New & Renewable Energy 2016. 12 Vol. 12, No. 4 ISSN 1738-3935 http://dx.doi.org/10.7849/ksnre.2016.12.12.4.014 [2016-12-PV-002] 태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 윤병근 1) ㆍ김승연 1) ㆍ최상백 2) ㆍ진용수 2) ㆍ윤철 1) ㆍ권우현 1)* PV Module Mismatch Power Loss Analysis by Partial Shade and Study for Improving the Power Loss ByungKeun Yoon 1) ㆍ SeungYeon Kim 1) ㆍ SangBack Choi 2) ㆍ YongSu Jin 2) ㆍ Chul Yun 1) ㆍ WhooHyen Kwon 1)* Received 31 May 2016 Revised 19 August 2016 Accepted 19 August 2016 ABSTRACT Generally PV power generation system consist of parallel connection of the PV strings which serially connected PV modules. Partial shading has effect on efficiency of PV power generation system, causing mismatch between PV strings. Compensation methods to reduce the mismatch loss have been investigated. these methods prefer to compensate the shaded PV modules increase system cost PV module weight. This paper suggests new method to reduce mismatch loss by compensating voltage to the string not to PV modules. Recognition of mismatch string is by comparing current between strings. only undervoltage is variably compensated to shaded string with low voltage source. imulation results with MATLAB/SIMULINK confirms the improvement of generation efficiency and compensation profit ratio. Key words PV array( 태양광어레이 ), PV string( 태양광스트링 ), Partial shade( 부분음영 ), Voltage compensate( 전압보상 ), MPPT control( 최대전력점제어 ) Nomenclature : reverse bias voltage : bypass diode forward voltage : max voltage at maximum power : max current at maximum power : open-circuit voltage : short-circuit current max : maximum power of PV 1) School of Electronic Engineering KyungPook National University E-mail: whkwon@ee.knu.ac.kr Tel: +82-53-950-5526 Fax: +82-53-950-5505 2) Digital Korea Co. LTD. subscript PV : photovoltaic MPP : maximum power point MPPT : maximum power point tracking 1. 서론최근환경오염, 지구온난화로인한이상기후발생과화석연료의고갈로인해에너지원에대한관심이고조되고있다. 이에따라서세계각국은지속적인대체에너지원으로신재생에너지개발과보급에주력하고있다. 