KR102626124B1 - 태양전지 평가 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 평가 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치는, 광원; 복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 상기 광원으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하기 위한 반사경 어레이; 상부에 배치된 태양전지에 입사되는 상기 광의 각도와 초점 거리를 변경시켜 평가 모사 환경을 구현하기 위한 스테이지; 상기 스테이지 상에 장착되어 상기 스테이지에 의해 구현된 평가 모사 환경에서 상기 태양전지에 대한 전압 및 전류를 측정하기 위한 성능 측정부; 및 상기 스테이지의 구동을 제어하고, 상기 성능 측정부에 의한 측정 결과를 이용하여 상기 태양전지에 대한 성능 평가를 수행하기 위한 컨트롤러;를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 평가 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지를 고정하는 스테이지의 구동을 제어하여 다양한 평가 환경을 모사함으로써 태양전지의 성능 및 신뢰성을 평가하기 위한, 태양전지 평가 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 솔라 시뮬레이터(solar simulator)는 태양전지의 V-I 커브 성능의 평가를 위해 활용되었다. 이러한 솔라 시뮬레이터는 인공광원에서 조사되는 태양 에너지를 거울과 집광렌즈를 이용하여 태양전지에 수직으로 비춰서 태양전지의 성능을 측정한다.
그런데, 이러한 방식은 추적식 태양광 발전에서 추적 오차로 인한 태양전지의 성능저하로 인한 태양광 발전 시스템 분석이 불가능하다. 특히, 렌즈를 이용하여 집광하는 집광형 태양광 발전의 경우에는 추적 오차에 따른 렌즈의 광 투과효율 저하 및 발전량의 저하가 매우 큰 편이다(도 1 및 도 2 참조). 도 1은 추적 오차에 따른 파장별 광 투과율 저하 그래프를 나타낸 도면이고, 도 2는 추적 오차에 따른 모듈 효율 저하 그래프를 나타낸 도면이다.
태양광 발전에서는 추적 오차가 발전수익과 직결되므로, 발전량 분석을 통해 조기에 조치를 취하는 것이 바람직하다. 하지만, 기존의 솔라 시뮬레이터는 추적 오차에 따른 발전량 분석을 할 수 없다는 한계가 있다.
따라서, 집광형 태양광 발전소와 같은 태양광 발전은 광원의 변화에 따라 신뢰성 평가를 제공하는 방안이 마련될 필요가 있다.
한편, 추적오차에 따른 집광 포인트가 어긋나는 경우에는 태양전지가 아닌 리시버쪽에 빛이 집광되어 열로 인한 손상이 발생할 수 있다(도 3 참조). 도 3은 태양 추적 실패로 인한 봉지재 손상 이미지를 나타낸 도면이다. 그러므로, 이러한 경우에는 발전 효율 저하 뿐 아니라, 태양전지 교체가 필요하여 유지보수 비용 상승에 따른 수익성 악화를 초래할 수 있다.
따라서, 태양광 발전에서는 태양전지가 손상되는 경우에 전압/전류 파형을 분석하여 추적 위치를 제어할 수 있는 데이터 확보가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 태양전지를 고정하는 스테이지의 구동을 제어하여 다양한 평가 환경을 모사함으로써 태양전지의 성능 및 신뢰성을 평가하기 위한, 태양전지 평가 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치는, 광원; 복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 상기 광원으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하기 위한 반사경 어레이; 상부에 배치된 태양전지에 입사되는 상기 광의 각도와 초점 거리를 변경시켜 평가 모사 환경을 구현하기 위한 스테이지; 상기 스테이지 상에 장착되어 상기 스테이지에 의해 구현된 평가 모사 환경에서 상기 태양전지에 대한 전압 및 전류를 측정하기 위한 성능 측정부; 및 상기 스테이지의 구동을 제어하고, 상기 성능 측정부에 의한 측정 결과를 이용하여 상기 태양전지에 대한 성능 평가를 수행하기 위한 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 평가 장치는, 광원; 복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 상기 광원으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하되, 적어도 어느 하나의 반사경의 회전을 통해 광의 각도를 변경하기 위한 반사경 어레이; 상부에 태양전지를 배치하되, 상기 반사경 어레이에 의해 변경된 광의 각도에 따라 상기 태양전지의 위치를 조정하기 위한 스테이지; 상기 스테이지 상에 장착되어 상기 태양전지에 대한 전압 및 전류를 측정하기 위한 성능 측정부; 및 상기 반사경 어레이 및 상기 스테이지의 구동을 제어하고, 상기 성능 측정부에 의한 측정 결과를 이용하여 상기 태양전지에 대한 성능 평가를 수행하기 위한 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 광원을 통해 방출된 광을 집광하여 상기 태양전지로 전달하기 위한 집광렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 스테이지는, 실제 구조물이 흔들릴 때 발생하는 주파수에 따라 좌우로 움직이게 하는 스테이지 모터;를 포함할 수 있다.
