KR102673226B1 - An uninterruptible photovoltaic power generation system I-V curve measurement method and system using a parallel capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 장치를 통해 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성을 최적화된 방식으로 지속적으로 정확하게 측정하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible solar power generation system I-V curve measurement system using a parallel capacitor. More specifically, the voltage and current characteristics of the solar power generation module are continuously measured in an optimized manner through the I-V curve measurement device of the solar power generation system. This is about an uninterruptible solar power generation system I-V curve measurement system using parallel capacitors that accurately measures .
Description
본 발명은 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 장치를 통해 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성을 최적화된 방식으로 지속적으로 정확하게 측정하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an uninterruptible solar power generation system I-V curve measurement system using a parallel capacitor. More specifically, the voltage and current characteristics of the solar power generation module are continuously measured in an optimized manner through the I-V curve measurement device of the solar power generation system. This is about an uninterruptible solar power generation system I-V curve measurement system using parallel capacitors that accurately measures .
일반적으로, I-V Curve를 측정하기 위해서는 PV의 전압을 개방전압(V)까지 상승시켜야 한다.
PV의 전압을 개방전압까지 상승시킬 경우, PV 시스템의 전류는 Zero 가 되어 부하에 전력공급이 중단된다.
도 1은 기존의 커패시터를 이용하여 I-V Curve를 측정하는 방법을 나타내고 있다.
도 2는 커패시터를 이용한 I-V Curve 측정 결과를 보여주고 있다.
태양광 발전 시스템에서 I-V 곡선 측정을 위해 전압을 개방 전압까지 상승시키는 전통적인 방법은 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
전통적인 방법은 PV 시스템의 전압을 개방 전압까지 상승시킬 때, 전류가 0이 되어 부하에 대한 전력 공급을 중단시킨다.
그러나, 전력 공급 중단은 연속적인 전력 공급이 필요한 시스템에서 큰 문제가 된다.
따라서, PV 발전소가 오프라인 상태가 아닐 때도 I-V 곡선을 요청에 따라 제공할 수 있는 온라인 I-V 추적기를 도입하여, 측정 과정 중에도 부하의 전력 요구를 충족시키기 위해 커패시터에 저장된 에너지를 사용할 필요가 있고, 이는 I-V 곡선을 정확하게 기록하면서도 발전소의 온라인 상태를 유지할 수 있게 할 필요가 발생하였다.
Generally, to measure the IV Curve, the PV voltage must be raised to the open-circuit voltage (V).
When the voltage of the PV is raised to the open-circuit voltage, the current of the PV system becomes zero and power supply to the load is stopped.
Figure 1 shows a method of measuring IV Curve using an existing capacitor.
Figure 2 shows the results of IV Curve measurement using a capacitor.
The traditional method of increasing the voltage to the open-circuit voltage to measure the IV curve in solar power systems has several problems.
The traditional method is to increase the voltage of the PV system to the open-circuit voltage, which causes the current to become zero and stop powering the load.
However, power interruption is a major problem in systems that require continuous power supply.
Therefore, it is necessary to introduce an online IV tracker that can provide IV curves on demand even when the PV plant is not offline, using the energy stored in the capacitor to meet the power demand of the load even during the measurement process, which There was a need to accurately record curves while still maintaining the power plant's online status.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 장치는 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성을 최적화된 방식으로 정확하게 측정하고, 이를 통해 태양광 시스템의 효율적이고 정밀한 성능 평가를 가능하게 하며, 동시에 시스템 운영 중에도 지속적인 전력 공급을 유지하여 연속적인 성능 모니터링을 제공하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention was created to improve the above-mentioned problems, and the I-V curve measuring device of the solar power generation system accurately measures the voltage and current characteristics of the solar power generation module in an optimized manner, thereby improving the efficiency and efficiency of the solar power system. The purpose is to provide an uninterruptible solar power generation system I-V curve measurement system using parallel capacitors that enables precise performance evaluation and at the same time provides continuous performance monitoring by maintaining continuous power supply during system operation.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선을 측정하는 장치에 있어서, a) 태양광 발전 모듈(Photovoltaic, PV)의 전압을 개방 회로 전압까지 상승시키는 전압 조절 수단; b) 상기 PV 모듈과 연결되어 상기 전압 조절 수단에 의해 상승된 전압 하에서 PV 모듈의 전류를 0으로 유지하며 I-V 곡선을 측정하는 병렬 커패시터 측정부; c) 상기 병렬 커패시터 측정부가 포함하는, 적어도 하나 이상의 커패시터를 통해 부하에 지속적인 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급 커패시터; d) 상기 전력 공급 커패시터에서, 상기 전력 공급 커패시터의 크기가 PV 모듈의 전압과 전류 특성에 따라 조정되어 I-V 곡선 측정 중에도 부하에 대한 전력 공급이 중단되지 않도록 하는 전력공급 조정부;를 포함한다.
상기 전력 공급 커패시터의 크기가 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수(τ = C·R)에 기반하여 조정된다.
상기 병렬 커패시터 구성에는 두 개 이상의 커패시터가 포함되며, 이들 중 적어도 하나가 전력 공급 커패시터로 사용된다.
상기 병렬 커패시터 구성이 PV 모듈의 개방 회로 전압 측정 중에도 전압과 전류 특성을 정확하게 측정한다.
본 발명은 태양광 발전 시스템이 운영 중일 때에도 전력 공급으로 전압을 공급할 수 있는 전압공급 수단; 상기 전압공급 수단의 공급을 통해 태양광 발전 시스템의 개방 전압까지 상승시키는 개방전압 상승 수단; 상기 태양광 발전 시스템의 전류가 제로가 되어도 부하에 전력공급이 중단되지 않아서, 병렬로 연결된 커패시터를 사용하여 I-V 커브를 측정하는 커브 측정 수단; 상기 커패시터의 전압은 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전되어져, 태양광 발전 시스템의 전압 및 전류 특성을 측정할 수 있는 전압 및 전류 특성 측정 수단;을 포함한다.
상기 전력 공급 커패시터의 크기가 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수(τ = C·R)에 기반하여 조정되고, 상기 병렬 커패시터 구성에는 두 개 이상의 커패시터가 포함되며, 이들 중 적어도 하나가 전력 공급 커패시터로 사용되며, 상기 병렬 커패시터 구성이 PV 모듈의 개방 회로 전압 측정 중에도 전압과 전류 특성을 정확하게 측정한다.
본 발명은 병렬 커패시터를 이용한 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 장치;는, 복수의 태양광 패널; 상기 각 태양광 패널의 전압 및 전류 특성에 따른 I-V 커브를 측정하기 위해 2개 이상의 커패시터를 포함하는 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 회로;를 포함한다.
