KR102548728B1 - 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템 - Google Patents

태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템에 관한 것으로, 복수의 제1 태양광 패널별 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 단계, 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계, 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 임계시간 이후의 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계 및 임계시간의 경과시점이 도래하면 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하며 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템{Method and System for Generating Efficiency Improvement of Solar Power Generation Apparatus}
본 발명은 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 아래의 연구개발특구진행재단의 강소연구개발특구 육성사업 지원 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제관리(전문)기관명] 연구개발특구진흥재단
[연구사업명] 전남 나주 강소연구개발특구 육성사업
[연구과제명] 인공지능을 접목한 고효율 고출력 태양광 솔루션 개발
[과제수행기관명] 주식회사 지구루
[연구기관] 2022.06.13~2022.08.31
태양광 발전장치는 복수의 태양광 패널을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전력 시스템을 의미한다. 이러한 태양광 발전장치는 다수개의 직렬 스트링 태양광 패널마다 인버터를 접속하여 각각의 직렬 스트링 태양광 패널에서 생성하는 DC전력을 AC전력으로 변환하는 방식인 스트링 인버터 방식과, 모든 태양광 패널을 직렬 및 병렬로 연결하고 태양광 패널에 하나의 인버터를 접속하여 모든 태양광 패널에서 생성하는 DC전력을 AC전력으로 변환하는 중앙 인버터 방식이 널리 이용되고 있다.
그러나 이와 같은 방식은, 하나의 태양광 어레이를 구성하는 복수의 태양광 패널 중에서 어느 하나의 태양광 패널에만 그림자가 생기거나, 어느 하나의 태양광 패널에 대해서만 일사량 또는 온도 조건이 다를 경우 전체 태양광 패널에서 생성되는 전력이 감소되는 치명적인 문제점이 존재한다. 이를 해소하기 위해 최근에는 온도와 일사량의 변화에 따라 변하는 태양광 패널의 P-V(전력-전압) 또는 I-V(전류-전압)커브의 최대 전력점을 추종하는 제어(이하, MPPT제어라 함)를 수행한다.
특히, MPPT제어 방식 중에 P&O(perturbation and observation) 방식은, DC-DC컨버터의 입력전압과 입력전류를 이용하여 전력을 계산하는 방식이다. 예컨대, 현재 시간인 t에 계산된 전력 값이 이전 시간인 t-1에 계산된 전력 값에 비해 증가하였을 경우, DC-DC컨버터의 PWM듀티비를 증가시켜 DC-DC컨버터의 입력전압을 증가시킨다. 반대로, 현재 시간인 t에 계산된 전력 값이 이전 시간인 t-1에 계산된 전력 값에 비해 감소하였을 경우, DC-DC컨버터의 PWM듀티비를 감소시켜 DC-DC컨버터의 입력전압을 감소시킨다. 이와 같은 방식으로 DC-DC컨버터의 듀티비를 증감시킬 경우, DC-DC컨버터의 입력전압이 태양광 패널의 P-V커브 또는 I-V커브의 최대 전력점에 해당하는 전압(Vmp)로 수렴하게 된다.
