WO2024005261A1 - 태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템 - Google Patents

태양광 발전장치의 발전 효율 향상 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2024005261A1
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WO
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solar
curve
power generation
improving
parameter value
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PCT/KR2022/012883
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French (fr)
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박재성
김동섭
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주식회사 지구루
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
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    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for improving the power generation efficiency of a solar power generation device.
  • the present invention was derived from research conducted as part of the support project for the Jiangsu Special Research and Development Zone Promotion Project of the Research and Development Special Zone Progress Foundation below.
  • a solar power generation device refers to a power system that converts light energy into electrical energy using a plurality of solar panels.
  • These solar power generation devices have a string inverter method, which connects an inverter to each of a plurality of series string solar panels and converts the DC power generated by each series string solar panel into AC power, and all solar panels are connected in series and
  • the central inverter method which converts the DC power generated by all solar panels into AC power by connecting them in parallel and connecting one inverter to each solar panel, is widely used.
  • MPPT control control (hereinafter referred to as MPPT control) is performed to follow the maximum power point of the P-V (power-voltage) or I-V (current-voltage) curve of the solar panel, which changes according to changes in temperature and solar radiation. do.
  • the P&O (perturbation and observation) method calculates power using the input voltage and input current of the DC-DC converter. For example, if the power value calculated at the current time t increases compared to the power value calculated at the previous time t-1, the PWM duty ratio of the DC-DC converter is increased to increase the input voltage of the DC-DC converter. . Conversely, if the power value calculated at the current time t is reduced compared to the power value calculated at the previous time t-1, the PWM duty ratio of the DC-DC converter is reduced to reduce the input voltage of the DC-DC converter. . When the duty ratio of the DC-DC converter is increased or decreased in this way, the input voltage of the DC-DC converter converges to the voltage (Vmp) corresponding to the maximum power point of the P-V curve or I-V curve of the solar panel.
  • Vmp voltage corresponding to the maximum power point of the P-V curve or I-V curve of the solar panel.
  • the conventional P&O method has a problem in that output loss occurs due to shading generated in at least one solar panel among the plurality of solar panels constituting the solar array due to the external environment, and the DC-DC converter There is a problem in which output loss occurs due to switching loss of the switches that make up the .
  • Embodiments of the present invention to solve these conventional problems are a method for improving the power generation efficiency of a solar power generation device that can improve output loss due to shading generated in the solar panel by the external environment based on the solar array. and system are provided.
  • a method of improving the power generation efficiency of a solar power generation device includes the steps of checking reference parameter values for each of a plurality of first solar panels, and determining the plurality of second solar panels after a critical time based on the reference parameter values. Predicting the I-V curve of a second solar array including a panel, estimating the maximum power point of the second solar array after a critical time based on the I-V curve of the second solar array, and elapse of the critical time. When the time comes, it is characterized in that it includes the step of controlling the output voltage of the second solar array based on the estimated maximum power point.
  • the step of checking the reference parameter value may include predicting an I-V curve for each first solar panel based on the reference parameter value.
  • the method further includes the step of deriving a first I-V curve for the first solar array by combining the I-V curves for each first solar panel. Do it as
  • the step of predicting the I-V curve for each first solar panel the reference parameter value is changed, the I-V curve for each first solar panel corresponding to the changed reference parameter value, the first I-V curve, and the It further comprises the step of acquiring reference data including the maximum power point of the first solar array estimated based on the first I-V curve.
  • the step of predicting the I-V curve of the second solar array includes checking parameter values applied to each of the second solar panels, and determining whether the reference data is similar to the parameter value by a threshold value or more in the reference data. It is characterized in that it further includes a step of checking.
  • the I-V curve for each second solar panel is based on the reference data including the reference parameter value similar to the parameter value and the threshold value or more.
  • the method further includes predicting and combining the predicted I-V curves for each second solar panel to derive a second I-V curve, which is the I-V curve of the second solar array.
  • the step of deriving the second I-V curve estimating the maximum power point based on the derived second I-V curve and adjusting the output voltage of the second solar array based on the estimated maximum power point. It is characterized in that it further includes a control step.
  • the step of checking whether the reference data exists if the reference data does not exist, predicting an I-V curve for each second solar panel based on the parameter value, the predicted second solar panel Deriving the second I-V curve by combining star I-V curves, estimating the maximum power point of the second solar array based on the second I-V curve, and estimating the maximum power point of the second solar array based on the estimated maximum power point. 2 It further includes the step of controlling the output voltage of the solar array.
