0. Contents
1. 해석
9.1 Introduction to the Major Photovoltaic System Types
The focus of this chapter is on the analysis and design of photovoltaic (PV) systems in their three most commonly encountered configurations: systems that feed power directly into the utility grid, stand-alone systems that charge batteries, perhaps with generator back-up, and applications in which the load is directly connected to the PVs as is the case for most water-pumping systems.
이 장의 초점은 가장 흔히 접하는 구성의 태양광 (PV) 시스템인 그것들의 분석 및 설계에 있습니다: utility grid에 직접 전력을 공급하는 시스템, 발전기 백업과 함께 배터리를 충전하는 스탠드얼론 시스템, 그리고 대부분의 물 공급 시스템과 같이 부하가 직접 PV에 연결되는 응용 프로그램입니다.
Utility grid[전력계통]
: 전력계통은 전력 생산자로부터 전력 소비자에게 전기를 공급하기 위해 상호간에 연결된 네트워크이다. 전력계통은 다음으로 구성된다.
1. 전력을 생산하는 발전소
2. 송전을 위해 전압을 높이거나 배전을 위해 전압을 낮추는 변전소
3. 소비자로부터 멀리 위치한 발전소로부터 소비자 근방에 위치한 변전소까지 전력을 전달하는 고전압 송전선
4. 개별 고객을 변전소까지 연결하는 배전선로
Figure 9.1 shows a simplified diagram of the first of these systems—a gridconnected or utility interactive (UI) system in which PVs are supplying power to a building.
그림 9.1은 이러한 시스템 중 첫 번째인 유틸리티 그리드 또는 유틸리티 상호 작용 (UI) 시스템을 나타내는 단순화된 다이어그램입니다. 이 시스템에서 PV는 건물에 전력을 공급합니다.
The PV array may be pole-mounted, or attached externally to the roof, or it may become an integral part of the skin of the building itself.
PV 어레이는 폴에 장착될 수 있고 또는 지붕에 외부적으로 부착될 수도 있으며, 건물의 외관의 일부가 될 수도 있습니다.
PV roofing shingles and thin-film PVs applied to glazing serve dual purposes, power, and building structure, and when that is the case the system is referred to as building-integrated photovoltaics (BIPV).
태양광 지붕용 셔링 및 유리에 적용된 얇은 필름 PV는 전력과 건물 구조의 두 가지 목적을 모두 제공하며, 그럴 때 시스템은 건물 통합 태양광 (BIPV)로 참조됩니다.
The photovoltaics in a grid-connected system deliver dc power to a power conditioning unit (PCU) that converts dc to ac and sends power to the building.
유틸리티 그리드에 연결된 시스템의 태양광은 전력 조건 장치 (PCU)에 직류 전력을 공급하고 직류를 교류로 변환하여 건물로 전력을 보냅니다.
If the PVs supply less than the immediate demand of the building, the PCU draws supplementary power from the utility grid, so demand is always satisfied.
PV가 건물의 즉각적인 수요보다 적은 전력을 공급하는 경우, PCU는 유틸리티 그리드에서 보조 전력을 가져와 수요를 항상 충족시킵니다.
If, at any moment, the PVs supply more power than is needed, the excess is sent back onto the grid, potentially spinning the electric meter backwards.
PV가 필요한 것보다 더 많은 전력을 제공하는 경우, 과잉 전력은 그리드로 다시 보내져 전기 계량기를 역으로 회전시킬 수 있습니다.
The system is relatively simple since failure-prone batteries are not needed for back-up power, although sometimes they may be included if utility outages are problematic.
이 시스템은 백업 전력으로 고장이 발생하기 쉬운 배터리가 필요하지 않기 때문에 상대적으로 간단하지만, 때로는 유틸리티 정전이 문제가 될 경우를 위해 포함될 수도 있습니다.
The power-conditioning unit also helps keep the PVs operating at the most efficient point on their I –V curves as conditions change.
전력 조건 장치는 조건이 변할 때 PV가 그들의 I-V 곡선에서 가장 효율적인 지점에서 작동하도록 돕습니다.
Grid-connected PV systems have a number of desirable attributes.
그리드 연결형 태양광 시스템은 여러 가지 우수한 속성을 갖고 있습니다.
Their relative simplicity can result in high reliability; their maximum-power-tracking unit assures high PV efficiency; their potential to be integrated into the structure of the building means that there are no additional costs for land and, in some cases, materials displaced by PVs in such systems may offset some of their costs; and finally, their ability to deliver power during the middle of the day, when utility rates are highest, increases the economic value of their kilowatt-hours.
상대적으로 간단한 구성으로 인해 높은 신뢰성을 가질 수 있으며, 최대 전력 추적 장치는 높은 PV 효율을 보장합니다.
건물 구조에 통합될 수 있는 잠재력은 토지에 대한 추가 비용이 없으며, 경우에 따라 PV에 의해 이동된 재료가 비용의 일부를 상쇄할 수 있습니다.
마지막으로, 유틸리티 요금이 가장 높은 낮 동안에 전력을 공급할 수 있는 능력은 그들의 킬로와트-시의 경제적 가치를 증가시킵니다.
All of these attributes contribute to the cost effectiveness of these systems.
이러한 모든 속성들은 이러한 시스템의 비용 효율성에 기여합니다.
On the other hand, they have to compete with the relatively low price of utility power.
반면에, 그들은 상대적으로 저렴한 유틸리티 전력 가격과 경쟁해야 합니다.
Figure 9.2 shows the second system, which is an off-grid, stand-alone system with battery storage and a generator for back-up power.
그림 9.2는 배터리 저장 및 백업 전원으로 발전기가 있는 오프 그리드 스탠드얼론 시스템을 보여줍니다.
In this particular system, an inverter converts battery dc voltages into ac for conventional household electricity, but in very simple systems everything may be run on dc and no inverter may be necessary.
이 특정 시스템에서 인버터는 배터리 직류 전압을 전통적인 가정용 전기로 변환하지만, 매우 간단한 시스템에서는 모든 것이 직류로 실행될 수 있으며 인버터가 필요하지 않을 수도 있습니다.
The charging function of the inverter allows the generator to top up the batteries when solar is insufficient.
인버터의 충전 기능은 태양이 충분하지 않을 때 발전기가 배터리를 보충할 수 있게 합니다.
Stand-alone PV systems can be very cost effective in remote locations where the only alternatives may be noisy, high-maintenance generators burning relatively expensive fuel, or extending the existing utility grid to the site, which can cost thousands of dollars per mile.
Stand-alone PV systems 은 원격 지역에서 매우 경제적일 수 있으며, 여기서 유일한 대안은 비교적 비싼 연료를 태우는 소음이 크고 유지보수가 많이 필요한 발전기이거나, 사이트로 기존 유틸리티 그리드를 연장하는 것이 수천 달러의 비용이 들 수 있습니다.
Stand-alone PV systems
: 독립형 PV 시스템은 일반적으로 각각 50~100+W의 전력 출력을 갖춘 12V의 개별 태양광 모듈(또는 패널) 여러 개로 구성됩니다. 그런 다음 이러한 PV 모듈을 단일 어레이로 결합하여 원하는 전력 출력을 제공합니다.
간단한 독립형 PV 시스템은 태양 에너지를 사용할 수 없는 밤에 사용하기 위해 낮 동안 배터리 뱅크를 충전하기 위해 전력을 생산하는 자동 태양광 시스템입니다. 독립형 소규모 PV 시스템은 충전식 배터리를 사용하여 PV 패널 또는 어레이에서 공급되는 전기 에너지를 저장합니다.
독립형 광전지(PV) 시스템은 하나 이상의 PV 모듈, 도체, 전기 구성 요소 및 하나 이상의 부하로 구성된 전기 시스템입니다. 그러나 소규모 오프 그리드 태양광 시스템은 가정용으로 옥상이나 건물 구조물에 부착할 필요는 없습니다. 많은 오프 그리드 태양광 시스템은 캠핑카, RV, 보트, 텐트, 캠핑 및 기타 원격 위치에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.
https://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-power/stand-alone-pv-system.html
These systems suffer from several inefficiencies, however, including battery losses and the fact that the PVs usually operate well off of the their most efficient operating point.
그러나 이러한 시스템은 배터리 손실과 PV가 일반적으로 가장 효율적인 작동 지점에서 멀리 운영된다는 사실 등 여러 가지 비효율성을 겪습니다.
Moreover, inefficiencies are often increased by mounting the array at an overly steep tilt angle to supply relatively uniform amounts of energy through the seasons, rather than picking an angle that results in the maximum possible annual energy delivery.
또한, 계절에 따른 상대적으로 일정한 양의 에너지를 제공하기 위해 배열을 지나치게 가파른 각도로 설치하면 비효율성이 증가할 수 있습니다.
These systems also require much more attention and care than stand-alone systems; and if generator usage is to be minimized (or eliminated), those using the energy may need to modify their lifestyles to accommodate the uneven availability of power as the seasons change or the weather deteriorates.
