10kW급 BIPV용 PCS 출력특성 분석 및 웹기반 모니터링 시스템에 관한 연구
(A) Study on the web based monitoring and output characteristic analysis of PCS for 10kW BIPV
초록/요약
70년대 초에 발생한 석유파동 이후 인류는 화석연료의 유한성을 새롭게 인식하게 되었고 화석연료에 의한 공해문제 또한 시간이 흐름에 따라 점차적으로 심각한 사회문제로 대두되고 있으며, 이러한 이유 때문에 현재 세계적으로 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다. 태양에너지는 무한이고 무공해 에너지로서 미래 에너지원으로 매우 선망되고 있으나, 그 불연속 때문에 현 화석연료에 비하여 신뢰도 면에서 현저한 결점을 갖고 있고, 아직 경제성이 결여되어 실용화에 어려움을 갖고 있는 실정이다. 태양광발전(PV; Photovoltaic)은 특별한 유지관리, 공해 및 재료의 부식 없이 간단하게 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 기술로 다양한 응용분야가 있지만, 그 중에서도 특히 PV 모듈을 건축물의 외피 마감재료로 대체하는 건물통합형 태양광발전(BIPV, Building Integrated PV)에 대한 기술개발이 전세계적으로 급속히 확산되고 있다. 건물의 외피를 구성하는 요소로 통합된 PV시스템은 전력생산이라는 본래의 기능에, 건물의 외피재료로서의 새로운 기능을 추가함으로서 PV 시스템의 설치에 드는 비용을 절감하는 이중 효과를 기대할 수 있다. 또한 기존의 독립형(Stand Alone) PV시스템과 같이 설치공간을 위한 별도의 부지확보가 필요 없기 때문에 더욱 경제성 측면에서 유리한 기술이다. 본 논문에서는 BIPV 시스템의 PCS에 대한 이론적인 고찰을 통하여 시뮬레이션을 실행하고 마지막으로 실험을 통하여 그 특성을 분석하고 웹기반 모니터링 시스템을 통하여 실측 데이터를 분석하여 타당성을 살펴보았다. 먼저 BIPV 시스템의 구성요소인 PV 어레이, PCS를 이론을 통해 고찰하고 시뮬레이션을 의하여 타당성을 살펴본 후 실험을 통하여 입증하였다. PV 어레이는 태양전지를 모델링하고 PV 어레이의 출력 특성을 시뮬레이션을 통해 그 특성을 검토하였으며 이를 통하여 어레이를 설계하였다. 또한 BIPV 시스템은 건물일체형 이기 때문에 건물에 의한 그림자의 영향을 무시할 수 없다. 따라서 건물의 그림자에 대한 영향에 대하여 시뮬레이션을 통하여 살펴보았다. 태양광발전의 불연속전인 발전을 보완하기 위하여 계통연계형 인버터를 채용하였고, PCS는 시뮬레이션을 통하여 PI전압제어 방식과 PI전류제어방식을 비교 검토하여 타당성을 고찰하였다. 사용자 인터페이스 위주의 원격모니터링을 통하여 지속적인 감시 및 제어 기능을 부여하고 데이터베이스화를 통하여 일별 월별 통계치를 산출할 수 있도록 하였으며 문제점 발생시 신속한 조치를 할 수 있도록 하였다.
more초록/요약
Mankind has recognized the exhaustion of fossil fuels since oil shock that occur in early 1970s and environmental pollution by using fossil fuels is becoming issue according as time passes. So, the most of the world is endeavoring to develop new energy to cope fossil fuels. Solar energy is envious the future energy source because of the unlimited and the clean energy. But it was obvious fault to use in the believability and the economical efficiency than fossil fuels. Photovoltaic was various application fields by a technology that produce electricity using solar without maintenance, first of all technology development about BIPV that replace PV module into outer covering finish fare of building is dispersed all over the world rapidly. BIPV(Building Integrated PV) system that is united on constituent outer covering of building can expect dual effects that reduce expense for establishment of PV system by adding new function as outer covering material of building except producing the electricity. Also, it is a profitable technology in the economical field because do not need the building site for a special purpose for the establishment as existing stand along PV system. In this paper, it did simulate through the theoretical consideration about output characteristic analysis of PCS and web-based monitoring of 10kW BIPV, finally examined the validity through the experiment. BIPV system that is proposed in this paper established in BIC(Biotechnology Industrialization Center) of Dongshin University, composed with PCS and Web-monitoring system. Solar cell array examined the characteristic though the modeling and the simulation. Also, output characteristic analysis of PCS simulated and examined by voltage and current control methode. It endowed the continuously monitoring and the control function by the remote monitoring of the interfaced users, it can do yield the separated statistical data of the day and the month, can do the prompt measure by the database when PV system operating unusual.
more목차
목차 = i
그림목차 = iii
표목차 = ix
기호목록 = x
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 BIPV시스템 = 4
2.1 BIPV 시스템의 기본 개념 = 4
2.2 BIPV의 설계요소 = 5
2.2.1 방위 및 경사 = 5
2.2.2 건축형태에 따른 분류 = 5
2.2.3 PV 시스템의 기능별 결합 방법 = 11
2.2.4 통합과정의 기본규칙 = 12
2.3 태양전지 = 13
2.3.1 기본 원리 및 구조 = 13
2.3.2 태양전지의 특성 = 15
2.4 태양광발전시스템 = 25
2.4.1 기본 구성 = 25
2.4.2 태양광발전시스템의 운전방식 = 26
2.5 인버터 = 32
2.5.1 PI 전압제어기법 = 33
2.5.2 Deadbeat 전압제어 = 34
2.5.3 PI 전류제어 = 37
2.6 모니터링 시스템 = 40
2.6.1 FA 적용(Tele Metering System) = 43
2.6.2 전송 제어 절차(통신 규약 : Protocol) = 44
2.6.3 소프트웨어 = 49
2.6.4 하드웨어 = 50
2.6.5 제안된 모니터링 시스템 = 50
제 3 장 시스템 모델링 = 58
3.1 BIPV 모델링 = 58
3.2 인버터 시뮬레이션 = 70
제 4 장 실험 및 고찰 = 78
제 5 장 결론 = 111
<국문초록> = 115
참고문헌 = 117
부록 = 120
부록 - PV 어레이 = 120
부록 - 3상 계통연계형 인버터 = 121
부록 - 인버터 제어부 = 122
부록 - PV 시스템 구성도 = 123
부록 - 시스템 단선도 = 124
부록 - A/D 회로 = 125