KR20020085185A - Photovoltaic characteristic tracer and the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 특성추적장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 태양전지 패널로부터의 전압 및 전류, 일사량계와 온도계로부터의 데이터들을 컴퓨터의 시리얼포트를 통해 입력하여 태양전지 특성추적장치의 프로그램을 통해 특성파라메터를도출시킴으로써 태양전지의 특성을 파악할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a solar cell tracking device and a method thereof, and more particularly, to input voltage and current from a solar cell panel, data from a solar meter and a thermometer through a serial port of a computer, and then through a program of a solar cell tracking device. By deriving the characteristic parameter, it is possible to grasp the characteristics of the solar cell.
대체 에너지 확보와 개발에 대한 강력한 요구로 인해 태양전지를 이용한 태양전지전원 시스템의 보급이 급속히 확산되고 있는 현실에서, 설치된 태양전지의 개략적인 특성을 점검하는 태양전지 특성추적장치의 수요가 해를 거듭할수록 증가하는 추세에 있다.Due to the rapid spread of solar cell power system using solar cell due to strong demand for securing and developing alternative energy, the demand of solar cell characteristic tracking device that checks the rough characteristics of installed solar cell has been year after year. The trend is increasing.
일반적으로, 태양전지 특성추적장치(이하 VI tracer라 칭함)의 기본구성은 태양전지의 출력단자부를 연결하는 가변저항 부분과 일사량계와 온도계로부터의 데이터를 입력하는 부분으로 나누어져 있다.In general, the basic configuration of the solar cell characteristic tracking device (hereinafter referred to as VI tracer) is divided into a variable resistor portion connecting the output terminal portion of the solar cell and a portion for inputting data from a solar radiation meter and a thermometer.
생산하는 회사별로 조금씩의 차이는 있지만, 노트북 컴퓨터와의 인터페이스를 통한 시스템방식과 디스플레이 부분을 통합한 방식으로 크게 나누어진다.There is a slight difference between the companies that produce them, but it is divided into a system method and an integrated display part through an interface with a notebook computer.
태양전지로부터 필요한 기본적인 데이터는 태양전지의 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc), 그리고, 최대출력 전력점의 전압(Vop)과 전류(Iop)를 필요로 한다. 화면상에서 동작의 시작을 알리는 버튼을 클릭하면 자동적으로 필요로 하는 데이터를 디스플레이상으로 출력시켜주는 방식으로 되어 있다.The basic data required from the solar cell requires the open circuit voltage (Voc) and the short circuit current (Isc) of the solar cell, and the voltage (Vop) and the current (Iop) of the maximum output power point. Clicking the button to start the operation on the screen automatically outputs the necessary data on the display.
일반적으로, 종래기술에 의한 태양전지 특성추적장치의 동작순서는 먼저 태양전지의 출력단자와 태양전지 특성추적장치의 가변저항 부분을 연결하고, 일사량계, 온도계의 출력단자와 태양전지 특성추적장치의 센서입력부분을 연결하는 태양전지 특성추적장치의 접속단계와, 태양전지와 접속된 가변저항기를 무한대에서부터 0Ω까지 변화시키는 가변저항의 부하변동단계, 그리고 태양전지 출력전압의 시간에 대한 변화량, 태양전지 출력전류의 시간에 대한 변화량, 일사량계로부터 당시의 일사량, 그리고 온도계로부터 당시의 온도를 입력 하는 데이터 입력단계와, 출력전압 값이 0인 값을 가질 때의 출력전류 값을 단락전류(Isc)로 판단하고, 출력전류 값이 0인 값을 가질 때의 출력전압 값을 개방전압(Voc)으로 판단하며, 시간변화에 의한 출력전압 값과 출력전류 값의 곱에서 최대전력 값이 산출되는 시간의 전압과 전류 값을 최적전압(Vop), 최적전류(Iop)로 판단하는 출력값 계산단계와, 시간변화에 의한 출력전압 값을 x축으로, 출력전류 값을 y축으로 설정하여 전압전류 특성곡선을 표시하고, 계산된 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 최적전압(Vop), 그리고 최적전류In general, the operation sequence of the solar cell characteristic tracking device according to the prior art first connects the output terminal of the solar cell and the variable resistance portion of the solar cell characteristic tracking device, and then the output terminal of the solar radiation meter and thermometer and the solar cell characteristic tracking device. The connection step of the solar cell characteristic tracking device connecting the sensor input part, the load variation step of the variable resistor which changes the variable resistor connected to the solar cell from infinity to 0Ω, the amount of change of the solar cell output voltage over time, the solar cell The short-circuit current (Isc) is a time input of the amount of change of the output current, the amount of insolation at the time from the solar meter, and the temperature at the time from the thermometer, and the value of the output current when the output voltage value is 0. When the output current value is 0, the output voltage value is determined as an open voltage (Voc). An output value calculation step of judging the voltage and the current value at the time when the maximum power value is calculated from the product of the output current values as the optimum voltage (Vop) and the optimum current (Iop), and the output voltage value according to the time change as the x-axis, Set the output current value on the y-axis to display the voltage-current characteristic curve, calculate the calculated short-circuit current (Isc), open voltage (Voc), optimum voltage (Vop), and optimum current