이러한 시스템은 stand-alone systems 보다 훨씬 더 많은 관리와 주의를 필요로 하며, 발전기 사용을 최소화하거나 제거하려면 에너지를 사용하는 사람들이 계절이나 날씨 변화로 인한 전원의 불규칙한 가용성에 대응하기 위해 그들의 생활 양식을 수정해야 할 수도 있습니다.
The third system type that we will pay close attention to has photovoltaics directly coupled to their loads, without any batteries or major power conditioning equipment.
우리가 주목할 세 번째 시스템 유형은 PV가 배터리나 주요 전력 조건 장비 없이 부하에 직접 연결된 것입니다.
The most common example is PV water pumping in which the wires from the array are connected directly to the motor running a pump (Fig. 9.3).
가장 일반적인 예는 PV 워터 펌핑으로, 이때 어레이에서 나온 전선이 펌프를 운전하는 모터에 직접 연결됩니다.
When the sun shines, water is pumped.
해가 비추면 물이 펌핑됩니다.
There is no electric energy storage, but potential energy may be stored in a tank of water up the hill for use whenever it is needed.
전기 에너지 저장 시설은 없지만 필요할 때 사용할 수 있도록 언덕 위의 물 탱크에 잠재적인 에너지를 저장할 수 있습니다.
These systems are the ultimate in simplicity and reliability and are the least costly as well. But they need to be carefully designed to be efficient.
이러한 시스템들은 극도로 간단하고 신뢰성이 높으며 비용이 가장 적게 듭니다. 그러나 효율적으로 설계되어야 합니다.
Our goal in this chapter is to try to learn how to properly size photovoltaic systems to provide for these various types of loads.
이 장에서의 목표는 다양한 유형의 부하를 제공하기 위해 태양광 시스템을 적절하게 크기를 조절하는 것입니다.
Power delivered by a photovoltaic system will be a function of not only ambient conditions—especially solar intensity, spectral variations associated with overcast conditions, ambient temperature, and windspeed—but also what type of load the photovoltaics are supplying.
태양광 시스템이 공급하는 전력은 주변 조건뿐만 아니라 특히 태양 강도, 흐린 날씨와 관련된 스펙트럴 변화, 주변 온도 및 바람 속도에도 영향을 받으며 또한 태양광 시스템이 공급하는 부하의 유형에도 영향을 받습니다.
As we shall see, very different analysis procedures apply to gridconnected systems, battery-charging stand-alone systems, and directly coupled water pumping systems.
앞으로 그리드 연결 시스템, 배터리 충전 스탠드얼론 시스템 및 직접 연결된 물 펌핑 시스템에는 매우 다른 분석 절차가 적용됨을 볼 것입니다.
9.2 Current-Voltage Curves for Loads
While the I –V curve for a photovoltaic cell, module, or array defines the combinations of voltage and current that are permissible under the existing ambient conditions, it does not by itself tell us anything about just where on that curve the system will actually be operating.
태양광 전지, 모듈 또는 어레이의 I-V 곡선은 현재 주변 조건 하에서 허용되는 전압과 전류의 조합을 정의하지만, 단독으로 그 곡선의 어느 부분에서 시스템이 실제로 작동할지에 대해 알려주지 않습니다.
This determination is a function of the load into which the PVs deliver their power.
이 결정은 PV가 전력을 공급하는 부하의 함수입니다.
Just as PVs have an I –V curve, so do loads.
PV가 I-V 곡선을 가지고 있는 것처럼, 부하도 I-V 곡선을 가집니다.
As shown in Fig. 9.4, the same voltage is across both the PVs and load, and the same current runs through the PVs and load.
그림 9.4에서 볼 수 있듯이, 동일한 전압이 PV 및 부하에 걸쳐 있고, 동일한 전류가 PV 및 부하를 통과합니다.
Therefore, when the I –V curve for the load is plotted onto the same graph that has the I –V curve for the PVs, the intersection point is the one spot at which both the PVs and load are satisfied. This is called the operating point.
따라서 부하의 I-V 곡선이 PV의 I-V 곡선이 있는 동일한 그래프에 플로팅되면 교차점이 PV와 부하가 모두 만족하는 유일한 지점이 됩니다. 이를 운영 점이라고 합니다.
9.2.1 Simple Resistive-Load I-V Curve
To illustrate the importance and need for load curves, consider a simple resistive load as shown in Fig. 9.5.
부하 곡선의 중요성과 필요성을 설명하기 위해 그림 9.5에 나타난 간단한 저항성 부하를 고려해 보겠습니다.
For the Load,
which, when plotted on current versus voltage axes, is a straight line with slope 1/R.
전압 대 전류 축에 대한 이와 같은 기울기 1/R을 가진 직선입니다.
어떤 부하에 전달되는 전력은 전류와 전압의 곱이므로, 최대 전력을 결과로 얻을 수 있는 특정한 저항값이 있습니다:
As R increases, the operating point where the PV and resistance I –V curves intersect moves along the PV I –V curve from left to right. In fact, that suggests a simple way to actually measure the I –V curve for PV module.
R이 증가함에 따라 PV와 저항 I-V 곡선이 만나는 운영 지점이 PV I-V 곡선을 따라 좌에서 우로 이동합니다.
실제로, 이것은 PV 모듈의 I-V 곡선을 측정하는 간단한 방법을 제안합니다.
By using a variable resistance, called a potentiometer, or pot, as the load, and then varying its resistance, pairs of current and voltage can be obtained, which can be plotted to give the module I –V curve.
가변 저항인 potentiometer 또는 pot를 부하로 사용하고 그 저항을 변화시킴으로써 전류와 전압의 쌍을 얻을 수 있으며, 이를 통해 모듈 I-V 곡선을 얻을 수 있습니다.
Since power delivered to any load is the product of current and voltage, there will be one particular value of resistance that will result in maximum power:
어떤 부하에 전달되는 전력은 전류와 전압의 곱이므로, 최대 전력을 결과로 얻을 수 있는 특정한 저항값이 있습니다:
where Vm and Im are the voltage and current at the maximum power point (MPP).
Vm과 Im은 최대 전력 지점(MPP)에서의 전압과 전류를 나타냅니다.
Under the special conditions at which modules are tested, the MPP corresponds to the rated voltage VR and current IR of the module.
모듈이 시험되는 특별한 조건에서, MPP는 모듈의 등급 전압 VR 및 전류 IR에 해당합니다.
That means the best value of resistance, for maximum power transfer, should be VR/IR under 1-sun, 25◦C, AM 1.5 conditions.
이는 최대 전력 이전 전압으로 전압이 VR이고 전류가 IR인 부하 저항 값이어야 한다는 것을 의미합니다. 그것은 1-태양, 25°C, AM 1.5 조건에서입니다.
As Fig. 9.6 shows, however, with a fixed resistance the operating point slips off the MPP as conditions change and the module becomes less and less efficient.
그러나 Fig.9.6을 보면, 고정된 저항으로는 조건이 변하고 모듈이 점점 비효율적이 되면서 운영 지점이 MPP에서 벗어나게 됩니다.
Later, a device called a maximum power point tracker (MPPT) will be introduced, the purpose of which is to keep the PVs operating at their highest efficiency point at all times.
나중에는 최대 전력 점 추적기(MPPT)라는 장치가 소개될 것인데, 이 장치의 목적은 PV가 언제나 최고의 효율점에서 작동하도록 유지하는 것입니다.
9.2.2 DC Motor I-V Curve
While it is not often that a load would be an actual resistor, dc motors, such as those often used in PV-water-pumping systems, do exhibit a current–voltage relationship that is quite similar to that of a resistor.
실제로 부하가 저항인 경우는 드물지만, PV-water-pumping systems 에서 자주 사용되는 것처럼 DC 모터는 저항과 매우 유사한 전류-전압 관계를 나타냅니다.
Most are permanent-magnet dc motors, which can be modeled as shown in Fig. 9.7.
대부분은 영구 자석 DC 모터로, 그 모델은 아래 그림과 같이 나타낼 수 있습니다.
Notice that as the motor spins, it develops a back electromotive force e, which is a voltage proportional to the speed of the motor (ω) that opposes the voltage supplied by the photovoltaics.
모터가 회전함에 따라, 모터 속도 (ω)에 비례하는 전압인 역기전력 e가 발생하는데, 이는 모터에 의해 제공되는 전압을 상쇄합니다.
From the equivalent circuit, the voltage–current relationship for the dc motor is simply
등가 회로에서 DC 모터의 전압-전류 관계는 단순히 다음과 같습니다.
where back emf e = kω and Ra is the armature resistance.
여기서 역전자력 e = k ω이고, R_a는 armature 저항입니다.
A dc motor runs at nearly constant speed for any given applied voltage even though the torque requirement of its load may change.
DC 모터는 부하의 토크 요구 사항이 변하더라도 거의 일정한 속도로 작동합니다.
