KR20090003017A - 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법 - Google Patents

태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전시스템의 설치 현장의 자연 조건에서 측정된 출력에서 태양전지 제작사에서 제시한 온도 및 일사량 특성 곡선에서 추출된 보정 계수를 적용하여 보정 출력을 산정해서 보정된 출력이 제조사에서 제시한 규격에 부합하는지 여부를 손쉽게 판단할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
태양광발전시스템, 온도, 일사량, 보정, 성능검증

Description

태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템 및 그 방법 {System For Power Compensation And Performance Verification Of Photovoltaic Generation System And Methode Thereof}
본 발명은 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전시스템의 설치 현장의 자연 조건에서 측정된 출력에서 태양전지 제작사에서 제시한 온도 및 일사량 특성 곡선에서 추출된 보정 계수를 적용하여 보정 출력을 산정해서 보정된 출력이 제조사에서 제시한 규격에 부합하는지 여부를 손쉽게 판단할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
화력, 원자력 등 기존의 발전 시스템은 공급하는 연료의 양에 따라서 출력이 변동하기 때문에 인위적으로 출력 제어가 가능하도록 시스템이 구성되어 있으므로 발전 시스템의 출력 검증이 필요가 없다.
그러나, 태양광발전시스템의 경우 일사량에 따라 전력이 발생하기 때문에 햇 빛 즉 일사 조건(일사량, 온도)에 따라서 발전 전력이 수시로 변하는 특성을 가진다.
태양전지에 대한 제조사가 제시하는 출력 규격은 제조 당시 표준 시험조건(예를 들어, STC, Air Mass 1.5, 일사량 1000[W/㎡], 표면온도 25℃)에서 얻어진 출력 값을 제시하고 있으나, 상기와 같은 태양광발전시스템의 특성으로 인해 태양전지가 설치된 현장의 실제 운전 조건에서의 특성은 매순간 일사 조건이 변하기 때문에 출력이 수시로 변동하므로 정확한 출력 검증이 어려운 문제가 있었다.
상기와 같은 태양광발전시스템의 특성에 따라 종래에는 태양광발전시스템을 설치하고서 제조자가 제시한 규격대로 출력되는지 여부를 확인하기 위한 방법으로 태양광발전시스템을 설치 후 준공하기 전에 약 한달 정도 일조건이 좋은 낮 12시에서 오후 2시 사이에 설치된 태양광발전시스템과 한전 계통과의 최종 연계점에서의 종합 출력을 여러번 측정하여 그 평균값으로 시스템의 종합 출력에 만족하는지 여부를 판단해서 시스템의 만족 여부를 판단하는 방법과 설치 후 1년 동안 태양광발전시스템과 한전 계통과의 최종 연계점에서의 평균 출력을 측정하여 계산하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 출력 확인 방법은 상당한 시간이 소요될 뿐만아니라, 이 역시도 실시간으로 변동하는 일사 조건을 완전하게 반영하여 출력을 정확하게 확인할 수 없으므로 출력 검증의 정확성이 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 실시간으로 변동하는 일사 조건에서 태양광발전시스템이 정격 출력을 구비하고 있는지에 대한 실시간 확인이 가능한 출력 검증 시스템의 개발이 매우 시급한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 제조 당시 표준 시험조건에서 얻어진 태양전지의 출력 값과 실시간 일사 조건이 변동되는 현장의 실제 운전 조건에서 일사 조건에 따른 보정된 값으로 계산된 출력 값을 비교하여 태양광발전시스템의 출력을 검증할 수 있는 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템은 태양전지 모듈에 형성되어 온도를 측정하는 온도센서와 상기 태양전지 모듈에 형성되어 일사량을 측정하는 일사량 센서와 상기 온도센서와 일사량 센서로부터 측정된 온도와 일사량 값에 따라 보정된 태양광 발전의 출력값을 산출하여 표준 출력에 부합하는지 여부에 대한 성능을 검증하는 출력 검증 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 일사량 센서는 태양전지 모듈의 일사량을 측정하는 일사량계와 상기 일사량계를 일정 시간마다 샘플링하여 누적하여 시간 일사량을 측정하는 일사량 측정부와 주울(J) 단위로 측정된 일사량 값을 와트(W)단위로 환산하는 단위변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 일사량 센서는 태양전지 모듈 면에 수직으로 입사하는 일사량 을 측정하기 위해 태양전지 모듈 면과 같은 각도로 부착 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력 검증 장치는 보정된 출력을 산출하기 위한 각종 인자를 입력받고 출력 검증 결과를 디스플레이하는 인터페이스 모듈과 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 입력된 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 보정출력 산출모듈과 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하는 성능 검증모듈 및 상기 보정출력 산출모듈의 보정 출력 산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보정출력 산출모듈은 일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112007049128667-PAT00001
여기서, ISC는 식
Figure 112007049128667-PAT00002
, Tref : 기 준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.