이중태양광에너지는무공해의무한한에너지원으로서신재생에너 Copyright c2016 by the New & Renewable Energy This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 지분야에서많은각광을받고있다. [1~2] 그러나태양광발전시스템은다른신재생에너지보다초기설치비용이높은것에반해효율및에너지밀도가낮아발전단가가높은단점이있다. [3] 따라서태양광발전시스템의경제성을확보하기위해서태양전지의효율증대, 생산단가절감과같은새로운부품을개발하려는노력과태양광발전시스템의발전효율을증가시키는데관심이집중되고있다. [4] 태양광발전시스템의발전효율을높이기위해서는전력변환시스템의변환효율을높이거나태양광모듈 (PV) 이최대전력점에서운전하게하는 MPPT 제어및 PV모듈간의부정합손실 (mismatch loss) 을줄이기위한연구가지속되고있다. [5~7] PV모듈간의부정합은동일한모델의 PV모듈로태양광발전시스템을구성하더라도 PV모듈간의전기적특성차이로인해시스템전체의최대출력전력이각 PV모듈간의최대출력전력의합보다작아지게되는데그차이를부정합손실이라고한다. PV모듈간의출력차이는제조공정에서발생하는오차, 장기간사용으로인한시스템의성능저하, 구름이나건물에의한부분적인그림자, 모듈설치고도각의차이, 온도차이와같은외부환경차이로인해발생한다. [8~10] 구름이나태양의일사량및모듈설치고도각의차이로인한부정합손실을막기위해태양의위치를단순한계산으로태양의적위와시간방정식을계산하는방법, 황도와경도, 경사, 적위, 적경, 천정의거리, 태양의방위등의계산을통한태양광추적식방법등이제안되었다. [7,11~14] 태양광발전시스템은원하는출력전력을얻기위해 PV모듈을직 병렬로연결하여사용한다. 원하는전압을얻기위해 PV모듈을직렬로연결하는데이를스트링 (string) 이라고하고원하는전류를얻기위해직렬로연결된 PV스트링을병렬로연결하는데이렇게직 병렬로연결된 PV모듈을어레이 (array) 라고한다. 이 PV어레이에건물의그림자나낙엽등과같은이물질에의해부분적인음영이발생하면 PV스트링간에그리고 PV어레이간에부정합이발생한다. 부분음영의의한부정합은시스템의발전효율을악화시키고 PV모듈의성능및수명을단축시키는요인으로부정합손실을개선하기위한연구가지속되고있다. [15~19] 시 스템차원에서의접근방법으로는모듈내장형인버터, 분산형인버터방법 [16] 과모듈내장형 DC-DC 컨버터 [17~18] 등이대안으로제시되었다. 그러나 PV모듈에설치되는컨버터로인해모듈의크기, 무게및전력손실이증가하게된다. 뿐만아니라전류가부족한모듈의특성을변화시켜전류를증가하면모듈의전압이감소하여또다른부정합이발생하게되는문제점이있다. 이를보안하기위하여음영에따라 PV모듈의직 병렬구조를변경하는방법 [19], 음영이발생한모듈에부족한전류만큼보상하는방법이제안되었다. [8,18] 그러나필요한만큼의전류를보상하는방법은보상에의한추가적인부정합은막을수있지만전류를보상하기위해각모듈에 DC-DC컨버터를설치해야한다는문제점과음영이발생한모듈을정확하게분별하는데어려움이따른다. 또한시시각각변화하는기후에실시간으로보상을하는데한계가있다. 따라서본논문에서는 PV모듈에부분적인음영이발생했을때 PV모듈단위가아닌병렬연결된스트링단위로부분음영이발생한 PV스트링에부족한전압만을직렬보상함으로써부정합손실을보상하고시스템전체의발전효율을증가시키기위한방법을제시한다. 스트링간의부정합판단은스트링전류로판별하며, 저전압으로부족전압만을가변공급하는단순하면서도안전한보상방식을제시한다. 2장에서 PV스트링과 PV어레이에부분음영에의한동특성과부정합에따른전력손실을분석하고 3장에서는제안된 PV스트링의부정합보상기법을설명하고 4장에서는모의실험을통하여발전효율증대효과및보상이익률등의성능을확인한다. 2. 음영에따른 PV 동특성 태양광발전시스템에영향을미치는요인으로는태양의일사량, 음영이진모듈의수, PV모듈과바이패스다이오드의상호연결상태이다. 본장에서는이러한요인들에의한 PV모듈의동특성을살펴본다. [20] 2.1 음영에따른 PV스트링동특성태양광발전시스템에서원하는발전전압을만들기위해 2016. 12 Vol.12, No.4 15
