KR20130134507A - 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법 - Google Patents

태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법에 관한 것으로, 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 측정하는 과정; 및 상기 개방전압에 따라 상기 태양전지 모듈의 부하 역할을 담당하는 전자부하기의 입력 전압을 제어하면서 상기 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 과정을 수행함으로써, 전자부하기를 이용하여 태양전지 모듈의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 신속·정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법{Method for Measuring Output Property Parameter of Solar Cell Module}
본 발명은 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법에 관한 것으로, 특히 태양전지 모듈의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 신속·정확하게 측정할 수 있도록 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전시스템은 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하여 사용하고자 하는 부하로 공급하는 발전시스템을 일컫는다. 이러한 태양광 발전시스템은 태양전지에서 발생하는 직류전력을 인버터를 통하여 상용 전원선에 실시간으로 공급하는 계통연계형과, 태양전지에서 발생하는 직류전력을 축전지에 저장하였다가 직류 혹은 교류의 형태로 개별 부하에 공급하는 독립형으로 구분될 수 있다.
여기서, 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되는 경우 전자-정공쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양전지의 양단에 특정 시스템 등의 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산하고 그 생산된 전력을 부하로 공급할 수 있게 된다. 이러한, 태양전지는 단결정 실리콘을 성장시키는 기술이 발달하면서 본격적으로 활기를 띠기 시작하여 다양한 원리와 구조를 가진 태양전지가 개발되고 있다.
그러나, 태양전지는 태양광을 이용해 전기를 발생시키는 최소 단위의 소자이기 때문에, 소수의 태양전지로는 적절한 전압과 전류를 획득할 수 없다. 따라서 적절한 전압과 전류를 획득하여 태양광 발전시스템에 이용하기 위해서는 다수의 태양전지를 직병렬로 연결한 태양전지 어레이를 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 충진재, 유리 등과 함께 압축하여 제작한 태양전지 모듈을 사용한다.
이와 같은 태양전지 모듈은 제조 공정을 마친 후 제품 출하에 앞서, 모듈의 품질을 검사하는 절차를 거쳐야만 한다. 일 예로, 특허문헌 1에는 태양전지 모듈의 품질을 검사하는 기술에 대해 개시되어 있다.
그러나, 종래에는 태양전지 모듈의 품질 정도를 상수화함으로써 모듈 간의 품질을 비교 평가할 수는 있지만, 고정값을 가진 부하를 사용함에 따라, 태양전지 모듈 자체의 출력 성능을 평가하기 위해 필요한 개방전압(Voc), 단락전류(Isc), 최대전압(Vmp), 최대전류(Imp) 및 최대전력(Pmax)과 같은 출력 특성 파라미터를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.
KR1020120005180 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전자부하기를 이용하여 태양전지 모듈의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 신속·정확하게 측정할 수 있도록 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법은, 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 측정하는 제1과정; 상기 개방전압에 따라 상기 태양전지 모듈의 부하 역할을 담당하는 전자부하기의 입력 전압을 제어하면서 상기 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 제2과정을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2과정은, 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압, 전압 변경폭, 최소 전압 변경폭, 전압 변경 방향, 전압 변경폭 증감 판별값을 초기값으로 설정하는 제1단계; 상기 전자부하기의 입력 전압을 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압으로 설정한 다음, 상기 태양전지 모듈의 제1출력전압 및 제1출력전류를 측정하고 그 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류를 이용하여 제1전력을 산출하는 제2단계; 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 및 전압 변경 방향을 적용하여 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압을 변경하는 제3단계; 상기 전자부하기의 입력 전압을 상기 제3단계를 통해 변경된 기준 전압으로 설정한 다음, 태양전지 모듈의 제2출력전압 및 제2출력전류를 측정하고 그 측정된 제2출력전압 및 제2출력전류를 이용하여 제2전력을 산출하는 제4단계; 상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하는지 여부를 확인하는 제5단계; 상기 제5단계에서의 확인 결과, 상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하는 경우, 상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하는 제6단계; 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경 방향을 반대 방향으로 전환하여 설정하고, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값을 증가시키는 제7단계; 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭을 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 