그리고, 상기 성능 검증 모듈은 태양전지 어레이의 실제 출력값이 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 성능 검증 모듈은 전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시스템 손실은 인버터, 수변전 설비 및 배선에서 발생하는 손실에 따른 효율을 곱하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 메모리는 태양전지 제조시에 표준 시험조건에서 추출된 태양전지의 온도변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 일사량 변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 시스템 손실에 따른 효율정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법은 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 측정값이 출력 검증 장치에 입력되는 단계와 상기 입력된 측정값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 단계와 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하여 성능을 검증하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보정 출력 산출 단계는 보정출력 산출모듈이 일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112007049128667-PAT00003
여기서, ISC는 식
Figure 112007049128667-PAT00004
, Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.
또한, 상기 성능 검증 단계는 태양전지 어레이의 실제 출력값이 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 성능 검증 단계는 전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템은 실시간 변동하는 일사조건(일사량, 온도)에 따른 보정된 출력을 산출함으로써 손쉽고 정확한 태양광발전시스템의 성능 검증이 가능한 탁월한 효과가 발생한다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 도면 및 실시예를 참조하 여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템 구성도이다. 도 2는 도 1의 출력 검증 장치의 블럭도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템은 태양전지 모듈의 온도를 측정하는 온도센서(10)와 일사량을 측정하는 일사량 센서(20)와 상기 온도센서와 일사량 센서로부터 측정된 온도와 일사량 값에 따라 보정된 태양광 발전의 출력값을 산출하여 표준 출력에 부합하는지 여부에 대한 성능을 검증하는 출력 검증장치(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 온도센서(10)는 태양전지 모듈의 온도를 측정하기 위해서 모듈 후면부에 장착할 수 있으며, 현장에서 태양전지의 표면 온도를 측정하되 태양전지 모듈이 경사면으로 설치되어 있으면 경사면 온도를 측정하고 평면으로 설치되어 있으면 평면온도를 측정한다. 다시 말해, 태양전지가 설치된 형태에서 가장 햇빛이 잘 직사되는 면으로 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 상기 일사량 센서(20)는 상기 일사량계를 일정 시간마다 샘플링하여 누적하여 시간 일사량을 측정하는 일사량 측정부와 주울(J) 단위로 측정된 일사량 값을 와트(W)단위로 환산하는 단위변환부를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 일사량 측정부는 일사량계로부터 10초마다 샘플링하여 누적하고, 매 1분마다 누적 값을 전천일사량으로 간주하고 1분 누적 값을 다시 한 시간 동안 누적하여 시간 일사량을 측정하게 된다.
그리고, 상기 단위변환부는 태양전지 표준 시험조건이 와트[W]로 표시되어 있기 때문에 주울[J] 단위로 측정된 일사량을 와트[W] 단위로 변환한다.
여기서, 단위 변환은 [J]와 [W]의 관계식 1W = 1J/Sec을 이용하여 변환하고, 예를 들어, 한 시간 동안 측정된 일사량의 합이 3MJ/㎡ 라면, 1㎡에 초당 순간 전력(W/㎡)은 3,000,000 J/3600 Sec = 833 W/㎡가 된다.
상기 일사량 센서(20)는 태양전지 모듈 면에 수직으로 입사하는 일사량을 측정해야 하므로 일사량 센서를 모듈 경사면과 같은 각도로 부착하여 설치할 수 있다.