그러나, 종래의 P&O방식은 외부적인 환경에 의해 태양광 어레이를 구성하는 복수의 태양광 패널 중 적어도 하나의 태양광 패널에 발생된 음영으로 인해 출력 손실이 발생되는 문제점이 존재하고, DC-DC컨버터를 구성하는 스위치의 스위칭 손실 등으로 인해 출력 손실이 발생되는 문제점이 존재한다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예들은 외부적인 환경에 의해 태양광 패널에 발생된 음영으로 인한 출력 손실을 태양광 어레이를 기준으로 개선할 수 있는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법은, 복수의 제1 태양광 패널별 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 단계, 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계, 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 임계시간 이후의 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계 및 임계시간의 경과시점이 도래하면 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 단계는, 상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계 이후에, 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제1 태양광 어레이에 대한 제1 I-V커브를 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계 이후에, 변경되는 상기 레퍼런스 파라미터 값, 상기 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 대응되는 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브, 상기 제1 I-V커브 및 상기 제1 I-V커브를 기반으로 추정되는 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 포함하는 레퍼런스 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계는, 상기 제2 태양광 패널 각각에 작용되는 파라미터 값을 확인하는 단계 및 상기 레퍼런스 데이터에서 상기 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계 이후에, 상기 레퍼런스 데이터가 존재하면, 상기 파라미터 값과 상기 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값을 포함하는 상기 레퍼런스 데이터를 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계 및 상기 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브인 제2 I-V커브를 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 I-V커브를 도출하는 단계 이후에, 상기 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 최대 전력점을 추정하는 단계 및 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계 이후에, 상기 레퍼런스 데이터가 미존재하면, 상기 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계, 상기 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 상기 제2 I-V커브를 도출하는 단계, 상기 제2 I-V커브를 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계 및 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 임계시간의 경과시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계 이후에, 상기 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템은, 복수의 제1 태양광 패널별 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 시뮬레이션 장치 및 상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 예측된 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 상기 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하고, 상기 임계시간의 경과시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시뮬레이션 장치는, 상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 상기 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 예측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시뮬레이션 장치는, 상기 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 결합하여 상기 제1 I-V커브를 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시뮬레이션 장치는, 상기 제1 I-V커브를 기반으로 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시뮬레이션 장치는, 변경되는 상기 레퍼런스 파라미터 값, 상기 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 대응되는 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브, 상기 제1 I-V커브 및 상기 제1 I-V커브를 기반으로 예측되는 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 포함하는 레퍼런스 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어장치는, 상기 레퍼런스 데이터에서 상기 제2 태양광 패널 각각에 작용되는 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어장치는, 상기 레퍼런스 데이터가 존재하면, 상기 파라미터 값과 상기 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값을 포함하는 상기 레퍼런스 데이터를 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고, 상기 복수의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 도출된 상기 제2 태양광 어레이의 제2 I-V커브를 기반으로 최대 전력점을 추정하고, 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어장치는, 상기 레퍼런스 데이터가 미존재 상태이면, 상기 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고, 상기 예측된 I-V커브로 상기 제2 I-V커브를 도출하고, 상기 제2 I-V커브를 기반으로 추정된 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어장치는, 상기 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 외부적인 환경에 의해 태양광 패널에 발생된 음영으로 인한 출력 손실을 태양광 어레이를 기준으로 개선함으로써, 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시킬 수 있으며, 이를 통한 경제성 개선 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 시스템이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 시뮬레이션 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 레퍼런스 데이터를 획득하는 방법을 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 시스템이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템(100)은 시뮬레이션 장치(200) 및 제어장치(300)를 포함할 수 있다.
시뮬레이션 장치(200)는 복수의 제1 태양광 패널을 포함하는 제1 태양광 어레이를 구비하여 태양광 발전장치를 구현한 시뮬레이션 공간 예컨대, 시뮬레이션 랩을 관리하기 위한 장치로, 컴퓨터 등의 장치일 수 있다. 이와 같은 시뮬레이션 장치(200)의 보다 구체적인 동작은 하기의 도 2를 이용하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 시뮬레이션 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치(200)는 제1 통신부(210), 제1 입력부(220), 제1 표시부(230), 제1 메모리(240) 및 제1 제어부(250)를 포함할 수 있다.
제1 통신부(210)는 제어장치(300)와의 통신을 수행한다. 이를 위해, 제1 통신부(210)는 5G(5th generation communication), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), LTE(Long Term Evolution), Wi-Fi(Wireless Fidelity) 등의 무선 통신을 수행할 수 있다.
제1 입력부(220)는 시뮬레이션 장치(200)의 사용자 입력에 대응하여 입력 데이터를 발생시키기 위한 적어도 하나의 입력수단을 포함한다. 제1 입력부(220)는 키패드, 돔 스위치, 터치 패널, 조그 셔틀, 터치 키 및 메뉴 버튼 등을 포함할 수 있다.
제1 표시부(230)는 시뮬레이션 장치(200)의 동작과 관련된 표시 데이터를 표시한다. 제1 표시부(230)는 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; Organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 디스플레이 및 전자 종이(Electronic Paper) 디스플레이를 포함한다. 제1 표시부(230)는 제1 입력부(220)와 결합되어 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.
제1 메모리(240)는 시뮬레이션 장치(200)의 동작 프로그램들을 저장한다. 특히, 제1 메모리(240)는 복수의 제1 태양광 패널로 구성된 제1 태양광 어레이에 대한 시뮬레이션 결과를 저장한다. 보다 구체적으로, 제1 메모리(240)는 조도, 온도 및 구름이 복수의 제1 태양광 패널 중 적어도 하나의 제1 태양광 패널을 가려 음영이 발생하는 정도(%) 등을 포함하는 레퍼런스 파라미터 값의 변화에 대한 복수의 레퍼런스 데이터를 저장할 수 있다.