최소 전압 변경폭으로 변경시키는 제8단계; 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하는지 여부를 확인하는 제9단계; 상기 제9단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하는 경우, 상기 후보 전압, 상기 후보 전류 및 상기 후보 전력을 서로 매칭시켜 상기 메모리 영역에 저장하는 제10단계; 상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력의 값을 각각 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력의 값으로 설정하는 제11단계; 상기 제3단계 내지 제11단계를 일정 횟수만큼 반복 수행하는 제12단계; 및 상기 제12단계에 의해 상기 메모리 영역에 저장된 후보 전력들 중에서 가장 큰 값을 갖는 후보 전력을 검출하고, 그 검출된 후보 전력에 매칭되는 후보 전압 및 후보 전류를 검색하여 각각 태양전지 모듈의 최대전력, 최대전압 및 최대전류로 지정하는 제13단계를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1단계는, 상기 개방전압에 소수를 곱한 결과치를 상기 기준 전압의 초기값으로 설정하는 제1-1단계; 상기 개방전압을 제1상수로 나눈 결과치를 상기 전압 변경폭의 초기값으로 설정하는 제1-2단계; 상기 개방전압을 상기 제1상수 보다 큰 값을 갖는 제2상수로 나눈 결과치를 상기 최소 전압 변경폭의 초기값으로 설정하는 제1-3단계; 역방향을 상기 전압 변경 방향의 초기값으로 설정하는 제1-4단계; 및 제3상수를 상기 전압 변경폭 증감 판별값의 초기값으로 설정하는 제1-5단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2과정은, 상기 제5단계에서의 확인 결과, 상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하지 않는 경우, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값을 감소시키고, 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하는 제14단계; 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 상기 제1판별 기준치 미만의 값을 갖는 제2판별 기준치 이하에 해당하는지 여부를 확인하는 제15단계; 상기 제15단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제2판별 기준값 이하에 해당하는 경우, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭을 증가시키고 상기 제9단계를 수행하는 제16단계; 및 상기 제15단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제2판별 기준값 이하에 해당하지 않는 경우, 상기 제8단계를 수행하는 제17단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제2과정은, 상기 제9단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하지 않는 경우, 상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력의 값을 각각 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력의 값으로 설정하고 상기 제3단계부터 다시 수행하는 제18단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 다시 측정하는 제3과정을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법은, 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 측정하는 제1과정; 상기 태양전지 모듈의 개방전압 및 단락전류의 크기에 따라 상기 태양전지 모듈의 정상 구동 여부를 확인하는 제2과정; 상기 태양전지 모듈의 정상 구동 시, 상기 개방전압에 따라 상기 태양전지 모듈의 부하 역할을 담당하는 전자부하기의 입력 전압을 제어하면서 상기 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 제3과정; 및 상기 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 다시 측정하는 제4과정을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2과정은, 상기 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기 단락전류가 임계전류를 초과하는지 여부를 확인하는 단계; 상기 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기 단락전류가 임계전류를 초과하는 경우, 상기 태양전지 모듈이 정상 구동하는 것으로 판단하는 단계; 상기 개방전압이 임계전압을 초과하지 않거나 상기 단락전류가 임계전류를 초과하지 않는 경우, 상기 태양전지 모듈이 비정상 구동하는 것으로 판단하는 단계; 및 상기 태양전지 모듈의 비정상 구동 시, 태양전지 모듈의 개방전압, 단락전류, 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 모두 클리어(Clear)하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법에 의하면, 전자부하기를 이용하여 태양전지 모듈의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 신속·정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 3은 도 2에 있어서, 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 절차를 순차적으로 도시한 순서도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 장치는 전자부하기(Electronic Load)(10), 다채널 포트 교환기(Port Changer)(20) 및 제어기(Controller)(30) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 전자부하기(10)는 태양전지 모듈(1)의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양전지 모듈(1)의 부하 역할을 담당한다. 이러한, 전자부하기(10)는 제어기(30)에 의해 입력 전압이 설정(Setting)되고, 그 설정된 입력 전압의 크기에 따라 부하 크기가 가변되면서 태양전지 모듈(1)의 출력을 조절할 수 있게 된다.
