博 士 士 士 學 學 學 位 位 位 論 論 論 文 文 文

2 22 0 00 0 00 7 77 年 年 年 2 22 月 月 月 博 博 博士 士 士學 學 學位 位 位論 論 論文 文 文 태태태 양양양 광광광 발발발 전전전 시시시 스스스 템템템 의의의 최최최 적적적 설설설 계계계 에에에 의의의 한한한 효효효 율율율 개개개 선선선 에에에 관관관 한한한 연연연 구구구

崔 崔 崔 文 文 文

2 2

20 0 00 0 07 7 7年 年 年 2 2 2月 月 月 博

博

博 士 士 士 學 學 學 位 位 位 論 論 論 文 文 文

태 태

태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템의 의 의 최 최 최적 적 적설 설 설계 계 계에 에 에 의 의 의한 한 한 효 효 효율 율 율개 개 개선 선 선에 에 에 관 관 관한 한 한 연 연 연구 구 구

朝 朝 朝鮮 鮮 鮮大 大 大學 學 學校 校 校 大 大 大學 學 學院 院 院

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崔 崔

崔 文 文 文 漢 漢 漢

2

2 20 0 00 0 07 7 7年 年 年 2 2 2月 月 月 日 日 日

朝 朝 朝鮮 鮮 鮮大 大 大學 學 學校 校 校 大 大 大學 學 學院 院 院

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電 氣 氣 氣 工 工 工 學 學 學 科 科 科

崔 崔 崔 文 文 文 漢 漢 漢

태

태 태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템의 의 의 최 최 최적 적 적설 설 설계 계 계에 에 에 의 의 의한 한 한 효

효 효율 율 율개 개 개선 선 선에 에 에 관 관 관한 한 한 연 연 연구 구 구

A A

A S S St t tu u ud d dy y y o o on n n t t th h he e eE E Ef f ff f fi i ic c ci i ie e en n nc c cy y y I I Im m mp p pr r ro o ov v ve e em m me e en n nt t to o of f ft t th h he e e

P P Ph h ho o ot t to o ov v vo o ol l lt t ta a ai i ic c cS S Sy y ys s st t te e em m m b b by y y O O Op p pt t ti i im m mu u um m m D D De e es s si i ig g gn n n

태 태 태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템의 의 의 최 최 최적 적 적설 설 설계 계 계에 에 에 의 의 의한 한 한 효

효

효율 율 율개 개 개선 선 선에 에 에 관 관 관한 한 한 연 연 연구 구 구

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이 이 論 論 論文 文 文을 을 을 工 工 工學 學 學 博 博 博士 士 士學 學 學位 位 位 論 論 論文 文 文으 으 으로 로 로 提 提 提出 出 出함 함 함. . .

2 2

20 0 00 0 06 6 6年 年 年 1 1 10 0 0 月 月 月 日 日 日

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2 2

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委 委

委員 員 員長 長 長 木 木 木 浦 浦 浦 大 大 大 學 學 學 校 校 校 敎 敎 敎授 授 授 印 印 印 委 委 委 員 員 員 朝 朝 朝 鮮 鮮 鮮 大 大 大 學 學 學 校 校 校 敎 敎 敎授 授 授 印 印 印 委 委 委 員 員 員 朝 朝 朝 鮮 鮮 鮮 大 大 大 學 學 學 校 校 校 敎 敎 敎授 授 授 印 印 印 委

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委 委 委 員 員 員 朝 朝 朝 鮮 鮮 鮮 大 大 大 學 學 學 校 校 校 敎 敎 敎授 授 授 印 印 印

목 목 목 차 차 차 A

A

AB B BS S ST T TR R RA A AC C CT T T

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ. . .서 서 서 론 론 론

A.연구의 배경과 필요성 ···1

B.연구의 내용 ···4

Ⅱ Ⅱ Ⅱ. . .이 이 이론 론 론적 적 적 고 고 고찰 찰 찰

A.태양전지의 이론 및 특성 ···6

1.태양전지의 원리 및 구조 ···6

2.태양전지의 특성 ···11

3.태양전지의 동작특성 ···17

4.태양전지의 전기적 특성 ···21

B.태양광발전시스템 분류 ···25

1.독립형 태양광발전시스템 ···25

2.계통연계형 태양광발전시스템 ···27

C.태양광발전시스템 구성 ···30

1.태양전지 모듈 ···30

2.인버터 ···32

Ⅲ Ⅲ Ⅲ. . .태 태 태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템 최 최 최적 적 적설 설 설계 계 계