윤병근ㆍ김승연ㆍ최상백ㆍ진용수ㆍ윤철ㆍ권우현 동일한특성의모듈을직렬로연결한다. 그리고발전전압의크기에따라직렬로연결된스트링의모듈개수가결정된다. 본절에서는 10개의 PV모듈로구성된하나의스트링에모듈일사량변화에따른스트링의동특성을확인하고, 음영이발생한모듈의개수에따른스트링의동특성과바이패스다이오드의유무에따른동특성을확인한다. 2.1.1 일사량변화에따른스트링동특성 태양의일사랑변화에따른스트링동특성을확인하기위해하나의스트링중 8개의모듈에는최대일사량인 1000 [ ] 을나머지 2개의모듈에는최대일사량의 100%~40% 로즉 1000[ ]~ 400[ ] 감소하면서스트링의전압-전류 (V-I), 전압- 전력 (V-P) 특성곡선을확인하였다. Fig. 1은스트링의 V-I, V-P특성곡선을나타내고있다. Fig. 1의 V-I특성곡선에서 PV모듈에일사량이감소할수록스트링의단락전류가감소하는것을알수있다. 또한이러한결과로 V-P특성곡선에서스트링의출력전력이감소할뿐만아니라 MPP가하나이상발생하는것을확인할수있다. 2.1.2 음영모듈의수와바이패스다이오드에의한스트링동특성 스트링에서음영이발생한모듈의수에따른스트링의 동특성을확인하기위해스트링에서하나의모듈에서네개의모듈에음영을가하면서스트링의 V-P, V-I특성곡선을확인하였다. 이때음영이없는모듈은최대일사량인 1000[ ] 를, 음영이진모듈은최대일사량의 40% 즉 400[ ] 의일사량을주었다. Fig. 2는스트링의음영 조건과그에따른스트링의 V-I, V-P특성곡선이다. 조건 1~5 는음영이진모듈의수에따른특성이고조건 6은하나의모듈에음영이지고바이패스다이오드를제거한조건이다. Fig. 2(b) 에서스트링에음영이발생하면스트링전류는음영이발생한모듈에의해감소한다. 그러나발전전압이모듈의개방전압보다낮아지게되면바이패스다이오드가작동하여음영이있는모듈은바이패스되고나머지모듈만동작하게된다. 즉, 직렬로연결된스트링에음영이지면그모듈의단락전류 ( ) 가감소되어역바이어스가인가된다. 결과적으로음영이발생한모듈은수동소자로동작하게되는데이때 의값은식 (1) 과같이된다. (1) 식 (1) 이만족되면바이패스다이오드가작동되는데이때 은정상적으로작동하는모듈들에의해결정이된다. [21] 조건 6과같이바이패스다이오드가없으면 PV스트링은음영이발생한모듈의가장나쁜특성의전류와전압으로동작하게되는데이는 PV모듈을국부적으로가열시켜모듈에돌이킬수없는손상을야기할수있다. [20] (a) shade condition on PV (a) V-I curve by shade (b) V-P curve by shade (b) V-I curve (c) V-P curve Fig. 1. String characteristic curve by shade Fig. 2. String characteristic curve by number of shade modules 16 신재생에너지
태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 2.2 음영에따른 PV어레이동특성태양광시스템에서원하는크기의전류를만들기위해 PV스트링을병렬로연결한다. Fig. 3은 PV스트링을병렬로연결한 PV어레이다. Fig. 3의 PV어레이에서스트링2 에만 60% 의음영을하나의모듈과두개의모듈에인가하여각각특성을비교하였다. Fig. 1과 Fig. 4의 V-I특성곡선과 V-P특성곡선에서알수있듯이 PV스트링이나 PV어레이에부분음영이발생하면각특성곡선의 MPP가최소 2개이상나타나는것을확인할수있다. 부분적인음영으로인해 2개이상의 MPP가생기면 MPPT알고리즘을적용하는데어려움이발생한다. [22~24] 2.3 PV어레이부정합손실해석앞서 PV스트링과 PV어레이의부분음영에따른동특성을확인하였다. 본절에서는 PV어레이에부분음영이발생했을때부정합으로인한전력손실을각스트링의 V-P특성곡선을통해해석한다. 부정합손실을해석하기위해 Fig. 3과같이두개의스트링이병렬로연결된어레이에서스트링1 에는음영이없 고스트링2 에만하나의모듈과 2개의모듈에각각 60% 의음영을주었다. 이때각스트링의 V-P특성곡선을비교함으로써부정합에따른전력손실을계산한다. Fig. 5는 PV 어레이의 V-P특성곡선과스트링2 의특성곡선을나타내고있다. Fig. 5의 PV어레이특성곡선은 PV스트링의크기와비교하기위해 0.5배축소하여그렸다. 따라서음영이없을때는 PV어레이의 MPP인 A, 스트링 1과스트링2 의 MPP인 A 는같은지점이다. B는스트링 2에하나의 PV모듈에음영이생겼을때의 MPP를나타내는데 B1과 B2는이때각스트링의동작점을나타낸다. 즉스트링 2에만부분적인음영이발생했을때두스트링의합성 MPP는 B가되고각스트링은최고전력점에서동작하지못한다. 또한음영이없는스트링 1도부정합으로인해전력손실이발생하는것을알수있다. 스트링2 의하나의모듈에음영이발생함에따라 A와 B의전력차이는 338[ ] 가나게되는데이는본논문에사용되는 PV모듈하나의출력전력인 235[ ] 를초과하는전력량이다. 스트링 2의음영으로인해 PV어레이의합성 MPP인 A와 B의차이가 240[ ] 발생하고, 스트링 2의동작점이 B2 에서 B2로이동하면서 25[ ] 의전력손실을, 스트링 1의동작점이 A 에서 B1로이동하면서 73[ ] 의추가적인전력손실이발생한다. 