  • a step of performing verification of the estimated maximum power point is further performed. It is characterized by including.
  • a system for improving the power generation efficiency of a solar power generation device includes a simulation device that checks reference parameter values for each of the plurality of first solar panels, and a threshold time predicted based on the reference parameter values.
  • the maximum power point of the second solar array after the critical time is estimated based on the I-V curve of the second solar array including a plurality of second solar panels, and when the critical time elapses, the It is characterized in that it includes a control device that controls the output voltage of the second solar array based on the estimated maximum power point.
  • the simulation device is characterized by predicting an I-V curve for each of the plurality of first solar panels based on the reference parameter value.
  • the simulation device is characterized in that it derives the first I-V curve by combining the I-V curves for each of the plurality of first solar panels.
  • the simulation device is characterized in that it estimates the maximum power point of the first solar array based on the first I-V curve.
  • the simulation device predicts the first I-V curve based on the changed reference parameter value, the first I-V curve for each solar panel corresponding to the changed reference parameter value, the first I-V curve, and the first I-V curve. 1 Characterized in acquiring reference data including the maximum power point of the solar array.
  • control device is characterized in that it checks the presence of the reference data that is similar to the parameter value applied to each of the second solar panels by more than a threshold value.
  • the control device predicts an I-V curve for each second solar panel based on the reference data including a reference parameter value similar to the parameter value and the threshold value, and 2
  • the maximum power point is estimated based on the second I-V curve of the second solar array derived by combining the I-V curves for each solar panel, and the output of the second solar array is based on the estimated maximum power point. It is characterized by controlling the voltage.
  • control device predicts the I-V curve for each second solar panel based on the parameter value, derives the second I-V curve from the predicted I-V curve, and The output voltage of the second solar array is controlled based on the maximum power point of the second solar array estimated based on the second I-V curve.
  • control device is characterized in that it performs verification of the estimated maximum power point.
  • the method for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention and the power generation of a solar power generation device by improving the output loss due to shading caused by the solar panel due to the external environment based on the solar array Efficiency can be improved, which has the effect of improving economic efficiency.
  • FIG. 1 is a system for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a simulation device for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing a control device for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • Figure 4 is a flowchart for a method of acquiring reference data according to the present invention.
  • Figure 5 is a flowchart illustrating a method for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a system for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • the system 100 may include a simulation device 200 and a control device 300.
  • the simulation device 200 is a device for managing a simulation space, such as a simulation lab, in which a solar power generation device is implemented by having a first solar array including a plurality of first solar panels, and may be a device such as a computer. there is. A more detailed operation of the simulation device 200 will be described using FIG. 2 below.
  • Figure 2 is a diagram showing a simulation device for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • the simulation device 200 includes a first communication unit 210, a first input unit 220, a first display unit 230, a first memory 240, and a first control unit 250. may include.
  • the first communication unit 210 performs communication with the control device 300. To this end, the first communication unit 210 performs wireless communication such as 5th generation communication (5G), Long Term Evolution-Advanced (LTE-A), Long Term Evolution (LTE), and Wireless Fidelity (Wi-Fi). You can.
  • 5G 5th generation communication
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • LTE Long Term Evolution
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • the first input unit 220 includes at least one input means for generating input data in response to a user input of the simulation device 200.
  • the first input unit 220 may include a keypad, dome switch, touch panel, jog shuttle, touch key, menu button, etc.
  • the first display unit 230 displays display data related to the operation of the simulation device 200.
  • the first display unit 230 includes a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic light emitting diode (OLED) display, and a micro electro mechanical system (MEMS). ) displays and electronic paper displays.
  • the first display unit 230 may be combined with the first input unit 220 and implemented as a touch screen.
  • the first memory 240 stores operation programs of the simulation device 200.
  • the first memory 240 stores simulation results for the first solar array composed of a plurality of first solar panels.
  • the first memory 240 is a reference parameter value including illuminance, temperature, and the degree (%) of shading caused by clouds covering at least one of the plurality of first solar panels. Multiple reference data for changes can be stored.
  • the first control unit 250 checks reference parameter values applied to each of the plurality of first solar panels constituting the first solar array. More specifically, the first control unit 250 provides reference parameter values for parameters including illuminance, temperature, and the degree (%) of shading in the first solar panel when clouds cover each first solar panel. By changing , you can check the result of the change in the reference parameter value.
  • the first solar array may be implemented in a space for simulation, such as a simulation lab, or may be a solar array installed in a real environment.
