목차

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 및 필요성 9
1.3 논문 구성 11
Ⅱ. 태양전지 12
2.1 태양전지 동작 12
2.2 태양전지의 종류 15
2.3 태양전지의 수학적 모델링 28
2.3.1 이상적인 태양전지 모델링 28
2.3.2 태양전지의 직렬저항 효과 31
2.3.3 태양전지의 병렬저항 효과 35
2.3.4 직병렬 저항을 고려한 태양전지 등가회로 38
2.4 온도 및 일사량 변화에 따른 태양전지 특성변화 39
2.4.1 온도의 영향 39
2.4.2 일사량의 영향 42
Ⅲ. 태양광발전시스템 43
3.1 태양광발전시스템의 구성 43
3.2 태양광시스템의 분류 45
3.2.1 계통연계형 시스템 46
3.2.2 독립형 시스템 47
3.2.3 하이브리드형 시스템 48
3.3 MPPT제어 49
3.3.1 저항 부하에서의 컨버터별 성능 분석 52
3.3.2 고정전압 출력을 가지는 시스템의 컨버터별 성능 분석 57
3.4 기존의 MPPT 방법 61
3.4.1 고정전압 방법 62
3.4.2 개방전압 방법 62
3.4.3 단락전류 방법 63
3.4.4 P&O 방법 65
3.4.5 InC 방법 67
3.4.6 온도를 이용한 방법 70
Ⅳ. 태양광발전시스템의 부정합 영향 72
4.1 부분 음영에 의한 태양광발전시스템의 동특성 73
4.1.1 일사량 변화에 따른 스트링 특성 74
4.1.2 음영 모듈의 수 및 다이오드에 의한 스트링 특성 75
4.1.3 부분 음영에 의한 어레이 특성 78
4.2 부분 음영에 의한 부정합 손실분석 80
4.2.1 V-P 곡선을 통한 부정합 손실해석 82
4.3 부정합 손실을 보상하기 위한 기존의 연구 85
4.3.1 부정합보상 컨버터 방법 87
4.3.2 파워 이퀄라이저 방법 90
4.3.3 전기적 이중 층 커패시터를 이용한 전력보상 방법 92
4.3.4 전압기준 전력보상 방법 94
Ⅴ. 직렬전압보상을 통한 부정합 손실보상 96
5.1 보상전압에 따른 전력이득 변화 97
5.2 전력이득 분석 100
5.3 최적보상조건 106
5.4 전류비교를 통한 보상 스트링선정 108
5.5 동적저항을 이용한 최적보상 알고리즘 110
Ⅵ. 모의실험 및 실험 113
6.1 모의실험 구성 114
6.2 전압보상에 의한 V-P 곡선 115
6.3 전압보상에 의한 출력전력 특성 121
6.4 기존시스템과 비교 128
6.4.1 하드웨어 및 제어 복잡도 128
6.4.2 전력손실 및 안정성 131
6.4.3 전력이득 134
6.5 실험 결과 136
Ⅶ. 결론 139
Ⅷ. 참고문헌 141
Ⅸ. Abstract 152
그림 목차 ⅳ
그림 1.1 세계 에너지 소비 전망 2
그림 1.2 분야별 에너지 소비 전망 2
그림 1.3 세계 에너지원별 에너지 소비 실적 3
그림 1.4 석유 생산량 예측 3
그림 2.1 P-n접합 반도체의 광전효과 14
그림 2.2 반도체 소재에 따른 태양전지의 분류 16
그림 2.3 빛이 태양전지 V-I 곡선에 미치는 영향 29
그림 2.4 이상적인 태양전지의 등가회로 30
그림 2.5 직렬저항의 영향 32
그림 2.6 직렬저항을 포함한 등가회로 32
그림 2.7 병렬저항의 영향 36
그림 2.8 병렬저항을 포함한 등가회로 36
그림 2.9 직렬저항과 병렬저항을 포함한 등가회로 38
그림 2.10 온도변화의 따른 태양전지의 V-I 곡선 39
그림 2.11 일사량 변화의 따른 태양전지의 V-I 곡선 42
그림 3.1 일반적인 태양광발전시스템 43
그림 3.2 태양광발전시스템의 분류 45
그림 3.3 계통연계형 시스템 46
그림 3.4 독립형 시스템 47
그림 3.5 하이브리드형 시스템 48
그림 3.6 PV 모듈의 부하 49
그림 3.7 태양전지의 동작점 정의 50
그림 3.8 일사량과 온도에 따른 부하곡선 51
그림 3.9 Dc-dc컨버터를 이용한 MPP제어 구조 51
그림 3.10 가변저항으로 표현한 dc-dc컨버터 53
그림 3.11 컨버터 타입에 따른 경사각 55