스트링 2에두개의 PV모듈에음영이발생했을때도어레이의합성 MPP차이인 A와 C사이에 802[ ] 의전력차이가발생하는데음영에의한스트링2 의전력손실인 A 과 C2가 481.7[ ], 합성 MPP의동작점에의한스트링 1의전력손실인 A 과 C1이 278.1[ ], 스트링2 의전력손실인 Fig. 3. PV array (b) array V-P curve (c) array V-I curve Fig. 4. PV array characteristic curve by shade Fig. 5. PV array & string2 V-P curve 2016. 12 Vol.12, No.4 17
윤병근ㆍ김승연ㆍ최상백ㆍ진용수ㆍ윤철ㆍ권우현 Fig. 6. PV array & string2 V-I curve Fig. 7. String current compare by shade C2 과 C2가 42.2[ ] 의전력손실이발생한다. Fig. 6은 Fig. 5와같은조건에서의 V-I특성곡선중 MPP주위만확대하였다. PV어레이의 V-I특성곡선은 Fig. 5와같이스트링2 의 V-I특성곡선과비교하기위해 0.5배의크기로그렸다. V-P 특성곡선과같이음영이없을때어레이의 MPP인 E와스트링 1, 스트링 2의 MPP인 E 은같은지점에서만난다. 스트링2 의하나의모듈에음영이발생하면스트링1 의동작점은 E에서 F1로이동하면서전압은감소하고전류는증가한다. 스트링2 는 F2 에서 F2로이동하면서전류는감소하지만전압은증가하게된다. 스트링2 에두개의모듈에음영이발생하면스트링1 의동작점은 E에서 G1로이동하면서전류는증가하고전압은감소하지만스트링2 는 G2 에서 G2로이동하면서전류는감소하고전압은증가하게된다. 3. PV 스트링부정합보상방법 Fig. 3과같이어레이로연결된 PV스트링에부분적인음영이발생하면각스트링의전압은병렬연결로인해낮은스트링전압이 PV어레이의출력전압이된다. 그러나어레이의출력전류는각스트링전류의합으로나타난다. 3.1 음영에따른스트링전류비교 PV어레이의부분음영에의한스트링별전류비교를위해스트링1 에는음영이없고, 스트링 2의하나의 PV모듈에 60% 의음영이주어진상황에서각스트링별전류를비교하 였다. Fig. 7은각스트링별전류를나타낸다. Fig. 7의중간의파형은스트링 1과스트링 2 모두음영이없을때의전류파형이다. 이때스트링1 과스트링2 의전류는같다. 그러나스트링 2의하나의모듈에음영이발생하면 Fig. 7의상단과같이스트링1 의전류는증가하게되고스트링2 의전류는 Fig. 7의하단과같이감소하게된다. 이는스트링2 에음영이발생하면 Fig. 6에서 PV어레이의합성 MPP 인 F에서운전하면서스트링1 의 MPP인 E 에서 F1로스트링2의 MPP 인 F2 에서 F2로운전점이옮겨가기때문이다. 3.2 부정합보상방법스트링간의부정합을보상하기위해서는먼저음영에의해부정합이발생한스트링을찾아야한다. 3.1 절에서두스트링간의전류비교를통해하나의스트링에음영이발생하면음영이발생한스트링의전류는감소하고음영이발생하지않은스트링의전류는증가하는것을확인하였다. 이로부터착안하여스트링1 의전류에서스트링2 의전류의차를구하면그결과로부터음영이발생한스트링을구별할수있다. 음영이발생한스트링을구별하여음영이발생한스트링의전류가음영이발생하지않은전류를추종하도록음영이발생한스트링에전압을직렬보상해주면음영에따라능동적인전류보상이이루어진다. Fig. 8은음영이발생한스트링을구별하여음영이발생한스트링에전압을보상하기위한신호흐름도이다. 두스트링의전류를비교하여음영이발생한스트링에전압보상을한다. 만일보상한전압으로부터보상전력을계산한후이보상전력이시스템의증가한전력보다크면 18 신재생에너지
태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 법의성능을검증한다. 모의실험에사용된 PV모듈의파라메타는 Table 1과같다. 음영이발생한스트링에전압을보상하기위한블록다이어그램은 Fig. 9와같다. 4.1 모의실험구성모의실험의구성은병렬로연결된두개의 PV스트링, 부정합보상을위한전압보상기, MPPT 제어기, 그리고부하저항으로이루어져있다. Fig. 8. Voltage compensate flow chart 과보상이일어난다. 따라서과보상이일어나면증가한전 압의한스텝크기를빼주어과보상을피한다. 4.2 전압보상에의한 V-P특성곡선두개의스트링이병렬로연결된 PV어레이에서스트링 2 에만부분적인음영이발생하더라도스트링1 과스트링2 모두원래의 MPP보다낮은영역에서동작하고있는것을확 인하였다. 