상기 스테이지는, 4축 방향으로 구동 가능한 프레임으로 형성하되, 상기 프레임 상에 상기 태양전지가 장착된 PCB를 상기 프레임에 고정된 회전 지그를 이용하여 고정하는 것일 수 있다.
상기 스테이지는, 회전 가능한 컨베이어 벨트로 형성하되, 상기 컨베이어 벨트 상에 상기 태양전지가 장착된 PCB를 고정부재를 이용하여 고정하는 것일 수 있다.
상기 고정부재는, 나사 구조, 볼트-너트 구조, 리벳 구조 중 어느 하나일 수 있다.
상기 스테이지는, 리니어레일을 따라 리니어모터를 통해 이동하는 리니어모터 구동부로 형성하되, 상기 리니어모터 구동부 상에 상기 태양전지의 모듈 구조를 배치하는 것일 수 있다.
상기 성능 측정부는, 상기 태양전지에서 발전하는 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압 및 전류 센서; 및 상기 전압 및 전류 센서를 통해 측정된 전압 및 전류에 따라 전력량을 측정하기 위한 부하;를 포함할 수 있다.
상기 광원은, 200㎚∼1800㎚ 파장을 갖는 백색광을 발생시키는 것일 수 있다.
본 발명은 태양전지를 고정하는 스테이지의 구동을 제어하여 다양한 평가 환경을 모사함으로써 태양전지의 성능 및 신뢰성을 평가할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 태양광 발전의 피크치만 계산하는 것이 아니라, 태양의 위도에 따라 바뀌는 발전량을 예측할 수 있어 증가하고 있는 태양광 발전에 따른 계통 안정화에 필요한 전력 데이터를 확보 할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 솔라 시뮬레이터를 통해 측정하기 곤란한 태양광 추적 실패에 대한 발전량 및 태양전지에 미치는 영향을 분석할 수 있기 때문에, 향후 특수 태양광 발전소 운영에 대한 데이터를 확보 할 수 있다.
또한, 본 발명은 수상 태양광 및 해상 태양광과 같이 태양전지를 고정하는 구조물의 움직임에 따른 태양전지의 성능 및 신뢰성을 검증 할 수 있기 때문에, 다양한 태양광 분야에 적용할 수 있다.
도 1은 추적 오차에 따른 파장별 광 투과율 저하 그래프를 나타낸 도면,
도 2는 추적 오차에 따른 모듈 효율 저하 그래프를 나타낸 도면,
도 3은 태양 추적 실패로 인한 봉지재 손상 이미지를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면,
도 5는 상기 도 4의 컨트롤러의 동작을 설명하는 도면,
도 6은 상기 도 4의 스테이지에 대한 제1 실시예를 나타낸 도면,
도 7는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면,
도 8는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면,
도 9는 태양이 움직임에 따라 태양광이 태양전지에 비추는 각도가 달라지는 경우를 모사하는 경우를 나타낸 도면,
도 10은 상기 도 9에서 태양광 추적 실패를 모사하는 경우를 설명하는 도면,
도 11은 태양광 추적 실패에 따른 모듈 단위 출력 변화를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 추적 오차에 따른 모듈 효율 저하 그래프를 나타낸 도면,
도 3은 태양 추적 실패로 인한 봉지재 손상 이미지를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면,
도 5는 상기 도 4의 컨트롤러의 동작을 설명하는 도면,
도 6은 상기 도 4의 스테이지에 대한 제1 실시예를 나타낸 도면,
도 7는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면,
도 8는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면,
도 9는 태양이 움직임에 따라 태양광이 태양전지에 비추는 각도가 달라지는 경우를 모사하는 경우를 나타낸 도면,
도 10은 상기 도 9에서 태양광 추적 실패를 모사하는 경우를 설명하는 도면,
도 11은 태양광 추적 실패에 따른 모듈 단위 출력 변화를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 상기 도 4의 컨트롤러의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 평가 장치(100)는, 태양전지(10)를 고정하는 스테이지(140)의 구동을 제어하여 다양한 평가 환경을 모사함으로써 태양전지(10)의 성능 및 신뢰성을 평가할 수 있다.