한편, 상기 출력 검증장치(30)는 보정된 출력을 산출하기 위한 각종 인자를 입력받고 출력 검증 결과를 디스플레이하는 인터페이스 모듈(310)과 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 입력된 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 보정출력 산출모듈(320)과 상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하는 성능 검증모듈(330) 및 상기 보정출력 산출모듈의 보정 출력 산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 인터페이스 모듈(310)은 태양광발전시스템에 설치된 현장의 일사조건(온도, 일사량)에 따라 보정된 출력을 산출하는 데 필요한 각종 인자가 입력되고, 검증 결과를 출력하여 사용자 인터페이스를 제공하는 역할을 담당한다. 여기서, 각종 인자는 온도센서와 일사량 센서의 측정값, 태양광발전시스템의 인버터 후단의 출력값 등이 될 수 있으며, 입력 및 출력값의 디스플레이를 위해 LED, LCD 등 디스 플레이 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 보정출력 산출모듈(320)은 상기 온도 센서(10)와 일사량 센서(20)로부터 측정된 값과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 도출된 식으로부터 보정된 출력값을 계산하게 된다.
도 3a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이고, 도 3b는 태양전지의 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이다.
상기 도 3a 및 3b를 참조하면, 직류를 발생시키는 태양전지의 단락전류(ISC)는 모듈에 입사하는 일사량에 비례하는 물리량이고, 단락전류는 온도상승에 비례하여 증가하며, 개방전압(VOC)은 일사량에 지수 함수적으로 비례하며 반면에 온도 상승에 따라 단락전류에 비해 급속하게 감소하는 경향을 보인다.
상기와 같은 특성을 가지는 단락전류와 개방전압의 온도와 일사량에 대한 관계로부터 일정 환경 조건에서의 전압, 전류 및 정수값을 추정하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 보정 출력 산출 방법을 살펴 보면 다음과 같다.
일반적으로 태양전지는 태양광발전시스템에서 전력을 발생시키는 근원으로서 셀(cell), 모듈(module) 및 어레이(array)로 구분된다. 여기서 셀은 단자전압 및 출력이 작기 때문에 여러셀을 직렬로 연결하여 모듈을 만들고, 모듈을 기본 단위로 하여 설계하고자 하는 시스템에 맞게 직렬 또는 병렬 연결하여 어레이를 형성하여 사용한다.
상기와 같은 태양전지는 반도체 디바이스로 설계나 제작상에 있어서 약간 씩 특성에 있어서 차이는 있지만 기본적인 특성은 상기 도 3과 같이 일사량과 표면 온도에 따라서 일사량 증가 시 태양전지 출력 전류가 증가하여 출력이 상승하게 되고, 온도 감소 시 전압이 증가하여 출력이 상승하게 되는 관계를 나타낸다. 따라서, 온도와 일사량의 변화에 따라 출력전압과 전류의 특성이 다르다는 것을 알 수 있으며 이를 등가회로를 활용하여 해석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 등가회로도이다.
도 4를 참조하면, 등가회로에서 태양전지의 출력전류(I)는 하기 <수학식 1>을 통해 얻을 수 있다.
Figure 112007049128667-PAT00005
여기서, V : 태양전지 출력전압, ISC : 태양전지 단락전류[A], ID : 다이오드 전류[A], ISH : 병렬저항 전류[A], IO : 다이오드 포화전류[A], RS : 직렬저항[Ω], RSH : 병렬저항[Ω], n : 다이오드 이상정수(1~2 적용), VT : 열전위차[V] 단, VT = (kT/q)m, k : 볼쯔만 상수(1.38e-23 J/K), T : 절대온도[K], q :쿨롬 상수(1.6e-19 C), m : 태양전지 모듈 내의 셀의 수이다.
부가적으로, 하기와 같은 <수학식 2>로 표현할 수 있다.
Figure 112007049128667-PAT00006
여기서, Iph : 발전된 광전류, IS : 다이오드의 역포화 전류이다.