따라서음영이발생한스트링 2 에부족한전압만 4. 모의실험 MATLAB/SIMULINK 를통해앞서제안한전압보상방 큼보상을해주면두스트링간의부정합을보상할수있다. Fig. 10은스트링2 에하나의모듈에음영이발생했을때의 V-P특성곡선과스트링2 에전압을보상한후의 V-P특성곡선을나타내고있다. 스트링 2의하나의모듈에음영이발생했을때음영이발생한스트링에하나의 PV모듈 전압만큼보상을해주면 PV어레이의 V-P특성곡선은음영이없을때와 MPP가같아지는것을확인할수있다. 음영이발생한스트링2 의전류가스트링 1을추종하도록스트링2 에전압을보상하면 Fig. 11에서와같이스트링2 의전류가증가하여음영이없을때의 MPP점인 A점에서만나게된다. Fig. 9. Voltage compensate block diagram Table 1. PV module parameter 항목 max Cell Number 파라메타 234.986W 29.3V 8.02A 37V 8.52A 34 Cells Fig. 10. Voltage compensated V-P curve 2016. 12 Vol.12, No.4 19
윤병근ㆍ김승연ㆍ최상백ㆍ진용수ㆍ윤철ㆍ권우현 Fig. 11. Voltage compensated V-I curve 4.2 전압보상을통한출력전력특성하나의스트링에부분음영이발생했을때음영이발생한스트링이음영이발생하지않은스트링의전류를추종하도록전압을보상하면부정합손실을보상할수있음을 4.1절의모의실험을통해확인하였다. 따라서본절에서는 Fig. 9의구성을가지는태양광발전시스템에서제안한전압보상방법의타당성을확인한다. Fig. 12는스트링1, 스트링 2 모두에음영이없을때의 MPPT 제어에의한출력전력과그에따른 V-P특성곡선, 그리고스트링2 에하나의 PV모듈에 60% 음영이있을때 MPPT 제어에의한출력전력과 V-P특성곡선을나타내고있다. PV어레이에음영이없을경우에는 PV어레이가최대전력점에서운전하고있지만스트링 2에음영이발생하면 PV어레이가로컬 MPP에서운전하고있음을알수있다. Fig. 13은 PV어레이에음영이없는상황에서의시스템출력전력, 스트링 2의하나의모듈에 60% 의음영이진상황에서의출력전력그리고음영이진상황에서제안한방 법으로 1.2초에전압보상을한출력전력을나타내고있다. 이때보상전압은 PV하나의발전전압인 으로제한하였다. 음영이진스트링2 의전류를스트링1 의전류와일치하도록스트링2 에부족전압을직렬보상하면 Fig. 13과같이음영이없을때의출력전력과같아진다. 이때보상에들어간보상전력은 240[ ] 이고, 보상으로얻어진전력이득은 336.6 [ ] 가된다. 즉투입된전력량보다얻는전력량이더커지며, 따라서보상이익률은 140%(336.6/240) 가되고 8% (336.6/4333.4) 의발전효율이증가한다. Fig. 14는 Fig. 12의조건에서각스트링별출력전력과 V-P곡선을나타내고있다. 이때음영이없을때의스트링 1 과스트링2 는모두 MPP에서동작하지만스트링2 에음영이발생하면스트링2 는 MPP인 B가아닌 C에서동작을한다. 뿐만아니라음영이없는스트링1 도 MPP보다낮은영역인 D에서동작하고있음을확인할수있다. Fig. 15에서는전압보상후각스트링의출력전력을비교하였다. 스트링 2의전압을보상함으로인해스트링 1과 Fig. 13. Output power by voltage compensation Fig. 12. Output power and V-P curve by shade Fig. 14. String power comparison by shade 20 신재생에너지
태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 스트링 2의출력이증가하면서음영이없을때의 MPP점으로운전하고있음을알수있다. Fig. 16은스트링2 에전압을보상후각스트링의전류를비교하였다. 스트링2 에음영이있을때에는스트링1 의전류가스트링 2의전류보다크게나타나지만 1.2초에스트링2의전류가스트링 1의전류를추종하도록전압을보상해주면스트링1 과스트링2 의전류가같아지는것을확인할수있다. Fig. 17은스트링 2에 4개의모듈에 60% 음영이있을때 Fig. 15. String power comparison by voltage compensation 의출력전력과전압보상을통한출력전력을비교하였다. 