구체적으로, 태양전지 평가 장치(100)는 태양전지(10)를 고정하는 스테이지(140)를 회전하여 다양한 입사각에 따른 태양 전지를 평가함으로써 각 시간대별 태양광 발전량을 예측할 수 있다. 이를 통해, 태양전지 평가 장치(100)는 계통 운영에 필요한 태양광 발전량 시뮬레이션이 가능하다.
또한, 태양전지 평가 장치(100)는 태양전지(10)가 실제로 흔들리는 것과 유사한 주파수(㎐)로 흔들어 태양광 추적 오차에 따른 태양전지(10)의 성능 및 신뢰성을 평가하고, 태양광 판넬의 주변 환경에 의해 흔들릴 때(예, 수상 태양광 발전, 해상 태양광 발전) 태양전지(10)의 성능 및 신뢰성을 평가할 수 있다.
그리고, 태양전지 평가 장치(100)는 스테이지(140)를 회전시킨 후 좌우로 흔들어 특수 태양광 발전소의 추적 실패에 따른 태양전지(10)의 신뢰성을 평가할 수 있다.
또한, 태양전지 평가 장치(100)는 태양 추적 실패시 발생하는 전력량을 분석하여 대규모 시스템에서 각 모듈 단위별로 추적 시스템을 점검할 수 있다.
도 4를 참조하면, 태양전지 평가 장치(100)는 광원(110), 반사경 어레이(120), 집광렌즈(130), 스테이지(140), 성능 측정부(150), 컨트롤러(160)를 포함한다.
먼저, 광원(110)은 태양광과 같은 광을 발생하여 광을 방출한다. 이러한 광원(110)은 예를 들어, 크세논 램프 또는 할로겐 램프 등을 사용하여 200㎚∼1800㎚ 파장을 갖는 백색광을 발생킬 수 있다.
다음으로, 반사경 어레이(120)는 복수 개의 반사경을 포함하되, 복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 광원(110)으로부터 방출되는 광의 경로를 형성한다.
아울러, 반사경 어레이(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 광원측에 배치된 제1 반사경(121)과 집광렌즈측에 배치된 제2 반사경(122)의 크기를 상이하게 구성할 수 있다. 즉, 제1 반사경(121)의 크기는 제2 반사경(122)의 크기보다 크다. 이러한 제1 반사경(121)은 광원(110)에서 방출된 광을 최대로 수렴하여 제2 반사경(122)으로 전송하고, 제2 반사경(122)은 집광렌즈(130)의 폭(W)에 맞춰 제1 반사경(121)으로부터 전송된 광을 입사시킨다.
그리고, 반사경 어레이(120)는 기본적으로 광원(110)에서 방출되는 광이 집광렌즈(130)를 통해 스테이지(140)에 배치된 태양전지(10)의 수직 방향으로 입사되게 한다. 그런데, 태양전지(10)는 스테이지(140)가 구동 제어됨에 따라 집광렌즈(130)를 통해 입사되는 광의 입사 각도가 달라진다.
다음, 집광렌즈(130)는 반사경 어레이(120)로부터 전달된 광을 집광하여 스테이지(140)에 배치된 태양전지(10)로 전달한다. 즉, 집광렌즈(130)는 저밀도 에너지를 갖는 상태의 광을 고밀도 에너지를 갖는 상태의 광으로 변환시킨다.
다음, 스테이지(140)는 성능 평가 대상인 태양전지(10)가 상부에 배치되고, 집광렌즈(130)를 통해 태양전지(10)에 입사되는 광의 각도와 초점 거리를 변경시켜 태양전지(10)의 성능 평가를 위한 모사 환경을 구현한다. 이러한 스테이지(140)는 4축 방향 즉, X축(좌우)/Y축(상하)/Z축(높이)/A축(회전) 방향으로 구동 제어되어, 축 방향으로 이동 및 회전 가능하게 된다.