A.태양광발전시스템 설계방법 ···36

1.해석적 방법 ···38

2.시뮬레이션 방법 ···41

B.제안한 최적설계방법 ···42

1.어레이 구성 ···42

2.전압강하 ···45

3.그림자 영향 ···47

4.온도 및 일사강도에 따른 최대출력 변화 ···49

5.어레이의 방위각과 경사각 ···50

6.태양전지 어레이 간격 ···52

7.태양전지 지지대 ···52

8.접속함 ···54

C.운전특성 평가방법 ···62

Ⅳ Ⅳ Ⅳ. . .시 시 시뮬 뮬 뮬레 레 레이 이 이션 션 션

A.태양전지 시뮬레이션 ···65

1.모듈 ···65

2.어레이 ···66

B.전압강하에 의한 손실 ···68

C.그림자 영향에 의한 손실 ···72

D.온도 영향에 의한 손실 ···75

E.경사각에 의한 손실 ···77

F.운전특성 ···79

Ⅴ

Ⅴ

Ⅴ. . .실 실 실험 험 험 및 및 및 결 결 결과 과 과

A.10kW 계통연계형 시스템 구성 ···82

1.모듈 ···83

2.인버터 ···84

3.접속함 ···85

4.모니터링 시스템 ···86

B.실증을 통한 실험결과 ···88

1.어레이 출력특성 ···88

2.인버터 출력특성 ···89

C.실증을 통한 시스템 운전특성 ···97

Ⅵ Ⅵ Ⅵ. . .결 결 결 론 론 론

참 참

참고 고 고문 문 문헌 헌 헌

L L Li i is s st t to o of f fT T Ta a ab b bl l le e es s s

Table3-1 Comparitionofstructurelifetime···52

Table3-2 Temperatureceiling ofterminal andcontactpossibleparts···61

Table4-1 Parameterofmodule···65

Table4-2 Inverterandmoduleofparameter···69

Table4-3 Voltagedropcompareof3Phaseinverter···69

Table4-4 Angleofelevationatthewintersolstice,AM 12:00···73

Table4-5 Angleofelevationatthewintersolstice,AM 09:30···73

Table4-6 PV generationvalueatfixedslope···77

Table4-7 Operating characteristicsofexisting PV system ···81

Table4-8 Operating characteristicsofproposedPV system ···81

Table5-1 PV moduleandarrayparameter···83

Table5-2 Parameterofinverter···84

Table5-3 CharacteristicsofPV system ···104

L L Li i is s st t to o of f fF F Fi i ig g gu u ur r re e es s s

Fig.2-1 Thebasicprincipleofphotovoltaic···7

Fig.2-2 ThephotovoltaiceffectinP-N junction···8

Fig.2-3 TheI-V characteristicsofasolarcell comparedtoadiode···9

Fig.2-4 AirMassnumberequation ···10

Fig.2-5 SpectraldistributioncompareofAM0,AM1.5 and5,762K blackbodyirradiation···10

Fig.2-6 Theequivalentcircuitofsolarcell···11

Fig.2-7 Thevoltageandcurrentcharacteristicsofsolarcell···13

Fig.2-8 EffectofseriesresistanceintheI-V characteristics··15 Fig.2-9 EffectofshuntresistanceintheI-V characteristics··16

Fig.2-10I-V characteristicsfortwocellsinparallelconnection·17 Fig.2-11I-V characteristicsfortwocellsinseriesconnection···19

Fig.2-12Operating characteristicsoftwocells inseriesconnection···20

Fig.2-13I-V characteristicsatdifferentirradiation···21

Fig.2-14Operating characteristicsatdifferentresistance···22

Fig.2-15Maximum outputvoltageand maximum powerpointofsolarcell···22

Fig.2-16MPPT atdifferentirradiance···23

Fig.2-17I-V characteristicsatdifferenttemperature···24

Fig.2-18Blockdiagram ofstandalonePV system ···25

Fig.2-19Blockdiagram ofgrid-connectedPV system ···27

Fig.2-20Blockdiagram ofunidirectionalutility

lineconnectiontype···29

Fig.2-21Blockdiagram ofbidirectionalutility lineconnectiontype···29

Fig.2-22Invertercircuitofcurrentcontrolledmethod···32

Fig.2-23Vectordiagram ofvoltageandcurrent···33

Fig.2-24Maximum powerpointcontrol···35

Fig.3-1 Thedesigndifferencebetweengenerator andPV system ···36

Fig.3-2 ClassifywithPV system designforsteps···37

Fig.3-3 LOLP calculationmethod···38

Fig.3-4 Requiredateofbatterycapacityand arrayamplitude ···39

Fig.3-5 Blockdiagram ofmaindesignparameters relationship···40

Fig.3-6 Simulationflow chart···41

Fig.3-7 String configuration···43

Fig.3-8 PV plantsdesigninverterposition withstring interval···44

Fig.3-9 Flow chartoffeedersizecomputation···46

Fig.3-10Distancelengthofarray···47

Fig.3-11Outputpowerbyirradiationandtemperaturechange···49

Fig.3-12StructuredesignofPV system ···53

Fig.3-13Circuitdiagram ofjunctionbox···54

Fig.3-16ThreepolesjunctionofDC MCCB···58

Fig.3-17Surgeprotectiondevice···60

Fig.4-1 I-V characteristicscurveofPV system ···67

Fig.4-2 VoltagedroprateofDC supply···70

Fig.4-3 VoltagedroprateofAC supply···70

Fig.4-4 Voltagedroprateofformalitycalculation···71

Fig.4-5 Voltagedroprateofsimplicitycalculation···71

Fig.4-6 Shadow effectwitharraydistance···74

Fig.4-7 I-V characteristicscurveaccording to variationtemperature···75

Fig.4-8 I-V characteristicscurveatdifferenceirradiation···76

Fig.4-9 Outputpowercharacteristicscurveaccording tovariationirradiation···76

Fig.4-10PV generationvalueatfixedslope ···78

Fig.4-11PV generationratioatfixedslope ···78

Fig.4-12Operating characteristicscurveofPV system ···80

Fig.5-1 Configurationof10kW PV system ···82

Fig.5-2 Innerview ofjunctionbox···85

Fig.5-3 MainscreenofPV monitoring system ···87

Fig.5-4 OutputvoltageandcurrentwaveformsforPV array··88 Fig.5-5 PWM outputvoltagewaveforms ···91

Fig.5-6 PWM outputvoltageandcurrent waveformsforinverter···92

Fig.5-7 Outputcurrentwaveformsforinverter···94

Fig.5-8 Outputvoltageandcurrentwaveformsforinverter···96

Fig.5-9 Outputpoweraccording tovariationirradiation···100

Fig.5-10Inverterefficiencybymonths···101

Fig.5-11PV arrayconversionefficiencybymonths···101

Fig.5-12System generationefficiencybymonths···102

Fig.5-13Utilizationratiobymonths···102

Fig.5-14Performanceratiobymonths···103

Nomenclatures

_ :다이오드 전류 [A]

_ :광전류 [A]

_ :다이오드 포화전류 [A]

 :플랑크 상수 [J×s]

_ :부하전류 [A]

 :파장 [nm]

 :볼쯔만 상수 [J/K]

 :절대온도 [K]

 :전자 한개의 전하량 [C]

_ :직렬 저항 [ΩΩΩΩ]

_ :병렬 저항 [ΩΩΩΩ]

_ :개방전압 [V]

_ :단락전류 [A]

_ :출력전압 [V]

_ :최대출력 [W]

 :효율 [%]

_ :최대출력시 전압 [V]

_ :최대출력시 전류 [A]

_ :입사된 태양광에너지 [W]

 :음영상태에 따른 직렬저항에 인가되는 전압변화 [V]

 :온도계수

 :단락전류 온도계수

 :개방전압 온도계수

:동작조건에서 태양전지 표면온도 [℃℃℃]

 :동작조건에서 일사강도 [kW/m²]

 :총 셀의 면적 [m²] G :일사량 [kWh/m²]

_ :모듈의 온도 [℃℃℃]

_ :유효일사량 [kWh/m²]

_ :인버터 출력전력량 [kWh]

_{}:표준조건(STC)공칭출력전력 [kWh]

_ :전일사량 [kWh/m²]

