KR101428755B1 - 박막태양전지의 준안정성 현상을 고려한 태양광 발전용량 예측 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전용량을 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 박막태양전지의 준안정성 현상을 고려한 태양광 발전용량을 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 박막태양전지의 준안정성을 고려하여 태양광 발전용량을 정확하게 예측하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

Description

박막태양전지의 준안정성 현상을 고려한 태양광 발전용량 예측 시스템 및 방법{METHOD AND DEVICE WHICH FORECAST SOLAR POWER BASED ON METASTABILITY}
본 발명은 태양광 발전용량을 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 박막태양전지의 준안정성 현상을 고려한 태양광 발전용량을 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이와 관련된 종래기술로는 태양광 발전 용량 예측 시스템 및 방법(한국공개특허 제 2012-0110769호)이 있다. 상기 종래 기술에서는 날씨 정보를 이용하여 태양광 발전 용량을 예측하고 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 용량 예측 시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 태양광 발전 용량 예측 시스템은 선택부(10), 연산부(20) 및 출력부(30)를 포함한다.
선택부(10)는 태양광 발전 설비의 설치 예정 위치, 용량, 구조물 형태, 방위각, 고도각, 설비, 단가 및 유지 보수 방법을 선택한다. 선택부(10)는 위치 선택부, 용량 선택부, 구조물 형태 선택부, 방위각, 고도각 선택부, 설비 선택부, 단가 선택부 및 유지 보수 방법 선택부 등을 포함한다.
연산부(20)는 선택된 자료들을 연산한다.
출력부(30)는 예상되는 태양광 발전 용량을 출력한다. 이 때, 출력부는 태양광 발전 용량을 그래픽으로 출력하는 그래픽 유저인터페이스 방식 일 수 있다.
종래의 태양광 발전 용량을 예측하는 시스템은 현장에 최적화된 태양광 발전 용량을 예측하지만, 태양전지의 효율 특성이 단순한 결정질 실리콘 태양전지의 경우 종래의 태양광 발전 용량을 예측하는 시스템 및 방법으로는 정확하게 발전용량을 예측할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 박막태양전지의 준안정성을 고려하여 태양광 발전용량을 정확하게 예측하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 날씨 정보를 단순하게 이용하지 않고, 박막태양전지가 가지는 준안정성을 고려한 모델링 결과를 이용하여 발전 효율을 예측하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발전용량 예측 장치는 태양전지 설치 예정 위치의 날씨 정보인 일사량 및 온도를 입력받는 날씨 정보 입력부; 상기 태양전지가 설치되어 햇빛에 노출되는 노출 시간을 입력받는 노출 시간 입력부; 및 상기 일사량, 상기 온도 및 상기 노출 시간을 이용하여 태양전지의 발전효율을 계산하는 발전 효율 산출부;를 포함할 수 있다.
상기 발전 효율 산출부는 아래의 수학식을 이용하여 발전효율을 계산함을 특징으로 할 수 있다.
Figure 112012106877804-pat00001
여기서,
Figure 112012106877804-pat00002
,
Figure 112012106877804-pat00003
,
Figure 112012106877804-pat00004
,
Figure 112012106877804-pat00005
,
Figure 112012106877804-pat00006
이고, t는 온도, hour은 노출시간, sun은 일사량을 말한다.
상기 태양전지의 발전 효율을 이용하여, 상기 태양전지와 관련된 종합 발전량, 20년 수명 감쇄 곡선, 초기 발전 유지율, 연간 발전 금액 및 유효 태양전지 이용 시간을 계산하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
외부 장치와 통신하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 날씨 정보 입력부는 상기 통신부를 이용하여 기상청으로부터 일사량 및 온도를 전달받아 입력받음을 특징으로 할 수 있다.
상기 날씨 정보 입력부는 풍속, 강수일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량 및 미세 먼지 농도를 입력받음을 특징으로 할 수 있다.
서버가 태양전지 설치 예정 위치의 날씨 정보인 일사량 및 온도를 입력받는 단계; 상기 태양 전지가 태양에 노출되는 노출 시간을 입력받는 단계; 상기 서버가 상기 일사량, 상기 온도 및 상기 노출 시간을 고려하여 발전효율을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 발전효율을 산출하는 단계는 아래의 수학식을 이용하여 발전 효율을 계산함을 특징으로 할 수 있다.
Figure 112012106877804-pat00007
여기서,
Figure 112012106877804-pat00008
,
Figure 112012106877804-pat00009
,
Figure 112012106877804-pat00010
,
Figure 112012106877804-pat00011
,
Figure 112012106877804-pat00012
이고, t는 온도, hour은 노출 시간, sun은 일사량을 말한다.
상기 태양전지의 발전 효율을 이용하여, 상기 태양전지에 관련된 종합 발전량, 20년 수명 감쇄 곡선, 초기 발전 유지율, 연간 발전 금액 및 유효 태양 전지 이용 시간을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 날씨 정보를 입력받는 단계는 기상청으로부터 일사량 및 온도를 전달받아 입력받음을 특징으로 할 수 있다.