(Iop)를 표시하며, 식 1( 페이지 참조)에 표시된 태양전지의 특성값(FF:Fill factor)을 계산 후 표시하고, 입력된 일사량 값과 태양전지의 표면온도를 표시하는 디스플레이 단계로 구성된다.(Iop) is displayed, and it is composed of a display step of calculating and displaying the characteristic value (FF: Fill factor) of the solar cell shown in Equation 1 (see page), and displaying the input solar radiation value and the surface temperature of the solar cell. .
그러나, 상기한 바와 같은 종래기술로 인한 태양전지 특성추적장치의 출력은 개방전압(Voc), 단락전류(Isc), 최적전압(Vop), 최적전류(Iop), 태양전지의 특성값(FF)으로 구성되어, 개략적인 태양전지의 출력특성은 확인할 수 있으나, 세부적인 특성방정식의 재구성은 불가능하다.However, the output of the solar cell characteristic tracking device according to the prior art as described above is open voltage (Voc), short-circuit current (Isc), optimal voltage (Vop), optimal current (Iop), characteristic value of the solar cell (FF) It is possible to confirm the output characteristics of the schematic solar cell, but it is impossible to reconstruct the detailed characteristic equation.
또한, 태양전지 추적장치(VI tracer)를 이용한 측정 당시의 출력특성 이외에는 표시되는 정보가 없으며, 기상조건이 변할 경우, 또 다른 측정이 불가피해 진다.In addition, there is no information displayed other than the output characteristics at the time of measurement using a solar cell tracer (VI tracer), and if the weather conditions change, another measurement is inevitable.
따라서, 설치된 태양전지의 시뮬레이션을 통한 특성해석을 위해서는 특성방정식의 세부 파라미터가 필수조건임에도 불구하고, 종래 기술로 인한 VI tracer의 경우는 세부 파라미터의 계산이 없으므로 인해 설치된 태양전지에 대한 보다 많은 정보의 제공이 요구된다.Therefore, even though the detailed parameters of the characteristic equation are essential for the characteristic analysis through the simulation of the installed solar cells, the VI tracer of the prior art does not calculate the detailed parameters, resulting in more information on the installed solar cells. Provision is required.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 종래의 시스템에서는 구현할 수 없었던 태양전지의 특성방정식 파라미터를 도출시킴으로서 사용자에게 보다 편리하고 정밀한 태양전지의 정보를 제공하게 되어, 태양에너지의 이용효율과 안정성을 극대화 할 수 있는 태양전지 특성추적장치 및 그 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems as described above, by deriving the characteristic equation parameters of the solar cell that could not be implemented in the conventional system to provide a user with more convenient and accurate solar cell information, The purpose of the present invention is to provide a solar cell characteristic tracking device and a method for maximizing utilization efficiency and stability.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 특성추적 방법 및 그 장치는 태양전지패널의 출력으로부터 개방전압, 단락전류, 최적전압, 그리고 최적전류를 추출하여 태양전지의 특성을 파알할 수 있도록 된 태양전지 특성추적장치에 있어서, 태양광을 집광하여 전압과 전류값을 출력하는 태양전지패널과, 상기 태양전지패널의 표면온도를 측정하기 위한 온도계와, 상기 태양전지패널에 일사된 광량을 측정하기 위한 일사량계와, 상기 태양전지패널과 광량계로부터의 미세 출력전압 및 출력전류값을 일정레벨의 아날로그값으로 증폭하기 위한 증폭기와, 상기 증폭기의 아날로그 값들을 프로그램에 입력시키기 위해 디지털 값으로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기(A/D컨버터)와, 상기 태양전지패널의 출력단에 연결되어 태양전지의 개방전압과 단락전류를 추출하기 위해 0~∞Ω까지 부하를 변동시키도록 된 전자부하장치와, 상기 전자부하장치를 제어하고 아날로그/디지털 변환기를 거친 디지털신호를 처리하도록 된 컴퓨터로 구성됨을 특징으로 한다.The solar cell characteristic tracking method and apparatus according to the present invention for achieving the above object is to extract the open voltage, short circuit current, optimal voltage, and the optimum current from the output of the solar panel to understand the characteristics of the solar cell A solar cell characteristic tracking device comprising: a solar cell panel for condensing sunlight and outputting voltage and current values, a thermometer for measuring the surface temperature of the solar cell panel, and an amount of light irradiated on the solar panel A solar radiation meter, an amplifier for amplifying the micro output voltage and output current values from the solar panel and the photometer into a constant analog value, and converting the analog values of the amplifier into digital values for input into a program Connected to an analog / digital converter (A / D converter) and an output terminal of the solar cell panel before opening of the solar cell. And controlling the short-circuit and the electronic load so that the current to vary the load to 0 ~ ∞Ω to extract the electronic load, and is characterized by consisting of a computer to process a digital signal via an analog / digital converter.