  • the first control unit 250 combines the I-V curves for each of the plurality of first solar panels predicted according to the change in the reference parameter value to determine the first solar array composed of the plurality of first solar panels. Derive the I-V curve. The first control unit 250 estimates the maximum power point of the first solar array based on the derived first I-V curve. In addition, the first control unit 250 generates a reference parameter value that changes for each first solar panel, an I-V curve for each first solar panel according to the changed reference parameter value, and an I-V curve for each first solar panel. Reference data including the first I-V curve and the maximum power point for the first solar array estimated based on the first I-V curve may be stored in the first memory 240.
  • the control device 300 is a device for controlling a plurality of second solar panels installed in an actual field, and may be a device such as a computer or server. A more detailed operation of the control device 300 will be described using FIG. 3 below.
  • Figure 3 is a diagram showing a control device for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • the control device 300 includes a second communication unit 310, a sensor unit 320, a second input unit 330, a second display unit 340, a second memory 350, and It may include a second control unit 360.
  • the second communication unit 310 performs communication with the simulation device 200. To this end, the second communication unit 310 performs wireless communication such as 5th generation communication (5G), Long Term Evolution-Advanced (LTE-A), Long Term Evolution (LTE), and Wireless Fidelity (Wi-Fi). You can.
  • 5G 5th generation communication
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • LTE Long Term Evolution
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • the sensor unit 320 senses parameter values such as illuminance, temperature, degree of shading on each second solar panel, wind speed, and wind direction applied to the plurality of second solar panels included in the second solar array. In this way, sensing data can be transmitted to the second control unit 360.
  • the sensor unit 320 is described as an example of being included in the control device 300, but this is only for convenience of explanation and is not necessarily limited thereto.
  • the sensor unit 320 may be installed in each of the plurality of second solar panels, and at least one may be installed in the second solar array to be implemented as a separate device from the control device 300. Sensing data can be transmitted to the second control unit 360.
  • the second input unit 330 includes at least one input means for generating input data in response to a user input of the control device 300.
  • the second input unit 330 may include a keypad, dome switch, touch panel, jog shuttle, touch key, menu button, etc.
  • the second display unit 340 displays display data related to the operation of the control device 300.
  • the second display unit 340 includes a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic light emitting diode (OLED) display, and a micro electro mechanical system (MEMS). ) displays and electronic paper displays.
  • the second display unit 340 may be combined with the second input unit 330 and implemented as a touch screen.
  • the second memory 350 stores operation programs of the control device 300.
  • the second memory 350 may store a program for checking the second I-V curve for the second solar array and the maximum power point derived from the second I-V curve.
  • the second memory 350 may store a program for verifying the reference data generated by the simulation device 200 by comparing the reference data generated by the simulation device 200 with the second I-V curve and the maximum power point.
  • the second control unit 360 checks parameter values applied to the plurality of second solar panels constituting the second solar array at the current time.
  • the plurality of second solar panels may mean panels actually installed in the field, and the second control unit 360 receives sensing data from the sensor unit 320 to check the parameter values for each second solar panel. can do.
  • the second control unit 360 checks whether a reference parameter value that is similar or identical to the parameter value confirmed through communication with the simulation device 200 by more than a threshold value exists in the reference data.
  • the second control unit 360 predicts the I-V curve for each second solar panel based on the confirmed parameter value.
  • the second control unit 360 combines the predicted I-V curves for each second solar panel to derive a second I-V curve for the second solar array.
  • the second control unit 360 estimates the maximum power point for the second solar array based on the derived second I-V curve.
  • the second control unit 360 may control the output voltage of each second solar panel based on the confirmed maximum power point.
  • the second control unit 360 predicts the I-V curve for each of the plurality of second solar panels based on the reference data.
  • the second control unit 360 combines the predicted I-V curves for each second solar panel to derive the second I-V curve.
  • the second control unit 360 may estimate the maximum power point for the second solar array based on the derived second I-V curve.
  • the second control unit 360 may control the output voltage of the second solar array based on the estimated maximum power point.
  • the second control unit 360 can predict the I-V curve for each second solar panel using reference parameter values that are similar to the parameter values identified among the reference data by more than a threshold value.
  • the second control unit 360 predicts the second I-V curve for the second solar array after the critical time based on the current point in time.
  • the second control unit 360 can predict the second I-V curve at the time when the critical time has elapsed based on the second I-V curve predicted at the current time.
  • the second control unit 360 can check parameter values such as current illuminance, temperature, degree of shading on the second solar panel, wind speed, and wind direction from the sensor unit 320.