그림 3.12 고정전압 출력을 가지는 dc-dc컨버터 구조 57
그림 3.13 전압제어원으로 표현된 dc-dc컨버터 58
그림 3.14 고정전압 출력을 가지는 컨버터의 MPPT성능 60
그림 3.15 MPPT알고리즘을 적용한 태양광발전시스템의 구조 61
그림 3.16 고정전압 방법의 블록다이어그램 62
그림 3.17 개방전압 방법의 블록다이어그램 63
그림 3.18 단락전류 방법의 블록다이어그램 64
그림 3.19 P&O 방법의 블록다이어그램 65
그림 3.20 P&O 방법의 신호 흐름도 66
그림 3.21 P&O 방법의 동작 66
그림 3.22 InC 방법의 신호 흐름도 68
그림 3.23 InC 방법의 동작 68
그림 3.24 두 모델 InC 방법의 블록다이어그램 69
그림 4.1 태양광발전시스템의 성능저하 및 부정합 원인 72
그림 4.2 PV 스트링의 V-I, V-P 곡선 74
그림 4.3 태양전지 간략화 모델과 태양전지 기호 75
그림 4.4 음영진 모듈 및 바이패스 다이오드에 따른 스트링 특성곡선 76
그림 4.5 PV 어레이의 음영효과 78
그림 4.6 부분 음영이 발생한 PV 어레이와 스트링 81
그림 4.7 동작점에 따른 전력손실 비교 81
그림 4.8 음영이진 PV 어레이와 PV 스트링의 V-P 곡선 83
그림 4.9 음영이진 PV 어레이와 PV 스트링의 V-I 곡선 84
그림 4.10 부정합보상 컨버터 방법의 구조 87
그림 4.11 전류 보상에 의한 동작점 변화 88
그림 4.12 파워 이퀄라이저 방법의 구조 90
그림 4.13 파워 이퀄라이저에 의한 V-P 곡선 변화 91
그림 4.14 전기적 이중 층 커패시터를 이용한 전력보상 방법의 구조 92
그림 4.15 전압기준 전력보상 방법의 구조 94
그림 5.1 전압보상에 따른 전력이득 변화(1모듈 음영) 98
그림 5.2 전압보상에 따른 전력이득 변화(2모듈 음영) 99
그림 5.3 전압보상에 따른 전력이득 변화(4모듈 음영) 99
그림 5.4 분석케이스1 101
그림 5.5 분석케이스2 102
그림 5.6 분석케이스3 103
그림 5.7 분석케이스4 104
그림 5.8 전압보상에 따른 PV 모듈과 스트링의 V-P 곡선 변화 106
그림 5.9 스트링1과 스트링2의 V-P 곡선 비교 107
그림 5.10 음영 시 스트링전류 비교 108
그림 5.11 PV 스트링의 동적저항 111
그림 5.12 보상전압 신호 흐름도 112
그림 6.1 직렬전압보상 시스템 구조 114
그림 6.2 하나의 모듈 음영 116
그림 6.3 두 개의 모듈에 60% 음영 117
그림 6.4 두 개의 모듈에 각 10%, 60% 음영 118
그림 6.5 네 개의 모듈에 각 10%, 20%, 50%, 70% 음영 120
그림 6.6 하나의 모듈 음영 시 출력전력과 보상전압 122
그림 6.7 두 개의 모듈에 60% 음영 시 출력전력과 보상전압 123
그림 6.8 두 개의 모듈에 각 10%, 60% 음영 시 출력전력과 보상전압 124
그림 6.9 네 개의 모듈 복합 음영 시 출력전력과 보상전압 126
그림 6.10 스위칭 손실 비교 132
그림 6.11 스위칭 전압 133
그림 6.12 두 모듈에 각 10%, 60% 음영이 졌을 때 보상방법에 따른 전력이득 135
그림 6.13 태양광발전시스템 구성 136
그림 6.14 음영 및 보상에 의한 전류파형 137
표 목차 ⅷ
표 2.1 태양전지의 이용목적 및 구조에 따른 분류 15
표 3.1 CCM모드에서 정적 이득과 실효 저항 54
표 3.2 컨버터 타입에 따른 듀티 사이클 및 실효 저항 경사각 55
표 3.3 컨버터의 듀티비로 표현된 정적이득 58
표 3.4 듀티 사이클에 따른 최댓값과 최솟값 59
표 3.5 일사량에 따른 상수 71
표 4.1 PV 모듈 파라미터 73
표 5.1 분석 케이스 요약 105
표 6.1 PV 스트링 및 PV 어레이 파라미터 113
표 6.2 부정합보상 방법들의 하드웨어 및 제어 복잡성 비교 130
표 6.3 스위치 손실을 비교하기 위한 스위치 모델 131
표 6.4 실험 결과 138