_ :표준조건(STC)일사강도 1kW/m²

_{}:시스템 효율 [%]

  :인버터출력량 [kWh]

_ :경사면 일사량 [kWh/m²]

_ :모듈의 온도 [℃℃℃]

 :시스템 이용률 [%]

_{} :어레이 변환효율 [%]

_ :시스템 정격 용량 [kW]

_ :운전일수

Abbreviation

PV :Photovoltaic DC :DirectCurrent AC :Alternating Current AM :AirMass

F :Fuse

JB :Junction Box

MCCB :MoldedCaseCircuitBreaker MPP :Maximum PowerPoint

MPPT :Maximum PowerPointTracking FF :FillFactor

PWM :PulseWidthModulation STC :StandardTestConditions APF :ActivePowerFilter OVR :OverVoltageRelay UVR :UnderVoltageRelay OFR :OverFrequencyRelay UFR :UnderFrequency Relay LOLP :LossofLoadProbability SPD :SurgeProtection Device RTU :RemoteTerminalUnit

PR :PerformanceRatio

IEC :InternationalElectrotechnicalCommission EVA :EthyleneVinylAcetate

BIPV :Building IntegratedPhotovoltaic

A A AB B BS S ST T TR R RA A AC C CT T T

A A A S S St t tu u ud d dy y y o o on n n t t th h he e eE E Ef f ff f fi i ic c ci i ie e en n nc c cy y y I I Im m mp p pr r ro o ov v ve e em m me e en n nt t to o of f ft t th h he e e P

P

Ph h ho o ot t to o ov v vo o ol l lt t ta a ai i ic c cS S Sy y ys s st t te e em m m b b by y y O O Op p pt t ti i im m mu u um m m D D De e es s si i ig g gn n n

Moon-Han Choi

Advisor:Prof.Hyung-LaeBaek,Ph.D.

DepartmentofElectricalEngineering, GraduateSchoolofChosun University

Photovoltaic system is using the clean and infinite energy source,there is no air pollution,noise and vibration. and PV system operate without fuel convoy, rotation surface, high temperatureand high pressure,Soitiseasy tomaintenance,long life cycle, simple installation. Respectively international and domesticPV marketgrowthover30% and40% everyyear.

Photovoltaic power systems convert sunlight directly into electricity.A residentialPV powersystem enables a homeowner togeneratesomeoralloftheirdaily electricalenergy demand on their own roof, exchanging daytime excess power for future energyneeds

While compare preexisted generation of electric power method with PV system, PV system is more expensive, lower solar

energy density,convertefficiency and depend on theweatherand naturalenvironment.

Both of smallsize residentalPV generation and large scale powergenerationplant,asdistributionpowersourcecutnecessary forthe peak poweris increase,through the various government volunteer system PV system popularization business tried to promoted.

So,through this paper sets out key criteria that describe a quality system and key design and installation consideration that shouldbemettoachievethisgoal.

In the present,there is notinsured reliability of performance and installation standards.PV system design standards need for smoothlymaterialsupplyandoptimalperformance.

In this paper,Itwas suggested thatnew installation standards forPV system setup and varioussimulation wasperformed.With according to proposed method,designed forthe PV system and investigatedthroughthesimulationpractically.

Itwasappliedtothe3phases10kW,gridconnectedPV system and demonstrated examination in the field. Solar array characteristics, inverter characteristics, system efficiency, performance and stability of system were considered.Proposed optimaldesign method was studied through the characteristics of demonstrationdriveanalysis.

Ⅰ Ⅰ Ⅰ. . .서 서 서 론 론 론

A

A A. . .연 연 연구 구 구의 의 의 배 배 배경 경 경과 과 과 필 필 필요 요 요성 성 성

최근 급속한 인구증가와 과학기술의 발전 및 산업 고도화는 에너지 수 요 증가를 초래하고 이는 기존 주 에너지원인 석유,석탄,가스등 화석에 너지의 사용증가로 이어져 지구환경문제와 화석에너지의 고갈,원자력발 전소 증설로 인한 폐기물처리와 위치선정 문제를 발생시키고 있다.이에 따라 범세계적으로 환경과 관련된 각종 국제기준이 강화되고 있으며 지 속가능한 발전을 위하여 다양한 신·재생에너지 활용에 관심이 고조되고 있다.

신·재생에너지 중 설치가 쉽고,수명이 긴 환경 친화적인 태양에너지를 이용한 태양광발전기술이 각광을 받고 있다.태양광발전 (Photovoltaic)은 화석에너지를 사용한 기존의 화력발전방식과는 달리 무한정한 에너지원, 대기오염, 소음, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다.

또한 연료의 수송,기계적 가동,국부적 고온,고압부가 없어 발전설비의 유지관리가 용이하고,수명이 길며,설비규모의 선택과 설치공사가 쉬운 장점을 가지고 있어 도서 벽지나 관공서는 물론,일반 주택에도 많은 수 요가 예상되고 있다.^[1～3]이러한 배경으로 최근 몇 년 사이에 태양광발전 산업분야의 규모는 태양전지의 저가화가 실현되면서 매년 30% 이상의 증가율을 보이고 있다.그러나 기존 화력발전방식에 비하여 발전단가가 높고 태양에너지 밀도와 태양광발전시스템의 변환효율이 낮아 넓은 설치 면적이 요구될 뿐 만 아니라 기상 등에 많은 영향을 받는 특성이 있다.

태양광발전시스템 중에서 보급의 잠재력이 큰 계통연계형 태양광발전 시스템은 주택용 소규모 발전시스템에서부터 중·대규모 발전사업용에 이 르기까지 분산형 전원으로 전력부하의 피크전력을 감소시키는데 활용되

어지고 있다.^[4～6]독립형 태양광발전시스템은 국내의 특성상 낙도,격오 지,등대,무인중계소 등에 주전원 또는 하이브리드형으로 구성되어 보조 전원으로 활용되고 있다.

에너지 부존자원이 절대적으로 부족하여 총 소비에너지의 97%를 수입 하고 있는 국내에서도 신·재생에너지에 대한 대책을 수립 추진 중에 있 으며 세계 기후협약에 대응하기 위하여 2012년 까지 3kW 태양광주택 10만호 보급사업,연면적 3,000m²이상 공공기관 신축시 건축물의 신·재 생에너지 도입 의무화,발전차액 지원제도 및 2030년까지 총 1차 에너지 중 신·재생에너지 공급비율을 9％까지 확대하기 위하여 적극적인 보급사 업 계획을 수립하여 추진하고 있다.^[7～8]따라서 신·재생에너지의 확대 보 급을 위해서는 앞에서 언급한 태양광발전의 단점을 보완할 수 있는 시스 템의 저가화,장수명화 및 고효율화가 요구되지만 효율향상 방안에 대한 설계 기술기준 등이 명확히 정립되어 있지 못하고 있는 실정이다.