제1 제어부(250)는 제1 태양광 어레이를 구성하는 복수의 제1 태양광 패널 각각에 작용되는 레퍼런스 파라미터 값을 확인한다. 보다 구체적으로, 제1 제어부(250)는 조도, 온도 및 구름이 각각의 제1 태양광 패널을 가려 제1 태양광 패널에 음영이 발생하는 정도(%) 등을 포함하는 파라미터에 대한 레퍼런스 파라미터 값을 변화시키면서 레퍼런스 파라미터 값의 변화에 대한 결과값을 확인할 수 있다. 이때, 제1 태양광 어레이는 시뮬레이션을 위한 공간 예컨대, 시뮬레이션 랩에 구현된 상태일 수 있고, 실제 환경에 설치된 태양광 어레이일 수 있다.
제1 제어부(250)는 레퍼런스 파라미터 값의 변화에 따라 예측된 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 결합하여 복수의 제1 태양광 패널이 구성하는 제1 태양광 어레이에 대한 제1 I-V커브를 도출한다. 제1 제어부(250)는 도출된 제1 I-V커브를 기반으로 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정한다. 그리고, 제1 제어부(250)는 제1 태양광 패널별로 변경되는 레퍼런스 파라미터 값, 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 따른 제1 태양광 패널별 I-V커브, 제1 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 도출된 제1 I-V커브 및 제1 I-V커브를 기반으로 추정된 제1 태양광 어레이에 대한 최대 전력점 등을 포함하는 레퍼런스 데이터를 제1 메모리(240)에 저장할 수 있다.
제어장치(300)는 실제 현장에 설치된 복수의 제2 태양광 패널을 제어하기 위한 장치로, 컴퓨터, 서버 등의 장치일 수 있다. 이와 같은 제어장치(300)의 보다 구체적인 동작은 하기의 도 3을 이용하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제어장치(300)는 제2 통신부(310), 센서부(320), 제2 입력부(330), 제2 표시부(340), 제2 메모리(350) 및 제2 제어부(360)를 포함할 수 있다.
제2 통신부(310)는 시뮬레이션 장치(200)와의 통신을 수행한다. 이를 위해, 제2 통신부(310)는 5G(5th generation communication), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), LTE(Long Term Evolution), Wi-Fi(Wireless Fidelity) 등의 무선 통신을 수행할 수 있다.
센서부(320)는 제2 태양광 어레이에 포함된 복수의 제2 태양광 패널에 작용되는 조도, 온도, 각각의 제2 태양광 패널에 음영이 발생한 정도, 풍속 및 풍향 등의 파라미터 값을 센싱하여 센싱데이터를 제2 제어부(360)로 전송할 수 있다. 아울러, 센서부(320)는 제어장치(300)에 포함된 것을 예로 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 센서부(320)는 복수의 제2 태양광 패널 각각에 설치될 수 있고, 제2 태양광 어레이에 적어도 하나가 설치되어 제어장치(300)와 별개의 장치로 구현될 수 있고, 획득된 센싱데이터를 제2 제어부(360)로 전송할 수 있다.
제2 입력부(330)는 제어장치(300)의 사용자 입력에 대응하여 입력 데이터를 발생시키기 위한 적어도 하나의 입력수단을 포함한다. 제2 입력부(330)는 키패드, 돔 스위치, 터치 패널, 조그 셔틀, 터치 키 및 메뉴 버튼 등을 포함할 수 있다.
제2 표시부(340)는 제어장치(300)의 동작과 관련된 표시 데이터를 표시한다. 제2 표시부(340)는 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; Organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 디스플레이 및 전자 종이(Electronic Paper) 디스플레이를 포함한다. 제2 표시부(340)는 제2 입력부(330)와 결합되어 터치스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.
제2 메모리(350)는 제어장치(300)의 동작 프로그램들을 저장한다. 특히, 제2 메모리(350)는 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브와 제2 I-V커브로부터 도출된 최대 전력점을 확인하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 제2 메모리(350)는 시뮬레이션 장치(200)에서 생성된 레퍼런스 데이터와 제2 I-V커브 및 최대 전력점을 비교하여 시뮬레이션 장치(200)에서 생성된 레퍼런스 데이터를 검증하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다.