  • the second control unit 360 can predict parameter values such as illuminance, temperature, and the degree to which shading occurs in the second solar panel after the critical time based on the confirmed parameter values.
  • the second control unit 360 can predict parameter values through communication with an external server that predicts the weather.
  • the second control unit 360 may check reference data that is similar to the predicted parameter value by more than a threshold value.
  • the second control unit 360 predicts the I-V curve for each second solar panel after a critical time based on reference data confirmed to be similar to the predicted parameter value by more than a threshold.
  • the second control unit 360 may derive the second I-V curve for the second solar array based on the predicted I-V curve for each second solar panel.
  • the second control unit 360 estimates the maximum power point for the second solar array based on the second I-V curve of the second solar array after the predicted critical time. When the critical time has passed, the second control unit 360 controls the output voltage of the second solar array based on the estimated maximum power point.
  • the second control unit 360 performs verification of the predicted second I-V curve and the estimated maximum power point for the second solar array.
  • the second control unit 360 detects the illuminance, temperature, and clouds from the sensor unit 320 at the corresponding point in time when the critical time has elapsed, and determines the degree (%) of shading in the second solar panel by blocking the second solar panel. ), etc., receive parameter values for parameters, etc., derive a second I-V curve for the second solar array based on the parameter values, and then estimate the maximum power point.
  • the second control unit 360 performs verification by comparing the derived second I-V curve and estimated maximum power point after the critical time with the second I-V curve and estimated maximum power point derived at the corresponding point in time after the critical time has elapsed, respectively. It can be done.
  • the system 100 is explained as an example in which the simulation device 200 and the control device 300 are separate configurations, but it is not necessarily limited to this.
  • the simulation device 200 and the control device 300 may be designed as one device, and the first solar panel and the second solar panel may be substantially the same panel.
  • one device can control the output voltage of each solar panel by estimating the maximum power point of each solar panel after a critical time based on reference data obtained in an actual environment where solar panels are installed.
  • Figure 4 is a flowchart for a method of acquiring reference data according to the present invention.
  • the first control unit 250 checks reference parameter values applied to each of the plurality of first solar panels constituting the first solar array. More specifically, the first control unit 250 provides reference parameter values for parameters including illuminance, temperature, and the degree (%) of shading in the first solar panel when clouds cover each first solar panel. By changing , you can check the result of the change in the reference parameter value.
  • the first solar array may be implemented in a space for simulation, such as a simulation lab, or may be a solar array installed in a real environment.
  • the first control unit 250 predicts the I-V curve for each of the plurality of first solar panels according to changes in the reference parameter value.
  • the first control unit 250 combines the predicted I-V curves to derive a first I-V curve for the first solar array composed of a plurality of first solar panels. More specifically, the first control unit 250 can predict the I-V curve for each first solar panel using Equations 1 to 5 below and combine them to derive one first I-V curve. .
  • Equation 1 represents an equation for calculating the voltage applied to one first solar panel
  • the first control unit 250 uses Equation 1 to control a plurality of first solar arrays constituting the first solar array.
  • the I-V curve for each solar panel can be predicted.
  • Equation 2 is an equation for calculating the voltage of the jth panel of the ith first solar array, and Equation 3 may be a detailed equation of equation 2.
  • Equation 4 is an equation that calculates the voltage of the i-th first solar array
  • Equation 5 may be an equation that solves Equation 4 in detail.
  • the first control unit 250 can derive the first I-V curve for the first solar array by combining the I-V curves predicted for each first solar panel using Equation 5.
  • i is the order of the first solar cell string
  • j is the order of the first solar cell
  • n is the number of cell strings constituting the first solar panel
  • m is the number of cells per cell string
  • I is the photocurrent
  • I is the net current flowing through the diode
  • diode saturation current can represent series resistance.
  • the first control unit 250 estimates the maximum power point of the first solar array using the first I-V curve derived in step 405.
  • the first control unit 250 checks the reference data and performs step 411.
  • the first control unit 250 stores the confirmed reference data in the first memory 240.
  • the reference data is the reference parameter value that changes for each first solar panel, the I-V curve for each first solar panel according to the changed reference parameter value, and the first I-V curve derived by combining the I-V curve for each first solar panel. and a maximum power point for the first solar array estimated based on the first I-V curve.
  • Figure 5 is a flowchart illustrating a method for improving the power generation efficiency of a solar power generation device according to the present invention.
  • the second control unit 360 checks parameter values applied to the plurality of second solar panels constituting the second solar array.
  • the plurality of second solar panels may mean panels actually installed in the field, and the second control unit 360 receives sensing data from the sensor unit 320 to check the parameter values for each second solar panel. can do.