다채널 포트 교환기(20)는 제어기(30)의 제어에 따라 복수 개의 태양전지 모듈(1) 중 어느 하나와 전자부하기(10) 사이를 결선하는 역할을 담당한다.
한편, 제어기(30)는 전자부하기(10)를 제어하여 태양전지 모듈(1)의 출력 특성 파라미터를 측정한다. 이러한, 제어기(30)는 전자부하기(10)의 입력 전압을 제어하여 전자부하기(10)의 부하 크기를 가변시킴으로써, 태양전지 모듈(1)의 출력을 조절하면서 태양전지 모듈(1)의 출력 특성 파라미터를 측정할 수 있다. 여기서, 출력 특성 파라미터는 개방전압(Voc), 단락전류(Isc), 최대전압(Vmp), 최대전류(Imp) 및 최대전력(Pmax) 등을 포함할 수 있다. 이때, 최대전력은 최대전압과 최대전류의 곱으로 산출될 수 있다.
또한, 제어기(30)는 태양전지 모듈(1)의 출력단에서 태양전지 모듈(1)의 구동에 의해 출력되는 전압 및 전류를 각각 계측하는 계측 모듈(예를 들어, 전압계 및 전류계 등), 계측 모듈을 통해 계측되는 전압과 전류를 이용하여 전력을 산출할 수 있으며 각종 사칙 연산 처리를 수행하는 연산 처리 모듈, 각종 데이터를 저장하는 메모리 영역, 메모리 영역에 저장되어 있는 각종 데이터를 관제 시스템 서버로 전달하는 유선 또는 무선 통신 모듈 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 제어기(30)는 태양전지 모듈(1)의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 PC 등의 관제 시스템 서버로 전달할 수 있다. 예를 들어, 관제 시스템 서버는 적어도 하나 이상의 제어기(30)와의 연동을 통해 태양전지 모듈(1)의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터를 수집하여 저장, 디스플레이 및 모니터링할 수 있다. 이러한, 관제 시스템 서버는 태양전지 모듈(1)의 설치 주변의 환경 데이터를 감지하는 센서부로부터 환경 데이터를 수집하고 저장, 디스플레이 및 모니터링할 수도 있다. 이때, 센서부는 일사량계, 온도센서, 습도센서, 풍속센서 및 풍향센서 등의 센서들과, 각 센서를 통해 감지되는 아날로그 형태의 데이터를 디지털 처리하여 관제 시스템 서버로 전달하는 AD 변환기(Analog Digital Convertor) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 구성에 있어서, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어기(30)는 다채널 포트 교환기(20)를 통해 전자부하기(10)와 결선된 태양전지 모듈(1)의 개방전압과 단락전류를 측정한다(S100).
상기한 단계 S100을 구체적으로 설명하면, 제어기(30)는 전자부하기(10)에 최저 전류(예를 들어, 약 0A)가 흐르도록 전자부하기(10)의 입력 전압을 최대값(예를 들어, 약 100V)으로 설정하여 태양전지 모듈(1)의 출력단을 거의 개방시킨 다음, 태양전지 모듈(1)의 출력 전압을 측정함으로써 태양전지 모듈(1)의 개방전압을 측정할 수 있다. 그리고, 제어기(30)는 전자부하기(10)의 입력 전압을 최저값(예를 들어, 약 0V)으로 설정하여 태양전지 모듈(1)의 출력단을 거의 단락시킨 다음, 태양전지 모듈(1)의 출력 전류를 측정함으로써 태양전지 모듈(1)의 단락전류를 측정할 수 있다. 즉, 제어기(30)는 전자부하기(10)의 입력 전압을 제어하여 전자부하기(10)의 부하 크기를 가변시킴으로써, 태양전지 모듈(1)의 출력을 조절하면서 태양전지 모듈(1)의 개방전압과 단락전류를 측정할 수 있다.