제2 제어부(360)는 현재 시점에서 제2 태양광 어레이를 구성하는 복수의 제2 태양광 패널에 작용되는 파라미터 값을 확인한다. 이때, 복수의 제2 태양광 패널은 실제 현장에 설치된 패널을 의미할 수 있으며, 제2 태양광 패널별 파라미터 값을 확인하기 위해 제2 제어부(360)는 센서부(320)로부터 센싱데이터를 수신할 수 있다.
제2 제어부(360)는 시뮬레이션 장치(200)와의 통신을 통해 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사하거나 동일한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하는지를 확인한다.
확인결과, 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하지 않으면 제2 제어부(360)는 확인된 파라미터 값을 기반으로 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측한다. 제2 제어부(360)는 예측된 복수의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 도출한다. 제2 제어부(360)는 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정한다. 제2 제어부(360)는 확인된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 패널별 출력전압을 제어할 수 있다.
반대로, 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하면 제2 제어부(360)는 레퍼런스 데이터를 기반으로 복수의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측한다. 제2 제어부(360)는 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제2 I-V커브를 도출한다. 제2 제어부(360)는 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정할 수 있다. 제2 제어부(360)는 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어할 수 있다. 이때, 제2 제어부(360)는 레퍼런스 데이터 중에서 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값으로 제2 태양광 패널별 I-V커브로 예측할 수 있다.
이어서, 제2 제어부(360)는 현재 시점을 기준으로 임계시간 이후의 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 예측한다. 이를 위해, 제2 제어부(360)는 현재 시점에 예측된 제2 I-V커브를 기준으로 임계시간이 경과한 시점의 제2 I-V커브를 예측할 수 있다. 이를 위해, 제2 제어부(360)는 센서부(320)로부터 현재 시점의 조도, 온도, 제2 태양광 패널에 음영이 발생한 정도, 풍속 및 풍향 등의 파라미터 값을 확인할 수 있다. 제2 제어부(360)는 확인된 파라미터 값을 기반으로 임계시간 이후의 조도, 온도, 제2 태양광 패널에 음영이 발생할 정도 등의 파라미터 값을 예측할 수 있다. 이를 위해, 제2 제어부(360)는 날씨를 예측하는 외부서버 등과의 통신을 통해 파라미터 값을 예측할 수 있다.
제2 제어부(360)는 예측된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 데이터를 확인할 수 있다. 제2 제어부(360)는 예측된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 것으로 확인된 레퍼런스 데이터를 기반으로 임계시간 이후의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측한다. 제2 제어부(360)는 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 도출할 수 있다.
제2 제어부(360)는 예측된 임계시간 이후의 제2 태양광 어레이의 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정한다. 제2 제어부(360)는 임계시간 이후의 시점이 도래하면 제2 제어부(360)는 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이의 출력전압을 제어한다.
이어서, 제2 제어부(360)는 예측된 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브 및 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행한다. 이를 위해, 제2 제어부(360)는 임계시간이 경과한 해당 시점에 센서부(320)로부터 조도, 온도 및 구름이 제2 태양광 패널을 가려 제2 태양광 패널에 음영이 발생하는 정도(%) 등을 포함하는 파라미터에 대한 파라미터 값을 수신하고, 해당 파라미터 값을 기반으로 제2 태양열 어레이에 대한 제2 I-V곡선을 도출한 후 최대 전력점을 추정할 수 있다. 제2 제어부(360)는 임계시간 이후에 대한 도출된 제2 I-V커브 및 추정된 최대 전력점과 임계 시간 경과한 해당 시점에 도출된 제2 I-V곡선 및 추정된 최대 전력점을 각각 비교하여 검증을 수행할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는 시스템(100)이 별도의 시뮬레이션 장치(200)와 제어장치(300)가 별도의 구성인 것을 예로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 시뮬레이션 장치(200)와 제어장치(300)가 하나의 장치로 설계될 수 있고 제1 태양광 패널과 제2 태양광 패널은 실질적으로 동일한 패널일 수 있다. 이 경우, 하나의 장치는 태양광 패널이 설치된 실제 환경에서 획득된 레퍼런스 데이터를 기반으로 임계시간 이후의 태양광 패널별 최대 전력점을 추정하여 태양광 패널별 출력 전압을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 레퍼런스 데이터를 획득하는 방법을 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 401단계에서 제1 제어부(250)는 제1 태양광 어레이를 구성하는 복수의 제1 태양광 패널 각각에 작용되는 레퍼런스 파라미터 값을 확인한다. 보다 구체적으로, 제1 제어부(250)는 조도, 온도 및 구름이 각각의 제1 태양광 패널을 가려 제1 태양광 패널에 음영이 발생하는 정도(%) 등을 포함하는 파라미터에 대한 레퍼런스 파라미터 값을 변화시키면서 레퍼런스 파라미터 값의 변화에 대한 결과값을 확인할 수 있다. 이때, 제1 태양광 어레이는 시뮬레이션을 위한 공간 예컨대, 시뮬레이션 랩에 구현된 상태일 수 있고, 실제 환경에 설치된 태양광 어레이일 수 있다.