도1은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 구성을 도시한 상세도.1 is a detailed view showing the configuration of a solar cell characteristic tracking device according to the present invention.
도2는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 신호처리절차를 도시한 블록도.Figure 2 is a block diagram showing a signal processing procedure of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 그래픽 사용자 인터페이스Figure 3 is a graphical user interface of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention
(GUI:graphic user interface)의 처리절차를 도시한 플로우차트.Flow chart showing the processing procedure (GUI: graphic user interface).
도4는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 단락전류를 결정하는 과정을 도시한 플로우차트.4 is a flowchart illustrating a process of determining a short circuit current of a solar cell characteristic tracking device according to the present invention;
도5는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 개방전압을 결정하는 과정을 도시한 플로우차트.5 is a flowchart illustrating a process of determining an open voltage of a solar cell characteristic tracking device according to the present invention;
도6은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 전압/전류 특성방정식의 흐름을 나타낸 플로우차트.Figure 6 is a flowchart showing the flow of the voltage / current characteristic equation of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing
10, 11 : 태양전지패널12 : 출력전류10, 11: solar panel 12: output current
13 : 출력전압20 : 광량계13 output voltage 20 photometer
21 : 일사량22 : 온도21: solar radiation 22: temperature
30 : 증폭기31 : 일사량 전압증폭30: amplifier 31: solar radiation voltage amplification
32 : 온도 전압증폭33 : 전류단자32: temperature voltage amplification 33: current terminal
34 : 전압단자40, 41 : 전자부하장치34: voltage terminal 40, 41: electronic load device
50 : 컴퓨터51 : 태양전지추적장치프로그램50: computer 51: solar cell tracking device program
52 : 파라메터의 계산53 : 전자부하장치의 제어52: Calculation of parameters 53: Control of electronic load device
60 : AD컨버터 100 : 단락전류의 결정60: AD converter 100: determination of short circuit current
200 : 개방전압의 결정300 : 특성파라메터의 결정200: determination of open voltage 300: determination of characteristic parameters
360 : 온도의존성 파라메터의 결정360: Determination of temperature-dependent parameters
370 : 직/병렬 내부기생저항의 결정400 : 파라메터의 디스플레이370: Determination of series / parallel internal parasitic resistance 400: Display of parameters
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.
도1은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 구성을 도시한 상세도이고, 도2는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 신호처리절차를 도시한 블럭도이며, 도3은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 그래픽 사용자 인터페이스1 is a detailed diagram showing the configuration of a solar cell characteristic tracking device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a signal processing procedure of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention, and FIG. User interface of solar cell tracking device
(GUI:graphic user interface)의 처리절차를 도시한 플로우차트이고, 도4는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 단락전류를 결정하는 과정을 도시한 플로우차트이며, 도5는 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 개방전압을 결정하는 과정을 도시한 플로우차트이고, 도6은 본 발명에 따른 태양전지 특성추적장치의 전압/전류 특성방정식의 추출과정을 도시한 플로우차트이다.(GUI: Graphic User Interface) is a flowchart showing the processing procedure, Figure 4 is a flowchart showing a process of determining the short-circuit current of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention, Figure 5 is according to the present invention FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of determining an open voltage of a solar cell characteristic tracking device, and FIG. 6 is a flowchart illustrating an extraction process of a voltage / current characteristic equation of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 특성추적 장치의기본 구성은 크게 하드웨어적인 구성과 소프트웨어적인 구성으로 나누어진다.1 and 2, the basic configuration of the solar cell characteristic tracking device according to the present invention is largely divided into a hardware configuration and a software configuration.