본 발명은 태양광 패널의 I-V 특성을 측정하기 위해, 태양광 패널의 전압을 개방전압까지 상승시키는 단계; 상기 상승된 전압 하에서 태양광 패널의 전류가 영이 될 때까지 부하에 전력을 공급하는 단계; 및 상기 태양광 패널의 전압과 전류 특성에 따른 I-V 커브를 측정하는 단계;를 포함하며, 상기 전력 공급 단계는 하나 이상의 커패시터를 병렬로 연결하여 상기 태양광 패널에 연결하고, 상기 커패시터는 상기 태양광 패널의 전압 상승에 따라 충전되며, 상기 태양광 패널의 전압이 영에 가까워질 때 상기 커패시터는 방전되어 상기 부하에 지속적으로 전력을 공급하며, 상기 태양광 발전 시스템의 I-V 커브를 측정하는 방법으로서, 태양광 패널의 전압을 개방 전압까지 상승시키는 단계; 태양광 패널의 전압 상승 중, 전류가 제로가 되는 시점에서 부하에 전력 공급을 중단하지 않기 위한 병렬 커패시터 구성을 이용하는 단계; 상기 병렬 커패시터를 통해 태양광 패널의 I-V 커브를 측정하면서 동시에 부하에 지속적으로 전력을 공급하는 단계; 커패시터의 전압이 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전되는 과정을 이용하여 태양광 패널의 전압 및 전류 특성을 측정하는 단계;를 포함한다.
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a device for measuring the IV curve of a solar power generation system, a) increasing the voltage of the photovoltaic module (Photovoltaic, PV) to the open circuit voltage. means for voltage regulation; b) a parallel capacitor measuring unit connected to the PV module and measuring the IV curve while maintaining the current of the PV module at 0 under the voltage raised by the voltage adjustment means; c) a power supply capacitor configured to continuously supply power to a load through at least one capacitor, including the parallel capacitor measuring unit; d) In the power supply capacitor, a power supply adjustment unit that adjusts the size of the power supply capacitor according to the voltage and current characteristics of the PV module to prevent power supply to the load from being interrupted even during IV curve measurement.
The size of the power supply capacitor is adjusted based on the RC time constant (τ = C·R) of the solar power module.
The parallel capacitor configuration includes two or more capacitors, at least one of which is used as a power supply capacitor.
The parallel capacitor configuration accurately measures voltage and current characteristics even during open-circuit voltage measurements of PV modules.
The present invention provides a voltage supply means capable of supplying voltage by power supply even when the solar power generation system is in operation; an open-circuit voltage increasing means for increasing the open-circuit voltage of the solar power generation system through the supply of the voltage supply means; Curve measuring means for measuring the IV curve using capacitors connected in parallel so that power supply to the load is not interrupted even when the current of the solar power generation system becomes zero; The voltage of the capacitor is charged and discharged according to the RC time constant, and voltage and current characteristics measuring means for measuring the voltage and current characteristics of the solar power generation system.
The size of the power supply capacitor is adjusted based on the RC time constant (τ = C·R) of the solar power module, and the parallel capacitor configuration includes two or more capacitors, at least one of which serves as the power supply capacitor. When used, the parallel capacitor configuration accurately measures voltage and current characteristics even during open-circuit voltage measurements of PV modules.
The present invention is an IV curve measuring device for a solar power generation system using a parallel capacitor; a plurality of solar panels; It includes an IV curve measurement circuit of a solar power generation system that includes two or more capacitors to measure the IV curve according to the voltage and current characteristics of each solar panel.
In order to measure the IV characteristics of a solar panel, the present invention includes the steps of increasing the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage; supplying power to a load until the current of the solar panel becomes zero under the increased voltage; and measuring an IV curve according to the voltage and current characteristics of the solar panel, wherein the power supply step connects one or more capacitors in parallel to the solar panel, and the capacitor is connected to the solar panel. It is charged as the voltage of the panel increases, and when the voltage of the solar panel approaches zero, the capacitor is discharged to continuously supply power to the load. A method of measuring the IV curve of the solar power generation system, Raising the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage; Using a parallel capacitor configuration to not stop supplying power to the load when the current becomes zero while the voltage of the solar panel is rising; Continuously supplying power to the load while simultaneously measuring the IV curve of the solar panel through the parallel capacitor; It includes measuring the voltage and current characteristics of the solar panel using a process in which the voltage of the capacitor is charged and discharged according to the RC time constant.
본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 발전 모듈의 전압을 개방 회로 전압까지 상승시키고, I-V 곡선 측정 시 전류를 0으로 유지함으로써, 태양광 발전 시스템의 효율적이고 정확한 성능 평가를 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수에 기반하여 전력 공급 커패시터의 크기를 조정함으로써, 태양광 시스템의 전압 및 전류 특성에 최적화된 I-V 곡선 측정을 실현한다.
또한, 2개 이상 또는 여러 커패시터를 포함하고, 이 중 적어도 하나를 전력 공급 커패시터로 사용함으로써, 태양광 발전 시스템의 다양한 조건에서도 안정적으로 I-V 곡선을 측정할 수 있다.
또한, 병렬 커패시터 구성을 통해 개방 회로 전압 측정 중에도 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성을 정확하게 측정함으로써, 더욱 정밀한 성능 평가가 가능하다.
또한, 태양광 발전 시스템이 운영 중일 때에도 전력 공급의 중단 없이 I-V 곡선을 측정할 수 있어, 연속적이고 효율적인 성능 모니터링을 제공한다.
또한, 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수에 기반한 전력 공급 커패시터의 조정과 복수의 커패시터 사용을 통해, 더욱 정밀하고 안정적인 I-V 곡선 측정이 가능하다.
또한, 복수의 태양광 패널과 연동하여 I-V 커브 측정이 가능함으로써, 대규모 태양광 발전 시스템의 성능을 효과적으로 평가할 수 있다.
또한, 태양광 패널의 전압을 개방 전압까지 상승시키고, 병렬 커패시터를 통해 전력 공급을 유지하며 I-V 커브를 측정함으로써, 태양광 발전 시스템의 성능을 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the voltage of the solar power generation module is increased to the open circuit voltage and the current is maintained at 0 when measuring the IV curve, thereby enabling efficient and accurate performance evaluation of the solar power generation system.
In addition, according to one embodiment of the present invention, the size of the power supply capacitor is adjusted based on the RC time constant of the solar power module, thereby realizing IV curve measurement optimized for the voltage and current characteristics of the solar power system.
Additionally, by including two or more capacitors and using at least one of them as a power supply capacitor, the IV curve can be measured stably even under various conditions of the solar power generation system.
In addition, the parallel capacitor configuration allows for more precise performance evaluation by accurately measuring the voltage and current characteristics of the solar power module even during open-circuit voltage measurement.
Additionally, the IV curve can be measured without interruption of power supply even when the solar power generation system is in operation, providing continuous and efficient performance monitoring.
In addition, more precise and stable IV curve measurement is possible through adjustment of the power supply capacitor based on the RC time constant of the solar power module and use of multiple capacitors.