403단계에서 제1 제어부(250)는 레퍼런스 파라미터 값의 변화에 따라 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 예측한다. 405단계에서 제1 제어부(250)는 예측된 I-V커브를 결합하여복수의 제1 태양광 패널이 구성하는 제1 태양광 어레이에 대한 제1 I-V커브를 도출한다. 보다 구체적으로, 제1 제어부(250)는 하기의 수학식 1 내지 수학식 5를 이용하여 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 예측하고 이를 결합하여 하나의 제1 I-V커브를 도출할 수 있다.
이때, 수학식 1은 1개의 제1 태양열 패널에 인가되는 전압을 산출하는 수학식을 나타내는 식으로, 제1 제어부(250)는 수학식 1을 이용하여 제1 태양열 어레이를 구성하는 복수의 제1 태양열 패널 각각에 대한 I-V커브를 예측할 수 있다. 수학식 2는 i번째 제1 태양광 어레이의 j번째 패널의 전압을 산출하기 위한 수학식이고, 수학식 3은 수학식 2를 상세하게 풀어낸 수학식일 수 있다.
수학식 4는 i번째 제1 태양광 어레이의 전압을 산출하는 수학식이고, 수학식 5는 수학식 4를 상세하게 풀어낸 수학식일 수 있다. 제1 제어부(250)는 수학식 5를 이용하여 제1 태양광 패널별로 예측된 I-V커브를 결합하여 제1 태양광 어레이에 대한 제1 I-V커브를 도출할 수 있다.
Figure 112022090356124-pat00001
(이때, i는 제1 태양열 셀 스트링 순서, j는 제1 태양열 셀의 순서, n은 제1 태양열 패널을 구성하는 셀 스트링 개수, m은 셀 스트링 당 셀 개수,
Figure 112022090356124-pat00002
는 i, j에 해당하는 셀의 전압,
Figure 112022090356124-pat00003
는 열전압,
Figure 112022090356124-pat00004
는 광전류, I는 다이오드를 통해 흐르는 net전류,
Figure 112022090356124-pat00005
는 다이오드 포화 전류,
Figure 112022090356124-pat00006
는 직렬저항을 나타낼 수 있다.)
Figure 112022090356124-pat00007
(이때,
Figure 112022090356124-pat00008
는 i번째 제1 태양광 어레이의 j번째 패널의 k번째 셀의 전압을 나타낸다).
Figure 112022090356124-pat00009
Figure 112022090356124-pat00010
Figure 112022090356124-pat00011
407단계에서 제1 제어부(250)는 405단계에서 도출된 제1 I-V커브를 이용하여 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정한다. 409단계에서 제1 제어부(250)는 레퍼런스 데이터를 확인하고 411단계를 수행한다. 411단계에서 제1 제어부(250)는 확인된 레퍼런스 데이터를 제1 메모리(240)에 저장한다. 이때, 레퍼런스 데이터는 제1 태양광 패널별로 변경되는 레퍼런스 파라미터 값, 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 따른 제1 태양광 패널별 I-V커브, 제1 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 도출된 제1 I-V커브 및 제1 I-V커브를 기반으로 추정된 제1 태양광 어레이에 대한 최대 전력점 등을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 발전 효율을 향상시키기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 501단계에서 제2 제어부(360)는 제2 태양광 어레이를 구성하는 복수의 제2 태양광 패널에 작용되는 파라미터 값을 확인한다. 이때, 복수의 제2 태양광 패널은 실제 현장에 설치된 패널을 의미할 수 있으며, 제2 태양광 패널별 파라미터 값을 확인하기 위해 제2 제어부(360)는 센서부(320)로부터 센싱데이터를 수신할 수 있다.