이때전력이득은 476[ ], 보상이득은 256[ ], 보상이익률은 216%(476/220) 이고발전효율증대는 17%(476/2877) 이다. Fig. 18은스트링2 에네개의 PV모듈에각각 20%, 40%, 60%, 80% 의음영을주고전압보상을하였다. 이때전력이득은 476.4[ ], 보상이득은 249.3[ ], 보상이익률은 210%(476.4/ 227.1), 발전효율증대는 17% (476.4/2875.5) 이다. 이상의결과로스트링에서음영이어느하나의모듈에집중적으로발생할때보다여러모듈에분산되어나타날때보상에따른보상이익률이증가하는것을알수있다. 한편실발전시스템에서는보상전력을잉여전력으로사용하거나, 더미모듈을활용할수있을것이다. 위의모의실험결과로부터한스트링의 PV모듈에각각다른음영이발생한다고하더라도음영이발생한스트링에부족전압을직렬보상함으로써태양광발전시스템의전체발전효율이 10% 이상증가하는것을확인할수있다. 4.3 과보상과부족보상분석 PV어레이에음영은구름의위치나태양의고도에따라시시각각변한다. 음영의정도에따라 PV스트링에전압을보상하기위해서는보상을하는시점과보상전압의크기를잘선정해야한다. Fig. 19는스트링 2에하나의모듈에음영이발생했을때최대보상점인 보다낮은 28[ ] 와과보상인 40[ ] 의전압보상을통해부족보상과과보상의성능을확인한다. Fig. 16. String current comparison by voltage compensation Fig. 17. Compensated output power in condition of 4PV shade Fig. 18. Compensated output power in condition of 4PV different shade 2016. 12 Vol.12, No.4 21
윤병근ㆍ김승연ㆍ최상백ㆍ진용수ㆍ윤철ㆍ권우현 된부정합보상기법의타당성을검증하였다. 감사의글본연구는산업통상자원부 (MOTIE) 와한국에너지기술평가원 (KETEP) 의지원을받아수행한연구과제입니다 (No. 2015 3030 012320). Fig. 19. Output power comparison by overt compensation and under compensation 28[ ] 의부족전압을보상했을때보상이익은 320.2 [ ], 보상이익률 141%, 보상효율증대가 6% 발생했다. 40[ ] 의과보상을했을때는 410.8[ ] 의보상이익과 125% 의보상이익률, 보상효율증대가 9% 발생한다. 전압을과 보상하면보상효율은증대하지만보상이익률이부족보상보다낮아진다. 따라서전압을보상할때과보상이일어나지않도록제한해야할필요가있다. 5. 결론 태양광발전시스템은원하는출력전압과전류를얻기위해 PV모듈을직 병렬로연결해서사용하게된다. PV어레이에부분적인음영이발생하면각스트링간의부정합이발생하며이로인해태양광발전시스템의발전효율이떨어진다. 본논문에서는 PV어레이에서부정합에의해발생하는전력손실을각스트링의 V-P특성곡선을통해분석하고부정합손실을보상하기위한방법을제안하였다. PV어레이의부정합손실을보상하기위해병렬로연결된 PV스트링의전류를비교해음영이발생한스트링에부족전압만을보상하였다. 음영이발생한스트링의전류가음영이발생하지않은스트링의전류를추종하도록음영이발생한스트링에부족전압을보상하면스트링간의발생한부정합손실을능동적으로보상할수있음을확인하였다. MATLAB/SIMULINK를통해음영이발생한스트링에전압을능동적으로보상함으로써 PV어레이에부분적인음영이발생했을때태양광발전시스템의발전효율과보상이익률이 10% 이상증가하는것으로부터본논문에서제안 References [1] K. Kurokawa, 2003, Energy from Desert, Earrthscan, London. [2] C. J. Winter, R. L. Sizmann, L. L. Van-Hull, 1991, Solar Power Plants, Springer-Verlag. [3] S. D. Kim, Incorporating the Power Generation Capacities of New and Renewable Energy into Long-Term Electricity Supply Planning, 2005. [4] Hyungwoong Seo, Min-Kyu Son, Kyoung-Jun Lee, Jeonghoon Kim, Ji-Tae Hong, Hee-Je Kim, 2008, A study on the Improvement of the Efficiency of Dyesensitized Solar Cell using