도 5를 참조하면, 스테이지(140)는 스테이지 모터(stage motor)(141)와 축 모터(axix motor)(142)를 구비하고, 스테이지 모터(141)와 축 모터(142)는 컨트롤러(160)에 의해 제어된다.
여기서, 스테이지 모터(141)는 외부 조건에 의해 태양전지(10)의 고정프레임이 움직이는 경우, 추적 실패로 인해 태양광 초점이 빗나갈 경우를 모사를 가능하게 한다. 또한, 스테이지 모터(141)는 지속적인 진동 상태에 대한 태양전지의 신뢰성 평가를 위해, 실제 구조물이 흔들리는 상황을 모사를 가능하게 한다. 이때, 스테이지 모터(141)는 실제 구조물이 흔들릴 때 발생하는 주파수에 따라 좌우로 움직이게 한다.
그리고, 축 모터(142)는 태양전지(10)에 입사되는 광의 각도를 변경 가능하게 한다. 이때, 컨트롤러(160)는 축 모터(142)의 구동을 제어할 때 황도계산식 또는 태양광 고도 실측 데이터를 이용하여 각도를 조절하게 된다.
그리고, 성능 측정부(150)는 스테이지(140) 상에 설치되어 태양전지(10)와 컨트롤러(160)에 전기적으로 연결된다.
도 5를 참조하면, 성능 측정부(150)는 태양전지(10)의 발전을 통해 발생하는 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압 및 전류 센서(151), 측정된 전압 및 전류에 따라 태양전지(10)의 전력량 측정을 위한 부하(152)를 구비한다. 이에, 컨트롤러(160)는 부하(152)의 저항을 가변시켜 태양전지(10)에서 발전하는 전압 및 전류에 대한 측정값을 성능 측정부(150)로부터 전달받아 V-I 곡선을 도출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 컨트롤러(160)는 스테이지(140)의 구동 제어를 통해 다양한 평가 환경을 모사하여 태양전지(10)의 성능 평가를 수행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(160)는 태양전지(10)의 성능 평가를 수행하는 전기적 제어영역과 스테이지(140)의 구동을 제어하는 기구적 제어영역을 구분하여 동작한다. 이를 위해, 컨트롤러(160)는 적어도 하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다.
컨트롤러(160)는 태양전지 성능 평가를 위해, 성능 측정부(150)를 통해 전달된 측정값을 메모리에 저장하고, 이를 이용하여 태양전지(10)의 성능 평가를 위한 전력량을 계산할 수 있다.
또한, 컨트롤러(160)는 스테이지 구동 제어를 위해, 외부 레퍼런스값을 입력받아 메모리에 저장하고, 이를 이용하여 스테이지 모터(141)와 축 모터(142)를 제어할 수 있다.
도 6은 상기 도 4의 스테이지에 대한 제1 실시예를 나타낸 도면이고, 도 7는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면이며, 도 8는 상기 도 4의 스테이지에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6의 제1 실시예에 따르면, 스테이지(140)는 X축/Y축/Z축/A축 4축 방향으로 구동 가능한 프레임으로 형성하되, 회전 지그(140a-1)을 이용하여 프레임 상에 태양전지(10)가 장착된 제1 PCB(140a-2)를 고정한다. 스테이지(140)는 제1 회전축(140a-3)에 의해 A축 방향으로 회전 구동할 수 있다. 회전 지그(140a-1)는 프레임 상에 체결되어 분리되지 않는다.
그리고, 전압 및 전류 센서(151)는 스테이지(140) 상부에 고정되어 있기 때문에, 스테이지(140)가 움직이더라도 지속적으로 전기적 특성을 계측할 수 있다.
도 7의 제2 실시예에 따르면, 스테이지(140)는 X축/A축 2축 방향으로 움직일 수 있는 컨베이어 벨트(140b-1)로 형성되고, 컨베이어 벨트(140b-1) 상에 태양전지(10)가 장착된 제2 PCB(140b-2)를 고정한다.