상기 날씨 정보를 입력받는 단계는 풍속, 강속일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량 및 미세 먼지 농도를 입력받음을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 박막태양전지의 준안정성을 고려하여 태양광 발전용량을 정확하게 예측할 수 있다.
또한 본 발명은 날씨 정보를 단순하게 이용하지 않고, 박막태양전지가 가지는 준안정성을 고려한 모델링 결과를 이용하여 발전 효율을 예측할 수 있다.
첨부된 도면에 대한 설명은 다음과 같다.
도 1은 종래의 태양광 발전용량 예측 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전 효율 예측 방법의 순서도.
도 4는 CIGS 태양 전지의 준안정성을 설명하는 도면.
도 5는 a-Si 태양 전지의 준안정성을 설명하는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자하는 것은 아니다.
종래의 태양광 발전 용량 예측 시스템 및 방법은 날씨 정보들을 고려하여 태양 전지의 발전용량을 계산한다. 그러나, 단순하게 날씨 정보 만을 고려한 경우, 결정질 실리콘 태양 전지의 발전 용량(효율)을 계산하는 데에는 적용가능하지만 CIGS 혹은 비결정질을 박막으로 사용하는 박막태양전지의 발전 용량(효율)을 계산하는 데에 적용할 경우, 박막태양전지의 준안정성 현상 때문에 정확한 발전 효율을 계산할 수 없는 문제가 있었다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 박막태양전지의 경우 일사량 혹은 열 노출에 대해서 효율이 일시적으로 변하게 되는데, 이를 박막태양전지의 준안정성(metastability)이라고 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전 효율 예측 장치는 날씨 정보 입력부(110), 노출 시간 입력부(120), 발전 효율 산출부(130), 제어부(140), 통신부(150)를 포함할 수 있다.
날씨 정보 입력부(110)는 태양 전지가 설치되거나 앞으로 설치될 위치의 일사량 및 온도 정보를 입력 받는다. 날씨 정보 입력부(110)는 일사량, 온도 외에도 풍속, 강수일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량 및 미세 먼지 농도 등을 입력 받을 수 있다. 태양전지의 발전 효율을 계산하는데 필요한 날씨 정보에 대해서, 날씨 정보 입력부(110)를 통해 직접 입력 받거나, 통신부를 통해 취득한 정보를 입력받을 수 있다. 날씨 정보 입력부(110)를 통해 입력받은 정보를 발전 효율을 계산하는데 이용될 수 있다.
노출 시간 입력부(120)는 태양 전지가 설치된 시간 혹은 설치될 시간인 노출 시간을 입력 받는다. 태양 전지의 발전 효율은 노출 시간에 비례하게 된다.
발전 효율 산출부(130)는 날씨 정보 입력부 및 노출 시간 입력부를 통해 입력된 노출 시간 및 온도, 일사량을 이용하여 태양 전지의 발전 효율을 계산한다. 발전 효율 산출부(130)는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 아래의 수학식을 이용하여 태양 전지의 발전 효율(E)을 계산할 수 있다.
Figure 112012106877804-pat00013
여기서,
Figure 112012106877804-pat00014
,
Figure 112012106877804-pat00015
,
Figure 112012106877804-pat00016
,
Figure 112012106877804-pat00017
,
Figure 112012106877804-pat00018
이고, t는 온도, hour은 노출시간, sun은 일사량을 말한다.
제어부(140)는 발전 효율 산출부를 통해 계산된 발전 효율을 이용하여, 종합 발전량, 20년 수명 감쇄 곡선, 초기 발전 유지율, 연간 발전 금액 및 유효 태양전지 이용 시간을 계산한다. 또한, 제어부(140)는 날씨 정보 입력부(110), 노출 시간 입력부(120), 발전 효율 산출부(130), 통신부(150)의 동작을 제어할 수 있다.
통신부(150)는 외부의 장치와 통신할 수 있게 한다. 통신부(150)를 통해, 외부의 기상청, 포털 사이트 등으로부터 날씨 정보를 전달받을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전 효율 예측 방법의 순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전 효율 예측 방법의 순서도는 날씨 정보 입력 단계(S220), 노출 시간 입력 단계(S230), 발전 효율 산출 단계(S240)를 포함할 수 있다.
S220은 날씨 정보를 입력받는 단계이다. S220에서는 태양전지가 설치되거나 설치될 예정의 장소의 일사량, 온도, 풍속, 강수일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량, 및 미세 먼지 농도 등을 입력받을 수 있다. 또한, S220에서는 날씨 정보를 직접 입력받거나, 기상청, 포털 사이트 등을 통해 전달받을 수 있다.
S230은 노출 시간을 입력받는 단계이다. S230에서는 태양전지가 설치될 시간을 입력받을 수 있다.
S240은 날씨 정보 및 노출 시간을 이용하여 태양전지의 발전 효율을 계산한다. S240에서는 박막태양전지의 준안정성(metastability)을 고려하여 생성한 아래의 수학식을 이용하여 태양전지의 발전 효율을 계산할 수 있다.
Figure 112012106877804-pat00019
여기서,
Figure 112012106877804-pat00020
,
Figure 112012106877804-pat00021
,
Figure 112012106877804-pat00022
,
Figure 112012106877804-pat00023
,
Figure 112012106877804-pat00024
이고, t는 온도, hour은 노출시간, sun은 일사량을 말한다.
도 4는 CIGS 태양 전지의 준안정성을 설명하는 도면이고, 도 5는 a-Si 태양 전지의 준안정성을 설명하는 도면이다.
100: 발전 효율 예측 장치
110: 날씨 정보 입력부
120: 노출 시간 입력부
130: 발전 효율 산출부
140: 제어부
150: 통신부