먼저 하드웨어의 구성은 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지특성 추적장치는 태양광을 집광하여 그에 따른 전압과 전류값을 출력하는 태양전지패널(10)과, 상기 태양전지패널(10) 표면의 온도를 측정하기 위한 온도계(19)와, 일사된 광량을 측정하기 위한 일사량계(20)와, 상기 태양전지패널(10), 일사량계(20), 온도계(19)로부터의 미세 출력전압 및 출력전류값을 일정레벨의 아날로그값으로 증폭하는 증폭기(30)와, 상기 증폭기(30)의 아날로그 값들을 프로그램에 입력시키기 위해 디지털 값으로 변환시키는 아날로그/디지털 변환기(A/D컨버터)(60)와, 상기 태양전지패널(10)의 출력단에 연결되어 태양전지의 개방전압과 단락전류를 추출하기 위해 0~∞Ω까지 부하를 변동시키도록 된 전자부하장치(40)와, 상기 전자부하장치(40)를 제어하고, 아날로그/디지털 변환기(60)를 거친 디지털신호값들을 계산하도록 된 컴퓨터(50)로 구성됨을 특징으로 한다.First, as shown in FIG. 1, a hardware configuration tracking device according to the present invention includes a solar cell panel 10 for collecting solar light and outputting voltage and current values according to the present invention, and the solar cell panel ( 10) Thermometer 19 for measuring the temperature of the surface, the solar radiation meter 20 for measuring the amount of solar light, the fine from the solar panel 10, the solar radiation meter 20, the thermometer 19 An amplifier 30 that amplifies the output voltage and output current values to analog values of a predetermined level, and an analog / digital converter (A / D converter) for converting the analog values of the amplifier 30 into digital values for input into a program. 60, an electronic load device 40 connected to an output terminal of the solar cell panel 10 to vary the load from 0 to ∞ Ω so as to extract an open voltage and a short circuit current of the solar cell, and the electron Control the load device 40, and It characterized by configured by the computer 50 to calculate a digital signal subjected to digital converter 60 value.
여기서, 상기 태양전지패널(10) 출력단자로부터의 전류와 전압은 상기 증폭기(30) 내에서 허용전압 범위 내로 변환시켜 전류단자(CT)와 전압단자(PT)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D컨버터(60)를 거쳐 컴퓨터(50)로 데이터가 입력된다.Here, the current and voltage from the output terminal of the solar panel 10 is converted into the allowable voltage range in the amplifier 30 to convert the analog signal into a digital signal through the current terminal CT and the voltage terminal PT. Data is input to the computer 50 via the A / D converter 60.
그리고, 상기 온도계(19)와 일사량계(20)로부터의 온도 및 일사량에 관계되는 미세전압 또한 상기 증폭기(OP-amp)(30)를 통해 증폭되며, A/D컨버터(60)를 통해 컴퓨터(50)로 데이터가 입력된다.In addition, the micro-voltage related to the temperature and the solar radiation from the thermometer 19 and the solar radiation meter 20 is also amplified by the amplifier (OP-amp) 30, a computer (A / D converter 60) 50) data is input.
또한, 상기 태양전지패널(10)의 출력단에 접속된 전자부하장치(40)의 저항은 전자부하장치의 인터페이스버스(GPIB:general purpose interface bus)단자(미도시)와 컴퓨터의 시리얼포트와의 인터페이스를 이용해서 사용자의 조작으로 인해 자동조절 된다.In addition, the resistance of the electronic load device 40 connected to the output terminal of the solar cell panel 10 is an interface between the general purpose interface bus (GPIB) terminal (not shown) of the electronic load device and the serial port of the computer. It is automatically adjusted by user's operation by using.
