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KR101254008B1 - 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법 - Google Patents

신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR101254008B1
KR101254008B1 KR1020110069429A KR20110069429A KR101254008B1 KR 101254008 B1 KR101254008 B1 KR 101254008B1 KR 1020110069429 A KR1020110069429 A KR 1020110069429A KR 20110069429 A KR20110069429 A KR 20110069429A KR 101254008 B1 KR101254008 B1 KR 101254008B1
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진병진
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(주)온테스트
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Abstract

본 발명은 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 시스템 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세히는 태양 전지와 같은 신재생 에너지 모듈의 가변적인 출력 상태에 대하여 전기부하와 정밀측정부를 통해 측정 정밀도를 향상시키고, 오류를 줄일 수 있는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법에 대한 것이다. 본 발명은 시스템을 구성하는 케이블 저항 및 전압센서의 내부저항과 측정케이블에 의해 발생하는 전력손실을 보상 및 배제하여 실제 측정 데이터의 신뢰성을 높이고 최대전력점에 가장 근접한 결과를 산출할 수 있는 효과가 있다.

Description

신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법{Apparatus of the performance verification for renewable energy module and method thereof}
본 발명은 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 시스템 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세히는 태양 전지와 같은 신재생 에너지 모듈의 가변적인 출력 상태에 대하여 전기부하와 정밀측정부를 통해 측정 정밀도를 향상시키고, 오류를 줄일 수 있는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
최근 천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 등의 문제가 대두되면서 기존의 연료를 대체하여, 햇빛, 물, 지열, 생물 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 신재생 에너지가 급부상하고 있으며, 이러한 신재생 에너지를 원하는 형태의 에너지로 변환하는 다양한 모듈이 등장하고 있다.
대표적인 신재생 에너지 모듈로서, 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 태양전지 나 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력발전기 등을 예로 들수 있다.
그러나, 기존의 전기에너지는 부하단에 선형이나 비선형의 부하가 걸릴지라도 균일한 출력을 유지하고 안정하게 동작하는 반면, 신재생 에너지 모듈은 가변적 발전환경에 따라 비선형적인 특성을 보이는 전력원이다.
따라서, 신재생 에너지 모듈의 출력전압과 전류는 일정한 값이 아니고, 부하전류에 따라서 출력전압이 결정되는 비선형 전류원(Non-linear Current Source)의 특성을 지니고 있으며, 생성되는 전력(power) 또한 부하에 따라서 특성이 가변되는특징을 지니고 있다.
이와 같은 신재생 에너지 모듈의 효율을 검증하기 위해서는 항상 최대전력이 생성되는 지점을 정확히 검출하는 것이 요구된다.
상술한 바에 따라, 상기 신재생 에너지 모듈 중 태양전지를 이용하여 최대전력점 추적을 통해 효율을 판단하는 기존 태양전지의 성능 검증 장치를 예로 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 태양전지 어레이(1), 전류 측정장치(2) 및 전압 분배회로(3), 마이컴(4), 인버터(6), 부하(5)로 구성될 수 있다.
상기한 구성을 통한 상세 동작을 살펴보면, 태양전지(1)의 출력 전압은 전압 분배회로(3)를 거쳐 상기 마이컴(4)에 의해 측정되고, 공급 전류 또한 전류 측정 장치(2)를 통해 상기 마이컴(4)에 의해 측정된다. 이후, 상기 마이컴(4)은 입력신호를 기설정된 알고리즘을 통해 처리하여, 최대효율을 가질 수 있도록 상기 인버터(6)를 제어하여 부하(5)가 소비하는 전압 및 전류를 가변하는 식으로 동작한다.