최근까지도 초기에 기대했던 것보다 확대 보급이 한정되어 있던 것은 태양광발전시스템의 발전단가가 높을 뿐만 아니라 주변장치에 대한 기능 향상과 시스템적 평형 및 최적화기술이 이루어지지 않았기 때문이다.

그러나 근년에 이르러 전력용 반도체소자 등의 발전으로 태양전지 및 모듈의 배열기술의 진보가 급속히 이루어졌고 인버터의 효율 향상 및 태 양전지 자체도 거의 실용화 가격에 이르고 있어 가까운 장래에 충분히 경제성 있는 시스템이 출현되리라 예상된다.^[9～10]

태양전지의 광기전력에 의해 발전된 출력은 직류전원이므로 상용전력 계통과 같은 교류전원으로 사용하기 위해서는 인버터가 필요로 하게된 다.태양전지모듈이 일사량,소자의 온도,부하와 같은 외부환경 등에 따

을 수 있도록 항상 최대출력점에서 동작하도록 인버터를 제어해야 할 필 요가 있다.여기서 전력전자기술의 진보는 태양광발전 제어용 인버터의 이용기술개발을 촉진하게 하였다.^[11～12]

태양전지의 출력 효율을 높이기 위하여 일반적으로 태양전지 셀 자체 의 효율을 높이거나 인버터의 변환효율 및 MPPT 제어를 하여 높이는 방법,태양에너지가 태양전지 모듈에 많이 입사되게 하는 방법 등을 이 용하고 있다.

첫째,셀 자체의 효율은 현재 최대 24% 정도까지 개발이 되어 있으나 자체의 효율을 높이는 방법은 발전단가를 높이는 주요인 이므로 현재 실 용화 측면에서 효용성이 떨어진다.

둘째,인버터의 효율을 높이는 방법으로서 인버터의 효율은 국내나 국 외의 경우 효율이 90% 이상이므로 수 %의 효율을 높이기란 난해한 문 제가 된다.인버터의 제어알고리즘에 있어서 현재 발전설비의 효율을 높 이기 위한 일반적으로 가장 용이한 방법은 MPPT 제어이며 이에 대한 활발한 연구가 진행 중에 있고 이를 응용한 제어기들도 태양광발전 인버 터에 필수적으로 사용되고 있다.

셋째,태양이 항상 법선을 이루면서 태양전지 모듈에 입사되게 하는 태양추적기에 의한 발전방식은 국외의 경우 1MWp 이상의 대규모 태양 광발전소에 발전효율을 높이기 위해 대형 추적식 태양전지 어레이를 사 용하고 있으며 국내에서도 태양을 추적하는 장치를 적용하여 사용하고 있으나 유지 보수 등 효용성 문제로 인해 아직 초기 단계에 있는 실정이

다.^[13～18]고정식에 의한 발전방식은 입사하는 태양에너지가 최대가 되는

태양과 법선을 이루고 구조물에 의한 그림자 영향을 피해서 설치하는 것 이 발전효율을 높이는 방법이나 아직까지 구체적인 기술기준이 마련되지 못하고 있는 실정이다.

B

B B. . .연 연 연구 구 구의 의 의 내 내 내용 용 용

본 논문에서는 태양광발전 설비의 효율에 관한 파라미터인 위도와 경 도,온도 및 일사량,시스템 구성요소에 대한 세부적인 기술검토와 태양 광발전시스템의 효율을 개선시킬 수 있는 설계 기술을 제안하고자 한다.

태양광발전시스템의 최적설계를 위한 외부 환경조건,태양전지 어레이 와 계통연계형 시스템의 조합 및 설계기술을 제시하였다.

제안한 설계기술에 의하여 최적의 시스템을 시뮬레이션으로 구현하고 실제 시스템에 적용하였다.시뮬레이션 소프트웨어 Solarpro를 이용한 시뮬레이션을 통해 3상 10kW 계통연계형 태양광발전시스템을 설계하였 고,최적의 시스템을 위한 설계 및 설비 기술기준을 적용하였다.

또한 시스템의 실증운전을 통하여 태양전지 어레이의 특성,인버터 특 성,시스템 효율,시스템 성능에 따른 운전특성과 시스템의 안정성에 대 하여 고찰하였고,실증운용 특성분석을 통해 10kW 계통연계형 태양광 발전시스템 효율을 향상시킬 수 있도록 설계에 대한 최적의 파라미터를 제시하였다.

본 논문에서는 태양광발전 설비의 효율에 관한 파라미터인 위도와 경 도,온도 및 일사량,그림자 영향,시스템 구성에 따른 각종 손실 등 이 에 대한 세부적인 기술검토와 각 장비들의 특성을 정합시켜 시스템 최적 화를 이루어 태양광발전시스템의 효율을 개선시킬 수 있는 설계 기술을 제안하고자 한다.

본 논문의 구성은 다음과 같다.

1장에서는 계통연계형 태양광발전시스템의 최적설계에 대한 연구 배경

3장에서는 2장의 해석을 바탕으로 최적설계에 대해서 논하고,

4장에서는 3장의 최적설계에 대한 시뮬레이션을 수행함으로서 최적설 계방식에 대해 검증하고,

5장에서는 10kW급 실증실험을 통해 제안된 최적 설계방식의 타당성 을 검토한다.

마지막으로 6장에서는 결론과 향후 과제에 대해서 기술한다.

향후 본 연구를 통해 태양광발전시스템의 원활한 보급과 최적 성능을 발휘할 수 있도록 시스템을 설계하기 위한 기초 자료로 활용하는데 기여 하고자 한다.