즉, 사용자가 컴퓨터를 통해 단락전류, 개방전압, 그리고 특성 방정식 추출에 관련된 명령을 지시하면 그에 관련된 프로그램(생략)에 따라 상기 전자부하장치That is, when a user instructs a command related to short-circuit current, open voltage, and extraction of characteristic equations through a computer, the electronic load device according to the program (omitted) related thereto.
(40)의 저항은 0에서 무한대까지 연속적으로 가변시킬 수 있고, 또는 어느 특정 저항값으로 조정할 수도 있다.The resistance of 40 can be continuously varied from zero to infinity, or can be adjusted to any particular resistance value.
그리고, 소프트웨어의 구성은 도2에 도시된 바와 같은 신호처리절차로서, 태양전지패널(11) 출력단자로부터의 아날로그 전압(13) 및 전류(12)값은 전압단자In addition, the configuration of the software is a signal processing procedure as shown in FIG. 2, and the analog voltage 13 and the current 12 values from the output terminal of the solar panel 11 are the voltage terminals.
(PT)(34)와 전류단자(CT)(33)를 통해 적정 아날로그 전압치로 변환되고 온도계(19)와 일사량계(20)의 일사량(21)과 온도(22)의 아날로그 미세전압 값은 증폭기(OPamp)(31)(32)를 통해 적정 아날로그 전압치로 변환된다.(PT) 34 and current terminal (CT) 33 are converted to the appropriate analog voltage value, and the analog microvoltage value of the solar radiation amount 21 and the temperature 22 of the thermometer 19 and the solar radiation meter 20 is an amplifier. (OPamp) 31 and 32 are converted into appropriate analog voltage values.
여기서, 변화된 적정 전압값들은 컴퓨터에서 디지털 신호처리가 가능하도록 아날로그/디지털 변환용 컨버터(60)를 통해 디지털신호로 변환되어 프로그램에 입력된다.Here, the changed appropriate voltage values are converted into a digital signal through the analog-to-digital converter 60 so as to enable digital signal processing in a computer and inputted into a program.
또한, 전자부하장치(41)의 조작은 컴퓨터의 시리얼포트와 전자부하장치(41)의 인터페이스버스(GPIB)단자와의 인터페이스를 통해 조작된다.In addition, the operation of the electronic load device 41 is operated through an interface between the serial port of the computer and the interface bus (GPIB) terminal of the electronic load device 41.
다음으로, 사용자와 프로그램사이의 의사전달을 위해 그래픽 사용자 인터페이스(GUI:Graphic User Interface)프로그램을 구성한다.Next, a Graphic User Interface (GUI) program is configured for communication between the user and the program.
구성된 그래픽 사용자 인터페이스 프로그램은 도3과 같은 블록도로 표현 가능하다.The configured graphical user interface program can be represented by a block diagram as shown in FIG.
즉, 크게 3단계로 나누어 단락전류(Isc)를 추출하는 제1단계(100)와, 개방전압(Voc)을 추출하는 제2단계(200)와, 그리고 설치된 태양전지의 특성 파라미터를 추출하는 제3단계(300)로 나뉘어지며, 최종적으로 사용자가 설정한 허용오차 내의 값을 표시하는 디스플레이부(400)로 구성되어 있다.That is, the first step 100 to extract the short-circuit current (Isc) divided into three stages, the second step 200 to extract the open voltage (Voc), and the second to extract the characteristic parameters of the installed solar cell It is divided into three steps (300), and finally consists of a display unit 400 for displaying a value within the tolerance set by the user.
여기서, 추출된 단락전류와 개방전압 값은 세부 파라미터를 추출하는 부분에서 그대로 이용된다.Here, the extracted short-circuit current and the open-circuit value are used as they are in extracting the detailed parameters.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 제1단계는 단락전류(Isc)를 추출하는 단계(100)로, 설치된 태양전지의 단락전류(Isc)를 추출하는 과정은 도4와 같이 표현된다.In more detail, the first step is to extract the short-circuit current (Isc) (100), the process of extracting the short-circuit current (Isc) of the installed solar cell is represented as shown in FIG.