그러나, 병렬저항 RSH는 대략 수백 옴(Ω)에서 수천 키로옴(KΩ) 이상의 상대적으로 아주 큰 값을 가지므로, 병렬저항을 무사하여 도 5와 같이 해당 선로를 개방 상태로 간주할 수 있다.
따라서, 상기 <수학식1>에서 병렬저항에 대한 항을 등가화하여 다시 구하면 하기의 <수학식 3>과 같다.
Figure 112007049128667-PAT00007
상기 <수학식3>을 V에 대해 나타내면 하기의 <수학식4>와 같다.
Figure 112007049128667-PAT00008
그리고, 상기 <수학식 3>의 각 항목에 대한 세부 관계식을 정리하면 하기의 <수학식5>, <수학식6>, <수학식7>과 같다.
Figure 112007049128667-PAT00009
여기서, Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K]
Figure 112007049128667-PAT00011
여기서, VOC : 태양전지 개방전압[V], A : 포화전류 온도계수[A/K], Y : 온도의존 인자(일반적으로 3), Eg : 밴드에너지 갭[eV], 1eV = 1.6e-19 J
Figure 112007049128667-PAT00012
상기 <수학식5>는 일사량과 온도에 대한 태양전지 단락전류 관계식을 나타내고, <수학식6>은 상기 <수학식3>으로부터 유도한 다이오드 포화전류 관계식이며, <수학식7>은 포화전류의 온도에 대한 관계식이다.
일반적으로, 제조 업체에서 제공하는 태양전지 모듈 규격에서 제시된 기본 데이터는 하기의 표1과 같이 한정되어 있으며, 여기서 온도계수는 설계 파라미터로 도 5를 토대로 구할 수 있으며, 이 규격에서의 정보와 기본 데이터와 적절한 관계식을 이용하여 그 값을 유추하여 사용할 수 있다.
Figure 112007049128667-PAT00013
상기 <수학식3> 내지 <수학식5>는 태양전지 모듈의 데이터를 바탕으로 한 전지 모듈의 관계식이며, 태양전지 어레이에서의 특성을 구현하기 위해서는 모듈의 직렬 연결 수(NS)와 병렬 연결 수(NP)를 포함하여 재구성한다.
따라서, 태양전지 어레이의 변수 및 데이터를 하기의 <수학식8>에 의해 구할 수 있다.
어레이 출력전류 : IA = NPI
어레이 단락전류 : ISCA = NPISC
어레이 단자전압 : VA = NSV
어레이 개방전압 : VOCA = NSVOC
어레이 직렬저항 : RSA = (NS/NP)R, 여기서 R : 모듈저항
상기 <수학식8>을 <수학식5>에 대입하면 하기의 <수학식9>와 같고, 이를 정리하면 하기의 <수학식10>과 같은 태양전지 어레이의 특성 식을 얻을 수 있다.
Figure 112007049128667-PAT00014
Figure 112007049128667-PAT00015
상기와 같이 <수학식1> 내지 <수학식10>을 통해 태양전지의 셀, 모듈 및 실제 적용하는 어레에 대한 보정된 직류 출력 값을 구하는 이론적으로 구하는 식을 도출하였다.
상기 <수학식10>은 태양전지의 표면온도와 일사량 두개를 변수로 하는 단자전압 및 전류를 구하는 식으로서 현장에서 측정된 온도 및 일사량 두 변수값을 넣고 연립방정식을 풀면 태양전지 어레이의 전압과 전류가 구해지므로 이를 곱하면 태양전지 어레이의 직류 출력이 계산되어 일사조건(표면온도 및 일사량) 변화에 따른 보정된 출력값을 얻을 수 있다.
상기 보정된 출력값은 현장에서 측정된 일사량과 온도 조건에서 나와야할 이론적인 출력값이다. 보다 구체적으로, 태양전지의 표준 시험 조건(예를 들어, 일사량 1000[W/㎡], 표면온도 25℃)을 기준으로 실제 현장에서의 일사량 차이와 온도 차이를 보정하여 산출된 값이므로, 실제 측정된 출력값이 상기 보정된 출력값보다 큰 경우에는 표준 출력을 만족하게 된다.