In addition, by linking IV curves with multiple solar panels, the performance of large-scale solar power generation systems can be effectively evaluated.
In addition, the performance of the solar power generation system can be accurately monitored in real time by increasing the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage, maintaining power supply through a parallel capacitor, and measuring the IV curve.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터을 이용한 I-V curve 측정 방법에 따른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터를 이용한 I-V Curve 측정 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PV 저항 특성을 개략적으로 나타내는 그래프 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 C1=C2 일 때, 전압 및 전류 특성을 보여주는 그래프 도면이다.
도 6은 부하에 전력을 공급하기 위한 C2의 크기를 증가시켰을 때 전압 및 전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 커패시터을 이용한 I-V Curve 측정 결과 비교 그래프를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9와 도 10은 커패시터를 이용한 온라인 I-V 측정 블록도, 회로도를 보여주는 도면이다.
도 11은 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템를 방법을 나타내는 플로챠트이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the configuration of an IV curve measurement method using a capacitor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing the results of IV Curve measurement using a capacitor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of an IV curve measurement system for an uninterruptible solar power generation system using a parallel capacitor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graphical diagram schematically showing PV resistance characteristics according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing voltage and current characteristics when C 1 =C 2 according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing voltage and current characteristics when the size of C 2 for supplying power to a load is increased.
Figure 7 is a diagram showing a comparison graph of IV Curve measurement results using a capacitor.
Figure 8 is a diagram showing the configuration of an IV curve measurement system for an uninterruptible solar power generation system using a parallel capacitor according to another embodiment of the present invention.
Figures 9 and 10 are diagrams showing a block diagram and circuit diagram of online IV measurement using a capacitor.
Figure 11 is a flow chart showing a method for measuring the IV curve of an uninterruptible solar power generation system using a parallel capacitor.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 3은 커패시터를 이용한 온라인 I-V 측정: (a) 회로도, (b) PSIM 회로를 나타낸다.
도 3의 전압 조절 수단(110)은 태양광 발전 모듈(PV)의 전압을 개방 회로 전압(Voc)까지 상승시키는 역할을 한다. 이 장치는 PV 모듈의 최대 전압 한계까지 전압을 안전하게 증가시키는 기능을 수행한다.
병렬 커패시터 측정부(120)는 PV 모듈과 연결되어 있으며, 전압 조절 수단에 의해 상승된 전압 하에서 PV 모듈의 전류를 0으로 유지한다.
본 발명은 이 과정에서 I-V 곡선을 측정한다.
따라서 병렬 커패시터 측정부(120)는 PV 모듈의 전기적 특성을 정확하게 파악하는 데 중요한 역할을 한다.
전력 공급 커패시터(130)는 병렬 커패시터 측정부에 포함되며, 적어도 하나 이상의 커패시터를 통해 부하에 지속적인 전력을 공급하는 구성이다. 이 커패시터는 시스템의 안정성을 유지하고, 전력 공급의 연속성을 보장한다.
전력공급 조정부(140)는 전력 공급 커패시터의 크기를 PV 모듈의 전압과 전류 특성에 따라 조정한다. 이를 통해 I-V 곡선 측정 중에도 부하에 대한 전력 공급이 중단되지 않도록 한다. 이 구성 요소는 시스템의 효율성과 안정성을 향상시키는 데 기여한다.
덧붙여, 전력 공급 커패시터의 크기가 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수(τ = C·R)에 기반하여 조정되는 것을 특징으로 한다. 이는 시스템의 반응 시간과 효율성을 최적화하는 데 중요하다.
병렬 커패시터 구성에는 두 개 이상의 커패시터가 포함되며, 이들 중 적어도 하나가 전력 공급 커패시터로 사용된다.
상기 병렬 커패시터 구성이 PV 모듈의 개방 회로 전압(Voc) 측정 중에도 전압과 전류 특성을 정확하게 측정하도록 한다. 이는 시스템의 정확성과 신뢰성을 높인다.
본 발명에서 태양광 발전 시스템이 운영 중일 때에도 전력 공급의 중단 없이 I-V 커브를 측정할 수 있는 다양한 수단들을 포함한다. 이러한 수단들은 태양광 발전 시스템의 실시간 모니터링과 효율적인 관리를 가능하게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PV 저항 특성을 개략적으로 나타내는 그래프 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 C1 = C2 일 때, 전압 및 전류 특성을 보여주는 그래프 도면이며, 도 6은 부하에 전력을 공급하기 위한 C2의 크기를 증가시켰을 때 전압 및 전류 특성을 나타내는 도면이고, 도 7은 커패시터을 이용한 I-V Curve 측정 결과 비교 그래프를 보여주는 도면이다.
구체적으로 살펴보면, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 I-V curve를 측정하는 동안 부하의 전력공급이 중단되지 않는 온라인 I-V Curve 측정 방법을 나타내고 있다.
I-V Curve를 측정하기 위한 커패시터(C1)와 부하에 전력을 공급하기 위한 커패시터(C2)로 구성된다.
커패시터의 전압은 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전한다.
I-V Curve를 측정할 때, C만 연결되므로, 이때 저항은 PV 전압과 전류에 의한 저항값을 사용한다.
(여기에서, Rpv: 태양광 발전 시스템(PV 시스템)의 저항, Vpv: 태양광 패널의 전압, Ipv: 태양광 패널의 전류)
PV의 전압과 전류 특성에서 전압이 개방전압에 가까워질 때, 전류는 Zero가 되므로, 도 4와 같이 PV 저항은 급격하게 증가하는 특성을 가진다.
도 4의 PV 저항 특성에 따라 도 5와 같이 PV 전압 및 전류 특성에 따라 I-V Curve를 측정하기 위한 커패시터의 전압의 변화가 지연되는 특성이 있으므로, C1과 C2의 크기를 같게 할 경우, I-V Curve를 측정하는 동안 부하에 전력을 공급하기 위한 C의 전압이 대부분 방전되어, 결국 부하의 전력공급이 중단될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, Single 커패시터을 이용한 결과와 Parallel 커패시터을 이용한 I-V Curve가 같게 나타나고 있다.
따라서, C의 크기를 증가시킬 경우 부하의 전력공급이 중단되지 않고 I-V Curve 를 측정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, (a) Single 커패시터을 이용한 I-V Curve 및 (b) Parallel 커패시터를 이용한 I-V Curve의 측정 결과를 비교할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 장치는 다음과 같은 네 가지 주요 구성 요소를 포함하고 있다.
전압공급 수단(510)은 태양광 발전 시스템이 평상시 운영 중일 때 전압을 공급받는다.
개방전압 상승 수단(520)은 전압공급 수단(510)의 전압을 바탕으로 태양광 발전 시스템의 개방 전압까지 상승시킨다. 이 과정은 태양광 발전 시스템의 최대 전압 한계를 안전하게 확장하며, 전압 변동에 빠르게 반응하여 시스템의 효율성을 증가시킨다.