For example, as the torque requirement increases, the motor slows slightly, which drops the back emf and allows more armature current to flow.
예를 들어, 토크 요구가 증가하면 모터가 약간 느려지며, 이로 인해 역기력이 감소하고 armature전류가 더 많이 흐를 수 있습니다.
Since motor torque is proportional to armature current, the slowing motor draws more current, delivers more torque to the load, and regains almost all of its lost speed.
모터 토크는 armature 전류에 비례하기 때문에, 느려진 모터는 더 많은 전류를 끌어들이고 부하에 더 많은 토크를 전달하여 거의 모든 속도를 회복합니다.
Based on (9.3), the electrical characteristic curve of a dc motor will appear to be something like the one shown in Fig. 9.8.
식 (9.3)에 따라, DC 모터의 전기적 특성 곡선은 아래 9.8그림과 같이 보입니다.
Notice that at start-up, while ω = 0, the current rises rapidly with increasing voltage until current is sufficient to create enough starting torque to break the motor loose from static friction.
시작 시 ω = 0일 때, 전류는 전압이 증가함에 따라 급격히 상승하여 충분한 시작 토크를 생성하여 모터를 정적 마찰에서 해제합니다.
Once the motor starts to spin, back emf drops the current and thereafter I rises more slowly with increasing voltage.
모터가 회전하기 시작하면, 역기전력이 전류를 낮추고 그 이후 전압이 증가함에 따라 I가 더 느리게 상승합니다.
Notice that if you stall a dc motor while the voltage is way above the starting voltage, the current may be so high that the armature windings will burn out.
전압이 시작 전압보다 훨씬 높은 상태에서 DC 모터를 정지시키면 전류가 너무 높아져 armature windings가 소각될 수 있습니다.
That is why you should never leave the power on a dc motor if the armature is mechanically stuck for some reason.
이것이 DC 모터가 어떤 이유로든 기계적으로 막힌 경우 전원을 끄지 않아야 하는 이유입니다.
A dc motor I –V curve is superimposed on a set of photovoltaic I –V curves in Fig. 9.9.
그림 9.9에는 DC 모터 I-V 곡선이 일련의 태양 전지 I-V 곡선 위에 겹쳐져 있습니다.
The mismatch of operating points with the ideal MPP is apparent.
이상적인 MPP와의 운영 점의 불일치가 명확합니다.
Notice in this somewhat exaggerated example that the motor doesn’t have enough current to overcome static friction until insolation reaches at least 400 W/m2.
이 다소 과장된 예에서 볼 수 있듯이, 모터는 정적 마찰을 극복할 충분한 전류가 400 W/m^2 이상의 일사량에 도달할 때까지 시작하지 못합니다.
Once it starts spinning, however, it only needs about 200 W/m2 to keep running.
그러나 한번 회전을 시작하면, 모터는 계속 작동하기 위해 약 200 W/m^2만 필요합니다.
This could mean that a fair amount of insolation is unusable in the morning while the motor struggles to break loose, which adds to the inefficiency of this simple PV–motor setup.
이것은 모터가 정적 마찰을 극복하기 위해 투쟁하는 동안 아침에 사용 가능한 일사량이 상당량 낭비될 수 있음을 의미합니다. 이는 이 간단한 PV-모터 설치의 비효율성을 더욱 증가시킵니다.
There is a device, called a linear current booster (LCB), that is designed to help overcome this loss of potentially usable insolation when current delivered to the motor is insufficient to overcome friction (Fig. 9.10).
선형 전류 부스터(LCB)라고 불리는 장치가 있습니다. 이 장치는 모터에 전달되는 전류가 마찰을 극복하는 데 충분하지 않을 때 잠재적으로 사용 가능한 일사량의 손실을 극복하기 위해 설계되었습니다(그림 9.10).
Linear current booster(LCB)
: 선형 전류 부스터는 태양광 패널의 전력을 최적화하여 태양광 워터 펌프가 가능한 한 일찍 또는 늦게 회전하도록 하는 데 사용됩니다. 선형 전류 부스터(LCB)는 태양열 워터 펌프 및 태양광 패널용으로, 엔진 출력이 높아질 때 바퀴를 회전시키는 데 사용되는 자동차의 변속기입니다.
이론적으로 많은 태양광 펌프는 올바른 전압의 태양광 패널 어레이에서 직접 전력을 공급받을 수 있습니다. 그러나 실제로는 선형 전류 부스터가 없으면 펌프의 작동 속도가 하루 종일 크게 줄어듭니다. LCB는 패널이 직사광선을 충분히 받지 못할 때 전압을 희생하면서 전류를 증가시킵니다(펌프의 모터를 움직이게 하기 위해).
선형 전류 부스터는 출력할 수 있는 최대 전류량(전류)으로 평가됩니다. 이 최대 암페어는 태양광 펌프의 최대 소비량보다 크거나 그 이상이기를 원할 것입니다. LCB는 본질적으로 최적화의 일환으로 다양한 입력 및 출력 전압에서 작동합니다.
[참고하면 좋을 논문] https://ieeexplore.ieee.org/document/7159256
Notice from the I –V curves of Fig. 9.9 that the operating point in the morning is nowhere near the knee of the insolation curve where maximum power is available.
그림 9.9의 I-V 곡선에서 볼 수 있듯이, 아침에 운영 점은 최대 전력이 제공되는 일사량 곡선의 무릎 부근에 있지 않습니다.
Out by the knee of the curve, the PVs may be able to supply enough power to overcome friction, but without some clever electronics, this power would be delivered with relatively low current and relatively high voltage and still wouldn’t start the motor.
곡선의 무릎 부근에서는 PV가 마찰을 극복하는 데 충분한 전력을 제공할 수 있지만, 똑똑한 전자 장치 없이는 이러한 전력이 상대적으로 낮은 전류와 상대적으로 높은 전압으로 전달되어도 모터를 시작하지 못할 것입니다.
What an LCB does is to shift this relationship around.
LCB가 하는 일은 이러한 관계를 조정하는 것입니다.
By converting low-current, high-voltage power into high-current, low-voltage power, they can get the motor started earlier in the morning.
저전류, 고전압 전력을 고전류, 저전압 전력으로 변환하여 아침 일찍 모터를 시작할 수 있습니다.
The lower voltage, however, means that the motor will spin at a slower rate, but at least it is working.
그러나 낮은 전압은 모터가 더 느린 속도로 회전한다는 것을 의미하지만, 적어도 작동 중입니다.
In addition, the motor with an LCB will not stall as early in the afternoon, though it will slow down. So there are additional gains.
또한, LCB가 장착된 모터는 오후에 일찍 정지하지 않지만 속도가 느려집니다. 따라서 추가적인 이득이 있습니다.
9.2.3 Battery I-V Curves
Since PVs only provide power during the daylight hours and many applications require energy when the sun isn’t shining, some method of energy storage often is needed.
태양 전지판은 주로 낮 동안에만 전력을 공급하므로 많은 응용 프로그램에서는 태양이 비치지 않는 때에도 에너지가 필요합니다. 따라서 에너지 저장 방법이 종종 필요합니다.
For a water pumping system, this might be the potential energy of water stored in a tank.
물 펌핑 시스템의 경우, 이것은 탱크에 저장된 물의 잠재 에너지일 수 있습니다.
For grid-connected systems, the utility lines themselves can be thought of as the storage mechanism: PV energy is put onto the grid during the day and taken back at night.
그리드 연결 시스템의 경우 유틸리티 라인 자체가 저장 메커니즘으로 볼 수 있습니다: 낮에 PV 에너지를 그리드에 공급하고 밤에 다시 가져옵니다.
For most off-grid applications, however, energy is stored in batteries for use whenever it is needed.
그러나 대부분의 오프 그리드 응용 프로그램에서는 에너지가 필요할 때 사용할 수 있도록 전지에 에너지를 저장합니다.
Off-grid system
: 독립형 태양광 시스템을 사용하면 집이나 회사에 전력을 공급하기 위해 배터리에 저장된 태양과 에너지에 전적으로 의존하게 됩니다.
On-grid system
: 시스템이 전기를 생산하지 않거나 사용 중인 장치, 조명, 기계 등에 전력을 공급할 만큼 충분한 전기를 생산하지 않는 경우 배전망에서 에너지를 끌어와 보충할 수 있습니다. 이를 통해 필요한 만큼의 전력을 항상 확보할 수 있습니다.
An ideal battery is one in which the voltage remains constant no matter how much current is drawn.
이상적인 배터리는 전류가 얼마나 많이 빠져도 전압이 일정하게 유지되는 것입니다.
This means that it will have an I –V curve that is simply a straight up-and-down line as shown in Fig. 9.11.
이는 I-V 곡선이 그림 9.11에 나와 있는 것처럼 간단한 상하 직선일 것이라는 것을 의미합니다.