the Laser Scribing and the Grid Electrode, The TRANSACTION OF THE KOREAN INSTITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERS, Vol. 57, No. 10, pp. 1802-1806. [5] K. T. Park, J. S. Choi, D. H. Chung, 2008, A Novel PV Tracking System Control Considering the Power Loss with Change of Insolation, Journal of the KIEE, Vol. 22, No. 6, pp. 89-99. [6] J. S. Choi, J. S. Ko, D. H, Chung, 2012, Efficiency Analysis of PV Tracking System with PSA Algorithm, Journal of the KIEE, Vol. 26, No. 11, pp. 30-39. [7] Jae-Sub Ko, Jung-Sik Choi, Chul-Ho Jung, Do-Yeon Kim, Byung-Jin Kim, Yong-Sun Jun, Dong-Hwa Chung, 2008, Development of shadow compensation algorithm for efficiency improvement of photovoltaic tracking system, The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers conference, pp. 411-414. [8] Hee-Wook Ahn, Gi-Yob Park, 2012, Compensation of PV Module Current for Reduction of Mismatch Losses in PV Systems, Journal of the Korean Solar Energy 22 신재생에너지
태양광발전시스템에서 PV 의부분음영에따른부정합손실분석및개선방안고찰 Society, Vol. 32, No. 3, pp. 26-32. [9] N. D. Kaushika, Anil K. Rai, 2007, An investigation of mismatch losses in solar photovoltaic cell networks, Energy 32, pp. 755-759. [10] D. Picault, B. Raison, S. Bacha, J. de la Casa, J. Aguilera, 2010, Forecasting photovoltaic array power production subject to mismatch losses, Solar Energy 84, pp. 1301-1309. [11] H. J. Noh, D. Y. LEE, D. S. Hyun, 2002, An improved MPPT converter with current compensation method for small scaled PV-application, IEEE IES, Vol. 2, pp. 1113-1118. [12] W. A. Lynch, M. Salameh, 1990, Simple eletro-optically controlled dual axis sun tracker, Solar Energy, Vol. 45, pp. 65-69. [13] J. W. Spence, 1989, Comments on The astronomical almanac s algorithm for approximate solar position (1950-2050), Solar Energy, Vol. 42, No. 4, pp. 393-397. [14] R. Walraven, 1978, Calculating the position of the Sun, Solar Energy 20, pp. 393-397. [15] A. S. Bahaj, R. M. Braid, P. A. B. James, May 2002, Post installation optimisation of a building integrated PV system at Southampton University, Record of 29th IEEE PV Specialists