상기와 같이 보정 출력이 산출되면, 성능 검증 모듈은 태양전지의 실제 출력값(WM)과 상기 보정 출력값(WA)를 비교하여 태양전지의 출력에 대한 성능을 검증하게 된다.
이 때, 상기 성능 검증 모듈(330)은 실제 출력값(WM)이 보정 출력값(WA) 보다 큰 경우는 태양전지는 표준 출력을 만족하므로 합격으로 판단하고, 실제 출력값(WM)이 보정 출력값(WA)보다 작은 경우 태양전지는 표준 출력에 미달하므로 불합격으로 판단하여 태양전지의 성능을 검증하게 된다.
예를 들어, 태양전지 175W(6880장, 16직렬, 430병렬, 개방전압이 35.7V, 단락전류 4.78A)이고, 총용량은 1204kWp(175×6880)라고 가정한 경우, 표준 실험 기준(일사량 1000W/㎡, 온도 25℃)와 다른 현장 상태에서 측정된 실제 출력값이 1185kWp이고, 상기 보정출력 산출모듈에 의해 산출된 보정 출력값이 1180kWp인 경우 실제 출력값이 보정 출력값보다 높으므로 성능 검증 모듈(330)은 합격이라 판단 하게 된다.
한편, 상기 성능 검증 모듈(330)은 태양광발전시스템의 전체 시스템 효율에 대한 성능을 검증할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 태양전지의 출력이 인버터, 수변전 시설, 배선에 의해 손실이 발생함을 알 수 있다.
하기 <표2>는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템 성능 요구 기준이다. 여기서, 시스템 성능 요구 기준은 태양광발전시스템의 용량과 구조에 따라 다양한 기준으로 제공될 수 있다.
보증 항목 시험 조건 보증치
태양전지 어레이 최대출력 보증 최대출력 (100%) 1,200kWp 이상
시스템 효율 보증 발전모드 인버터 효율 95% 이상
수변전 설비 효율 97% 이상
배선 효율 92% 이상
시스템 종합 효율 84.7% 이상
상기 <표2>를 통해 알 수 있듯이 인버터, 수변전 설비, 배선에 의해 손실이 발생함을 알 수 있으며, 상기 손실에 의해 총 효율이 기준치(84.7%)이상인 경우 성능 검증 모듈은 합격이라 판정하고, 기준치 이하인 경우 불합격이라 판정한다.
여기서, 수변전 설비는 승압변압기, 차단기, 배전반 등 손실이 발생할 수 있는 주변 설비를 포함하는 개념이고, 배선은 발전에서 한전 배전선에 연계까지 손실이 발생할 수 있는 직류 교류 배전선을 포함하는 개념이다.
상기 인버터 효율, 수변전 설비 효율, 배선 효율의 산정은 당업자에게 자명한 사항이므로 구체적인 산출 방법은 생략하기로 한다.
상기 인버터, 수변전 설비, 배선에 의한 시스템 손실은 미리 계산되어 메모리(340)에 저장될 수 있으며, 성능 검증 모듈(330)은 상기 메모리에 저장된 시스템 손실을 추출하여 태양광발전시스템의 시스템 효율 검증에 이용할 수 있다.
보다 구체적으로, 성능 검증 모듈(330)은 하기의 판정식과 같이 상기 보정 출력 산출모듈에서 산출된 보정 출력값에 시스템 총손실에 따른 효율(인버터 효율×수변전 설비 효율×배선 효율)을 곱한 값이 보증치인 태양광발전시스템의 계통연계점 정격출력(1200kWp)의 84.7% 이상인 경우에는 시스템 출력을 합격이라 판정하게 된다.
정격출력(1200kWp)×(84.7/100) ≤ 보정출력×(인버터효율/100×수변전설비효율/100×배선효율/100)
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전시스템의 출력 검증 시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 출력 검증 장치의 블럭도이다.
도 3a은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이고, 도 3b는 태양전지의 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 등가회로도이다.