A real battery, on the other hand, has some internal resistance and is often modeled with an equivalent circuit consisting of an ideal battery of voltage VB in series with some internal resistance Ri as shown in Fig. 9.12.
그러나 실제 배터리는 일부 내부 저항이 있으며 그림 9.12에 나와 있는 것처럼 이상적인 전압 VB의 이상적인 배터리와 일련의 내부 저항 Ri로 모델링됩니다.
During the charge cycle, with positive current flow into the battery, we can write
충전 주기 중에는 양 전류가 배터리로 흐르므로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
which plots as a slightly-tilted, straight line with slope equal to 1/Ri.
이로 인해 I-V 곡선은 기울기가 1/Ri인 약간 기울어진 직선으로 나타납니다.
During charging, the applied voltage needs to be greater than VB; as the process continues, VB itself increases so the I –V line slides to the right as shown in Fig. 9.12a.
충전 중에는 적용 전압이 VB보다 커야 합니다. 과정이 계속되면 VB 자체가 증가하므로 I-V 선이 오른쪽으로 이동합니다(그림 9.12a 참조).
During discharge, the output voltage of the battery is less than VB, the slope of the I –V line flips, and the I –V curve moves back to the left as shown in Fig. 9.12b.
방전 중에는 배터리의 출력 전압이 VB보다 작으며, I-V 선의 기울기가 뒤집히고 I-V 곡선이 왼쪽으로 이동합니다(그림 9.12b 참조).
The simple equivalent circuit representation of Fig. 9.12 is complicated by a number of factors, including the fact that the open-circuit voltage (VB) depends not only on the state of charge but also on battery temperature and how long it has been resting without any current flowing.
Fig. 9.12의 간단한 동등 회로 표현은 여러 요소에 의해 복잡해집니다. 여기에는 공회로 전압(VB)이 충전 상태뿐만 아니라 배터리 온도 및 아무런 전류가 흐르지 않는 상태에서 얼마나 오랫동안 쉬었는지에 따라 달라진다는 사실도 포함됩니다.
For a conventional 12-V leadacid battery at 78◦F, which has been allowed to rest for a few hours, VB ranges from 12.7 V for a fully charged battery to about 11.7 V for one that has only a few percent of its charge remaining.
일반적인 12V 납산 배터리의 경우, 78°F에서 몇 시간 동안 쉬어있는 경우 VB는 완전히 충전된 배터리의 경우 12.7V에서 시작하여 충전량이 몇 퍼센트 정도 남은 배터리의 경우 약 11.7V로 내려갑니다.
Internal resistance is also a function of temperature and state of charge, as well the age and condition of the battery.
내부 저항도 온도와 충전 상태뿐만 아니라 배터리의 연령과 상태에 따라 변합니다.
Since the I –V curve for a battery moves toward the right as the battery gains charge during the day, there is a chance that the PV operating point will begin to slide off the edge of the knee—especially late in the day when the knee itself is moving toward the left.
배터리가 낮 동안 충전을 받으면서 I-V 곡선은 오른쪽으로 이동하기 때문에 햇빛이 떨어지는 저녁 늦은 시간에는 PV 운영점이 무릎에서 벗어나기 시작할 수 있습니다.
This may not be a bad thing, however, since current has to be slowed or stopped anyway when a battery reaches full charge.
그러나 이것이 나쁜 일이라고는 할 수 없을 것입니다. 배터리가 완전히 충전되면 전류가 느려지거나 중단되어야 하기 때문입니다.
If the PV–battery system has a charge controller, it will automatically prevent overcharging of the batteries.
PV-배터리 시스템에 충전 컨트롤러가 있으면 배터리의 과충전을 자동으로 방지합니다.
For very small battery charging systems, however, the charge controller can sometimes be omitted if modules with fewer cells in series are used.
그러나 매우 작은 배터리 충전 시스템의 경우 모듈이 더 적은 셀로 구성된 경우 충전 컨트롤러를 생략할 수도 있습니다.
Such self-regulating modules sometimes have 33, or even 30, cells instead of the usual 36 to purposely cause the current to drop off as the battery approaches full charge as shown in Fig. 9.13.
이러한 자체 조절 모듈은 종종 36개의 일반적인 셀 대신 33개 또는 심지어 30개의 셀을 사용하여 배터리가 완전 충전 상태에 접근할 때 전류가 감소하도록 일부로 설계됩니다(Fig9.13).
9.2.4 Maximum Power Point Trackers
Clearly, significant efficiency gains could be realized if the operating points for resistive, dc motor, and battery loads could somehow be kept near the knee of the PV I –V curves throughout the ever-changing daily conditions.
분명히, 저항, 직류 모터 및 배터리 부하의 운영 점을 하루 중 계속 변하는 조건에 가깝게 유지할 수 있다면 상당한 효율성 향상이 이루어질 수 있을 것입니다.
Devices to do just that, called maximum power trackers (MPPTs), are available and are a standard part of many PV systems—especially those that are grid-connected.
이를 수행하는 장치인 최대 전력 추적기(MPPT)는 사용 가능하며 많은 PV 시스템 - 특히 그리드 연결된 시스템 -의 표준 부분입니다.
There are some very clever, quite simple circuits that are at the heart of not only MPPTs but also linear current boosters (LCBs) as well as a number of other important power devices.
MPPT뿐만 아니라 선형 전류 부스터(LCB) 및 다른 중요한 전력 장치의 핵심인 몇 가지 매우 똑똑하고 꽤 간단한 회로가 있습니다.
The key is to be able to convert dc voltages from one level to another—something that was very difficult to do efficiently before high-power, field-effect transistors (FETs) became available in the 1980s and insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) became available in the 1990s.
핵심은 DC 전압을 다른 수준으로 변환할 수 있는 능력입니다. 이는 1980년대에 고출력 필드 효과 트랜지스터(FETs)가 사용 가능해지기 전에 효율적으로 수행하기 어려웠으며, 1990년대에 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBTs)가 사용 가능해진 이후에야 가능했습니다.
At the heart of modern switched-mode dc-to-dc converters is one of these transistors used as a simple on–off switch that either allows current to pass or blocks it.
현대의 스위치 모드 DC-DC 컨버터의 핵심에는 전류를 통과하거나 차단하는 단순한 온오프 스위치로 사용되는 이러한 트랜지스터 중 하나가 있습니다.
A boost converter is a commonly used circuit to step up the voltage from a dc source, while a buck converter is often used to step down voltage.
부스트 컨버터는 DC 소스에서 전압을 올리는 데에 주로 사용되는 회로이며, 벅 컨버터는 전압을 낮추는 데 사용됩니다.
The circuit of Fig. 9.14 is a combination of these two circuits and is called a buck-boost converter.
그림 9.14의 회로는 이 두 회로의 조합으로 버크-부스트 컨버터라고합니다.
A buck-boost converter is capable of raising or lowering a dc voltage from its source to whatever dc voltage is needed by the load.
버크-부스트 컨버터는 소스에서 로드가 필요한 DC 전압으로 전압을 올리거나 내릴 수 있습니다.
The source in this case is shown as being a PV module and the load is shown as a dc motor, but the basic concept is used for a wide variety of electric power applications.
이 경우 소스는 PV 모듈로 표시되고 로드는 DC 모터로 표시되지만, 기본 개념은 다양한 전기 전력 응용 분야에 사용됩니다.
The transistor switch flips on and off at a rapid rate (on the order of 20 kHz) under control of some sensing and logic circuitry that isn’t shown.
트랜지스터 스위치는 표시되지 않은 일부 감지 및 논리 회로의 제어하에 빠르게 켜고 꺼집니다(약 20 kHz의 속도).
Also not shown is a capacitor across the PVs that helps smooth the voltage supplied by the PVs.
또한 PV에 광범위한 전압을 제공하는 커패시터가 표시되지 않았습니다.
To analyze the buck-boost converter, we have to go back to first principles.
해당 내용을 바탕으로 버크-부스트 컨버터를 분석해야 할 때, 우리는 기본 원리로 돌아가야 합니다.
Conventional dc or ac circuit analysis doesn’t help much and instead the analysis is based on an energy balance for the magnetic field of the inductor.
전통적인 직류 또는 교류 회로 분석은 큰 도움이 되지 않으며, 대신 인덕터의 자기장에 대한 에너지 균형에 기반한 분석이 진행됩니다.
Basically there are two situations to consider: the circuit with the switch closed and the circuit with the switch open.
기본적으로 고려해야 할 두 가지 상황이 있습니다: 스위치가 닫힌 상태와 스위치가 열린 상태입니다.
When the switch is closed, the input voltage Vi is applied across the inductor, driving current IL through the inductor.
스위치가 닫힌 경우 입력 전압 Vi가 인덕터에 가해지며, 이를 통해 전류 IL이 인덕터를 통해 흐릅니다.
All of the source current goes through the inductor since the diode blocks any flow to the rest of the circuit.
스위치가 닫힌 상태에서는 소스 전류의 모든 부분이 인덕터를 통해 흐르고, 다이오드는 회로의 나머지 부분으로의 흐름을 차단합니다.