503단계에서 제2 제어부(360)는 시뮬레이션 장치(200)와의 통신을 통해 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사하거나 동일한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하는지를 확인한다.
503단계의 확인결과, 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하면 제2 제어부(360)는 505단계를 수행하고, 존재하지 않으면 제2 제어부(360)는 521단계를 수행한다.
521단계에서 제2 제어부(360)는 501단계에서 확인된 파라미터 값을 기반으로 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고 505단계를 수행한다. 505단계에서 제2 제어부(360)는 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 도출한다. 이때, 제2 제어부(360)는 수학식 1 내지 수학식 5를 기반으로 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고 이를 결합하여 제2 I-V커브를 도출할 수 있다. 이어서 507단계에서 제2 제어부(360)는 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정하고, 509단계를 수행한다.
반대로, 503단계의 확인결과, 확인된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값이 레퍼런스 데이터에 존재하면 505단계에서 제2 제어부(360)는 레퍼런스 데이터를 기반으로 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측한다. 제2 제어부(360)는 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 도출하고 507단계를 수행한다. 507단계에서 제2 제어부(360)는 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정할 수 있다.
이어서, 509단계에서 제2 제어부(360)는 507단계에서 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어할 수 있다. 511단계에서 제2 제어부(360)는 임계시간 이후의 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V커브를 예측한다. 이를 위해, 제2 제어부(360)는 501단계에서와 같이 파라미터 값이 확인된 시점(이하, 현재 시점이라 함)을 기준으로 임계시간이 경과한 임계시간 이후의 제2 I-V커브를 예측할 수 있다.
이를 위해, 제2 제어부(360)는 센서부(320)로부터 현재 시점의 조도, 온도, 제2 태양광 패널에 음영이 발생한 정도, 풍속 및 풍향 등의 파라미터 값을 확인할 수 있다. 제2 제어부(360)는 확인된 파라미터 값을 기반으로 임계시간 이후의 조도, 온도, 제2 태양광 패널에 음영이 발생한 정도 등의 파라미터 값을 예측할 수 있다. 제2 제어부(360)는 예측된 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 레퍼런스 데이터를 확인할 수 있다. 제2 제어부(360)는 확인된 레퍼런스 데이터를 기반으로 임계시간 이후의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고, 이를 결합하여 제2 I-V커브를 예측할 수 있다.
513단계에서 제2 제어부(360)는 예측된 임계시간 이후의 제2 I-V커브를 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 최대 전력점을 추정하고 515단계를 수행한다. 515단계에서 제2 제어부(360)는 임계시간 이후 시점의 도래여부를 확인한다. 515단계의 확인결과, 임계시간 이후의 시점이 도래하면 제2 제어부(360)는 517단계를 수행하고, 해당 시점이 도래하지 않으면 제2 제어부(360)는 해당 시점의 도래를 대기한다.
517단계에서 제2 제어부(360)는 513단계에서 추정된 최대 전력점을 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 출력전압을 제어하고 519단계를 수행한다. 519단계에서 제2 제어부(360)는 511단계에서 예측된 제2 I-V커브 및 513단계에서 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행한다.