여기서, 상기 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 단락전류의 추출이 지령(110)되면, 전자부하장치의 저항 값은 0Ω으로 자동설정(120)된다. 따라서, 설정된 저항값으로 인해 태양전지의 출력전류는 단락전류가 되고, 그 단락전류값과 그때의 일사량이 프로그램속으로 입력(130)되며, 입력된 일사량 값과 단락전류 값을 통해 일사량 1.0kW/㎡에서의 단락전류 값을 추출할 수 있게 된다.Here, when the extraction of the short-circuit current through the graphical user interface (GUI) command 110, the resistance value of the electronic load device is automatically set to 0kΩ (120). Therefore, the output current of the solar cell becomes a short-circuit current due to the set resistance value, the short-circuit current value and the amount of insolation are input into the program 130, and the amount of insolation 1.0kW / It is possible to extract the short circuit current value in m 2.
그리고, 상기 제2단계는 개방전압(Voc)을 추출하는 단계(200)로, 설치된 태양전지의 개방전압(Voc)을 추출하는 과정은 도5와 같이 표현된다.In addition, the second step is to extract the open voltage (Voc) (200), the process of extracting the open voltage (Voc) of the installed solar cell is represented as shown in FIG.
여기서, 상기 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 개방전압의 추출이 지령(210)되면, 전자부하장치(40)의 저항 값이 ∞Ω으로 자동설정(220)된다. 따라서, 설정된 저항 값으로 인해 태양전지의 출력전압은 개방전압이 되고, 그 출력전압값과 그때의 일사량, 태양전지의 표면온도가 프로그램속으로 입력(230)된다.Here, when the extraction of the open voltage through the graphical user interface command 210, the resistance value of the electronic load device 40 is automatically set to ∞ 220. Therefore, the output voltage of the solar cell becomes an open voltage due to the set resistance value, and the output voltage value, the solar radiation at that time, and the surface temperature of the solar cell are input 230 into the program.
그리고, 입력된 데이터에서 개방전압과 일사량를 통해 1.0kW/㎡와 그 당시 온도하에서의 개방전압(240)이 결정되고, 다시 일사량 1.0kW/㎡과 태양전지의 표면온도 25℃에서의 개방전압 값이 최종적으로 추출(250)된다.Then, from the input data, the open voltage and the amount of insolation are determined to 1.0 kW / m 2 and the open voltage 240 at that time, and the value of the open voltage at 1.0 kW / m 2 and the solar cell's surface temperature of 25 ° C. is final. 250 is extracted.
또한, 상기 제3단계는 전압전류 특성방정식의 세부 파라미터를 추출하는 단계(300)로, 본 발명 시스템의 최대 특징 중 하나인 세부 파라미터 추출방법은 종래의 시스템에서는 없는 부분이다.In addition, the third step is to extract the detailed parameters of the voltage-current characteristic equation (300), which is one of the greatest features of the system of the present invention is a part that does not exist in the conventional system.
그리고, 태양전지의 세밀화된 특성방정식으로서는 식 2와 3을 통해서 설명할 수 있고, 태양전지의 직렬 및 병렬내부기생저항(Rs, Rsh)을 포함한 관계식은 식 4로서 표현된다.The detailed characteristic equation of the solar cell can be explained through Equations 2 and 3, and the relational expression including the series and parallel internal parasitic resistances Rs and Rsh of the solar cell is expressed as Equation 4.
여기서, 식2는 이상적인 태양전지의 전압전류 특성방정식으로 태양전지의 대표식으로 불리어지고, 식3은 태양전지의 전압전류 특성방정식의 파라메터 중 포화전류(Ios)만을 나타낸 식이며, 식4는 태양전지의 전압전류 특성방정식에 내부기생저항을 고려한 가장 현실적인 식이라 할 수 있다.Equation 2 is a voltage-current characteristic equation of an ideal solar cell, which is called a representative expression of the solar cell, Equation 3 is a formula representing only the saturation current (Ios) of the parameters of the voltage-current characteristic equation of the solar cell, Equation 4 is a solar cell The most realistic equation considering the internal parasitic resistance in the voltage-current characteristic equation of.
그리고, 고안된 고성능 특성 추적장치는 식 3과 4에서 온도의존성 파라미터A와 직렬 및 병렬내부저항(Rs, Rsh)을 추출하는 특징을 겸비하고 있다. 이에 따른 과정은 도6을 통해서 설명이 가능하다.The designed high-performance tracking device combines the temperature dependence parameter A and the series and parallel internal resistances Rs and Rsh in equations 3 and 4. This process can be described with reference to FIG.