Ⅱ Ⅱ Ⅱ. . .이 이 이론 론 론적 적 적 고 고 고찰 찰 찰

A

A A. . .태 태 태양 양 양전 전 전지 지 지의 의 의 이 이 이론 론 론 및 및 및 특 특 특성 성 성 1

1

1. . .태 태 태양 양 양전 전 전지 지 지의 의 의 원 원 원리 리 리 및 및 및 구 구 구조 조 조

태양전지는 화학반응을 이용한 화학 전지와 다른 반도체를 이용한 고 체 물리전지이며,광기전력 효과(PhotovoltaicEffect)를 이용하여 직접 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로써 태양전지 구조는 단결정 규소 태양전지의 경우 Si에 5가 원소 (P,As,Sb)등을 침투시켜 만든 N형 반도체와 3가 원소(B,Ga)등을 침투시켜 만든 P형 반도체로 이루어진 P-N접합 구조로 되어 있다.

P형 반도체와 N형 반도체가 하나의 단결정으로 접합되면 불순물의 농도차에 의해서 N형 반도체가 P형 반도체로 확산해 가고 정공은 P형 에서 N형으로 확산됨에 따라 P형 반도체의 전도대 내부에 있는 전자에 너지 레벨인 페르미준위는 N형 반도체보다 높아지고 N형 반도체의 가 전자대 내부에 있는 정공이 갖는 에너지는 P형 반도체보다 높아지게 되 어 내부에 전위차가 발생한다.

그림 2-1과 같이 P-N접합 반도체에 태양광이 입사되면 가전자대의 전자는 광에너지를 흡수하여 전도대에 유기되어 자유전자로 되고 전자가 여기된 후의 가전자대에는 정공이 생겨 전자는 N형 반도체에 정공은 P 형 반도체로 이동하여 N층과 P층을 각각 음극과 양극으로 대전시키는 광기전력 효과에 의해 기전력을 발생한다.^[19～20]

+

- - - - - -

+ +

+ +

+ Rload

Antireflection coating

Junction P-silicon

current sunlight

N-silicon

+

- - - - - -

+ +

+ +

+ Rload

Antireflection coating

Junction P-silicon

current sunlight

N-silicon

Fig.2-1 Thebasicprincipleofphotovoltaic

광기전력 효과란 금지대영역이 E^g인 P-N접합에 빛을 조사시킬 때 E^g 보다 큰 에너지를 가진 입사광자에 의해서 전자 정공쌍이 생성되어 접합 양단에 광기전력이 발생하는 현상이다.

그림 2-2(a)에서 외부회로를 단락하면 입사광량에 비례한 광전류가 외 부회로에 흐르게 되는데 이때 이 전류를 단락전류(Short-circuitCurrent, I^sc)라 한다.또한 그림 2-2(b)에서와 같이 P-N접합의 양단을 개방하면 전자와 정공이 각각 N,P층으로 유입됨으로서 N층의 페르미 레벨이 P 층의 페르미 레벨에 비해 약간 올라가 양쪽의 페르미 준위에는 V^oc만큼 의 전압차가 생긴다.이 값은 외부로부터 관측될 수 있으며 이를 개방전 압(Open-circuitvoltage,V^oc)이라 한다.

P

N qVd

EF

h > Eg

ISC

ν

P

N qVd

EF

h > Eg

ISC

ν

(a)Shortcircuit

h > E^g

VOC

q(Vd-Voc)

qV^oc ν

ν

P

N h > E^g

VOC

q(Vd-Voc)

qV^oc h > E^g

VOC

q(Vd-Voc)

qV^oc ν

ν

P

N

(b)Opencircuit

Fig.2-2 ThephotovoltaiceffectinP-N junction

태양전지는 넓은 면적의 다이오드로 볼 수 있으므로 이것의 전압-전류 특성곡선은 암 상태에서의 다이오드 전류-전압 곡선에 광전류를 중첩시 키면 된다.즉,암 상태에서의 다이오드 전압-전류 곡선을 아래쪽으로 광전류 Iph 만큼 이동시키면 된다.그림 2-3은 태양전지의 동작곡선을 나타낸다.이때 다이오드에 인가되는 전류에 대한 해석은 식(2-1)과 같 다.

     (2-1)

V I

Iph

dark (Diode)

under illumination (Solar Cell)

V I

Iph

dark (Diode)

under illumination (Solar Cell)

Fig.2-3 TheI-V characteristicsofasolarcell comparedtoadiode

태양은 표면온도가 5,762K 이므로 태양광의 스펙트럼은 이 온도에 준 하는 흑체복사로 표현될 수 있다.태양으로부터 방출된 빛을 대기권 밖 에서 입사광에 수직으로 측정하면 태양상수 혹은 Air Mass zero (AM0)로 일정한 값을 얻게 된다.일반적으로 널리 알려진 AM0의 값은 1,353 kW/m²이다.그러나 태양광이 지표면에 도달하게 되면 분광분포 는 상당히 감소한다.이러한 감소의 주요한 원인은 각종 분진,먼지에 의 한 산란,수증기,오존,이산화탄소에 의한 흡수이다.또한 이러한 감소는 파장에 따라서 달라지며 지구 대기권을 통과하는 경로에 따라서도 달라 진다.이를 정량화한 것이 Air Mass number이다.그림 2-4는 Air Mass의 상호관계를 표시한 것이다.그림 2-4와 같이 태양광의 입사각이

일때 AM n은 cos()의 역수에 비례한다.예를 들어 지표에 수직으로 입사하는 태양광은 AM1이다.

s u n s u n

φ A M 1

A M 0

φ C O S

A M 1

=

E a r t h

s u n s u n

φ A M 1

A M 0

φ C O S

A M 1

=

E a r t h

Fig.2-4 AirMassnumberequation

그림 2-5는 AM0,AM1.5,흑체복사에 대한 스펙트럼 분포도를 비교 하여 나타낸 것이다.