커브 측정 수단(530)은 태양광 발전 시스템의 전류가 제로가 되어도 부하에 전력공급이 중단되지 않도록 설계되어 있다. 이는 병렬로 연결된 커패시터를 사용하여 I-V 커브를 측정한다. 이 커패시터들은 전압 변동에 따라 충전되거나 방전되어, 태양광 발전 시스템의 연속적인 작동을 유지한다.
전압 및 전류 특성 측정 수단(540)은 커패시터의 전압이 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전되면서 태양광 발전 시스템의 전압 및 전류 특성을 측정한다. 이 과정은 태양광 발전 시스템의 효율적인 관리와 성능 최적화에 필수적이다.
따라서, 이러한 구성 요소들은 서로 긴밀하게 연결되어 있으며, 각각의 기능이 태양광 발전 시스템의 전체적인 효율성과 성능을 향상시키는 데 기여한다. 이 장치는 태양광 발전 시스템의 운영 중에도 정확한 I-V 커브 측정을 가능하게 하며, 이를 통해 시스템의 성능을 실시간으로 모니터링하고 최적화할 수 있다.
도 9와 도 10을 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 회로를 설명한다.
본 발명에 따른 병렬 커패시터를 이용한 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 장치는, 복수의 태양광 패널(710); 상기 각 태양광 패널의 전압 및 전류 특성에 따른 I-V 커브를 측정하기 위해 2개 이상의 커패시터를 포함하는 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 회로(720); 상기 I-V 커브 측정 회로는 상기 커패시터들을 통해 태양광 패널의 전압과 전류 특성을 측정하는 동안 상기 커패시터들은 병렬로 연결되어 있으며, 태양광 발전시스템의 작동 중에도 상기 커패시터들에 의한 I-V 커브의 측정을 가능하게 하며, 이를 통해 발전시스템의 정전 없이 I-V 커브 측정이 가능하다.
태양광 패널(710)은 발전시스템의 핵심 부품이다. 태양광 패널은 태양으로부터 빛 에너지를 받아 전기 에너지로 변환한다. 여기서 중요한 점은 각 패널의 효율성과 안정성이다.
태양광 패널의 전압 및 전류 특성은 I-V(전류-전압) 커브로 표현되며, 이는 태양광 패널의 성능을 나타내는 중요한 지표다.
I-V 커브 측정 회로(720)는 복수의 태양광 패널의 전압 및 전류 특성을 측정하기 위해 설계되었다.
본 발명의 핵심은 여기에 포함된 2개의 커패시터가 바람직하다.
2개 또는 복수의 커패시터들은 태양광 패널의 전압과 전류 특성을 정밀하게 측정하는 데 핵심적인 역할을 한다. 커패시터들은 패널로부터 나오는 전류의 변화를 임시로 저장하고, 이를 통해 정확한 I-V 커브를 그릴 수 있게 해준다.
따라서, 태양광 패널은 전기를 생산하고, I-V 커브 측정 회로는 이 전기의 특성을 정확하게 측정한다.
예를 들어 도 10(a)는 본 발명에 따른 온라인 I-V 트레이서 회로를 보여준다. 이는 주로 네 개의 스위치 S1부터 S4와 두 개의 커패시터 C1, C2로 구성되어 있다.
본 발명은 470μF 커패시터를 선택했다. VPV는 PV 패널 측 DC 전압 버스이다. Z₁은 하류에 있는 어떤 부하도 될 수 있다.
RB1, SB1과 RB2, SB2는 커패시터 C1과 C2에 남아 있는 잔류 전하를 제거하기 위한 방전 경로들이다 R상기 방전 경로들은 트레이서의 특정 운영 상태 동안 활성화된다. 스위치 S1부터 S4는 N 채널 향상 모드 MOSFET로 구현되어 단방향 스위치로 작용한다.
상단 게이트 드라이브 요구 사항은 별도의 격리된 DC 버스와 옵토 커플러 기반 게이트 드라이브 회로로 충족된다.
측정되는 매개변수는 커패시터 전류 ic1, ic2, 패널 전압 Vpv 및 부하 전압 VL이다.
전류 ic1, ic2는 전류 감지 저항기, 신호 조절을 위한 아날로그 프론트 엔드, SAR ADC를 사용하여 측정된다.
마이크로컨트롤러는 필요한 게이트 드라이브 신호를 생성하고 측정된 매개변수를 기록하도록 프로그래밍된다.
트레이스 중에 패널 전압이 제로로 떨어진다. DC 전원 버스는 트레이스 중에 회로를 구동하기 위한 충분한 버퍼 커패시턴스를 가진다.
즉, 일측이 I-V 트레이스를 수행하는 동안 타측은 부하의 전력 요구를 충족시킨다.
도 10을 참고하여 구체적으로 설명하면, 본 발명은 태양 전지 패널의 I-V 특성을 측정하는 온라인 I-V 트레이서에 관한 것이다. 이 시스템은 여러 구성 요소들이 복잡하게 상호 작용하여 태양 전지 패널의 효율성과 기능성을 극대화한다. 각 구성 요소와 그들이 어떻게 전체 시스템을 형성하는지 자세히 살펴본다.
태양 전지 패널 측면의 DC 전압 버스(VPV)는 태양 전지 패널의 출력 전압을 제공한다. 태양광이 태양 전지 패널에 닿으면 전기 에너지로 변환되어 DC 전압 버스(VPV)를 통해 전달된다.
하류 부하(ZL)는 태양 전지 패널의 출력 전압을 소비하는 부하이다. 이는 전압이 실제로 사용되는 곳을 의미한다.
캐패시터(C₁, C₂)는 DC 전압 버스(VPV)의 전압을 저장한다. 캐패시터는 전압의 일시적인 변동을 완화하고, 부하에 안정적인 전원 공급을 돕는다.
스위치(S₁, S₂)는 캐패시터의 전압을 하류 부하(ZL)에 스위칭하여 전달한다. 이 스위치들은 전압을 필요한 시점에 정확하게 전달하기 위해 사용된다.
전류 측정 저항(R)은 캐패시터를 통해 흐르는 전류를 측정한다. 이를 통해 태양 전지 패널의 I-V 특성을 파악할 수 있다.
추가로 결합이 가능한 아날로그 프론트 엔드(AFE)는 전류 측정 저항의 출력을 증폭한다. 이는 미세한 전류 변화도 정확하게 측정할 수 있게 해준다.
SAR ADC는 아날로그 프론트 엔드의 출력을 디지털 신호로 변환한다. 이는 마이크로컨트롤러(미도시)가 처리할 수 있는 형태로 데이터를 변환한다.
마이크로컨트롤러는 SAR ADC의 출력을 사용하여 태양 전지 패널의 I-V 특성을 측정한다. 이는 측정 데이터를 처리하고, 필요한 계산을 수행한다.
예를 들어, 태양 전지 패널에서 발생한 전압은 DC 전압 버스를 통해 캐패시터에 저장되고, 스위치를 통해 하류 부하에 전달된다.