During this portion of the cycle, energy is being added to the magnetic field in the inductor as current builds up.
이 사이클 동안, 전류가 축적됨에 따라 인덕터의 자기장에 에너지가 추가됩니다.
If the switch stayed closed, the inductor would eventually act like a short-circuit and the PVs would deliver short-circuit current at zero volts.
만약 스위치가 닫힌 채로 유지된다면, 인덕터는 결국 단락 회로처럼 작용하게 되고, 태양전지는 제로 볼트에서 단락 전류를 공급하게 될 것입니다.
When the switch is opened, current in the inductor continues to flow as the magnetic field begins to collapse (remember that current through an inductor cannot be changed instantaneously—to do so would require infinite power).
스위치가 열린 상태에서는 인덕터의 전류가 계속 흐르며, 자기장이 붕괴되기 시작합니다. (인덕터를 통한 전류는 즉각적으로 변하지 않습니다. 이를 변화시키려면 무한한 전력이 필요합니다.)
Inductor current now flows through the capacitor, the load, and the diode.
이 때문에 인덕터 전류는 캐패시터, 부하 및 다이오드를 통해 흐르게 됩니다.
Inductor current charging the capacitor provides a voltage (with a polarity reversal) across the load that will help keep the load powered after the switch closes again.
캐패시터를 충전하는 인덕터 전류는 부하에 거꾸로 전압을 제공하며, 이는 스위치가 다시 닫힐 때 부하가 계속해서 전원을 공급받을 수 있도록 합니다.
If the switch is cycled quickly enough, the current through the inductor doesn’t have a chance to drop much while the switch is open before the next jolt of current from the source.
스위치가 충분히 빨리 사이클링되고 충분히 큰 인덕터가 있는 경우, 회로는 거의 일정한 인덕터 전류를 가질 수 있도록 설계될 수 있습니다.
With a fast enough switch and a large enough inductor, the circuit can be designed to have nearly constant inductor current.
충분히 빠른 스위치와 충분히 큰 인덕터를 사용하면 회로를 거의 일정한 인덕터 전류로 설계할 수 있습니다.
That’s our first important insight into how this circuit works: Inductor current is essentially constant.
이것은 이 회로가 작동하는 방식에 대한 우리의 첫 번째 중요한 통찰력입니다: 인덕터 전류는 본질적으로 일정합니다.
If the switch is cycled quickly enough, the voltage across the capacitor doesn’t have a chance to drop much while the switch is closed before the next jolt of current from the inductor charges it back up again.
스위치가 충분히 빨리 사이클링되고 캐패시터가 충분히 큰 경우, 스위치가 닫힌 동안 캐패시터의 전압이 거의 변하지 않을 것입니다.
Capacitors, recall, can’t have their voltage change instantaneously so if the switch is cycling fast enough and the capacitor is sized large enough, the output voltage across the capacitor and load is nearly constant.
캐패시터는 전압이 즉시 변할 수 없으므로 스위치가 충분히 빨리 사이클링되고 캐패시터가 충분히 크면 출력 전압 Vo는 거의 일정할 것입니다.
We now have our second insight into this circuit: Output voltage Vo is essentially constant (and opposite in sign to Vi ).
이것은 이 회로에 대한 우리의 두 번째 통찰력입니다: 출력 전압 Vo는 본질적으로 일정합니다 (그리고 입력 전압 Vi의 부호가 반대입니다).
Finally, we need to introduce the duty cycle of the switch itself.
마지막으로, 스위치 자체의 듀티 사이클을 소개해야 합니다.
This is what controls the relationship between the input and output voltages of the converter.
이것이 컨버터의 입력 및 출력 전압 사이의 관계를 제어하는 것입니다.
The duty cycle D (0 < D < 1) is the fraction of the time that the switch is closed, as illustrated in Fig. 9.15.
스위치가 닫힌 상태인 비율을 나타내는 duty cycle D (0 < D < 1)는 그림 9.15에 설명된 것처럼 스위치가 닫힌 시간의 분수입니다.
This variation in the fraction of time the switch is in one state or the other is referred to as pulse-width modulation (PWM).
이 스위치가 한 상태나 다른 상태에 있는 비율의 변화를 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)이라고 합니다.
For this simple description, all of the components in the converter will be considered to be ideal.
이 간단한 설명에서 변환기의 모든 구성 요소는 이상적으로 간주됩니다.
As such, the inductor, diode and capacitor do not consume any net energy over a complete cycle of the switch.
따라서 인덕터, 다이오드 및 캐패시터는 스위치의 완전한 주기 동안 순자원을 소비하지 않습니다.
Therefore the average power into the converter is equal to the average power delivered by the converter; that is, it has 100% efficiency.
따라서 변환기로의 평균 전력은 변환기에서 전달되는 평균 전력과 동일하며, 즉, 100%의 효율성을 갖습니다.
Real MPPTs have efficiencies in the mid-90% range, so this isn’t a bad assumption.
실제 MPPT(Maximum Power Point Tracker)는 중간에서 90% 범위의 효율성을 갖기 때문에 이는 나쁜 가정이 아닙니다.
Now focus on the inductor. While the switch is closed, from time t = 0 to t = DT, the voltage across the inductor is a constant Vi .
이제 인덕터에 집중해 보겠습니다. 스위치가 닫힌 동안, 시간 t = 0에서 t = DT까지, 인덕터에 걸리는 전압은 상수 Vi입니다.
The average power put into the magnetic field of the inductor during one complete cycle is given by
한 전체 주기 동안 인덕터의 자기장에 투입되는 평균 전력은 다음과 같이 주어집니다.
Under the assumption that inductor current is constant, the average power into the inductor is
인덕터 전류가 일정하다는 가정 하에, 인덕터로의 평균 전력은 다음과 같습니다.
When the switch opens, the inductor’s magnetic field begins to collapse, returning the energy it just acquired.
스위치가 열리면 인덕터의 자기장이 붕괴되어 방금 획득한 에너지를 반환합니다.
The diode conducts, which means that the voltage across the inductor VL is the same as the voltage across the load V0.
다이오드가 전도하면 이는 인덕터 전압 VL과 부하의 전압 V0이 동일함을 의미합니다.
The average power delivered by the inductor is therefore
따라서 인덕터에 의해 전달되는 평균 전력은 다음과 같습니다.
With good design, both V0 and IL are essentially constant, so average power from the inductor is
좋은 설계를 통해 V0와 IL이 거의 일정하기 때문에 인덕터에서의 평균 전력은 다음과 같습니다.
Over a complete cycle, average power into the inductor equals average power out of the inductor. So, from (9.6) and (9.8), we get
인덕터로의 평균 전력은 인덕터에서의 평균 전력과 같습니다. 따라서 (9.6) 및 (9.8)에서 다음과 같이 됩니다.
Equation (9.9) is pretty interesting. It tells us we can bump dc voltages up or down (there is a sign change) just by varying the duty cycle of the buck-boost converter.
식 (9.9)은 매우 흥미로운데, 벅-부스트 컨버터의 듀티 사이클을 변화시킴으로써 dc 전압을 올리거나 내릴 수 있다는 것을 보여줍니다(부호 변경이 있습니다).
Longer duty cycles allow more time for the capacitor to charge up and less time for it to discharge, so the output voltage increases as D increases.
더 긴 듀티 사이클은 캐패시터가 충전되는 시간을 늘리고, 방전되는 시간을 줄이므로 D가 증가함에 따라 출력 전압이 증가합니다.
For a duty cycle of 1/2, the output voltage is the same as the input voltage.
A duty cycle of 2/3 results in a doubling of voltage, while D = 1/3 cuts voltage in half.
1/2의 듀티 사이클은 출력 전압이 입력 전압과 동일하게 됩니다.
2/3의 듀티 사이클은 전압을 두 배로 올리고, D = 1/3은 전압을 절반으로 줄입니다.
An actual MPP tracker needs some way for the dc-to-dc converter to know the proper duty cycle to provide at any given instant.
실제 MPP 트래커는 언제나 올바른 듀티 사이클을 제공하기 위해 DC-DC 컨버터가 각 시점에서 알아야 합니다.
This can be done with a microprocessor that periodically varies the duty cycle up and down a bit while monitoring the output power to see whether any improvement can be achieved.
이는 출력 전력을 모니터링하면서 주기적으로 듀티 사이클을 약간씩 증가 또는 감소시키는 마이크로프로세서로 수행할 수 있습니다.
For a 100% efficient MPPT, the product of current and voltage (power) from the PVs is the same as the current-voltage product delivered by the MPPT to the load (Fig. 9.16).
100% 효율의 MPPT의 경우, 태양 전지로부터의 전류와 전압 (전력)의 곱은 MPPT가 부하에 전달하는 전류-전압 곱과 동일합니다(그림 9.16 참조).