여기서, 제2 PCB(140b-2)는 고정부재(140b-3)를 이용하여 컨베이어 벨트(140b-1)에 고정될 뿐만 아니라, 냉각 기능이 구비될 수 있다. 그리고, 스테이지(140)는 제2 회전축(140b-4)에 의해 A축 방향으로 회전 구동할 수 있다. 고정부재(140b-3)는 나사 구조, 볼트-너트 구조, 리벳 구조일 수 있다. 고정부재(140b-3)는 컨베이어 벨트(140b-1)에 체결되나, 분리 가능하다.
그리고, 전압 및 전류 센서(151)는 컨베이어 벨트(140b-1) 상에 고정된 경우를 나타낼 수 있으나, 제2 PCB(140b-2)에 고정될 수도 있다.
도 8의 제3 실시예에 따르면, 스테이지(140)는 X축 방향으로 움직일 수 있는 리니어모터(linear motor)로 구동하는 리니어모터 구동부(140c-1)와 리니어모터 구동부(140c-1)가 움직일 수 있는 리니어 레일(140c-2)로 형성될 수 있다. 이 경우에는 태양전지(10)를 모듈 단위의 태양전지 모듈(11)을 리니어모터 구동부(140c-1) 상에 배치할 수 있다. 그리고, 전압 및 전류 센서(151)는 리니어모터 구동부(140c-1) 상에 고정된다.
이는 태양전지(10) 단위에서 효율 및 신뢰성을 측정 하는 것이 아니라, 태양전지 모듈(11) 단위에서 측정을 가능하게 한다. 즉, 집광형 태양광 발전(Concentrated Photo Voltaic, CPV)도 반사판 어레이(120)와 집광렌즈(130)를 이용하여 태양전지 모듈(11) 단위의 성능 평가가 가능하다.
도 9는 태양이 움직임에 따라 태양광이 태양전지에 비추는 각도가 달라지는 경우를 모사하는 경우를 나타낸 도면이고, 도 10은 상기 도 9에서 태양광 추적 실패를 모사하는 경우를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 태양전지 평가 장치(100)는 태양이 움직임에 따라 태양광이 태양전지(10)에 비추는 각도가 달라지는 경우를 모사하여 태양전지(10)의 성능을 평가한다. 즉, 컨트롤러(160)는 스테이지(140)를 구동 제어하여 집광렌즈(130)를 통해 태양전지(10)에 입사되는 광의 각도를 조절할 수 있다. 여기서, 태양전지(10)는 집광렌즈(130)를 통해 입사되는 광을 수광하기 위해 상부측에 집광부(12)를 구비할 수 있다.
이를 통해, 태양전지 평가 장치(100)는 스테이지(140)를 X축 또는 Y축 방향으로 움직여서 집광형 태양 발전(CPV)에서 태양광 추적이 실패할 경우, 스테이지(140)를 X축 또는 Y축 방향으로 움직여서 태양전지(10)의 고정 프레임이 흔들릴 경우를 모사하여 태양전지(10)에 미치는 영향을 분석할 수 있다. 또한, 태양전지 평가 장치(100)는 일반 태양광 발전에서 태양의 고도가 낮을 때 태양전지(10)의 고정 프레임이 주변 환경으로 인하여 움직이는 경우(예, 수상 또는 해상 태양광 발전 등)를 모사하여 태양전지(10)의 전기적 특성을 측정할 수 있다.
도 10을 참조하면, 태양전지 평가 장치(100)는 스테이지(140)를 구동 제어함으로써, 정상적으로 태양광을 추적하는 상태일 경우를 모사하여 태양전지(10)로 입사되는 광의 집광 방향 및 집광 포인트가 태양전지(10)의 셀(cell)에 균일하게 형성시킬 수 있다. 즉, 태양전지 평가 장치(100)는 집광부(12)에서 반사된 빛이 태양전지(10)의 셀(cell)에 집광되어 태양전지(10)에 손상이 발생하지 않는 정상 상태를 모사하게 된다.
반면에, 태양전지 평가 장치(100)는 스테이지(140)를 구동 제어함으로써, 태양광 추적이 실패하는 경우에를 모사하여 태양전지(10)로 입사되는 광의 집광 방향 및 집광 포인트가 태양전지(10)의 하우징(13)에 집중시킬 수 있다. 즉, 태양전지 평가 장치(100)는 집광부(12)에 의해 반사된 빛이 태양전지(10)의 셀(cell)이 아닌 하우징(13)에 집광되어 태양전지(10)에 손상이 발생할 수 있는 추적 실패 상태를 모사하게 된다.