상기한 단계 S100 다음으로, 제어기(30)는 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압에 따라 전자부하기(10)의 입력 전압을 제어하여 태양전지 모듈(1)의 출력을 조절하면서 태양전지 모듈(1)의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정한다(S200).
도 3을 참조하여 상기한 단계 S200을 구체적으로 설명하면, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압(Volt_now), 전압 변경폭(Step_volt), 최소 전압 변경폭(MINIMUM_STEP), 전압 변경 방향(Direction), 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)을 초기값으로 설정한다(S205).
상기한 단계 S205에서 제어기(30)는 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압에 0 내지 1 사이의 실수, 즉 소수(Decimal)(예를 들어, 약 0.85)를 곱한 결과치를 기준 전압(Volt_now)의 초기값으로 설정한다. 이는, 결정질 기판형 태양전지 어레이로 구성된 태양전지 모듈(1)의 경우, 그 모듈의 최대전력을 그 모듈의 개방전압으로 나눈 결과치가 대략 0.85에 근접하기 때문이다.
상기한 단계 S205에서 제어기(30)는 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압을 제1상수(예를 들어, 약 30)로 나눈 결과치를 전압 변경폭(Step_volt)의 초기값으로 설정한다.
상기한 단계 S205에서 제어기(30)는 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압을 제1상수 보다 큰 값을 갖는 제2상수(예를 들어, 약 200)로 나눈 결과치를 최소 전압 변경폭(MINIMUM_STEP)의 초기값으로 설정한다.
상기한 단계 S250에서 제어기(30)는 역(-)방향을 전압 변경 방향(Direction)의 초기값(예를 들어, -1)으로 설정한다.
상기한 단계 S250에서 제어기(30)는 제3상수(예를 들어, 약 50)를 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)의 초기값으로 설정하게 된다.
상기한 단계 S205 이후, 제어기(30)는 전자부하기(10)의 입력 전압을 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압(Volt_now)으로 설정한 다음, 태양전지 모듈(1)의 제1출력전압 및 제1출력전류를 측정하고 그 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류를 이용하여 제1전력을 산출한다(S210).
상기한 단계 S210 다음으로, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭(Step_volt) 및 전압 변경 방향(Direction)을 적용하여 기준 전압(Volt_now)을 변경시킨다(S215).
즉, 상기한 단계 S215에서는 아래의 [수학식 1]에 의해 기준 전압(Volt_now)을 변경시키게 된다.
[수학식 1]
Volt_now = Volt_now + (Direction × Step_volt)
상기한 단계 S215에서 제어기(30)는 전압 변경 방향(Direction)이 역(-)방향으로 설정되어 있는 경우, 기준 전압(Volt_now)을 전압 변경폭(Step_volt) 만큼 감소시키게 되는 한편, 전압 변경 방향(Direction)이 정(+)방향으로 설정되어 있는 경우에는, 기준 전압(Volt_now)을 전압 변경폭(Step_volt) 만큼 증가시키게 된다.
상기한 단계 S215 이후, 제어기(30)는 전자부하기(10)의 입력 전압을 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압(Volt_now)으로 설정한 다음, 태양전지 모듈(1)의 제2출력전압 및 제2출력전류를 측정하고 그 측정된 제2출력전압 및 제2출력전류를 이용하여 제2전력을 산출한다(S220).
상기한 단계 S220 다음으로, 제어기(30)는 상기한 단계 S210을 통해 산출된 제1전력과 상기한 단계 S220을 통해 산출된 제2전력의 크기 비교를 통해, 제1전력의 크기가 제2전력의 크기를 초과하는지 여부를 확인한다(S225).
상기한 단계 S225에서의 확인 결과, 제1전력의 크기가 제2전력의 크기를 초과하는 경우, 제어기(30)는 상기한 단계 S210을 통해 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류와 산출된 제1전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하여 내부 메모리 영역에 임시 저장하고(S230), 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경 방향(Direction)을 반대 방향, 예컨대 정(+)방향으로 전환하여 설정하고(S235), 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)을 제4상수(예를 들어, 약 160) 만큼 증가시킨 다음(S240), 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭(Step_volt)을 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 최소 전압 변경폭(MINIMUM_STEP)으로 변경시킨다(S245).