One way to visualize the impact of the MPPT is to redraw the PV I –V curves using D as a parameter.
MPPT의 영향을 시각화하는 한 가지 방법은 D를 매개변수로 사용하여 PV I-V 곡선을 다시 그리는 것입니다.
For the MPPT’s output voltage and current, one goes up and the other goes down compared with the original PV I –V curve as shown in Fig. 9.17.
MPPT의 출력 전압과 전류의 경우, 원래 PV I-V 곡선과 비교하여 하나는 상승하고 다른 하나는 하강합니다(그림 9.17 참조).
9.2.5 Hourly I-V Curves
As a typical solar day progresses, ambient temperature and available insolation are constantly changing.
일반적인 태양 일이 진행됨에 따라 주변 온도와 이용 가능한 일사량이 지속적으로 변화합니다.
That means, of course, that the I –V curve for a PV array is constantly shifting and the operating point for any given load is constantly moving around as well.
이는 물론 PV 어레이의 I-V 곡선이 지속적으로 변동되고 특정 부하의 작동 지점도 지속적으로 이동한다는 것을 의미합니다.
Manufacturers provide I –V curves for various temperatures and solar intensity (e.g., Fig. 8.36), but there are times when hour-by-hour curves are helpful.
제조업체는 다양한 온도와 태양 강도에 대한 I-V 곡선을 제공하지만, 시간당 곡선이 도움이 되는 경우도 있습니다.
Over most of a PV I –V curve, current at any voltage is directly proportional to insolation.
대부분의 PV I-V 곡선에서 어떤 전압의 전류는 일사량과 직접 비례합니다.
That suggests we can simply scale the 1-sun (1000 W/m2) I –V curve by moving it up or down in proportion to the anticipated insolation.
이것은 1-sun (1000 W/m2) I-V 곡선을 예상되는 일사량에 비례하여 단순히 상향 또는 하향으로 이동시켜 조정할 수 있다는 것을 시사합니다.
This generalization is completely true for short-circuit current ISC (i.e., V = 0).
이 일반화는 단락전류 ISC(즉, V = 0)에 대해 완전히 사실입니다.
Recall, however, that open-circuit voltage VOC decreases somewhat as insolation decreases, so the simple assumption of current being proportional to insolation breaks down near VOC.
그러나 열린 회로 전압 VOC는 일사량이 감소함에 따라 다소 감소한다는 것을 기억하십시오. 따라서 전류가 일사량에 비례한다는 간단한 가정은 VOC 근처에서 무너지게 됩니다.
Under most circumstances, however, the operating voltage of a system is around the knee, or even lower, where current is very close to being proportional to insolation.
그러나 대부분의 경우 시스템의 작동 전압은 무릎 근처 또는 더 낮은 곳에 있으며, 이곳에서 전류는 일사량에 매우 근접하게 비례합니다.
Figure 9.18 illustrates this point. In it, a 1-sun I –V curve having ISC = 6 A has been drawn along with two I –V curves that would be expected if insolation happened to be 677 W/m2.
그림 9.18은 이 점을 설명합니다. 그림에서 ISC = 6 A인 1-sun I-V 곡선이 그려져 있으며, 일사량이 677 W/m2인 경우 예상되는 두 개의 I-V 곡선도 있습니다.
One of the curves uses the assumption that current is proportional to insolation, the other properly accounts for the drop in VOC as insolation decreases.
하나는 전류가 일사량에 비례한다는 가정을 사용하고, 다른 하나는 일사량이 감소함에 따른 VOC의 감소를 적절히 고려합니다.
As can be seen, there is very little difference between the 677-W/m2 curves as long as the module doesn’t operate below the knee.
보시다시피, 모듈이 무릎 아래에서 작동하지 않는 한 677-W/m2 곡선 간에는 거의 차이가 없습니다.
The simple assumption that current is proportional to insolation makes it easy to draw hour-by-hour I –V curves for clear days.
단순 가정인 전류가 일사량에 비례한다는 것은 맑은 날에 시간별 I-V 곡선을 쉽게 그릴 수 있게 합니다.
Techniques for estimating hourly insolation on clear days were presented in Chapter 7, and Appendix C has tables of values as well, so all we need to do is scale the 1-sun (1 kW/m2) I –V curve in direct proportion to those estimated hourly solar intensities.
장마철과 같은 특정 기후 조건에서 시간당 일사량을 추정하는 기술은 7장에서 제시되었으며, 추가 정보로 Appendix C에는 값의 테이블이 있습니다.
Since the 1-sun I –V curve itself depends on cell temperature, and cell temperature depends on insolation and ambient temperature, we could imagine adjusting the 1-sun reference curve on an hour-by-hour basis as well.
따라서 모든 것을 계산하기 위해 우리가 할 일은 예상된 시간당 태양광 강도에 비례하여 1-sun (1 kW/m2) I-V 곡선을 조절하는 것입니다. 1-sun I-V 곡선 자체는 셀 온도에 따라 달라지며, 셀 온도는 일사량과 주변 온도에 따라 달라집니다.
But since our purpose is to illustrate certain principles, that degree of refinement will be ignored here.
하지만 여기서는 특정 원리를 설명하는 것이 목적이므로 이 정도의 정밀도는 무시됩니다.
In Fig. 9.19, hourly PV I –V curves have been drawn using insolations corresponding to a south-facing collector in April at 40◦ latitude with tilt angle of 40◦ using clear-sky values given in Appendix C.
9.19에서는 40° 경도에 있는 4월에 남쪽을 향한 컬렉터에 해당하는 일사량을 사용하여 그린 시간별 PV I-V 곡선이 나와 있습니다. 기울기 각도는 40°이며, 이것은 Appendix C에서 제공된 맑은 하늘 값입니다.
The module is the same one used in the example in Fig. 9.18. Superimposed onto these I –V curves are example I –V curves for three different kinds of loads: a dc motor, a 12-V battery with a constant charging voltage of 13.5 V, and a maximum power point tracker (MPPT).
동일한 모듈이 9.18에서의 예와 같이 사용되었습니다. 이러한 I-V 곡선 위에는 세 가지 다른 종류의 부하에 대한 예제 I-V 곡선이 나와 있습니다: dc 모터, 13.5 V의 일정 충전 전압을 갖는 12-V 배터리, 그리고 최대 전력 추적기 (MPPT).
As can be seen, the dc motor has been well matched to the 1-sun I –V curve, but does poorly in the early morning and late afternoon. The 12-V battery is consistently somewhat below the maximum power point.
보시다시피, dc 모터는 1-sun I-V 곡선과 잘 맞지만 아침과 저녁에는 성능이 떨어집니다. 12-V 배터리는 최대 전력 점보다 항상 약간 낮습니다.
Table 9.1 provides a compilation of the hourly performance of each of these loads.
Table 9.1은 각 부하의 시간별 성능을 요약한 것입니다.
The dc motor loses about 15% of the available daily energy because it doesn’t operate at the maximum power point while the 12-V battery loses 17%.
dc 모터는 최대 전력 점에서 작동하지 않기 때문에 하루에 사용 가능한 에너지의 약 15%를 잃고 12-V 배터리는 약 17%를 잃습니다.
9.3 Grid-Connected System
Photovoltaic systems mounted on buildings are becoming increasingly popular as prices decrease and the installation infrastructure becomes increasingly mature.
건물에 부착된 태양광 시스템은 가격이 하락하고 설치 인프라가 점차 성숙해지면서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.
As shown in Fig. 9.20, the principal components in a grid-connected, homesize PV system consists of the array itself with the two leads from each string sent to a combiner box that includes blocking diodes, individual fuses for each string, and usually a lightning surge arrestor.
Fig. 9.20에 나와 있는 것처럼, 그리드에 연결된 가정용 규모의 태양광 시스템의 주요 구성 요소는 각 스트링의 두 선이 포함된 컴바이너 박스로 보내지며, 여기에는 차단 다이오드, 각 스트링마다의 개별 퓨즈 및 일반적으로 번개 서지 보호기가 포함됩니다.
Two heavy-gauge wires from the combiner box deliver dc power to a fused array disconnect switch, which allows the PVs to be completely isolated from the system.
컴바이너 박스에서 나오는 두 개의 고게이지 와이어는 퓨즈가 장착된 배열 분리 스위치로 직류 전원을 공급하며, 이를 통해 PV는 시스템에서 완전히 격리될 수 있습니다.
The inverter sends ac power, usually at 240 V, through a breaker to the utility service panel.
인버터는 브레이커를 통해 일반적으로 240V의 교류 전원을 공급하여 공공 전원 패널로 전송합니다.
By tying each end of the inverter output to opposite sides of the service panel, 120-V power is delivered to each household circuit.
인버터 출력의 각 끝을 서비스 패널의 반대쪽에 연결함으로써 120V 전원이 각 가정 회로로 전달됩니다.
Additional components not shown include the maximum power point tracker (MPPT), a ground-fault circuit interrupter (GFCI) that shuts the system down if any currents flow to ground, and circuitry to disconnect the PV system from the grid if the utility loses power.