그러나, 상술한 바와 같은 검증 장치는, 인버터(6)로 전압 및 전류를 케이블을 통해 전송하는 과정 중에서 케이블 저항에 따른 전력 손실이 발생하는데도 불구하고, 이를 고려하지 않고 측정되어 정확성이 떨어져 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 태양전지(1)가 순시로 출력을 가변하는 비선형 에너지원이므로, 부하(5)가 일정한 경우 태양전지(1)가 제공하는 전력을 완전히 소비하지 못하여 상기 마이컴(4)이 정확한 최대 효율의 검출이 어려우므로 상기 인버터(6)의 제어가 무의미하며, 부하(5)가 가변되는 경우에는 부하(5)의 가변에 대응하여 상기 인버터(6)를 정밀 제어하는 것이 어려울 뿐더러 인버터(6) 자체 내에서 소비되는 전력으로 인하여 정확한 최대 효율 측정의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
더하여, 전압 분배회로(3)와 전류 측정장치(2) 사이에서 전압과 전류 측정시점에 차이가 발생하므로 마이컴에서 전압과 전류의 측정시점에 대한 동기화 과정이 요구되며, 이에 따라 부하(5)에 제공하는 전류 및 전압값을 조정하는 인버터(6)와 상기 인버터(6)를 제어하는 마이컴(4) 사이의 동작 시간에 차이가 발생하여 동기화가 이루어지지 않으므로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 기존 태양전지의 성능 검증 장치 이외에도, 도 2에 도시된 등록특허 제0276791호의 태양전지의 최대출력을 유도하는 태양전지의 전력 발생회로에 따르면, 태양전지 어레이(71), 상기 태양전지 어레이(71)의 출력전력을 정류하는 전력 조정기(72), 및 정류된 전력을 사용하는 부하(73), 태양전지 어레이(71)의 출력 전력을 최대로 발생시키기 위하여 태양전지 어레이(71)와 전력 조정기(72) 사이에 접속된 스위치(81), 상기 스위치(81)를 제어하는 태양전지 개방 조절부(82), 태양전지 어레이(71)의 개방전압을 측정하는 개방전압 감지부(83), 타이머(84), 및 최대 전압 설정부(85)를 포함한다.
이러한 구성 역시, 태양전지 어레이(71)와 전력 조정기(72)를 연결하는 케이블 저항과 접촉저항이 전혀 고려되지 않은 채로 최대전압을 추적하므로, 실제 태양전지(71)가 발생하는 전력과 부하가 이용할 수 있는 전력상의 차이가 발생하여 정밀도가 크게 떨어지는 문제점이 있다.
더하여, 물리적인 스위치 동작에 따라 전압 대비 전류 특성을 측정하는 이와 같은 구성으로는 고속 측정이 불가능하며, 상기 스위칭 개방시 감지되는 개방전압을 근거로 최대전압을 설정하는 최대전압 설정부(85)의 구성은 회로는 간단하나 최대효율을 위한 최대전력 측정에서 오직 전압만을 고려하여 구성하므로 정밀도는 물론 전압과 전류의 측정시점 고려 부재로 인한 내부적인 오류 발생 및 실제 태양전지의 최대전력과 최대전압을 통해 추적된 최대전력 사이의 차이는 더욱 크게 벌어지는 문제점이 있어 신뢰성이 문제된다.
따라서, 이와 같은 구성은 최대전력을 위한 다양한 파라미터를 배제한 채 오로지 장치 구성의 간소화를 집중적으로 고려한 발명이므로, 정밀도를 기대하기엔 부족함이 많다.
상술한 바와 같이 기존 신재생 에너지 모듈의 최대 효율을 위한 성능검증 장치의 문제점을 개선하기 위한 새로운 신재생 에너지 모듈의 성능 검증에 대한 장치가 요구되고 있다.
등록특허 제0276791호
본 발명은 기존 최대전력 추적을 통한 신재생 에너지 모듈의 검증하는 장치에서 시스템 구성 케이블 저항에 의해 발생하는 전력손실을 보상하여, 최대 전력 추적의 신뢰성을 높일 수 있는 성능 검증 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전압 측정시 접촉저항과 측정을 위한 측정 케이블에 의한 왜곡을 배제한 상태를 신재생 에너지 모듈의 전압과 전류를 정밀하게 측정하고 전기부하의 동작과 그에 따른 전압 및 전류 변화를 정확한 동기로 측정하도록 함으로써 측정정밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다.