상기한 단계 S245 이후, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제1판별 기준치(예를 들어, 약 120) 이상에 해당하는지 여부를 확인한다(S250).
상기한 단계 S250에서의 확인 결과, 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제1판별 기준치 이상에 해당하는 경우, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 임시 저장되어 있는 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력을 서로 매칭시켜 내부 메모리 영역에 저장한다(S255).
상기한 단계 S250에서의 확인 결과, 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제1판별 기준치 이상에 해당하지 않는 경우, 제어기(30)는 상기한 단계 S220을 통해 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류와 산출된 제1전력의 값을 각각 제2출력전압, 제2출력전류 및 제2전력의 값으로 설정하고 상기한 단계 S215부터 다시 수행하게 된다.
상기한 단계 S255 이후, 제어기(30)는 상기한 단계 S220을 통해 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류와 산출된 제1전력의 값을 각각 제2출력전압, 제2출력전류 및 제2전력의 값으로 설정한다(S260).
상기한 단계 S260 다음으로, 제어기(30)는 상기한 단계 S215 내지 S260을 일정 횟수(예를 들어, 약 10회)만큼 반복 수행한 후(S265), 내부 메모리 영역에 임시 저장되어 있는 후보 전력들 중에서 가장 큰 값을 갖는 후보 전력을 검출하고, 그 검출된 후보 전력에 매칭되는 후보 전압 및 후보 전류를 검색하여 각각 태양전지 모듈(1)의 최대전력, 최대전압 및 최대전류로 지정하고 내부 메모리 영역에 저장시킨다(S270).
한편, 상기한 단계 S225에서의 확인 결과, 제1전력의 크기가 제2전력의 크기를 초과하지 않는 경우, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)을 제5상수(예를 들어, 약 20) 만큼 감소시키고(S275), 상기한 단계 S220을 통해 측정된 제2출력전압 및 제2출력전류와 산출된 제2전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하여 내부 메모리 영역에 임시 저장시킨다(S280).
예를 들어, 상기한 단계 S275에서 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)의 크기가 제5상수 이하인 경우, 제5상수를 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)으로 설정한 다음, 상기한 단계 S280을 수행하게 된다.
상기한 단계 S280 이후, 제어기(30)는 상기한 단계 S275를 통해 감소되어 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제1판별 기준치 미만의 값을 갖는 제2판별 기준치(예를 들어, 약 100) 이하에 해당하는지 여부를 확인한다(S285).
상기한 단계 S285에서의 확인 결과, 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제2판별 기준값 이하에 해당하는 경우, 제어기(30)는 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭(Step_volt)을 제6상수(예를 들어, 약 1.5)를 곱한 결과치로 증가시켜 설정한다(S290).
반면에, 상기한 단계 S285에서의 확인 결과, 전압 변경폭 증감 판별값(Error_co)이 제2판별 기준값 이하에 해당하지 않는 경우, 제어기(30)는 상기한 단계 S245를 수행하게 된다.
예를 들어, 상기한 단계 S290에서 제어기(30)는 제6상수를 곱한 결과치로 증가된 전압 변경폭(Step_volt)이 상기한 단계 S205를 통해 설정된 초기값의 크기를 초과하는 경우, 상기한 단계 S205를 통해 설정된 초기값으로 내부 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭(Step_volt)의 크기를 설정하게 된다.
상기한 단계 S290 이후, 제어기(30)는 상기한 단계 S250을 수행하게 된다.
상기한 단계 S200 다음으로, 제어기(30)는 태양전지 모듈(1)의 개방전압과 단락전류를 다시 측정한다(S300).
