태양광 모듈 및 어레이 성능진단 시스템에 관한 연구 :Study about performance diagnosis of photovoltaic modules and arrays

박유나

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박유나 (고려대학교, 고려대학교 대학원)

지도교수: 장길수, 고석환

발행연도: 2018

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이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2018

태양광 모듈 및 어레이 고장진단 시스템에 관한 연구

박유나 , 장길수 , 고석환 외 4명 한국태양에너지학회 학술대회논문집 2018.04 학술대회자료

태양광 모듈 및 어레이 성능진단 시스템에 관한 연구

박유나 전기전자공학과 2018.01 학위논문

2017

태양광 어레이 I-V 곡선 측정을 위한 다채널 동시 측정방법에 관한 연구

박유나 , 장길수 , 고석환 외 6명 한국태양에너지학회 논문집 2017.08 학술저널

태양광 어레이 성능 진단을 위한 I-V 곡선 측정방법에 관한 연구

박유나 , 장길수 , 고석환 외 6명 대한전기학회 학술대회 논문집 2017.07 학술대회자료

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태양광 발전 시스템은 신 재생에너지원 중 하나로 다수의 연구가 수행되어왔다. 이전에는 태양광 발전 시스템의 설치와 보급에 집중하였다면, 현재는 태양광 발전 시스템의 보급에 따른 유지관리 및 보수에 대한 관심이 증가하였다. 또한 새 정부의 출범 이후 신 재생에너지 발전 보급 계획 추진으로 인하여 그 중에서도 태양광 에너지 발전 산업 육성에 무게를 두고 있다. 태양광 발전은 수명이 약 25년 정도로 길지만 외부 환경 요소에 민감하고 시스템 고장은 육안으로 판별하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 태양광 발전 시스템은 실시간 모니터링을 통하여 모듈의 고장을 판별하고 전체 어레이의 성능을 진단하여야 한다.
태양전지는 태양광을 전기로 변환하여 전력을 생산하는 하나의 전자 소자이다. 이러한 태양전지들이 직병렬로 연결되어 하나의 모듈을 이룬다. 태양전지 모듈에는 핫스팟 현상을 방지하기 위하여 바이패스 다이오드가 설치되어 있다. 이러한 바이패스 다이오드가 외부 서지전압 등에 의해서 손상이 될 경우, 바이패스 다이오드는 단락상태가 된다. 이러한 단락상태의 바이패스 다이오드로 단락전류가 역방향으로 흐를 경우 급격한 온도 상승으로 인하여 정션박스 내부 단자대에 변형이 생길 수 있으며 접촉 불량으로 인한 아크 발생의 가능성이 있다. 또한 이러한 상태가 장시간 유지될 경우 화재발생 위험이 있다. 따라서 바이패스 다이오드 고장은 모듈의 고장 요인 중 화재 발생이 있는 위험한 요소이므로 이를 고장 진단하기 위한 방법이 필요하다.
태양광 모듈의 고장요소에는 음영, 적설, 바이패스 다이오드의 고장, 모듈의 열화 등이 있다. 모듈의 열화는 대부분 육안으로 확인 할 수 있지만, 음영 및 바이패스 다이오드의 손상으로 인한 고장은 판별하기 어렵다. 또한 일시적인 그림자와 같은 경우는 해결이 되지만 고장이 지속되는 경우는 시스템에 엄청난 손실을 야기하기 때문에 모니터링을 통한 고장 진단이 필요하다. 고장유무 및 고장 유무에 따라 전압과 바이패스 다이오드로 흐르는 전류량에 의한 온도 차이를 이용하여 고장을 판별할 수 있음을 실험을 통해 확인하였으며, 이론 및 실험을 통해 얻을 결과를 이용하여 고장진단 알고리즘을 제작하였다.
태양광 어레이의 주요 손실 저하 요인으로는 모듈 별 출력 불균일에 의한 부정합 손실이 있다. 대용량의 인버터를 사용하는 대규모 태양광 발전소에서는 모듈의 고장으로 인해 출력이 불 균일 하게 되면 각각 모듈의 개별 고장의 수십 배의 미스매치 손실이 발생하게 되어 전체 시스템에 큰 영향을 미친다. 따라서 대규모 태양광 발전단지에서는 전체 어레이의 성능을 진단하기 위하여 동시에 다채널을 측정하는 방법 필요하다.
본 논문에서는 지그비 센서를 이용하여 무선 모니터링 시스템을 통한 태양광 모듈레벨에서의 고장진단 알고리즘과 I-V곡선 측정을 통한 태양광 어레이의 성능 진단 방법에 대한 연구를 수행하였고 이를 제안한다.