이를 위해, 제2 제어부(360)는 임계시간 이후 시점이 도래한 해당 시점에 센서부(320)로부터 조도, 온도 및 구름이 제2 태양광 패널을 가려 제2 태양광 패널에 음영이 발생하는 정도(%) 등을 포함하는 파라미터에 대한 파라미터 값을 수신하고, 해당 파라미터 값을 기반으로 제2 태양광 어레이에 대한 제2 I-V곡선을 도출한 후 최대 전력점을 추정할 수 있다. 제2 제어부(360)는 511단계에서 예측된 제2 I-V커브 및 513단계에서 추정된 최대 전력점과 해당 시점에 도출된 제2 I-V곡선 및 추정된 최대 전력점을 각각 비교하여 검증을 수행할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 복수의 제1 태양광 패널별 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 단계;
    상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 현재 시점 또는 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계;
    상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 상기 현재 시점 또는 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계;
    상기 임계시간의 경과시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계;
    상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어한 후, 상기 임계시간이 경과한 시점에서 상기 제2 태양광 패널의 파라미터 값을 수신하는 단계;
    상기 제2 태양광 패널의 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 도출하고 최대 전력점을 추정하는 단계; 및
    상기 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 예측된 I-V커브 및 추정된 최대 전력점과 상기 임계시간이 경과한 시점에서 상기 제2 태양광 어레이의 도출된 I-V커브 및 추정된 최대 전력점을 각각 비교하여 검증하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 단계는,
    상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치 의 발전 효율 향상 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계 이후에,
    상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 제1 태양광 어레이에 대한 제1 I-V커브를 도출하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계 이후에,
    변경되는 상기 레퍼런스 파라미터 값, 상기 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 대응되는 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브, 상기 제1 I-V커브 및 상기 제1 I-V커브를 기반으로 추정되는 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 포함하는 레퍼런스 데이터를 획득하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계는,
    상기 제2 태양광 패널 각각에 작용되는 파라미터 값을 확인하는 단계; 및
    상기 레퍼런스 데이터에서 상기 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계 이후에,
    상기 레퍼런스 데이터가 존재하면, 상기 파라미터 값과 상기 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값을 포함하는 상기 레퍼런스 데이터를 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브인 제2 I-V커브를 도출하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 I-V커브를 도출하는 단계 이후에,
    상기 도출된 제2 I-V커브를 기반으로 최대 전력점을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 단계 이후에,
    상기 레퍼런스 데이터가 미존재하면, 상기 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하는 단계;
    상기 예측된 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 상기 제2 I-V커브를 도출하는 단계;
    상기 제2 I-V커브를 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 임계시간의 경과시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 단계 이후에,
    상기 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법.
  10. 복수의 제1 태양광 패널별 레퍼런스 파라미터 값을 확인하는 시뮬레이션 장치; 및
    상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 예측된 현재 시점 또는 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 상기 현재 시점 또는 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하고, 상기 임계시간의 경과 시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 제어장치;를 포함하며,
    상기 제어장치는 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어한 후, 상기 임계시간이 경과한 시점에서 상기 제2 태양광 패널의 파라미터 값을 수신하고,
    상기 제2 태양광 패널의 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 도출하며 최대 전력점을 추정하고,
    상기 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 예측된 I-V커브 및 추정된 최대 전력점과 상기 임계시간이 경과한 시점에서 상기 제2 태양광 어레이의 도출된 I-V커브 및 추정된 최대 전력점을 각각 비교하여 검증하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 장치는,
    상기 레퍼런스 파라미터 값을 기준으로 상기 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 예측하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 장치는,
    상기 복수의 제1 태양광 패널 각각에 대한 I-V커브를 결합하여 제1 I-V커브를 도출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 장치는,
    상기 제1 I-V커브를 기반으로 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 장치는,
    변경되는 상기 레퍼런스 파라미터 값, 상기 변경되는 레퍼런스 파라미터 값에 대응되는 상기 제1 태양광 패널별 I-V커브, 상기 제1 I-V커브 및 상기 제1 I-V커브를 기반으로 예측되는 상기 제1 태양광 어레이의 최대 전력점을 포함하는 레퍼런스 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 레퍼런스 데이터에서 상기 제2 태양광 패널 각각에 작용되는 파라미터 값과 임계치 이상 유사한 상기 레퍼런스 데이터의 존재여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 레퍼런스 데이터가 존재하면, 상기 파라미터 값과 상기 임계치 이상 유사한 레퍼런스 파라미터 값을 포함하는 상기 레퍼런스 데이터를 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고, 상기 복수의 제2 태양광 패널별 I-V커브를 결합하여 도출된 상기 제2 태양광 어레이의 제2 I-V커브를 기반으로 최대 전력점을 추정하고, 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 레퍼런스 데이터가 미존재 상태이면, 상기 파라미터 값을 기반으로 상기 제2 태양광 패널별 I-V커브를 예측하고, 상기 예측된 I-V커브로 상기 제2 I-V커브를 도출하고, 상기 제2 I-V커브를 기반으로 추정된 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 추정된 최대 전력점에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 시스템.
KR1020220108261A 2022-07-01 2022-08-29 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템 KR102548728B1 (ko)

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