상기한 단계 S300을 수행하는 이유는 상기한 단계 S200을 수행하는 시간 동안 상기한 단계 S100을 통해 측정된 태양전지 모듈(1)의 개방전압과 단락전류에 변화가 발생할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
상기한 단계 S300를 통해 개방전압 및 단락전류를 다시 측정한 제어기(30)는 그 측정된 개방전압 및 단락전류와 함께 상기한 단계 S200을 통해 측정한 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 관제 시스템 서버로 전달할 수 있다. 이에, 관제 시스템 서버는 적어도 하나 이상의 제어기(30)와의 연동을 통해 태양전지 모듈(1)의 성능 평가에 필요한 출력 특성 파라미터로서, 태양전지 모듈(1)의 개방전압, 단락전류, 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 수집하여 저장, 디스플레이 및 모니터링할 수 있다.
다르게는, 상기한 단계 S100 이후에, 제어기(30)는 태양전지 모듈(1)과 전자부하기(10) 간의 결선 등에 이상이 있거나, 야간에는 태양전지 모듈(1)의 개방전압 및 단락전류가 각각 임계전압(예를 들어, 약 0.3V) 및 임계전류(예를 들어, 약 0A) 이하인 특성을 이용하여 태양전지 모듈(1)의 개방전압 및 단락전류의 크기에 따라 태양전지 모듈(1)의 정상 구동 여부를 확인하는 절차를 수행한 다음, 태양전지 모듈(1)의 정상 구동 시에만 상기한 단계 S200을 수행하게 된다.
태양전지 모듈(1)의 정상 구동 여부를 확인하는 절차를 구체적으로 설명하면, 우선 제어기(30)는 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기한 단계 S100을 통해 측정된 단락전류가 임계전류를 초과하는지 여부를 확인한다. 그 다음으로 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기한 단계 S100을 통해 측정된 단락전류가 임계전류를 초과하는 경우, 태양전지 모듈(1)이 정상 구동하는 것으로 판단하고 상기한 단계 S200을 수행한다. 반면에, 상기한 단계 S100을 통해 측정된 개방전압이 임계전압을 초과하지 않거나 상기한 단계 S100을 통해 측정된 단락전류가 임계전류를 초과하지 않는 경우에는 태양전지 모듈(1)이 비정상 구동하는 것으로 판단하고, 태양전지 모듈(1)의 출력 특성 파라미터인 개방전압, 단락전류, 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 모두 '0'으로 클리어(Clear)하게 된다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
1: 태양전지 모듈 10: 전자부하기
20: 다채널 포트 교환기 30: 제어기

Claims (13)

  1. 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 측정하는 제1과정; 및
    상기 개방전압에 따라 상기 태양전지 모듈의 부하 역할을 담당하는 전자부하기의 입력 전압을 제어하면서 상기 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 제2과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압, 전압 변경폭, 최소 전압 변경폭, 전압 변경 방향, 전압 변경폭 증감 판별값을 초기값으로 설정하는 제1단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    상기 개방전압에 소수를 곱한 결과치를 상기 기준 전압의 초기값으로 설정하는 제1-1단계;
    상기 개방전압을 제1상수로 나눈 결과치를 상기 전압 변경폭의 초기값으로 설정하는 제1-2단계;
    상기 개방전압을 상기 제1상수 보다 큰 값을 갖는 제2상수로 나눈 결과치를 상기 최소 전압 변경폭의 초기값으로 설정하는 제1-3단계;
    역방향을 상기 전압 변경 방향의 초기값으로 설정하는 제1-4단계; 및
    제3상수를 상기 전압 변경폭 증감 판별값의 초기값으로 설정하는 제1-5단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압, 전압 변경폭, 최소 전압 변경폭, 전압 변경 방향, 전압 변경폭 증감 판별값을 초기값으로 설정하는 제1단계;
    상기 전자부하기의 입력 전압을 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압으로 설정한 다음, 상기 태양전지 모듈의 제1출력전압 및 제1출력전류를 측정하고 그 측정된 제1출력전압 및 제1출력전류를 이용하여 제1전력을 산출하는 제2단계;
    상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 및 전압 변경 방향을 적용하여 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 기준 전압을 변경하는 제3단계;
    상기 전자부하기의 입력 전압을 상기 제3단계를 통해 변경된 기준 전압으로 설정한 다음, 태양전지 모듈의 제2출력전압 및 제2출력전류를 측정하고 그 측정된 제2출력전압 및 제2출력전류를 이용하여 제2전력을 산출하는 제4단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하는지 여부를 확인하는 제5단계;
    상기 제5단계에서의 확인 결과, 상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하는 경우, 상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하는 제6단계;