전류 측정 저항은 이 전류의 양을 측정하고, 아날로그 프론트 엔드와 SAR ADC를 거쳐 마이크로컨트롤러로 전달된다. 마이크로컨트롤러는 이 데이터를 분석하여 태양 전지 패널의 I-V 특성을 파악한다.
이러한 방식으로, 본 발명은 태양 전지 패널의 I-V 특성을 정확하고 신뢰성 있게 측정할 수 있는 효과가 있다. 이는 태양 전지 패널의 최적 작동 조건을 설정할 수 있다.
이하 도 11을 참고하여 본 발명의 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템를 이용한 방법에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 방법은 태양광 패널의 I-V(전류-전압) 특성을 측정하면서 동시에 부하에 지속적으로 전력을 공급하는 과정을 포함한다. 이 방법은 크게 3 단계로 나눌 수 있다.
태양광 패널의 전압 상승 단계(S810)는 태양광 패널의 전압을 개방 전압까지 상승시킨다. 개방 전압이란 부하가 연결되지 않았을 때의 패널의 최대 전압을 의미한다. 이 단계는 패널이 최대 전압에서 어떻게 작동하는지 관찰하기 위해 필요하다.
전력 공급 단계(S820)는 태양광 패널의 전압이 상승된 상태에서, 패널의 전류가 영(zero)이 될 때까지 부하에 전력을 공급한다. 일반적으로 태양광 패널의 전압이 높아질수록 전류는 감소한다. 이 단계는 태양광 패널이 전압의 변화에 따라 어떻게 전력을 공급하는지 측정하기 위한 것이다.
I-V 커브 측정 단계(S830)에서는 태양광 패널의 전압과 전류 특성에 따라 I-V 커브를 측정한다. I-V 커브는 패널의 전기적 성능을 나타내는 중요한 그래프다.
실시예
태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 장치는 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성을 최적화된 방식으로 정확하게 측정하고, 이를 통해 태양광 시스템의 효율적이고 정밀한 성능 평가를 가능하게 하며, 동시에 시스템 운영 중에도 지속적인 전력 공급을 유지하여 연속적인 성능 모니터링을 제공하기 위해, 비례 제어 기능을 사용할 수 있다.
비례 제어 기능은 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정에 있어 매우 중요한 역할을 한다. 이 시스템은 입력에 대한 출력의 직접적인 조정을 통해 최적의 작동 조건을 유지한다. 이 기능은 시스템의 안정성과 효율성을 개선하는데 중요하다. 이를 위해 비례 제어 기능을 구체적으로 살펴보자.
비례 제어 기능의 기본 원리에서 비례 제어는 입력 신호(목표 값)와 실제 출력 간의 차이(오차)에 비례하여 제어 신호를 생성한다. 이는 시스템이 목표 값에 가까워질수록 제어 신호가 감소하도록 한다.
따라서, 시스템은 현재 상태를 지속적으로 모니터링하고, 설정된 목표 값과의 차이(오차)를 계산한다. 계산된 오차는 비례 계수(P)에 곱해져 PV 모듈의 전압을 효과적으로 조절하는 제어 신호로 변환된다.
비례 계수(P)는 비례 제어의 핵심 요소로, 오차 신호가 제어 신호로 변환되는 강도를 결정한다. 높은 비례 계수는 더 강한 제어 신호를 의미하며, 시스템의 응답을 민감하게 만든다.
실시예로서 실제 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정에서의 적용하기 위해, 태양광 발전 모듈의 I-V 곡선 측정을 위해 목표 전압(예: 개방 회로 전압 Voc)을 설정한다.
그리고, PV 모듈의 실시간 전압을 지속적으로 모니터링하고, 설정된 목표 전압과의 차이를 계산한다.
또한, 계산된 오차는 비례 계수와 곱해져 PV 모듈의 전압 조절 장치에 전달되는 제어 신호로 변환된다. 이 제어 신호는 PV 모듈의 전압을 조절하여 목표 전압에 가깝게 유지한다.
비례 제어는 전력 공급 커패시터의 충전 및 방전을 조절하여 부하에 지속적인 전력 공급을 보장한다. PV 모듈의 전압이 목표에 도달함에 따라, 커패시터의 충전 상태가 조절되어 부하에 안정적인 전력을 공급하며, I-V 곡선 측정이 중단되지 않도록 한다.
따라서, 비례 제어 기능은 태양광 발전 시스템의 I-V 곡선 측정 과정에서 핵심적인 역할을 수행한다. 이는 PV 모듈의 전압을 효과적으로 조절하고, 전력 공급의 연속성을 보장함으로써, 측정 과정의 정확성과 안정성을 높인다. 이 과정은 각 구성 요소가 서로 유기적으로 연결되어 시스템의 전체적인 효율성과 성능을 개선한다.The present invention as described above will be described in detail through the attached drawings and examples.
It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention, unless specifically defined in a different sense in the present invention, should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains, and are not overly comprehensive. It should not be interpreted in a literal or excessively reduced sense. Additionally, if the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the idea of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be correctly understood by a person skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted according to the definition in the dictionary or according to the context, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.
Additionally, as used in the present invention, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as “consists of” or “comprises” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the invention, and some of the components or steps are included. It may not be possible, or it should be interpreted as including additional components or steps.
Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings, but identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.
Additionally, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, it should be noted that the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the attached drawings.
Figure 3 shows online IV measurement using a capacitor: (a) circuit diagram, (b) PSIM circuit.
The voltage adjusting means 110 of FIG. 3 serves to increase the voltage of the solar power module (PV) to the open circuit voltage (V oc ). The function of this device is to safely increase the voltage up to the maximum voltage limit of the PV module.
The parallel capacitor measuring unit 120 is connected to the PV module and maintains the current of the PV module at 0 under the voltage raised by the voltage adjustment means.
The present invention measures the IV curve in this process.
Therefore, the parallel capacitor measuring unit 120 plays an important role in accurately determining the electrical characteristics of the PV module.
The power supply capacitor 130 is included in the parallel capacitor measurement unit and is configured to continuously supply power to the load through at least one capacitor. This capacitor maintains system stability and ensures continuity of power supply.
The power supply adjustment unit 140 adjusts the size of the power supply capacitor according to the voltage and current characteristics of the PV module. This ensures that power supply to the load is not interrupted even during IV curve measurement. These components contribute to improving the efficiency and stability of the system.
Additionally, the size of the power supply capacitor is adjusted based on the RC time constant (τ = C·R) of the solar power module. This is important to optimize the response time and efficiency of the system.
A parallel capacitor configuration includes two or more capacitors, at least one of which serves as the power supply capacitor.
The parallel capacitor configuration allows accurate measurement of voltage and current characteristics even during open circuit voltage (V oc ) measurement of the PV module. This increases the accuracy and reliability of the system.