그림에 표시되지 않은 추가 구성 요소로는 최대 전력 점 추적기 (MPPT), 만약 전류가 땅으로 흐르면 시스템을 차단하는 접지 차단 회로 차단기 (GFCI) 및 유틸리티가 전원을 잃으면 PV 시스템을 그리드로부터 분리하는 회로가 있습니다.
The system may also include a small battery bank to provide back-up power in case the grid is down.
시스템에는 그리드가 다운된 경우에 백업 전원을 제공하기 위한 작은 배터리 은행도 포함될 수 있습니다.
The inverter, some of the fuses and switches, the MPPT, GFCI, and other power management devices are usually integrated into a single power conditioning unit (PCU).
인버터, 일부 퓨즈 및 스위치, MPPT, GFCI 및 기타 전원 관리 장치는 일반적으로 단일 전원 조건 장치 (PCU)에 통합됩니다.
An alternative approach to the single inverter system shown in Fig. 9.20 is based on each PV module having its own small inverter mounted directly onto the backside of the panel.
Fig. 9.20에 나와 있는 단일 인버터 시스템의 대안적 접근 방식은 각 PV 모듈이 패널의 뒷면에 직접 부착된 작은 인버터를 가지는 것입니다.
These ac modules allow simple expansion of the system, one module at a time, as the needs or budget dictate.
이러한 교류 모듈은 시스템을 간단하게 확장할 수 있게 하여 필요에 맞게 하나의 모듈씩 추가할 수 있습니다.
Another advantage is that the connections from modules to the house distribution panel can all be done with relatively inexpensive, conventional 120- or 240-V ac switches, breakers, and wiring.
또 다른 장점은 모듈에서 집 배전 패널로의 연결을 모두 비교적 저렴한 전통적인 120V 또는 240V 교류 스위치, 브레이커 및 배선을 사용하여 수행할 수 있다는 것입니다.
Currently available module-mounted inverters are designed to work with individual 24-V modules, or with pairs of 12-V modules wired in series.
현재 사용 가능한 모듈 장착 인버터는 개별 24V 모듈 또는 직렬로 연결된 12V 모듈 쌍과 함께 작동하도록 설계되어 있습니다.
Figure 9.21 suggests how simple this approach can be.
그림 9.21은 이러한 접근 방식이 얼마나 간단한지를 보여줍니다. => String inverter 형태
For large grid-connected systems, strings of PV modules may be tied into inverters in a manner analogous to the individual inverter/module concept (Fig. 9.22a).
큰 그리드 연결 시스템의 경우, PV 모듈 스트링은 개별 인버터/모듈 개념과 유사한 방식으로 인버터에 연결될 수 있습니다 (Fig. 9.22a).
By doing so, the system is modularized, making it easier to service portions of the system without taking the full array off line.
이렇게 하면 시스템이 모듈식으로 구성되어 일부 시스템을 오프라인으로 전체로 하지 않고도 서비스하기가 쉬워집니다.
Expensive dc cabling is also minimized making the installation potentially cheaper than a large, central inverter.
비싼 직류 케이블링도 최소화되어 대규모 중앙 인버터보다 설치 비용이 더 저렴할 수 있습니다.
Large, central inverter systems providing three-phase power to the grid are also an option (Fig. 9.22b).
그리드에 3상 전원을 제공하는 대규모 중앙 인버터 시스템 또한 선택 사항입니다 (Fig. 9.22b). => Central inverter 형태
9.3.1 Interfacing with the utility
The ac output of a grid-connected PV system is fed into the main electrical distribution panel of the house, from which it can provide power to the house or put power back onto the grid as shown in Fig. 9.23.
그림 9.23에 나와 있는 것처럼 그리드에 연결된 태양광 시스템의 교류 출력은 주택의 주요 전기 배전 패널로 공급되어, 주택에 전원을 공급하거나 그리드에 전력을 공급할 수 있습니다.
In most cases, whenever the PV system delivers more power than the home needs at that moment, the electric meter runs backwards, building up a credit with the utility.
대부분의 경우, PV 시스템이 그 순간에 필요한 전력보다 더 많은 전력을 공급할 때 전기 계량기는 역방향으로 회전하여 공공 시설과의 크레딧을 쌓습니다.
At other times, when demand exceeds that supplied by the PVs, the grid provides supplementary power.
다른 경우에는 수요가 PV가 제공하는 것보다 많을 때 그리드가 보조 전원을 제공합니다.
This arrangement, in which a single electric meter runs in both directions, is called net metering since the customer’s monthly electric bill is only for that net amount of energy that the PV system is unable to supply.
이러한 배치 방식에서는 단일 전기 계량기가 양방향으로 작동하기 때문에 소비자의 월간 전기 요금은 PV 시스템이 공급하지 못하는 그 순수한 전력량에 대해서만 청구됩니다.
For an example of one version of net metering, refer back to Example 5.2 in Chapter 5.
순 계량의 한 예로는 5장의 예제 5.2를 참조하십시오.
It is also possible to use two ratcheted meters, one to measure power you sell to the grid and the other to measure power you buy back from the grid.
전력을 그리드에 판매하고 다시 그리드에서 구입한 전력을 측정하기 위해 두 개의 기어 계량기를 사용하는 것도 가능합니다.
The two-meter arrangement is not only more cumbersome, it also can mean that the customer may have to sell electricity at a wholesale price and buy it back at the utility’s more expensive retail price.
두 계량기 시스템은 더 번거로우며, 소비자가 전기를 도매 가격에 판매하고 공공 시설에서 더 비싼 소매 가격에 다시 구매해야 할 수도 있습니다.
From a PV owner’s perspective, the net metering approach is usually preferred.
PV 소유자의 관점에서는 순 계량 방식이 일반적으로 선호됩니다.
The power conditioning unit absolutely must be designed to quickly and automatically drop the PV system from the grid in the event of a utility power outage.
전력 조건 장치는 전력 공급 중단 시에 태양광 시스템을 그리드에서 빠르고 자동으로 분리하도록 반드시 설계되어야 합니다.
When there is an outage, breakers automatically isolate a section of the utility lines in which the fault has occurred, creating what is referred to as an “island.”
공급 중단이 발생하면 차단기가 고장이 발생한 전선 섹션을 자동으로 분리하여 "섬"이라 불리는 상황을 만듭니다.
A number of very serious problems may occur if, during such an outage, a self-generator, such as a grid-connected PV system, supplies power to that island.
이러한 공급 중단 기간에 자체 발전기인 그리드 연결형 태양광 시스템이 전력을 공급하면 매우 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.
Most faults are transient in nature, such as a tree branch brushing against the lines, and so utilities have automatic procedures that are designed to limit the amount of time the outage lasts.
대부분의 고장은 임시적인 성질을 가지며, 예를 들어 나무 가지가 전선에 닿는 것과 같은 것입니다. 그래서 공공 시설에서는 고장 지속 시간을 제한하기 위한 자동 절차가 있습니다.
When there is a fault, breakers trip to isolate the affected lines, and then they are automatically reclosed a few tenths of a second later.
고장이 발생하면 차단기가 고장이 발생한 전선을 분리하고, 그 후에는 수십 분의 시간 후에 자동으로 재닫힙니다.
It is hoped that in the interim the fault clears and customers are without power for just a brief moment.
그 사이에 고장이 해결되고 고객이 전력을 잠시 동안 잃게 되는 것을 기대합니다.
If that doesn’t work, the procedure is repeated with somewhat longer intervals until finally, if the fault doesn’t clear, workers are dispatched to the site to take care of the problem.
이러한 절차가 작동하지 않으면, 다음과 같이 다소 긴 간격으로 반복됩니다. 고장이 해결되지 않으면, 작업자가 문제를 해결하기 위해 현장으로 파견됩니다.
If a self-generator is still on the line during such an incident, even for less than one second, it may interfere with the automatic reclosing procedure, leading to a longer-thannecessary outage.
이러한 사고 동안에도 자체 발전기가 선 상에 여전히 있으면, 1초 미만이라도 자동 재차 닫힘 절차에 방해가 될 수 있어 과도하게 긴 공급 중단이 발생할 수 있습니다.
And if a worker attempts to fix a line that has supposedly been disconnected from all energy sources, but it is not, then a serious hazard has been created.
또한 모든 에너지 원천에서 분리되었다고 생각되는 전선을 수리하려는 작업자가, 실제로 그렇지 않다면 심각한 위험이 발생할 수 있습니다.
When a grid-connected system must provide power to its owners during a power outage, a small battery back-up system may be included.
그리드 연결 시스템이 전력 공급 중단 시에 소유자에게 전력을 공급해야 할 때, 작은 배터리 백업 시스템을 추가할 수 있습니다.
If the users really need uninterruptible power for longer periods of time, the battery system can be augmented with a generator such as has been suggested in Fig. 9.2.