AirMassnumber는 또한 주변 환경의 영향까지 고려하여 세분화 할 수 있는데 AM1.5g (global)의 경우 주변 환경에 의한 반사,재 방출된 빛까지 고려한 강도를 의미하며 AM1.5d (direct)의 경우 직접 입사된 빛만을 고려한 것이다.일반적으로 태양전지의 효율을 측정하는 조건은 1.0kW/m²인 AM1.5g 이다.^[23～24]

Black body Black body Black body Black body AMAM AMAM---0-000

AM AMAM AM----1111

Wavelength [ Wavelength [ Wavelength [ Wavelength [㎛㎛㎛㎛] ] ] ]

Radiation energy [W/Radiation energy [W/Radiation energy [W/Radiation energy [W/㎡㎡㎡㎡per per per per ㎛㎛㎛㎛]]]]

Visibility Visibility Visibility Visibility Infrared Infrared Infrared Infrared OO

OO₃₃₃₃ UV UV UV UV

O O O O3333

O O O O2222

OOO O2222

HH HH₂₂₂₂OOOO

H H H H2222OOOO

H HH H2222OOOO

H HH H2222OOOO

HH HH₂₂₂₂OOOO

H H H

H2222OOOO HHHH2222OOOO COCOCOCO₂₂₂₂ 2.5

2.52.5 2.5

2.02.02.0 2.0

1.51.51.5 1.5

1.01.01.0 1.0

0.50.50.5 0.5

00 00

00

00 0.50.50.50.5 1.01.01.01.0 1.51.51.51.5 2.02.02.02.0 2.52.52.52.5 3.03.03.03.0 Black body

Black body Black body Black body AMAM AMAM---0-000

AM AMAM AM----1111

Wavelength [ Wavelength [ Wavelength [ Wavelength [㎛㎛㎛㎛] ] ] ]

Radiation energy [W/Radiation energy [W/Radiation energy [W/Radiation energy [W/㎡㎡㎡㎡per per per per ㎛㎛㎛㎛]]]]

Visibility Visibility Visibility Visibility Infrared Infrared Infrared Infrared OO

OO₃₃₃₃ UV UV UV UV

O O O O3333

O O O O2222

OOO O2222

HH HH₂₂₂₂OOOO

H H H H2222OOOO

H HH H2222OOOO

H HH H2222OOOO

HH HH₂₂₂₂OOOO

H H H

H2222OOOO HHHH2222OOOO COCOCOCO₂₂₂₂ 2.5

2.52.5 2.5

2.02.02.0 2.0

1.51.51.5 1.5

1.01.01.0 1.0

0.50.50.5 0.5

00 00

00

00 0.50.50.50.5 1.01.01.01.0 1.51.51.51.5 2.02.02.02.0 2.52.52.52.5 3.03.03.03.0 A M 0

A M 0 A M 0 A M 0 A M 1 A M 1 A M 1 A M 1

2 2

2. . .태 태 태양 양 양전 전 전지 지 지의 의 의 특 특 특성 성 성

태양전지의 모델링은 한 개의 이상적인 다이오드와 I^ph의 크기를 갖는 정전류원으로 구성되어 있지만 이상적인 다이오드를 제작하는 것이 불가 능하므로 접촉저항 및 표면층의 면(Sheet)저항 등을 표시하는 직렬저항 R^s와 병렬저항 R^sh를 고려한다.태양전지 표면에 입사하는 빛의 일부는 표면에서 반사되며,표면을 투과한 빛은 태양전지 내에서 흡수되어 광자 수는 지수 함수적으로 감소한다.

그림 2-6은 빛이 조사될 때 광기전력효과를 이용한 태양전지의 등가 회로를 보여주고 있다.^[25～26]여기서 I^ph는 입사된 빛에 의해 생성된 캐 리어 (Carrier)가 외부로부터 방해를 받지 않을 때 폐회로를 통해 흐르 는 광전류이고,I^d는 암전류로서 I^ph와는 반대 방향이다.병렬저항 R^sh는 이상적인 다이오드 특성에서 벗어나 일정한 상수 저항으로 표시되는 누 설저항을 나타내며,Rs와 RL은 각각 전지 내부에 존재하는 직렬저항과 외부에서 걸어주는 부하저항을 나타낸다.

R h

Iph

Vd

Id

Rsh

Rs

RL

V

IL

ν

R h

Iph

Vd

Id

Rsh

Rs

RL

V

IL

ν

Fig.2-6 Theequivalentcircuitofsolarcell

등가회로에서 태양전지의 출력전류는 식(2-2)와 같고 출력전압은 식 (2-3)과 같다.

_ _ __

_

 _ _

_

  _

_

(2-2)

_   _  

 _

_ 

   _ (2-3)

여기서 ₀는 다이오드 포화전류이다.

식 (2-2)로부터 태양전지의 출력전류를 구하면 식(2-4)와 같다.

_ _ _ 



  _



  __

(2-4)

그림 2-4에서 광 투사시 _{= 0}, _{= ∞}인 이상적인 P-N접합 다이 오드인 경우 부하에 흐르는 전류 IL은 식(2-5)와 같다.

_ _ _







여기서 ^은 출력전류,는 광전류,는 다이오드 포화전류,n은 다 이오드 상수,K는 볼쯔만 상수이고 q는 전자의 전하량이며 T는 절대온 도이다.

일정온도와 일정 일사조건에서 태양전지의 전압-전류 특성 곡선은 그 림 2-7과 같다.여기서 개방전압 ,단락전류 ,충진율 FF(FillFactor) 등 3개의 변수는 에너지 변환효율과 관련되는 파라미터로서 식(2-5)로 부터 ^ 인 조건에서 개방전압 는 식(2-6)과 같다.

단락전류 는 ^ 인 조건으로부터  _가 된다.

V oltage [V ]

Current [A]

I^m

Vm

Pm ax

I^sc

Voc

Fig.2-7 Thevoltageandcurrentcharacteristicsofsolarcell

전지에 연결된 부하저항의 크기를 조정함으로서 어떤 최적 동작점에서 최대출력 Pmax는 식(2-7)과 같다.

_ _⋅_ ⋅_⋅_ (2-7) 부하저항에서 소비되는 에너지를 Pout라 하면 식(2-8)과 같다.

_ ⋅ ⋅



  



최적부하조건에서 

_

  이므로 최적동작전압 Vm은 식(2-9)와 같다.

_ 

_



_

  _

_

  (2-9)

또한 이때의 최적동작전류 I^m은 식(2-10)과 같다.

_  _

_ _⋅_

(2-10)

P^max이 커지기 위해서는 특성곡선에서 I^m과 V^m이 I^sc와 V^oc에 가까워 야 함을 알 수 있다.

태양전지의 특성을 평가하는데 있어서 단락전류,개방전압과 더불어 가장 중요한 요소 중 하나는 충진율이며 식(2-11)과 같다.

  _× __× _ (2-11)

태양전지의 에너지 변환효율은 태양전지에서 얻을 수 있는 최대의 전 기 에너지를 입사광에너지로 나눈 값으로 식(2-12)와 같다.

  _

_

_

_ × _

_

_ × _

×  (2-12)

여기서 은 입사된 태양광 에너지이다.

따라서 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 단락전류 I^sc,개방전압 V^oc,그리고 충진율 FF를 높여야 한다.