즉, 전압전류 특성방정식의 세부 파라미터 추출을 목적으로 하는 모드로 지령(310)을 내리면, 설치된 태양전지의 종류(Si, Ge, GaAs등)와, 태양전지패널의 직병렬 관계, 그리고 최종적으로 결과 값들의 허용범위를 입력하는 파라메터 입력단계(320)를 거친다.That is, when the command 310 is given in the mode for the purpose of extracting the detailed parameter of the voltage and current characteristic equation, the series and parallel relationship between the installed solar cells (Si, Ge, GaAs, etc.), and the solar panel are finally obtained. The parameter input step 320 of inputting an allowable range of values is performed.
또한, 상기 입력단계에서 입력값의 결정과 동시에 프로그램은 전자부하장치를 ∞Ω에서 0Ω으로 변화시키는 지령(330)을 전자부하장치에 내리게 된다.At the same time as the input value is determined in the input step, the program issues a command 330 to the electronic load device to change the electronic load device from ∞ ms to 0 ms.
여기서, 저항의 변화형태 및 시간은 컴퓨터에 프로그램된 지령값에 준하여 동작하게 된다.Here, the change type and time of the resistance are operated in accordance with the command value programmed in the computer.
그리고, 상기 전자부하장치의 조절단계(330)를 거친 후, A/D converter로부터의 일사량, 온도, 전압, 전류 값이 입력되고, 시작시간과 종결시간, 그리고 데이터 샘플링타임이 자동으로 연결되어 디지털 신호처리 하게 된다.After the adjustment step 330 of the electronic load device, the amount of insolation, temperature, voltage, and current from the A / D converter is input, and a start time, an end time, and a data sampling time are automatically connected to each other. Signal processing.
다음으로, 상기 입력단계를 거친 신호들은 소정의 프로그램을 통해 태양전지의 특성값(fill factor)을 계산(350)하게 되며, 온도의존성 파라미터 A를 추출하는 루틴(360)으로 옮겨간다.Next, the signals passed through the input step calculate 350 the fill factor of the solar cell through a predetermined program and move to the routine 360 to extract the temperature dependency parameter A.
다음으로, 온도의존성 파라미터 A를 추출하는 루틴(360)에서는 대략적인 A(약9.0e-2)의 값을 식 2에 입력(361)하게 되고 그때의 전류를 0으로 하여 계산에 의한 개방전압(Voc-calculation)을 산출(362)한다.Next, in the routine 360 for extracting the temperature dependence parameter A, the approximate value of A (about 9.0e-2) is inputted into Equation 2 361, and the current value is 0 and the open voltage (calculated) is calculated. Voc-calculation) is calculated 362.
여기서, 상기 온도의존성 파라메터 A의 값인 약 9.0e-2는 모회사의 다결정실리콘의 개방전압이 20볼트, 단락전류가 3A인 태양전지로부터 역산한 값을 나타낸 것이며, 이 값이 온도의존성 파라메터의 절대적인 값은 아니다.Here, the value of the temperature dependence parameter A is about 9.0e-2, which is a value obtained by inverting a solar cell having an opening voltage of 20 volts and a short circuit current of 3 A of the polysilicon of the parent company, and this value is an absolute value of the temperature dependency parameter. Is not.
다시말해, 계산값과 실측값을 비교하여 허용오차 범위 이상일 경우는 A를 미소 변화시켜 그 값을 다시 비교하는 방식을 통해 A값을 추출한다.In other words, the value of A is extracted by comparing the calculated value with the measured value and changing the value of A slightly by comparing the value again when the value exceeds the tolerance range.
그리고, 온도의존성 파라미터 A의 추출이 끝나면, 직렬 및 병렬내부기생저항After extraction of the temperature dependency parameter A, the series and parallel internal parasitic resistances
(Rs, Rsh)을 추출하는 단계(370)가 이루어지고, A값의 추출과 마찬가지 방법으로 대략적인 직렬내부기생저항(Rs) 및 병렬내부기생저항(Rsh)의 값이 식4에 입력되고, 그에 따른 결과로 계산에 의한 태양전지 특성값을 산출한다.Step (370) of extracting (Rs, Rsh) is performed, and the values of the approximate series internal parasitic resistance (Rs) and the parallel internal parasitic resistance (Rsh) are input into Equation 4 in the same manner as the extraction of the A value. As a result, the solar cell characteristic value is calculated by calculation.