이와 같이, 태양전지 평가 장치(100)는 태양전지(10)의 효율 저하 뿐만 아니라, 태양전지(10)의 손상을 재연하여 신뢰성 평가를 수행할 수 있게 된다.
도 11을 참조하면, 태양전지 평가 장치(100)는 태양광 추적 실패에 대한 발전량 및 태양전지에 미치는 영향을 분석하여 향후 특수 태양광 발전소 운영에 필요한 데이터를 확보할 수 있게 된다. 도 11은 태양광 추적 실패에 따른 모듈 단위 출력 변화를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 평가 장치를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 평가 장치(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이 광원(210), 반사경 어레이(220), 집광렌즈(230), 스테이지(240), 성능 측정부(250), 컨트롤러(260)를 포함한다.
도 12의 태양전지 평가 장치(200)의 구성요소는 전술한 도 4의 태양전지 평가 장치(100)의 구성요소와 중복되므로, 도 4의 태양전지 평가 장치(100)의 구성요소에 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
다만, 도 12의 태양전지 평가 장치(200)는 반사경 어레이(220) 중 어느 하나의 반사경을 회전시켜 태양전지(10)에 비취지는 광의 각도를 변경한다. 여기서는 광원측 반사경인 제1 반사경(221)은 고정하고, 스테이지측 반사경인 제2 반사경(222)은 회동 가능한 상태이다.
즉, 반사경 어레이(220)는 복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 광원(210)으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하되, 적어도 어느 하나의 반사경의 회전을 통해 광의 각도를 변경한다.
아울러, 집광렌즈(230)는 제1 반사경(221)로부터 전달된 광을 집광시켜 제2 반사경(222)으로 전달한다. 즉, 집광렌즈(230)는 광 경로상에서 회전하는 반사경 이전에 배치되는 것이 바람직히다.
그리고, 스테이지(240)는 상부에 태양전지(10)를 배치하되, 반사경 어레이(220)에 의해 변경된 광의 각도에 따라 태양전지(10)의 위치가 조정된다. 이는 태양전지(10)에 맺히는 광의 초점을 조정하기 위해 필요하다.
여기서는 스테이지(240)가 좌우 방향으로 조정하는 경우에 대해서만 설명하고 있으나, 도 6 내지 도 8에 언급된 실시예들에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 성능 측정부(250)는 스테이지(240) 상에 장착되어 태양전지(10)에 대한 전압 및 전류를 측정한다.
그리고, 컨트롤러(160)는 반사경 어레이(220) 즉, 제2 반사경(222)과 스테이지(240)의 구동을 함께 제어함으로써, 성능 측정부(250)를 통해 획득된 측정값을 이용하여 태양전지(10)의 성능을 평가한다.