The present invention includes various means for measuring the IV curve without interruption of power supply even when the solar power generation system is in operation. These means enable real-time monitoring and efficient management of solar power systems.
FIG. 4 is a graph schematically showing PV resistance characteristics according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing voltage and current characteristics when C 1 = C 2 according to another embodiment of the present invention. , FIG. 6 is a diagram showing voltage and current characteristics when the size of C 2 for supplying power to a load is increased, and FIG. 7 is a diagram showing a comparison graph of IV Curve measurement results using a capacitor.
Looking specifically, as shown in FIGS. 4 to 7, it shows an online IV curve measurement method in which the power supply to the load is not interrupted while measuring the IV curve.
It consists of a capacitor (C 1 ) to measure the IV Curve and a capacitor (C 2 ) to supply power to the load.
The voltage of the capacitor charges and discharges according to the RC time constant.
When measuring the IV Curve, only C is connected, so the resistance value based on PV voltage and current is used as the resistance at this time.
(Where, Rpv: Resistance of solar power system (PV system), Vpv: Voltage of solar panel, Ipv: Current of solar panel)
In the voltage and current characteristics of PV, when the voltage approaches the open-circuit voltage, the current becomes zero, so the PV resistance has the characteristic of rapidly increasing as shown in Figure 4.
According to the PV resistance characteristics of FIG. 4, the change in the voltage of the capacitor for measuring the IV Curve is delayed according to the PV voltage and current characteristics as shown in FIG. 5. Therefore, when the sizes of C 1 and C 2 are the same, IV While measuring the curve, most of the voltage at C to supply power to the load is discharged, which may eventually stop power supply to the load.
As shown in Figure 6, the results using a single capacitor and the IV curve using a parallel capacitor are shown to be the same.
Therefore, if you increase the size of C, you can measure the IV Curve without interrupting the power supply to the load.
As shown in Figure 7, the measurement results of (a) the IV curve using a single capacitor and (b) the IV curve using a parallel capacitor can be compared.
As shown in Figure 8, the IV curve measuring device of this solar power system includes four main components:
The voltage supply means 510 receives voltage when the solar power generation system is normally operated.
The open-circuit voltage increasing means 520 increases the open-circuit voltage of the solar power generation system based on the voltage of the voltage supply means 510. This process safely extends the maximum voltage limit of the solar power system and increases system efficiency by reacting quickly to voltage fluctuations.
The curve measuring means 530 is designed so that power supply to the load is not interrupted even when the current of the solar power generation system becomes zero. It measures the IV curve using capacitors connected in parallel. These capacitors charge and discharge according to voltage fluctuations, maintaining continuous operation of the solar power system.
The voltage and current characteristic measuring means 540 measures the voltage and current characteristics of the solar power generation system as the voltage of the capacitor is charged and discharged according to the RC time constant. This process is essential for efficient management and performance optimization of solar power systems.
Therefore, these components are closely connected to each other, and each function contributes to improving the overall efficiency and performance of the solar power system. This device enables accurate IV curve measurement even during operation of the solar power system, allowing the system's performance to be monitored and optimized in real time.
With reference to FIGS. 9 and 10, a circuit according to an embodiment of the present invention will be described.
The IV curve measuring device of a solar power generation system using a parallel capacitor according to the present invention includes a plurality of solar panels 710; an IV curve measuring circuit 720 of a solar power generation system including two or more capacitors to measure an IV curve according to the voltage and current characteristics of each solar panel; The IV curve measurement circuit measures the voltage and current characteristics of the solar panel through the capacitors, and the capacitors are connected in parallel, enabling measurement of the IV curve by the capacitors even during operation of the solar power generation system. This makes it possible to measure the IV curve without power outage of the power generation system.
The solar panel 710 is a key component of the power generation system. Solar panels receive light energy from the sun and convert it into electrical energy. The important point here is the efficiency and stability of each panel.
The voltage and current characteristics of a solar panel are expressed as an IV (current-voltage) curve, which is an important indicator of the performance of a solar panel.
The IV curve measurement circuit 720 is designed to measure voltage and current characteristics of a plurality of solar panels.
The core of the invention is preferably the two capacitors included here.
Two or more capacitors play a key role in precisely measuring the voltage and current characteristics of solar panels. Capacitors temporarily store changes in current coming from the panel, allowing an accurate IV curve to be drawn.
Therefore, the solar panel produces electricity, and the IV curve measurement circuit accurately measures the characteristics of this electricity.
For example, Figure 10(a) shows an online IV tracer circuit according to the present invention. It mainly consists of four switches S1 to S4 and two capacitors C 1 and C 2 .
For this invention, a 470μF capacitor was selected. V PV is the DC voltage bus on the PV panel side. Z1 can be any load downstream.
R B1 , S B1 and R B2 , S B2 are discharge paths for removing residual charges remaining on capacitors C 1 and C 2. RThe discharge paths are activated during specific operating states of the tracer. Switches S 1 to S 4 are implemented as N-channel enhancement mode MOSFETs and act as unidirectional switches.
The top gate drive requirements are met by a separate isolated DC bus and optocoupler-based gate drive circuit.
The parameters measured are capacitor currents i c1 , i c2 , panel voltage V pv and load voltage V L .
Currents i c1 and i c2 are measured using a current sense resistor, an analog front end for signal conditioning, and a SAR ADC.
The microcontroller is programmed to generate the necessary gate drive signals and record the measured parameters.
During the trace, the panel voltage drops to zero. The DC power bus has sufficient buffer capacitance to drive the circuit during the trace.
That is, while one side performs the IV trace, the other side meets the power needs of the load.
To be described in detail with reference to FIG. 10, the present invention relates to an online IV tracer that measures the IV characteristics of a solar cell panel. This system involves the complex interaction of multiple components to maximize the efficiency and functionality of solar panels. We take a closer look at each component and how they form the overall system.
The DC voltage bus (V PV ) on the side of the solar panel provides the solar panel's output voltage. When sunlight hits solar panels, it is converted into electrical energy and transmitted through a DC voltage bus (V PV ).
The downstream load (Z L ) is the load that consumes the output voltage of the solar panel. This means where the voltage is actually used.
Capacitors (C₁, C₂) store the voltage of the DC voltage bus (V PV ). Capacitors alleviate temporary fluctuations in voltage and help provide stable power to the load.
The switches (S₁, S₂) transfer the voltage of the capacitor to the downstream load (Z L ). These switches are used to deliver voltage exactly when it is needed.
The current measurement resistance (R) measures the current flowing through the capacitor. Through this, the IV characteristics of the solar panel can be determined.
An additional configurable analog front end (AFE) amplifies the output of the current measurement resistor. This allows even small current changes to be accurately measured.
The SAR ADC converts the output of the analog front end into a digital signal. This converts the data into a form that a microcontroller (not shown) can process.
The microcontroller uses the output of the SAR ADC to measure the IV characteristics of the solar panel. It processes the measurement data and performs the necessary calculations.