사용자가 실제로 장시간에 걸쳐 중단되지 않는 전력이 필요한 경우, 배터리 시스템을 발전기와 함께 확장할 수 있습니다. 이것은 그림 9.2에서 제안된 것과 같습니다.
9.3.2 DC and AC Rated Power
Grid-connected systems consist of an array of modules and a power conditioning unit that includes an inverter to convert dc from the PVs into ac required by the grid.
그리드 연결 시스템은 모듈 배열과 전력 조건 장치로 구성되어 있습니다. 이 전력 조건 장치에는 PV에서 나오는 직류를 그리드에서 필요로 하는 교류로 변환하는 인버터가 포함되어 있습니다.
A good starting point to estimate system performance is the rated dc power output of an individual module under standard test conditions (STC)—that is, 1-sun, AM 1.5 and 25◦C cell temperature.
시스템 성능을 추정하는 좋은 시작점은 개별 모듈의 평가된 직류 출력입니다. 이는 표준 시험 조건(STC)에서의 것으로, 즉 1-태양, AM 1.5 및 25℃ 셀 온도에서의 출력입니다.
Then we can try to estimate the actual ac power output under varying conditions.
그런 다음 우리는 다양한 조건에서의 실제 교류 출력을 추정해 볼 수 있습니다.
When a PV system is put into the field, the actual ac power delivered at 1-sun, call it Pac, can be represented as the following product:
PV 시스템이 현장에 설치되면, 1-태양에서 전달되는 실제 교류 출력을 다음과 같은 곱으로 나타낼 수 있습니다:
where Pdc(STC) is the dc power of the array obtained by simply adding the individual module ratings under standard test conditions.
여기서 Pdc(STC)는 간단히 각 개별 모듈의 등급을 표준 시험 조건 하에서 더하여 얻은 배열의 직류 전력입니다.
The conversion efficiency accounts for inverter efficiency, dirty collectors, mismatched modules, and differences in ambient conditions.
변환 효율은 인버터 효율, 더러운 모듈, 불일치된 모듈 및 주변 조건의 차이를 고려합니다.
Even in full sun, the impact of these losses can easily derate the power output by 20–40%.
심지어 완전한 태양 아래에서도 이러한 손실의 영향으로 전력 출력이 20~40%까지 감소할 수 있습니다.
Consider first the impact of slight variations in I –V curves for modules in an array.
먼저, 배열 내 모듈의 I-V 곡선의 약간의 변화가 미치는 영향을 고려해 보겠습니다.
Figure 9.24 shows a simple example consisting of two mismatched 180-W modules wired in parallel.
그림 9.24는 병렬로 연결된 두 개의 불일치하는 180-W 모듈로 구성된 간단한 예제를 보여줍니다.
Their somewhat idealized I –V curves have been drawn so that one produces 180 W at 30 V and the other does so at 36 V.
이들의 다소 이상적화된 I-V 곡선은 하나는 30 V에서 180 W를 생산하고 다른 하나는 36 V에서 그렇게 합니다.
As shown, the sum of their I –V curves shows that the maximum power of the combined modules is only 330 W instead of the 360 W that would be expected if their I –V curves were identical.
표시된 대로, 그들의 I-V 곡선의 합은 결합된 모듈의 최대 전력이 동일한 경우 기대할 수 있는 360 W 대신 330 W에 불과함을 보여줍니다.
In addition, not all modules coming off the very same production line will have exactly the same rated output.
게다가, 매우 같은 생산 라인에서 나온 모든 모듈이 정확히 같은 등급의 출력을 갖지는 않을 것입니다.
Some 100-W modules may really be 103 W and others 97 W, for example.
예를 들어, 일부 100-W 모듈은 실제로 103 W이고 다른 일부는 97 W일 수 있습니다.
In other words, production tolerances can reduce array output as well.
These two module mismatch factors can easily drop the array output by several percent.
다시 말해, 생산 허용 오차도 배열 출력을 감소시킬 수 있습니다.
이 두 모듈 불일치 요소는 배열 출력을 몇 퍼센트 줄일 수 있습니다.
An even more important factor that reduces module power below the rated value is cell temperature.
등급 값 아래로 모듈 전력을 줄이는 더 중요한 요소는 셀 온도입니다.
In the field, the cells are likely to be much hotter than the 25◦C at which they are rated and we know that as temperature increases, power decreases.
현장에서 셀은 등급이 지정된 25℃보다 훨씬 더 뜨거울 가능성이 있으며, 온도가 증가함에 따라 전력이 감소한다는 것을 알고 있습니다.
To help account for the change in module power caused by elevated cell temperatures, another rating system has been evolving that is based on field tests performed as part of an extensive monitoring program called PVUSA.
셀 온도의 상승으로 인한 모듈 전력 변화를 고려하기 위해 PVUSA라는 광범위한 모니터링 프로그램의 일부로 수행된 현장 실험을 기반으로 한 다른 등급 시스템이 발전하고 있습니다.
The PVUSA test conditions (PTC) are defined as 1-sun irradiance in the plane of the array, 20◦C ambient temperature, and a wind-speed of 1 m/s.
PVUSA 테스트 조건(PTC)은 배열 평면의 1-태양 광도, 20℃ 주변 온도 및 1 m/s의 바람 속도로 정의됩니다.
The ac output of an array under PTC conditions Pac(PT C) is a much better indicator of the actual power delivered to the building in full sun than is the more commonly used Pdc(STC) .
PTC 조건에서의 배열의 교류 출력 Pac(PT C)은 보다 일반적으로 사용되는 Pdc(STC)보다 훨씬 좋은 지표이며, 풀 태양 아래에서 건물로 전달되는 실제 전력을 잘 나타냅니다.
For its PV rebate programs, California, for example, has chosen to use the PTC rating of collectors.
예를 들어, 캘리포니아는 PV 할인 프로그램에 대해 수용자의 PV 인버터의 효율을 선택했습니다.
Finally there is the efficiency of the inverter itself, which varies depending on the load, as is suggested in Fig. 9.25. Good grid-connect inverters have efficiencies above 90% when operating at all but very low loads.
마지막으로, 인버터 자체의 효율은 부하에 따라 달라지며, 그것이 그림 9.25에서 제안하는 것처럼 매우 낮은 부하를 제외하고는 90% 이상입니다.
PV systems have been traditionally described in terms of their dc output under standard test conditions.
태양광 시스템은 전통적으로 표준 시험 조건 하의 직류 출력을 기준으로 설명되었습니다.
In the above example, the system would likely be sold as a “1-kW system.”
위의 예에서 시스템은 "1-kW 시스템"으로 판매될 것으로 예상됩니다.
But in that example the array will deliver only 72% of that as ac power to the load under the much more realistic PTC conditions.
그러나 그 예에서 배열은 훨씬 현실적인 PTC 조건에서로드로의 교류 전력으로만 그것의 72%를 전달합니다.
It should probably be called a 0.72-kW(ac) system.
아마도 그것은 0.72-kW(ac) 시스템으로 불릴 것입니다.
And in fact studies of real systems in the field under PTC conditions suggest that the ratio of Pac(PT C) to Pdc(ST C) may be lower still.
실제로 PTC 조건 하의 현장 시스템에 대한 연구들은 Pac(PT C) 대비 Pdc(ST C)의 비율이 더 낮을 수 있음을 시사합니다.
Scheuermann et al. (2002) measured 19 PV systems in California and found the ratio to be between 53% and 70%.
Scheuermann 등(2002)은 캘리포니아의 19개의 PV 시스템을 측정하여 그 비율이 53%에서 70% 사이에 있음을 발견했습니다.
Whether the ac PTC rating system will be adopted as the standard remains to be seen.
교류 PTC 등급 시스템이 표준으로 채택될 것인지 여부는 앞으로의 시간이 보여줄 것입니다.
It is much more realistic than the usual STC rating, but it has the disadvantage of being less easy to define since it depends on the specific inverter that has been chosen.
이것은 보통의 STC 등급보다 훨씬 현실적이지만, 선택된 특정 인버터에 따라 달라질 수 있기 때문에 정의하기가 덜 쉽습니다.
In the meantime, it should be clear that describing a system based on its dc performance under STC without also including corrections for temperature and inverter is misleading.
한편, 표준 STC에 따른 시스템 설명에 온도 및 인버터에 대한 보정을 포함하지 않으면 오해를 불러일으킵니다.
Even the PTC system is crude since it too is based on arbitrary ambient conditions.
심지어 PTC 시스템도 임의의 주변 조건을 기반으로 하기 때문에 조잡합니다.
In cold climates, for example, where PVs perform better, the PTC would underestimate energy delivered, and in hot climates the opposite would occur.
예를 들어, PV가 더 잘 작동하는 추운 기후에서는 PTC가 전달되는 에너지를 과소 평가하고, 더운 기후에서는 반대의 경우가 발생할 것입니다.
9.3.3 The "Peak-Hours" Approach to Estimating PV Performance