전지 열화가속장치를 도시한 블록도이다.
도2는 본 발명의 태양전지 열화가속장치를 도시한 개략도이다.
도3은 본 발명의 태양전지 열화가속장치에서 시간에 따라 변화되는 최대 전력점을 측정한 그래프이다.
도4는 본 발명의 태양전지 열화가속장치에서 부하 값에 따른 태양전지의 열화정도를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

본 발명의 태양전지 열화가속장치(100)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 환경 제어부(130), 태양전지 고정부(120) 및 최대 부하점 측정기(110)를 포함하여 구성되며, 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다.

환경 제어부(130)는 태양전지(200)에 인위적으로 가해지는 빛, 온도 및 습도 중 어느 하나 이상을 제어하는 곳으로, 필요에 따라서 빛, 온도 및 습도의 제어를 각각하는 것이 가능하다. 즉, 태양전지(200)에 가해지는 빛을 제어하기 위해 외부에 유입되는 빛을 차단한 상태에서 장기간동안 주기적 혹은 연속적으로 태양전지(200)에 램프 등을 이용하여 빛을 조사하는 장치와 태양전지(200)의 주변의 온도나 습도를 제어하여 외부에 설치된 태양전지(200)가 접할 수 있는 외부 환경과 유사하도록 온도와 습도를 제어하는 것이 가능할 것이다.

태양전지 고정부(120)는 태양전지(200)가 태양전지 열화가속장치(100) 내에서 움직이는 것을 방지하기 위해 물리적으로 고정시키는 것으로, 태양전지 고정부(120)에는 태양전지(200)와 전기적으로 연결이 되도록 전극이 구비되는 것이 가능하다.

최대 부하점 측정기(110)는 태양전지 고정부(120)와 전기적으로 연결되어, 태양전지(200)로부터 전류가 입력되어, 태양전지(200)에서 출력되는 전력을 측정하는 곳으로, 부하부(112), 전력 측정부(114) 및 부하 제어부(116)를 포함하여 구성된다.

부하부(112)는 태양전지 고정부(120)에 구비된 전극에 전기적으로 연결되어, 태양전지(200)에서 발생된 전하를 효율적으로 태양전지(200) 외부로 이끌어 내어 전기에너지로 활용하기 위해 전기 회로적으로 태양전지(200)와 연결되는 저항으로, 본 발명에서는 저항 값이 변하는 가변 저항이 적용된다. 즉, 태양전지(200)에서 출력되는 전극의 양단에 부하부(112)가 설치되는데, 이때의 부하부(112)는 부하 값이 변하는 것이 가능한 가변 부하가 설치된다.

전력 측정부(114)는 태양전지(200)에서 출력되는 전력을 측정하는 곳으로, 태양전지(200)에 빛이 조사됨으로써 출력되는 전력의 전압 및 전류를 각각 측정한다. 이때의 측정은 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 주기적으로 측정하는 것도 가능할 것이다. 상기와 같이, 전력 측정부(114)에서 측정되는 전압과 전류에 대한 결과는 도3에 도시된 바와 같으며, 도3에 도시된 그래프에 대해서는 후술한다.

부하 제어부(116)는 전력 측정부(114)에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하고, 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정함으로써, 최대 부하 값을 찾아낸다. 이렇게 찾아낸 최대 부하 값을 이용하여 부하부(112)를 제어함으로써, 태양전지(200)의 양단에 걸리는 부하 값을 제어한다.

이에 대해서 도3을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 본 발명의 태양전지(200)는 실리콘 박막 태양전지를 이용하였으며, 실리콘 박막 태양전지를 옥외에 설치하여 발전을 지속하면, 최대 전력점이 변하게 된다. 예를 들어, 설치 초기에 특정 빛이 조사되는 조건에서의 최대 전력점은 한 달 뒤의 동일한 빛을 조사했을 때, 다른 부하 값으로 변화가 일어난다. 그리하여, 도3에 도시된 바와 같이, 실리콘 박막 태양전지가 열화되어 감에 따라 동일한 조건에서 측정하여도 최대 전력점이 감소하는 것을 확인할 수 있다.

이때, 최대 전력점은 그래프에서 전압과 전류의 곱인 전력의 크기가 가장 클 때의 점으로, 도3에 도시된 첫 번째 그래프(1st)에서는 63.3Ω으로 표시된 위치에서 전력의 크기가 가장 크게 나타난다. 그리고 이때의 부하 값인 63.3Ω은 옴의 법칙에 의해 전력과 전류의 비에 의해 산정이 이루어진다. 여기서, 도3에 도시된 그래프는 각각 1달 간격으로 최대 전력점을 측정한 것이며, MPP(Maximum Power Point)는 최대 전력점을 나타낸다.