For example, the voltage generated by a solar panel is stored in a capacitor through a DC voltage bus and transmitted to a downstream load through a switch.
A current measuring resistor measures this amount of current, which is passed through the analog front end and SAR ADC to the microcontroller. The microcontroller analyzes this data to determine the IV characteristics of the solar panel.
In this way, the present invention has the effect of accurately and reliably measuring the IV characteristics of a solar cell panel. This can set optimal operating conditions for solar panels.
Hereinafter, with reference to FIG. 11, the method of using the IV curve measurement system for an uninterruptible solar power generation system using a parallel capacitor of the present invention will be described in detail.
The method according to the present invention involves measuring the IV (current-voltage) characteristics of a solar panel while continuously supplying power to a load. This method can be broadly divided into three steps.
The voltage raising step of the solar panel (S810) increases the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage. Open voltage refers to the maximum voltage of the panel when no load is connected. This step is necessary to observe how the panel performs at maximum voltage.
In the power supply step (S820), with the voltage of the solar panel increased, power is supplied to the load until the current of the panel becomes zero. Generally, as the voltage of a solar panel increases, the current decreases. This step is to measure how the solar panel supplies power based on changes in voltage.
In the IV curve measurement step (S830), the IV curve is measured according to the voltage and current characteristics of the solar panel. The IV curve is an important graph that represents the electrical performance of the panel.
Example
The IV curve measurement device for solar power generation systems accurately measures the voltage and current characteristics of solar power modules in an optimized manner, enabling efficient and precise performance evaluation of solar power systems, while providing continuous power even during system operation. To maintain supply and provide continuous performance monitoring, a proportional control function can be used.
The proportional control function plays a very important role in measuring the IV curve of a solar power system. The system maintains optimal operating conditions through direct adjustment of output to input. This feature is important for improving system stability and efficiency. To this end, let’s look at the proportional control function in detail.
In the basic principle of the proportional control function, proportional control generates a control signal proportional to the difference (error) between the input signal (target value) and the actual output. This causes the control signal to decrease as the system approaches the target value.
Therefore, the system continuously monitors the current state and calculates the difference (error) from the set target value. The calculated error is multiplied by the proportionality coefficient (P) and converted into a control signal that effectively regulates the voltage of the PV module.
The proportionality coefficient (P) is a key element of proportional control and determines the strength at which the error signal is converted into a control signal. A higher proportionality coefficient means a stronger control signal, making the system more sensitive to response.
As an example, for application in measuring the IV curve of an actual solar power generation system, a target voltage (e.g., open circuit voltage V oc ) is set to measure the IV curve of the solar power generation module.
Then, the real-time voltage of the PV module is continuously monitored and the difference from the set target voltage is calculated.
Additionally, the calculated error is multiplied by a proportionality coefficient and converted into a control signal that is delivered to the voltage regulator of the PV module. This control signal regulates the voltage of the PV module to keep it close to the target voltage.
Proportional control regulates the charging and discharging of the power supply capacitor to ensure continuous power supply to the load. As the voltage of the PV module reaches the target, the state of charge of the capacitor is adjusted to provide stable power to the load and ensure that the IV curve measurement is uninterrupted.
Therefore, the proportional control function plays a key role in the IV curve measurement process of solar power generation systems. This effectively regulates the voltage of the PV module and ensures the continuity of power supply, increasing the accuracy and stability of the measurement process. In this process, each component is organically connected to each other, improving the overall efficiency and performance of the system.
110 : 전압 조절 수단
120 : 병렬 커패시터 측정부
130 : 전력 공급 커패시터
140 : 전력공급 조정부
510 : 전압공급 수단
520 : 개방전압 상승 수단
530 : 커브 측정 수단
540 : 전압 및 전류 특성 측정 수단
710 : 태양광 패널
720 : I-V 커브 측정 회로110: Voltage adjustment means
120: Parallel capacitor measurement unit
130: power supply capacitor
140: Power supply adjustment unit
510: Voltage supply means
520: means for increasing open-circuit voltage
530: Curve measurement means
540: Means for measuring voltage and current characteristics
710: solar panel
720: IV curve measurement circuit
Claims (8)
태양광 발전 모듈(Photovoltaic, PV)의 전압을 개방 회로 전압(Voc)까지 상승시키는 전압 조절 수단(110);
상기 태양광 발전 모듈과 연결되어 N 채널 향상 모드 MOSFET로 구현되어 단방향 스위치로 작동하고 패널 전압 Vpv와 부하인 ZL 사이에 S1과 S2와 S3와 S4가 서로 병렬 연결되어, 상기 전압 조절 수단(110)에 의해 상승된 개방 회로 전압(Voc) 하에서 태양광 발전 모듈의 전류를 0으로 유지하며, I-V 곡선을 측정하기 위해 S1과 S2의 사이에 전기적으로 연장되어 연결되는 병렬 커패시터 C1; 및 S3와 S4의 사이에 전기적으로 연장되어 연결되는 C2;를 통해 부하에 지속적인 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급 커패시터(130);를 포함하는 병렬 커패시터 측정부(120);
상기 전력 공급 커패시터(130)의 크기가 태양광 발전 모듈의 전압과 전류 특성에 따라 조정되어 I-V 곡선 측정 중에도 부하인 ZL;에 대한 전력 공급이 중단되지 않도록 하는 전력공급 조정부(140);
상기 S1 내지 S4을 작동시키기 위한 필요한 게이트 드라이브 신호를 생성하고, 상기 C1, C2;에 남아 있는 잔류 전하를 제거하기 위해 RS1, SS1과 RS2, SS2;들을 이용하여 방전 경로를 형성하도록 제어하고, 전류 감지 저항기를 통해 측정된 커패시터 전류 ic1, ic2, 패널 전압 Vpv 및 부하 전압 VL 매개변수를 기록하도록 프로그래밍되는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.In a device for measuring the IV curve of a solar power generation system,
Voltage adjustment means 110 for increasing the voltage of the photovoltaic module (PV) to the open circuit voltage (V oc );
It is connected to the solar power module and implemented as an N-channel enhancement mode MOSFET, operating as a one-way switch. S 1 and S 2 and S 3 and S 4 are connected in parallel between the panel voltage V pv and the load Z L , The current of the solar power module is maintained at 0 under the open circuit voltage (V oc ) raised by the voltage regulating means 110, and is electrically extended and connected between S 1 and S 2 to measure the IV curve. Parallel capacitor C 1 ; And a power supply capacitor 130 configured to continuously supply power to the load through C 2 electrically extended and connected between S 3 and S 4 ; a parallel capacitor measuring unit 120 including a;
A power supply adjustment unit 140 that adjusts the size of the power supply capacitor 130 according to the voltage and current characteristics of the solar power module to prevent power supply to the load Z L ; even during IV curve measurement;
Generating gate drive signals necessary to operate S 1 to S 4 , C 1 and C 2 ; In order to remove the residual charges remaining in R S1 , S S1 and R S2 , S S2 ; are controlled to form a discharge path, and the capacitor current i c1 , i c2 and panel voltage V measured through the current sensing resistor. A system for measuring the IV curve of an uninterruptible solar power system using parallel capacitors, including a microcontroller programmed to record the pv and load voltage V L parameters.