A photovoltaic generation system has been carried out as one of the new renewable energy sources. Before concentrating on the installation and dissemination of solar power systems, attention was now focused on maintenance of the solar power system. Also, the development of renewable energy is based on the development of solar energy by promoting new renewable energy generation plans since the launch of the new government. Although solar power has a long life span of approximately 25 years, it is susceptible to external environmental factors and that the system is difficult to detect. Therefore, the photovoltaic power system should monitor the failure of the module through real-time monitoring and diagnose the performance of the entire array. Failure factors of the Photovoltaic module include the shadow, snow, failure of bypass diode, degradation of the module, and loss of Miss Matches due to uniformity of output power. Although the degradation of the module is mostly visible, detecting the fault of damage by the shadow and bypass diode is difficult. Therefore, they were investigated for fault finding algorithms to determine these two faults. Key losses and failures of photovoltaic arrays also include the loss of miss match between modules. Large photovoltaic system plants that use large amounts of inverter have a significant impact on the entire system, resulting in a significant loss of individual failure of the module, each of which resulted in a loss of several hundred times of the module''s individual failure. Thus, a large photovoltaic system plant requires a method of measuring multi-channel measurements simultaneously to diagnose the performance of the entire array. The method of measuring the principal array tester is divided by means of a variable resistor and capacitor load. Using variable resistance loads is one of the most capable channels, and the larger the capacity of the PV array, the larger the capacity of the array tester becomes larger, thereby increasing the volume of the array tester and not being used for array measurements at large power plants. On the other hand, the capacitor load is simultaneously capable of simultaneous measurement of the simultaneous capability of a large power plant. In this paper, we conduct research on failure diagnosis and how to diagnose the performance of the arrays through the monitoring system.

#태양광 발전 #모니터링 시스템 #고장진단

목 차
국문 요약 1
제 1장 서 론 3
제 2장 이론적 배경 5
2.1 태양전지 모듈 및 어레이 5
2.2 태양전지 모듈의 고장 7
2.2.1 음영 7
2.2.2 바이패스 다이오드의 손상 8
제 3장 고장진단 알고리즘 10
3.1 고장에 따른 전압과 정션박스 내부온도 계측실험 10
3.1.1 계측실험 방법 10
3.1.2 계측실험 결과 13
3.2 고장진단 알고리즘 16
제 4장 고장진단 모니터링 시스템 18
4.1 고장진단 모니터링 시스템 구성 18
4.1.1 지그비 통신을 이용한 고장진단 센서 18
4.1.2 모니터링 시스템의 구성 19
4.2 고장진단 모니터링 시스템 검증 및 결과 20
4.2.1 모니터링 시스템 검증 실험 20
4.2.2 모니터링 시스템 검증 실험 결과 24
제 5장 태양광 어레이 성능진단 27
5.1 태양광 어레이의 성능진단 시스템 27
5.1.1 어레이 테스터의 I-V 곡선 측정방법 27
5.1.2 다채널 어레이 동시 측정 29
5.1.3 어레이 테스터 실측 실험 30
5.1.4 어레이 테스터 실측 결과 및 고찰 33
제 6장 결 론 36
참고문헌 38
그림 목차 40
표 목차 42
초록 43

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