Conference, pp. 1504-1507. [16] D. Picault, B. Raison, S. Bacha, J. Aguilera, J. De La Casa, 2010, Changing photovoltaic array interconnections to reduce mismatch losses: a case study, EEEIC 2010 9 th conference, pp. 37-40. [17] G. Walker, P. Sernia, 2004, Cascaded DC-DC Converter Connection of Photovoltaic Modules, IEEE Tr. on, Power Electronics. Vol. 19, No. 4, pp. 1130-1139. [18] Hee-Wook Ahn, 2009, Analysis of Module Mismatch Loss in Solar PV String and Feasibility Study for Improvement Method, J. of Korean Solar Energy Society, Vol. 29, No.1, pp.58-63. [19] Jae-Sub Ko, Dong-Hwa Chung, 2013, Reconfiguration of PV Module Considering the shadow Influence of Photovoltaic System, Journal of Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 27, No. 2, pp. 36-44. [20] Jin-Deok Kim, 2015, Improved Power Efficiency using the battery Voltage Compensation for Partially Shaded Photovoltaic System, KNU school of Electrcial engineering master paper. [21] Seungtae Kim, Kang, Ki-Hwan Kang, Hyungkeun Ahn, Deuk-Yong Han, Gwong-Jong Yu, 2008, The Electrical Characteristic of Shading Effect in Photovoltaic Module, The Korean Solar Energy Society conference, pp. 257-262. [22] Young-hyok Ji, Doo-Young Jung, Jun-Gu Kim, Jae-Hyung Kim, Tae-Won Lee, and Chung-Yuen Won, 2011, A Real Maximum Power Point Tracking Method for Mismatching Compensation in PV Array Under Partially Shaded conditions, IEEE Tr. on power electronics, Vol. 26, No. 4, pp. 1001-1009. [23] Matthew J. Korytowski, Brandon M. Grainger, 2012, A Comparative Study of MPPT Method for Distributed Photovoltaic Generation, IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies, pp. 1-7. [24] Toshihiko Noguchi, Shigenori Togashi, Ryo Nakamoto, 2002, Short-Current Pulse-Based Maximum-Power- Point Tracking Method for Multiple Photovoltaic-and- Converter Module System, IEEE Tr. On INDUSTRIAL ELECTRONICS, Vol. 49, No. 1, pp. 217-223. [25] Euihwan Kim, sengwon Kang and Jaeeon Kim, 2011, The Long-term Operating Evaluation of the Grid Connected Photovoltaic System New & Reneable Energy Vol. 7, No. 2, pp. 28-35. 2016. 12 Vol.12, No.4 23