상기 전력 공급 커패시터의 크기가 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수(τ = C·R)에 기반하여 조정되는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In claim 1,
An uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using a parallel capacitor, wherein the size of the power supply capacitor is adjusted based on the RC time constant (τ = C·R) of the solar power generation module.
상기 병렬 커패시터의 구성에는 두 개 이상의 커패시터가 포함되며, 이들 중 적어도 하나가 전력 공급 커패시터로 사용되는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In claim 1,
The configuration of the parallel capacitor includes two or more capacitors, and at least one of them is used as a power supply capacitor. An uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using a parallel capacitor.
상기 병렬 커패시터의 구성이 태양광 발전 모듈의 개방 회로 전압(Voc) 측정 중에도 전압과 전류 특성을 정확하게 측정하는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In claim 1,
An uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using a parallel capacitor, characterized in that the configuration of the parallel capacitor accurately measures voltage and current characteristics even during open circuit voltage (V oc ) measurement of the solar power generation module.
태양광 발전 시스템의 전압을 공급하는 전압공급 수단(510);
상기 전압공급 수단(510)을 통해 태양광 발전 시스템의 개방 전압까지 상승시키는 개방전압 상승 수단(520);
상기 태양광 발전 시스템의 전류가 제로가 되어도 부하에 전력공급이 중단되지 않아서, 병렬로 연결된 커패시터를 사용하여 I-V 커브를 측정하는 커브 측정 수단(530);
상기 커패시터의 전압은 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전되어져, 태양광 발전 시스템의 전압 및 전류 특성을 측정할 수 있는 전압 및 전류 특성 측정 수단(540);을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In the uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using the parallel capacitor of claim 1,
Voltage supply means (510) for supplying the voltage of the solar power generation system;
Open-circuit voltage increasing means 520 for increasing the open-circuit voltage of the solar power generation system through the voltage supply means 510;
Curve measuring means 530 for measuring the IV curve using capacitors connected in parallel so that power supply to the load is not interrupted even when the current of the solar power generation system becomes zero;
The voltage of the capacitor is charged and discharged according to the RC time constant, and a voltage and current characteristic measuring means 540 capable of measuring the voltage and current characteristics of the solar power generation system. Using a parallel capacitor, comprising a. Uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system.
상기 커패시터의 크기가 태양광 발전 모듈의 R-C 시간 상수(τ = C·R)에 기반하여 조정되고,
상기 병렬 커패시터의 구성에는 두 개 이상의 커패시터가 포함되며, 이들 중 적어도 하나가 전력 공급 커패시터로 사용되며,
상기 병렬 커패시터의 구성이 태양광 발전 모듈의 개방 회로 전압(Voc) 측정 중에도 전압과 전류 특성을 정확하게 측정하는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In claim 5,
The size of the capacitor is adjusted based on the RC time constant (τ = C·R) of the solar power module,
The configuration of the parallel capacitor includes two or more capacitors, at least one of which is used as a power supply capacitor,
An uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using a parallel capacitor, characterized in that the configuration of the parallel capacitor accurately measures voltage and current characteristics even during open circuit voltage (V oc ) measurement of the solar power generation module.
병렬 커패시터를 이용한 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 장치;는,
복수의 태양광 패널(710);
상기 복수의 태양광 패널의 전압 및 전류 특성에 따른 I-V 커브를 측정하기 위해 2개 이상의 커패시터를 포함하는 태양광 발전시스템의 I-V 커브 측정 회로(720);를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템.
In the uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using the parallel capacitor of claim 1,
IV curve measurement device for solar power generation system using parallel capacitors;
A plurality of solar panels 710;
An IV curve measuring circuit 720 of a solar power generation system including two or more capacitors to measure the IV curve according to the voltage and current characteristics of the plurality of solar panels. Using a parallel capacitor, comprising a. Uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system.
태양광 패널의 I-V 특성을 측정하기 위해, 태양광 패널의 전압을 개방전압까지 상승시키는 단계;
상기 상승된 전압 하에서 태양광 패널의 전류가 영(zero)이 될 때까지 부하에 전력을 공급하는 단계; 및
상기 태양광 패널의 전압과 전류 특성에 따른 I-V 커브를 측정하는 단계;를 포함하며,
상기 태양광 발전 시스템의 I-V 커브를 측정하는 방법으로서,
태양광 패널의 전압을 개방 전압까지 상승시키는 단계;
태양광 패널의 전압 상승 중, 전류가 제로가 되는 시점에서 부하에 전력 공급을 중단하지 않기 위한 병렬 커패시터 구성을 이용하는 단계;
상기 병렬 커패시터를 통해 태양광 패널의 I-V 커브를 측정하면서 동시에 부하에 지속적으로 전력을 공급하는 단계;
커패시터의 전압이 R-C 시정수에 따라 충전 및 방전되는 과정을 이용하여 태양광 패널의 전압 및 전류 특성을 측정하는 단계;를 포함하는 병렬 커패시터를 이용한 무정전 태양광 발전시스템 I-V 커브 측정 시스템를 이용한 측정 방법.In the method using the IV curve measurement system for an uninterruptible solar power generation system using a parallel capacitor of claim 7,
In order to measure the IV characteristics of the solar panel, raising the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage;
supplying power to the load until the current of the solar panel becomes zero under the increased voltage; and
It includes; measuring the IV curve according to the voltage and current characteristics of the solar panel,
As a method of measuring the IV curve of the solar power generation system,
Raising the voltage of the solar panel to the open-circuit voltage;
Using a parallel capacitor configuration to not stop supplying power to the load when the current becomes zero while the voltage of the solar panel is rising;
Continuously supplying power to the load while simultaneously measuring the IV curve of the solar panel through the parallel capacitor;
Measuring the voltage and current characteristics of the solar panel using the process in which the voltage of the capacitor is charged and discharged according to the RC time constant. A measurement method using an uninterruptible solar power generation system IV curve measurement system using a parallel capacitor including.
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| KR1020230173409A KR102673226B1 (en) | 2023-12-04 | 2023-12-04 | An uninterruptible photovoltaic power generation system I-V curve measurement method and system using a parallel capacitor |
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| KR101671078B1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-10-31 | 공주대학교 산학협력단 | Maximum power point tracking apparatus and method |
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| KR20180119912A (en) * | 2017-04-26 | 2018-11-05 | 공주대학교 산학협력단 | Photovoltaic power generation system and method for controlling the same |
| KR20200017354A (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-18 | 석 영 정 | Power Pumping System of Photovoltaic Facilities to Track Maximum Power Voltage and Centralized Interconnection Control |
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2023
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