1 연구배경
최근 경제성장과 산업 고도화에 따라 전력수요가 증대되고 화석연료의 사용으로 인한 에너지고갈 및 환경오염 문제로 인해 신재생에너지원에 대한 관심이 확산되어 그 연구가 활발히 진행되고 있다. 가장 대표적인 신재생에너지원인 태양광 발전은 점차 보급이 확산되고 대규모 태양광 발전단지에 대한 사람들의 관심이 점차 커지고 있다. 태양광 발전은 초기 투자비용에 대한 순이익을 많이 내기 위해서 모듈의 수명이 감소하지 않고 장시간 사용가능하며 최대 출력을 얻을 수 있어야 한다는 특성이 있다. 태양광 발전시스템에서 태양광 모듈은 직, 병렬 구조로 구성되어 한 장의 모듈에 손상이 가거나 노후화되어 성능이 저하된다면 전체 시스템의 발전량 및 발전효율을 저하시킬 수 있다. 모듈의 출력 저하는 열원에 의한 모듈 온도 상승, 먼지 등에 의한 오염, 적설현상, 열화 및 수명단축 등 원인이 존재한다. 그러므로 효율적인 유지관리를 위해 태양광 모듈의 정보를 수집하기 위한 모니터링 시스템의 구성이 매우 필요하다. 태양광 모듈 모니터링 시스템은 모듈의 전압, 전류, 온도 정보를 측정하여 통신을 통해 제공하는데 이 경우 별도의 모니터링용 통신설비와 통신선이 필요하여 추가적인 비용이 발생하게 된다.[1]
DC-PLC는 태양광 발전시스템의 DC전력선을 통해 통신하는 방법으로 별도의 통신선을 필요로 하지 않아 매우 경제적이다. 태양광 모듈 모니터링에 적용하기 위한 DC-PLC는 디지털 통신 복·변조 방법을 이용하여 모뎀이 구현된다. 디지털 복·변조 방식에는 기본적으로 ASK(Amplitude Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying)과 다중 캐리어 통신이 적용된 OFDM(Othogonal Frequency Division Multiplexing) 등이 있다. FSK와 PSK 등의 변조 방식과 OFDM과 같은 다중화 통신기술은 구현이 어렵고 추가적인 회로가 필요하여 비경제적이다.[4,5,6] ASK 변조 기법의 경우 2진 신호에 대해 on/off 동작만으로 쉽게 구현이 가능하여 매우 경제적이다. 또한 태양광 모듈 모니터링의 경우 모듈의 정보를 측정하기 위한 측정 장치가 구성되는데 측정 장치의 ADC 기능과 PWM 기능을 사용하여 구현한다면 별도의 제작된 Modem을 사용하지 않고 하나의 MCU에서 구성할 수 있어 효율적이다.[7,8]
2진 ASK 변조는 Master-Slave 방식의 통신 구조로 구현이 가능하여 Master의 요청에 의해 Salve의 응답 메시지를 전송하는 방식으로 구현이 가능하여 전체 통신에 걸리는 시간이 길어지고, 각 측정 장치마다 모듈의 정보를 측정하는 시간이 달라지게 된다.
이에 본 논문에서는 태양광 발전시스템의 모듈 모니터링 시스템에 적용하기 위한 ASK변조 기반의 DC-PLC Modem을 설계하고 통신 성능 개선을 위한 신호 검출 필터와 이중 캐리어 통신을 제안한다. 또한 정확한 모듈 모니터링을 위한 모듈 측정 시간 동기화 방안을 제시한다.

2 연구 목적
태양광 모듈은 소모품으로서 외부요인과 열화 및 수명 단축의 문제로 인해 그 성능이 저하 될 수 있으며 한 장의 손상된 모듈은 전체 발전량과 발전효율에 악영향을 미칠 수 있다. 최대 발전량과 최대 발전 효율을 내기 위해서 태양광 모듈은 지속적인 보수와 유지관리가 필요하다.
손상된 태양광 모듈은 육안으로 그 색이 바래지거나 표면 손상으로 대략적인 손상정도를 파악할 수 있으나 정확한 손상 및 노후화 여부를 판단하기 위해서는 모듈의 출력에 대한 정확한 데이터가 필요하다. 그러므로 태양광 모듈의 전압, 전류, 온도 데이터를 수집하여 태양광 발전시스템의 효율적인 유지 관리를 위해서 태양광 모듈 모니터링 시스템이 필요하다. 모듈 한 장의 전압, 전류, 온도 정보를 측정하기 위해 태양광 모듈 별 측정 장치와 통신 선로를 구축하게 된다면 경제적이지 못하므로 본 논문에서는 저가형 모듈 모니터링 시스템을 위해 통신방식으로 DC-PLC를 적용하고 측정 장치와 통신 Modem을 하나의 MCU에서 구성한다. 구현이 쉬운 ASK 변조를 사용하며 검출 필터의 설계를 통해 태양광 인버터에 의해 왜곡되고 감쇄된 통신 신호의 검출 성능을 향상시킨다. 또한 통신 속도의 향상을 위해 이중 캐리어 통신을 적용하고 모듈의 정확한 비교 및 분석을 위한 측정시간 동기화 방안을 제시한다.

3 논문 구성
본 논문에서는 효율적인 태양광 발전시스템의 운영 및 유지관리를 위해 태양광 모듈 모니터링 시스템에 DC-PLC를 적용하고 통신 신호의 검출 성능과 통신 속도 성능이 개선된 DC-PLC Modem을 설계하고 제안한다.
논문의 구성은 제 1장에서는 연구 배경 및 목적에 대해 논하였고, 제 2장에서는 Power Line Communication의 개요와 태양광 모듈 모니터링 적용을 위한 DC-PLC를 소개한다. 제 3장에서는 통신 속도 및 정확도 향상을 위한 개선 방안을 제안한다. 제 4장에서는 제안한 DC-PLC Modem에 대한 시뮬레이션 수행 및 제작 실현하고 그 성능을 평가한다. 마지막으로 제 5장에서는 본 논문의 결론을 논하였다.