더하여, 본 발명은 비선형 전원인 신재생 에너지 모듈의 특성에 대응하여, 상기 신재생 에너지 모듈에서 제공되는 전류의 소모를 증가시켜 측정시점 사이클을 향상시킴으로써 정확한 최대전력 추정을 수행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치는 내부저항의 가변을 통해 신재생 에너지 모듈에서 출력되는 전력을 소모하며 전압센서 및 전류 측정 단자가 구비된 전기 부하와, 상기 전기 부하의 전압센서 입력단에 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단과 함께 4선 방식(4-wire method)으로 입력단이 연결되어 접촉저항과 전압측정을 위한 케이블의 내부 저항에 의한 왜곡이 배제된 전압을 측정하며, 상기 전기부하에 흐르는 전류를 측정하는 정밀 측정부와, 상기 전압센서의 입력단과 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단을 연결하는 케이블의 손실전력에 대응하여 기설정된 보상전력을 상기 전기부하에 제공하는 부스트 파워부와, 상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압 및 전류를 수신하여 상기 전기부하의 제어와 동기화하며, 동기된 상기 전기부하의 측정 전압과 전류를 근거로 MPPT 알고리즘을 통한 최대전력점을 추적하되, 상기 MPPT 알고리즘 동작 중에 상기 전기부하를 조절하여 상기 신재생 에너지 모듈의 I-V 스위핑 결과를 특성정보로 수집하는 제어부를 포함한다.
이때, 상기 부스트 파워부는 상기 전기부하에 고정 DC 전압을 제공하여 전기부하의 전력 소모를 가속할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 최대전력점에 대응하는 전압을 기준전압으로 설정하여, 상기 기준전압을 기준으로 상하로 전압을 변동하여 생성된 복수의 전력 중 최대값을 가지는 전력을 다음 최대전력점으로 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 상기 제어부는 상기 기준전압을 통해 측정된 상기 다음 최대전력점에 대응하는 전압으로 상기 기준전압을 갱신하며, 매측정시점마다 기준전압을 이전 측정시점의 최대전력점에 대응하는 전압으로 갱신하여 최대전력점을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 특성정보는 I-V 스위핑 정보, 전압 대비 전류 특성 정보, 전압 대비 전력 특성 정보 및 측정시점별 최대전력점 추출 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이외에도, 상기 전기부하의 저항을 가변하는 신호를 제공하는 파형 발생부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 파형발생부의 신호에 따라, 상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압과 전류를 상호 동기화하여 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법은 신재생 에너지 모듈로부터 전압센서 및 전류측정단자가 구비된 전기부하에서 전압 및 전류를 수신하는 제 1단계와, 부스트 파워부가 상기 전압센서의 입력단과 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단을 연결하는 케이블 저항에 대응하여 기설정된 보상전력을 상기 전기부하에 제공하는 제 2단계와, 전압센서 입력단에 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단과 함께 4선 방식(4-wire method)으로 입력단이 연결된 정밀 측정부가 접촉저항과 케이블의 내부저항에 의한 왜곡이 배제된 전압과, 상기 전기부하에 흐르는 전류를 측정하는 제 3단계와, 상기 정밀 측정부와 연결된 제어부가 상기 정밀측정부로부터 측정된 전압 및 전류를 수신하여 상기 전기부하 제어와 동기화하며, 동기된 전압 및 전류를 근거로 MPPT 알고리즘을 통한 최대전력점을 추적하되, 상기 MPPT 알고리즘 동작 중에 상기 전기부하를 조절하여 상기 신재생 에너지 모듈의 I-V 스위핑 결과를 특성정보로 수집하는 제 4단계를 포함한다.