도 5는 도 4의 단순화된 태양전지의 등가회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 온도센서 20 : 일사량 센서
30 : 성능검증장치 310 : 인터페이스 모듈
320 : 보정출력 산출모듈 330 : 성능 검증 모듈
340 : 메모리

Claims (13)

  1. 태양전지 모듈에 형성되어 온도를 측정하는 온도센서와;
    상기 태양전지 모듈에 형성되어 일사량을 측정하는 일사량 센서와;
    상기 온도센서와 일사량 센서로부터 측정된 온도와 일사량 값에 따라 보정된 태양광 발전의 출력값을 산출하여 표준 출력에 부합하는지 여부에 대한 성능을 검증하는 출력 검증 장치를 포함하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일사량 센서는
    태양전지 모듈의 일사량을 측정하는 일사량계와;
    상기 일사량계를 일정 시간마다 샘플링하여 누적하여 시간 일사량을 측정하는 일사량 측정부와;
    주울(J) 단위로 측정된 일사량 값을 와트(W)단위로 환산하는 단위변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 일사량 센서는
    태양전지 모듈 면에 수직으로 입사하는 일사량을 측정하기 위해 태양전지 모듈 면과 같은 각도로 부착 고정된 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 출력 검증 장치는
    보정된 출력을 산출하기 위한 각종 인자를 입력받고 출력 검증 결과를 디스플레이하는 인터페이스 모듈과;
    상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 입력된 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 보정출력 산출모듈과;
    상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하는 성능 검증모듈 및;
    상기 보정출력 산출모듈의 보정 출력 산출에 필요한 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  5. 제 4에 있어서,
    상기 보정출력 산출모듈은
    일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
    Figure 112007049128667-PAT00016
    여기서, ISC는 식
    Figure 112007049128667-PAT00017
    , Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 성능 검증 모듈은
    태양전지 어레이의 실제 출력값이 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 성능 검증 모듈은
    전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 시스템 손실은
    인버터, 수변전 설비 및 배선에서 발생하는 손실에 따른 효율을 곱하여 산출되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 메모리는
    태양전지 제조시에 표준 시험조건에서 추출된 태양전지의 온도변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 일사량 변화에 따른 전압 및 전류 특성곡선, 시스템 손실에 따른 효율정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 시스템.
  10. 상기 일사량 센서와 온도 센서로부터 측정값이 출력 검증 장치에 입력되는 단계와;
    상기 입력된 측정값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 활용하여 보정된 출력값을 산출하는 단계와;
    상기 보정출력 산출모듈로부터 산출된 보정 출력과 실제 측정된 출력값을 비교하여 표준 출력에 만족하는지 여부를 판단하여 성능을 검증하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 보정 출력 산출 단계는
    보정출력 산출모듈이 일사량 센서로부터 측정된 일사량 값과 온도 센서로부터 측정된 온도 값과 일사량 변화에 따른 전압 전류 특성곡선과 온도 변화에 따른 전압 전류 특성곡선을 이용하여 도출된 하기 식으로부터 보정 출력을 계산하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법.
    Figure 112007049128667-PAT00018
    여기서, ISC는 식
    Figure 112007049128667-PAT00019
    , Tref : 기준온도(=298 K), ISCO :기준온도에서의 단락전류[A], S : 일사량[W/㎡], J : 단락전류 온도계수 [A/K], n은 다이오드 이상정수, NS : 모듈의 직렬 연결수, NP : 모듈의 병렬 연결수, RSA는 어레이 직렬저항{=(NS/NP)R, R:모듈저항}, IO : 다이오드 포화전류, VT : 열 전위차[V], ISCA=NPISC이다.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 성능 검증 단계는
    태양전지 어레이의 실제 출력값이 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정출력값 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양전지의 출력을 검증하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 성능 검증 단계는
    전체 시스템 손실을 계산하여 상기 보정 출력 산출 모듈로부터 산출된 보정 출력에서 시스템 손실을 고려한 시스템 종합 출력이 정격 출력의 기준치 이상인 경우 합격으로 판단하고, 이하인 경우 불합격으로 판단하여 태양광발전 시스템의 성능을 검증하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 출력 보정 및 성능 검증 방법.
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