여기서, 계산 값과 실측 값을 비교하여 허용오차범위 이상일 경우는 미소변화를 통해 허용범위내의 직렬내부기생저항(Rs) 와 병렬내부기생저항(Rsh)를 추출한다.Here, when the calculated value and the measured value are compared, the series internal parasitic resistance (Rs) and the parallel internal parasitic resistance (Rsh) within the allowable range are extracted through the micro change.
이상에서 설명한 바와 같은 태양전지의 특성추적방법에 의해 최종적으로 디스플레이 단계(400)를 거쳐 태양전지의 특성파라메터를 화면상에 도출시켜 이를 통해 태양전지의 특성을 정확하게 파악할 수 있도록 한다.Finally, the characteristic parameter of the solar cell is derived through the display step 400 by the method of tracking the characteristics of the solar cell as described above, so that the characteristics of the solar cell can be accurately determined.
이하 본 발명에 따른 태양전지 특성추적 장치에 사용된 심볼의 간략한 설명및 사용된 관계식을 나타내었다.Hereinafter, a brief description of the symbols used in the solar cell characteristic tracking device according to the present invention and the relations used are shown.
I= 부하에 흐르는 전류[A]Isc= 단락회로 전류[A] I = current through load [A] Isc = short circuit current [A]
Ios= 포화전류[A]s= 일사량[kW/m2] Ios = saturation current [A] s = solar radiation [kW / m2]
q= 전하량(1.6e-19[C])k= 볼츠만 상수(1.38e-23 [J/K]) q = amount of charge (1.6e-19 [C]) k = Boltzmann constant (1.38e-23 [J / K])
T = PN 접합 온도[K], t[℃]n= 결합상수(junction constant)T = PN junction temperature [K], t [° C] n = junction constant
A= 온도의존성 파라메터(temperature constant) A = temperature constant parameter
Eg= 에너지갭[eV]V= 태양전지 전압[Volt] Eg = energy gap [eV] V = solar cell voltage [Volt]
Voc= 태양전지의 개방회로 전압[Volt] Voc = open circuit voltage of the solar cell [Volt]
P = 태양전지의 출력전력[W]Vop= 태양전지의 최적전압[Volt]P = output power of solar cell [W] Vop = optimal voltage of solar cell [Volt]
Varray-op= 태양전지판넬 어레이의 최적전압[Volt] Varray-op = Optimal Voltage of Solar Panel Array [Volt]
Rs= 직렬내부기생저항 (series parasitic resistance) [ Ω] Rs = series parasitic resistance [Ω]
Rsh= 병렬내부기생저항 (shunt parasitic resistance) [ Ω] Rsh = shunt parasitic resistance [Ω]
: 일사량의 디지털 신호: 표면온도의 디지털 신호 : Digital signal of solar radiation : Digital signal of surface temperature
: 출력전류의 디지털 신호: 출력전압의 디지털 신호 : Digital signal of output current : Digital signal of output voltage
: 전자부하장치의 디지털 제어신호 : Digital control signal of electronic load device
관계식 (1)Relationship (1)
관계식 (2)Relationship (2)
관계식 (3)Relationship (3)
관계식 (4)Relationship (4)
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 특성추적 장치는 종래의 태양전지 특성추적장치(VI tracer)에서는 추출할 수 없었던 세밀한 전압전류 특성방정식의 파라미터를 추출할 수 있으므로, 설치된 태양전지전원 시스템의 출력의 정밀한 계산 및 검산이 가능하고, 시뮬레이션에 적용시킬 파라미터의 확보가 용이하며, 설치된 시스템의 출력정격을 보다 정확하게 판별할 수 있을 뿐만아니라 출력효율 계산 및 향상을 위해 기초적인 자료를 확보하는 데 보다 용이하게 활용될 수 있고, 시스템을 보다 경제적으로 설계할 수 있는 효과가 있다.As described above, the solar cell characteristic tracking device according to the present invention can extract the parameters of a detailed voltage and current characteristic equation that cannot be extracted from the conventional solar cell tracer (VI tracer). It is possible to precisely calculate and verify the output of the output, to easily obtain the parameters to be applied to the simulation, to more accurately determine the output rating of the installed system, and to obtain basic data for calculating and improving the output efficiency. It can be utilized more easily, and the effect is that the system can be designed more economically.
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