지금까지 태양전지 특성을 고찰한 결과 태양전지의 전기적 특성을 결 정하는 요소는 내부적인 변수로서 내부직렬저항 R^s,내부병렬저항 R^sh 그리고 다이오드포화전류 I⁰이고,외부적인 변수로서는 일사량과 온도의 변화 등이 있다.여기서 내부 직렬저항은 태양전지에 광전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 저항값으로서 N층의 표면저항,P층의 기판저

형 태양전지에서와 같이 일사강도가 크고 고온인 경우 직렬저항의 영향 은 매우 크다.

태양전지의 직렬저항값을 낮추기 위해 도핑 농도가 크고 접합깊이가 깊어야 하나,이렇게 하면 전류가 작아지므로 이에 대한 최적화가 필요 하며,일반적인 태양전지의 경우에는 접합 깊이를 0.3～0.5[㎛㎛㎛],표면저 항은 50±10[ΩΩΩ]정도로 하고 있다.그리고 태양전지의 전극면적을 5～10

%로 유지시키면서,Grid Finger폭을 줄이고 Finger사이의 거리를 좁 혀 Finger의 수를 증가시키면 직렬저항을 줄일 수 있다.일반적인 태양 전지의 경우에는 1[cm²]면적당 1[ΩΩΩ]이하의 직렬저항을 가지면 높은 충진율을 얻을 수 있다.

그림 2-8은 태양전지의 직렬저항이 태양전지의 특성에 미치는 영향을 나타내며 V^oc에는 거의 변화가 없으나 충진율이 급격히 감소하는 것을 알 수 있고 직렬저항에 의한 전압강하가 순방향 바이어스 상태로 되어 암전류를 증가시키므로 단락전류가 감소하는 것을 알 수 있다.

V o l t a g e [ V ]

Current [A]

0 . 1 5

0 . 1 0

0 . 0 5

0 . 2 0 . 4 0 . 6

S e r i e s r e s i s t a n c e [ΩΩΩΩ] 0 0 . 2 5 0 . 5 1 . 0 2 . 5 5 . 0

Fig.2-8 EffectofseriesresistanceintheI-V characteristics

또한,병렬저항 즉 누설저항은 태양전지 내부의 누설에 의한 것으로, P-N접합면의 재결합전류,태양전지의 가장자리에서 발생하는 표면 누설 전류,그리고 태양전지의 표면에 손상이 있어서 전극을 부착시킬 때 금 속이 접합에 침투하여 접합을 Shunting 시키는 경우 등으로 나누어 생 각할 수 있다.효율이 높은 태양전지의 경우에는 누설저항이 크며,보통 10⁴[ΩΩΩ]이상이어야 하고,누설저항을 크게 하기 위해서는 제조 공정 중 태양전지의 표면을 조심스럽게 다루어 손상이 없도록 하여야 한다.실제 사용되는 태양전지의 경우 누설저항은 매우 크며,누설저항이 태양전지 의 특성에 미치는 영향은 그림 2-9와 같다.이 경우 태양전지의 단락전 류는 변하지 않으나 누설저항이 감소함에 따라 충진율 및 개방전압이 감 소함을 알 수 있다.

Voltage [V]

Current [A]

0.15

0.10

0.05

0.2 0.4 0.6

Shunt resistance[Ω][Ω][Ω][Ω]

∞∞∞∞

400 200 100 40 20

Fig.2-9 EffectofshuntresistanceintheI-V characteristics

3 3

3. . .태 태 태양 양 양전 전 전지 지 지의 의 의 동 동 동작 작 작특 특 특성 성 성

aa...태태태양양양전전전지지지의의의 병병병렬렬렬연연연결결결

두 개의 태양전지가 동일한 전기적 특성을 갖고 동일한 일사강도를 갖 으며,병렬로 연결될 때 태양전지의 출력특성은 그림 2-10과 같이 한 개 의 태양전지와 동일한 출력 전압값을 갖는다.이때의 I-V특성곡선은 일 정전압의 크기에 전류만 2배로 증가된 형태를 갖는다.즉 개방전압은 변 하지 않고 단락전류만 2배로 증가한다.그리고 여러개의 태양전지가 병 렬로 연결될 경우의 태양전지의 합성 출력전류는 식(2-13)과 같이 된다.

_ __ (2-13)

여기서 ^는 병렬연결된 태양전지의 수, 는 태양전지 1개당 출력전류 이다.

Voltage[V]

Current [A]

I-V Curve for each cell Add current for each voltage

I-V Curve for two cells in parallel

I1

I¹

Fig.2-10 I-V characteristicsfortwocells inparallelconnection

그러나 태양전지에 일사조건이 각각 차이가 있거나 혹은 태양전지에 파손이 생긴 경우에는 그 동작특성이 큰 차이가 난다.식(2-14)는 셀의 출력전류를 나타낸다.

_   _ __ (2-14) 여기서 는 광전류,은 다이오드 포화전류이다.

그리고 태양전지에 일사량 강도의 차이에 따라 태양전지에 미치는 출 력전류의 변화는 식(2-15)와 같다.

_  _ __  (2-15)

    __

여기서 는 일사상수 (음영정도에 따라 0<K<1의 범위),Δ 는 음영 상태에 따른 직렬저항에 인가되는 전압 변화분이다.

b

bb...태태태양양양전전전지지지의의의 직직직렬렬렬연연연결결결

그림 2-11은 두 개의 태양전지가 동일한 전기적인 특성을 갖고,동일 한 일사강도를 갖으며 직렬로 연결될 때 태양전지의 출력특성을 나타내 고 있다.두 개의 태양전지 양단에는 하나의 태양전지에서 발생된 전류 의 크기가 두 개의 태양전지 양단에 흐른다.이때의 I-V특성곡선은 한 개의 태양전지에서 발생된 전류의 크기에 전압만 2배로 된 특성곡선을 갖는다.즉 단락전류는 변하지 않고 개방전압만 2배로 증가된 특성을 갖 는다.그리고 여러 개의 태양전지가 직렬로 연결될 경우의 태양전지의 합성 출력전압은 식(2-16)과 같다.

_ __ (2-16)

여기서  :직렬연결된 태양전지의 수, :태양전지 1개당 출력전압 이다.