Claims (10)

  1. 태양전지 설치 예정 위치의 날씨 정보인 일사량 및 온도를 입력받는 날씨 정보 입력부;
    상기 태양전지가 설치되어 햇빛에 노출되는 노출 시간을 입력받는 노출 시간 입력부; 및
    상기 일사량, 상기 온도 및 상기 노출 시간을 이용하여 태양전지의 발전효율을 계산하는 발전 효율 산출부;를 포함하고,
    상기 발전 효율 산출부는 아래의 수학식을 이용하여 발전효율을 계산함을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치.

    Figure 112014041415307-pat00025

    여기서,
    Figure 112014041415307-pat00026
    ,
    Figure 112014041415307-pat00027
    ,
    Figure 112014041415307-pat00028
    ,
    Figure 112014041415307-pat00029
    ,
    Figure 112014041415307-pat00030
    이고, t는 온도, hour은 노출시간, sun은 일사량을 말한다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지의 발전 효율을 이용하여, 상기 태양전지와 관련된 종합 발전량, 20년 수명 감쇄 곡선, 초기 발전 유지율, 연간 발전 금액 및 유효 태양전지 이용 시간을 계산하는 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부 장치와 통신하는 통신부;를 더 포함하고,
    상기 날씨 정보 입력부는 상기 통신부를 이용하여 기상청으로부터 일사량 및 온도를 전달받아 입력받음을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 날씨 정보 입력부는 풍속, 강수일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량 및 미세 먼지 농도를 입력받음을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전효율 예측 장치.
  6. 서버가 태양전지 설치 예정 위치의 날씨 정보인 일사량 및 온도를 입력받는 단계;
    상기 태양 전지가 태양에 노출되는 노출 시간을 입력받는 단계;
    상기 서버가 상기 일사량, 상기 온도 및 상기 노출 시간을 고려하여 발전효율을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 발전효율을 산출하는 단계는 아래의 수학식을 이용하여 발전 효율을 계산함을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전용량 예측하는 방법.

    Figure 112014041415307-pat00031

    여기서,
    Figure 112014041415307-pat00032
    ,
    Figure 112014041415307-pat00033
    ,
    Figure 112014041415307-pat00034
    ,
    Figure 112014041415307-pat00035
    ,
    Figure 112014041415307-pat00036
    이고, t는 온도, hour은 노출 시간, sun은 일사량을 말한다.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 태양전지의 발전 효율을 이용하여, 상기 태양전지에 관련된 종합 발전량, 20년 수명 감쇄 곡선, 초기 발전 유지율, 연간 발전 금액 및 유효 태양 전지 이용 시간을 계산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전용량 예측하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 날씨 정보를 입력받는 단계는 기상청으로부터 일사량 및 온도를 전달받아 입력받음을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전용량 예측하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 날씨 정보를 입력받는 단계는 풍속, 강속일, 강수량, 적설일, 적설량, 황사일, 유효 일조량 및 미세 먼지 농도를 입력받음을 특징으로 하는 박막태양전지의 준안정성을 고려한 발전용량 예측하는 방법.
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