    상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경 방향을 반대 방향으로 전환하여 설정하고, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값을 증가시키는 제7단계;
    상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭을 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 최소 전압 변경폭으로 변경시키는 제8단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하는지 여부를 확인하는 제9단계;
    상기 제9단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하는 경우, 상기 후보 전압, 상기 후보 전류 및 상기 후보 전력을 서로 매칭시켜 상기 메모리 영역에 저장하는 제10단계;
    상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력의 값을 각각 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력의 값으로 설정하는 제11단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 제3단계 내지 제11단계를 일정 횟수만큼 반복 수행하는 제12단계; 및
    상기 제12단계에 의해 상기 메모리 영역에 저장된 후보 전력들 중에서 가장 큰 값을 갖는 후보 전력을 검출하고, 그 검출된 후보 전력에 매칭되는 후보 전압 및 후보 전류를 검색하여 각각 태양전지 모듈의 최대전력, 최대전압 및 최대전류로 지정하는 제13단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 제5단계에서의 확인 결과, 상기 제1전력의 크기가 상기 제2전력의 크기를 초과하지 않는 경우, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값을 감소시키고, 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력을 각각 후보 전압, 후보 전류 및 후보 전력으로 지정하는 제14단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 상기 제1판별 기준치 미만의 값을 갖는 제2판별 기준치 이하에 해당하는지 여부를 확인하는 제15단계;
    상기 제15단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제2판별 기준값 이하에 해당하는 경우, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭을 증가시키고 상기 제9단계를 수행하는 제16단계; 및
    상기 제15단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제2판별 기준값 이하에 해당하지 않는 경우, 상기 제8단계를 수행하는 제17단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 제9단계에서의 확인 결과, 상기 메모리 영역에 저장되어 있는 전압 변경폭 증감 판별값이 제1판별 기준치 이상에 해당하지 않는 경우, 상기 제1출력전압, 상기 제1출력전류 및 상기 제1전력의 값을 각각 상기 제2출력전압, 상기 제2출력전류 및 상기 제2전력의 값으로 설정하고 상기 제3단계부터 다시 수행하는 제18단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 다시 측정하는 제3과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  12. 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 측정하는 제1과정;
    상기 태양전지 모듈의 개방전압 및 단락전류의 크기에 따라 상기 태양전지 모듈의 정상 구동 여부를 확인하는 제2과정;
    상기 태양전지 모듈의 정상 구동 시, 상기 개방전압에 따라 상기 태양전지 모듈의 부하 역할을 담당하는 전자부하기의 입력 전압을 제어하면서 상기 태양전지 모듈의 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 측정하는 제3과정; 및
    상기 태양전지 모듈의 개방전압과 단락전류를 다시 측정하는 제4과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2과정은,
    상기 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기 단락전류가 임계전류를 초과하는지 여부를 확인하는 단계;
    상기 개방전압이 임계전압을 초과하면서 상기 단락전류가 임계전류를 초과하는 경우, 상기 태양전지 모듈이 정상 구동하는 것으로 판단하는 단계;
    상기 개방전압이 임계전압을 초과하지 않거나 상기 단락전류가 임계전류를 초과하지 않는 경우, 상기 태양전지 모듈이 비정상 구동하는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 태양전지 모듈의 비정상 구동 시, 태양전지 모듈의 개방전압, 단락전류, 최대전압, 최대전류 및 최대전력을 모두 클리어(Clear)하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 출력 특성 파라미터 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104267354A (zh) * 2014-10-29 2015-01-07 哈尔滨工业大学 一种动力电池的峰值功率预测方法

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