I-V Curve for each cell

I-V Curve for two cells in series

Add voltage for each current

V1 V2

Current[ACurrent[ACurrent[ACurrent[A]]]]

Voltage[V Voltage[VVoltage[V Voltage[V]]]] I-V Curve for each cell

I-V Curve for two cells in series

Add voltage for each current

V1 V2

Current[ACurrent[ACurrent[ACurrent[A]]]]

Voltage[V Voltage[VVoltage[V Voltage[V]]]]

Fig.2-11 I-V characteristicsfortwocellsinseriesconnection

태양전지에 일사조건이 각각 차이가 난다든지 혹은 태양전지에 파손이 생긴 경우 동작특성은 그림 2-12와 같다.

그림 2-12(a)의 경우 태양전지의 전류는 0이 되어 전체출력은 0이 되고,그림 2-12(b)의 경우에는 출력전류가 K=1/2일 때의 전류만 흐르 고 출력전압은 두 개 전압의 합으로 나타나는 것을 알 수 있다.이와 같 이 합성 태양전지에 흐르는 출력전류는 빛이 조사되지 않거나 빛의 세기 가 감소한 태양전지에 의해 제한된 출력특성을 갖는다.^[29]

Operation point for cell 2 Cell 1

Cell 2(shaded)

Operation point for cell 1

Zero current

Cell 1+Cell 2 V I

(a)K=1,K=0

Operation point for cell 2

Cell 1

Cell 2 (partially shaded)

Operation point for cell 1

Cell 1+ Cell 2 V I

(b)K=1,K=1/2

4 4

4. . .태 태 태양 양 양전 전 전지 지 지의 의 의 전 전 전기 기 기적 적 적 특 특 특성 성 성

일반적인 태양전지는 일사량변화에 대하여 그림 2-13과 같은 전류-전 압특성을 갖고 있다.일사량 변화에 따라 출력전압의 변화는 미소하지만 단락전류는 크게 변화되는 것을 알 수 있다.

1.5[KW/㎡]

1.25[KW/㎡]

1.0[KW/㎡]

0.75[KW/㎡]

0.5[KW/㎡]

0.25[KW/㎡]

V^oc Isc

Current[A]

Voltage[V]

1.5[KW/㎡]

1.25[KW/㎡]

1.0[KW/㎡]

0.75[KW/㎡]

0.5[KW/㎡]

0.25[KW/㎡]

V^oc Isc

Current[A]

Voltage[V]

Fig.2-13 I-V characteristicsatdifferentirradiation

이러한 태양전지에 저항부하를 연결하여 개방상태에서 단락상태로 서서 히 저항을 가변 하면 그림 2-14와 같이 태양전지의 전압,전류의 변화를 볼 수 있다.즉,개방상태에서는 전류가 0[A]이고,이때의 전압값을 개방 전압 (Voc)이라 한다.저항값을 감소시키면 전류는 증가하는 반면 전압은 감소하며 곡선부분에서는 전압의 감소가 적으며 일반적인 건전지의 정전 압원 특성을 나타낸다.저항값을 더욱 감소시켜 단락상태로 근접시키면 전 류의 변화는 적어지며 정전류원 특성을 나타낸다.저항을 0으로 하면 완 전 단락상태로 전압은 0[V]이며 이때의 전류를 단락전류 (Isc)라 한다.

Voltage[V] Vm V^oc I^m

I^sc

Decreasing resistance

Operating point

Increasing resistance

Current[A]

Voltage[V] Vm V^oc I^m

I^sc

Decreasing resistance

Operating point

Increasing resistance

Current[A]

Fig.2-14 Operating characteristicsatdifferentresistance

태양전지의 출력전력은 출력전압과 출력전류의 곱으로 계산되며 그림 2-15와 같이 포물선의 형태로 나타난다.

Voltage[V]

Current[A]

Vm V^oc Im

I^sc

Max power point Pm

Voltage[V]

Current[A]

Vm V^oc Im

I^sc

Max power point Pm

그림 2-16에서 나타낸 바와 같이 태양전지에는 출력전력이 최대가 되 는 점이 존재하며 전류-전압 특성곡선에서도 출력이 최대가 되는 동작점 이 일사량 변화에 따라 그림 2-16과 같이 변화한다.출력전력이 최대가 될 때의 전압을 최대출력 동작전압 V^m,전류를 최대출력 동작전류 I^m이라 한다.^[30]

또한 태양전지는 온도에 의존하는 특성을 가지고 있다.그림 2-17은 온도변화에 따른 태양전지의 전류-전압특성을 나타내고 있으며,온도변 화에 따라 전류는 미소하게 변하고 있지만 출력전압은 큰 영향을 받음을 알 수 있다.

Voltage[V]

Current[A]

Voc Isc

Maximum power point

Operating point

MPP line Constant Voltage

Voltage[V]

Current[A]

Voc Isc

Maximum power point

Operating point

MPP line Constant Voltage

Fig.2-16 MPPT atdifferentirradiance

Voltage [V]

Current [A]

60^oC 40^oC

20^oC 0^oC

-20^oC -40^oC

V^oc Isc

Fig.2-17 I-V characteristicsatdifferenttemperature

태양전지는 일반적으로 STC(Standard TestConditions)상태인 AM 1.5,일사강도 1,000(W/m²),온도 25℃을 표준상태로 측정하여 각종 파 라미터를(Voc,Isc,Vm,Im,Pmax)표시한다.특히 전력을 표시하는 단위는 일반 전력을 표시하는 방법과 달리 태양전지에서는 P(W^p)로 표기 하고

“PeakPower”라 한다.^[31]

B

B B. . .태 태 태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템 분 분 분류 류 류 1

1

1. . .독 독 독립 립 립형 형 형 태 태 태양 양 양광 광 광발 발 발전 전 전시 시 시스 스 스템 템 템

독립형 태양광발전시스템은 전력계통으로 부터 전력을 공급 받지 못하 는 낙도나 산간벽지,무인등대,무인중계소등에 축전지나 인버터를 이용 하여 DC부하 또는 AC부하에 전력을 공급하는 시스템이다.

독립형 태양광발전시스템의 구성은 그림 2-18에서 보는 바와 같이 과 전압 안정회로를 부착한 축전지 저장방식으로 인버터 내에 과전압 보호 장치가 설치되어 있어 항상 일정전원을 축전지에 공급하여 운전하는 시 스템이다.

Charge Controller

Inverter

AC Load

DC Load Power Conditioner

Power Controller Power Controller

Storage Battery PV Array

PV Array

Fig.2-18 Blockdiagram ofstandalonePV system