  • step 503 the second control unit 360 checks whether a reference parameter value that is similar or identical to the parameter value confirmed through communication with the simulation device 200 by more than a threshold exists in the reference data.
  • step 503 if a reference parameter value similar to the confirmed parameter value by more than a threshold exists in the reference data, the second control unit 360 performs step 505. If not, the second control unit 360 performs step 521. do.
  • step 521 the second control unit 360 predicts the I-V curve for each second solar panel based on the parameter values confirmed in step 501 and performs step 505.
  • step 505 the second control unit 360 combines the I-V curves for each second solar panel to derive a second I-V curve for the second solar array.
  • the second control unit 360 may predict the I-V curve for each second solar panel based on Equation 1 to Equation 5 and combine them to derive the second I-V curve.
  • step 507 the second control unit 360 estimates the maximum power point for the second solar array based on the derived second I-V curve and performs step 509.
  • step 505 the second control unit 360 predicts the I-V curve for each second solar panel based on the reference data. do.
  • the second control unit 360 combines the predicted I-V curves for each second solar panel to derive a second I-V curve for the second solar array and performs step 507.
  • the second control unit 360 may estimate the maximum power point for the second solar array based on the derived second I-V curve.
  • the second control unit 360 may control the output voltage of the second solar array based on the maximum power point estimated in step 507.
  • the second control unit 360 predicts the second I-V curve for the second solar array after the critical time. To this end, the second control unit 360 may predict the second I-V curve after the critical time has elapsed based on the time when the parameter value is confirmed (hereinafter referred to as the current time) as in step 501.
  • the second control unit 360 can check parameter values such as current illuminance, temperature, degree of shading on the second solar panel, wind speed, and wind direction from the sensor unit 320.
  • the second control unit 360 can predict parameter values such as illuminance, temperature, and degree of shading in the second solar panel after the critical time based on the confirmed parameter values.
  • the second control unit 360 may check reference data that is similar to the predicted parameter value by more than a threshold value.
  • the second control unit 360 can predict the I-V curve for each second solar panel after the critical time based on the confirmed reference data and combine them to predict the second I-V curve.
  • step 513 the second control unit 360 estimates the maximum power point for the second solar array based on the second I-V curve after the predicted critical time and performs step 515.
  • step 515 the second control unit 360 checks whether the time point has arrived after the critical time. As a result of the confirmation in step 515, if a point after the critical time arrives, the second control unit 360 performs step 517. If the point in time does not arrive, the second control unit 360 waits for the arrival of the point in time.
  • step 517 the second control unit 360 controls the output voltage for the second solar array based on the maximum power point estimated in step 513 and performs step 519.
  • step 519 the second control unit 360 verifies the second I-V curve predicted in step 511 and the maximum power point estimated in step 513.
  • the second control unit 360 detects the illuminance, temperature, and cloud cover the second solar panel from the sensor unit 320 at a point in time that has passed after the critical time, thereby determining the extent to which shading occurs on the second solar panel.
  • Parameter values for parameters including (%), etc. may be received, a second I-V curve for the second solar array may be derived based on the corresponding parameter values, and then the maximum power point may be estimated.
  • the second control unit 360 can perform verification by comparing the second I-V curve predicted in step 511 and the maximum power point estimated in step 513 with the second I-V curve and estimated maximum power point derived at that time, respectively. there is.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

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
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 PCTKR2022012883-appb-img-000001
(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 PCTKR2022012883-appb-img-000002
는 i, j에 해당하는 셀의 전압,
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000003
는 열전압,
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000004
는 광전류, I는 다이오드를 통해 흐르는 net전류,
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000005
는 다이오드 포화 전류,
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000006
는 직렬저항을 나타낼 수 있다.)
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000007
(이때,
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000008
는 i번째 제1 태양광 어레이의 j번째 패널의 k번째 셀의 전압을 나타낸다).
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000009
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000010
Figure PCTKR2022012883-appb-img-000011
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 임계시간 이후의 복수의 제2 태양광 패널을 포함하는 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 예측하는 단계;
    상기 제2 태양광 어레이의 I-V커브를 기반으로 상기 임계시간 이후의 상기 제2 태양광 어레이의 최대 전력점을 추정하는 단계; 및
    상기 임계시간의 경과시점이 도래하면 상기 추정된 최대 전력점을 기반으로 상기 제2 태양광 어레이의 출력 전압을 제어하는 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 상법.
  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 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 제어장치;
    를 포함하는 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 상기 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.
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