즉, 옥외에 설치되는 실리콘 박막 태양전지의 경우에는 시간이 지남에 따라최대 전력점이 변화함에 따라서 최대 부하 값도 지속적으로 변화하는 특성을 가지는데, 기존에는 이와 같은 부하 값이 변화하는 것을 무시하여 태양전지(200)를 전기회로적으로 연결이 이루어지지 않은 상태에서 열화가속을 시키는 과정이 지속됨에 따라서 실제 태양전지에서 발생하는 부하 값이 변화되는 것이 전혀 반영되지 않았음은 물론이다.

더욱이, 부하 값의 변화에 따라서 태양전지(200)에서 열화가 이루어지는 실제 사례를 살펴보면, 빛의 세기, 온도 및 습도를 동일하게 맞춘 상태에서 부하 값을 다르게 적용하면, 도4에서와 같이, 차이가 발생함을 알 수 있다. 여기서, 태양전지(200)에서 발생되는 에너지에 해당하는 Pmax가 부하 조건에 따라 -22%에서 -11%까지 변화가 나타나는 것을 알 수 있다.

그리하여 본 발명에서는 최대 부하점 측정기(110)를 통해 태양전지(200) 양단에 걸리는 부하 값을 능동적으로 제어함으로써, 태양전지 열화가속장치(100)에서 태양전지(200)를 열화 가속하는 과정에 부하 값에 의해 태양전지(200)가 열화되는 정도에 대해서 부가됨에 따라 더욱 정확하게 태양전지(200)의 열화정도를 확인하는 것이 가능하다.

그리고 본 발명의 태양전지 열화가속장치(100)에서 최대 부하점 추적기는 태양전지 열화가속장치(100)에서 탈착이 가능하도록 제작이 가능하다. 즉, 기존의 태양전지 열화가속장치(100)에 별도로 최대 부하점 추적기를 장착이 가능하도록 제작되는 것이 가능하기 때문에 이처럼 별도 제작된 최대 부하점 추적기를 태양전지(200)의 양단의 전극에 연결함으로써, 기존의 열화가속장치의 기능에 최대 부하점에 대한 변수가 더해지는 것이 가능할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100: 태양전지 열화가속장치
110: 최대 부하점 측정기
112: 부하부 114: 전력 측정부
116: 부하 제어부
120: 태양전지 고정부 130: 환경 제어부
200: 태양전지

Claims

태양전지를 고정하는 태양전지 고정부;
상기 태양전지에 전기적으로 연결되고, 가변 부하 값을 가지는 부하부;
상기 태양전지 고정부에 고정된 태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 전력 측정부;
상기 전력 측정부에서 측정된 태양전지의 최대 전력 값을 이용하여 상기 부하부의 부하 값을 제어하는 부하 제어부; 및
상기 태양전지 고정부에 고정된 태양전지에 가해지는 빛, 온도 및 습도 중 어느 하나 이상을 제어하는 환경 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 전력 측정부는 태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하고,
상기 부하 제어부는 상기 전력 측정부에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하며, 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하고, 산정된 부하 값을 이용하여 상기 부하부의 가변 부하 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속장치.
태양전지에 빛, 온도 및 습도 중 어느 하나 이상을 가하여 태양전지의 열화를 가속하는 장치의 태양전지에 전기적으로 연결되고, 가변 부하 값을 가지는 부하부;
태양전지에서 출력되는 전력을 측정하는 전력 측정부; 및
상기 전력 측정부에서 측정된 태양전지의 최대 전력 값을 이용하여 상기 부하부의 부하 값을 제어하는 부하 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속장치의 최대 부하점 추적 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전력 측정부는 태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하고,
상기 부하 제어부는 상기 전력 측정부에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하며, 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하고, 산정된 부하 값을 이용하여 상기 부하부의 가변 부하 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속장치의 최대 부하점 추적 장치.
태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하는 전압/전류 측정단계;
상기 전압/전류 측정단계에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하는 최대 전력 값 산정단계;
상기 최대 전력 값 산정단계에서 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하는 부하 값 산정단계; 및
상기 부하 값 산정단계에서 산정된 부하 값을 이용하여 태양전지에 전기적으로 연결된 부하의 값을 제어하는 부하 제어단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속방법.
태양전지에서 출력되는 전압과 전류를 실시간으로 측정하는 전압/전류 측정단계;
상기 전압/전류 측정단계에서 측정된 전압과 전류를 이용하여 최대 전력 값을 산정하는 최대 전력 값 산정단계;
상기 최대 전력 값 산정단계에서 산정된 최대 전력 값에 해당하는 전압과 전류를 이용하여 부하 값을 산정하는 부하 값 산정단계; 및
상기 부하 값 산정단계에서 산정된 부하 값을 이용하여 태양전지에 전기적으로 연결된 부하의 값을 제어하는 부하 제어단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 열화가속장치의 최대 부하점 추적방법.