즉, 컨트롤러(160)는 제2 반사경(222)이 회전함에 따라 빛의 각도가 변경되어 광의 초점이 변경되므로, 스테이지(240)를 구동 제어하여 태양전지(10)에 광이 맺힐 수 있게 한다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
10 ; 태양전지 11 ; 태양전지 모듈
12 ; 집광부 13 ; 하우징
110, 210 ; 광원 120, 220 ; 반사경 어레이
121, 221 ; 제1 반사경 122, 222 ; 제2 반사경
130, 230 ; 집광렌즈 140, 240 ; 스테이지
141 ; 스테이지 모터 142 ; 축 모터
140a-1 ; 회전 지그 140a-2 ; 제1 PCB
140a-3 ; 제1 회전축 140b-1 ; 컨베이어 벨트
140b-2 ; 제2 PCB 140b-3 ; 고정부재
140b-4 ; 제2 회전축 140c-1 ; 리니어모터 구동부
140c-2 ; 리니어레일 150, 250 ; 성능 측정부
151 ; 전압 및 전류 센서 152 ; 부하
160, 260 ; 컨트롤러
12 ; 집광부 13 ; 하우징
110, 210 ; 광원 120, 220 ; 반사경 어레이
121, 221 ; 제1 반사경 122, 222 ; 제2 반사경
130, 230 ; 집광렌즈 140, 240 ; 스테이지
141 ; 스테이지 모터 142 ; 축 모터
140a-1 ; 회전 지그 140a-2 ; 제1 PCB
140a-3 ; 제1 회전축 140b-1 ; 컨베이어 벨트
140b-2 ; 제2 PCB 140b-3 ; 고정부재
140b-4 ; 제2 회전축 140c-1 ; 리니어모터 구동부
140c-2 ; 리니어레일 150, 250 ; 성능 측정부
151 ; 전압 및 전류 센서 152 ; 부하
160, 260 ; 컨트롤러
Claims (10)
- 광원;
복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 상기 광원으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하기 위한 반사경 어레이;
상부에 배치된 태양전지에 입사되는 상기 광의 각도와 초점 거리를 변경시켜 평가 모사 환경을 구현하기 위한 스테이지;
상기 스테이지 상에 장착되어 상기 스테이지에 의해 구현된 평가 모사 환경에서 상기 태양전지에 대한 전압 및 전류를 측정하기 위한 성능 측정부; 및
상기 스테이지의 구동을 제어하고, 상기 성능 측정부에 의한 측정 결과를 이용하여 상기 태양전지에 대한 성능 평가를 수행하기 위한 컨트롤러; 를 포함하고,
상기 스테이지는, 실제 구조물이 흔들릴 때 발생하는 주파수에 따라 좌우로 움직이게 하는 스테이지 모터를 포함하는 태양전지 평가 장치.
- 광원;
복수 개의 반사경의 배열 위치와 각도에 따라 상기 광원으로부터 방출되는 광의 경로를 형성하되, 적어도 어느 하나의 반사경의 회전을 통해 광의 각도를 변경하기 위한 반사경 어레이;
상부에 태양전지를 배치하되, 상기 반사경 어레이에 의해 변경된 광의 각도에 따라 상기 태양전지의 위치를 조정하기 위한 스테이지;
상기 스테이지 상에 장착되어 상기 태양전지에 대한 전압 및 전류를 측정하기 위한 성능 측정부; 및
상기 반사경 어레이 및 상기 스테이지의 구동을 제어하고, 상기 성능 측정부에 의한 측정 결과를 이용하여 상기 태양전지에 대한 성능 평가를 수행하기 위한 컨트롤러;를 포함하고,
상기 스테이지는, 실제 구조물이 흔들릴 때 발생하는 주파수에 따라 좌우로 움직이게 하는 스테이지 모터를 포함하는 태양전지 평가 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광원을 통해 방출된 광을 집광하여 상기 태양전지로 전달하기 위한 집광렌즈;
를 더 포함하는 태양전지 평가 장치.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스테이지는,
4축 방향으로 구동 가능한 프레임으로 형성하되, 상기 프레임 상에 상기 태양전지가 장착된 PCB를 상기 프레임에 고정된 회전 지그를 이용하여 고정하는 것인 태양전지 평가 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스테이지는,
회전 가능한 컨베이어 벨트로 형성하되, 상기 컨베이어 벨트 상에 상기 태양전지가 장착된 PCB를 고정부재를 이용하여 고정하는 것인 태양전지 평가 장치.
- 제 6 항에 있어서
상기 고정부재는,
나사 구조, 볼트-너트 구조, 리벳 구조 중 어느 하나인 태양전지 평가 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스테이지는,
리니어레일을 따라 리니어모터를 통해 이동하는 리니어모터 구동부로 형성하되, 상기 리니어모터 구동부 상에 상기 태양전지의 모듈 구조를 배치하는 것인 태양전지 평가 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성능 측정부는,
상기 태양전지에서 발전하는 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압 및 전류 센서; 및
상기 전압 및 전류 센서를 통해 측정된 전압 및 전류에 따라 전력량을 측정하기 위한 부하;
를 포함하는 태양전지 평가 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광원은,
200㎚∼1800㎚ 파장을 갖는 백색광을 발생시키는 것인 태양전지 평가 장치.
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| KR1020180139206A KR102626124B1 (ko) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 태양전지 평가 장치 |
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- 2018-11-13 KR KR1020180139206A patent/KR102626124B1/ko active IP Right Grant
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