이때, 상기 제어부가 상기 최대전력점에 대응하는 전압을 기준전압으로 설정하고, 상기 기준전압을 기준으로 상하로 전압을 변동하여 생성된 복수의 전력 중 최대값을 가지는 전력을 다음 최대전력점으로 추출하는 제 5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 5단계는 상기 제어부가 기준전압을 통해 측정된 상기 다음 최대전력점에 대응하는 전압으로 상기 기준전압을 갱신하며, 매측정시점마다 기준전압을 이전 측정시점의 최대전력점에 대응하는 전압으로 갱신하여 최대전력점을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 상기 신재생 에너지 모듈의 특성정보는 I-V 스위핑 정보, 전압 대비 전력 특성 정보 및 측정시점별 최대전력점 추출 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이외에도, 상기 제 5단계는 상기 제어부가 상기 전기부하의 저항을 가변하는 상기 파형발생부의 신호에 따라, 상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압과 전류를 상호 동기화하여 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 시스템을 구성하는 케이블 저항 및 전압센서의 내부저항과 측정케이블에 의해 발생하는 전력손실을 보상 및 배제하여 실제 측정 데이터의 신뢰성을 높이고 최대전력점에 가장 근접한 결과를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비선형 전원인 신재생 에너지 모듈의 특성에 대응하여, 전기부하에서 상기 신재생 에너지 모듈에서 제공되는 전류의 소모를 증가시키기 위한 별도의 고정 DC 전원을 제공받아 잔여전류에 의해 측정시점에 딜레이가 발생하는 것을 최소화하여 측정시점 사이클을 향상시킴으로써 정확한 최대전력 추정을 통한 성능검증을 수행하는 효과가 있다.
도 1은 종래 태양전지의 성능 검증 장치를 도시한 도면.
도 2는 종래 태양전지의 최대출력을 유도하는 태양전지의 전력 발생회로의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치의 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치의I-V 스위핑을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치가 출력하는 전압 대비 전류 특성 정보 및 전압 대비 전력 특성 정보에 대한 그래프를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치의 기준 전압을 기준으로 전압의 상하변동에 따라 최대전력점을 추출하는 그래프를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치의 시간별로 수집된 최대전력점을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능검증 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
본 발명은 태양전지, 풍력발전기와 같은 신재생 에너지 모듈의 성능검증에 있어서, 기존 신재생 에너지 모듈의 성능검증 장치들이 케이블저항과, 케이블과 전기부하의 연결단 사이에서 발생하는 접촉저항으로 인해 발생하는 전력손실의 고려없이 전력을 측정함으로써 최대전력점 추적을 통해 성능검증을 수행하는 과정에서 전체적인 성능검증 장치의 신뢰성이 저하되는 것을 개선하기 위하여, 케이블 저항과 접촉저항으로 인해 발생하는 전력손실을 보상하는 동시에 동기화시점을 정확히 일치시켜 정확한 최대전력 추정이 이루어지도록 하는 장치를 제공하고자 한다.
상술한 바를 토대로 도 3을 참고로 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치는 신재생 에너지 모듈(10)과, 전기부하(20)와, 정밀 측정부(30)와, 부스트 파워부(40) 및 제어부(50)로 구성될 수 있다.
상기 전기부하(20)는 전압센서를 구비하며, 상기 전압센서의 입력단과 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 출력단이 케이블을 통해 상호 연결되어, 상기 신재생 에너지 모듈(10)로부터 전력을 제공받아 이를 소모하며, 외부 제어에 의해 부하의 크기가 조절될 수 있다.
한편, 상기 부스트 파워부(40)는 상기 전기부하(20)와 상기 신재생 에너지 모듈(10)을 상호 연결하는 케이블을 통해 발생하는 전력 손실을 보상하기 위하여, 상기 케이블 저항값을 고려하여 기설정된 전력을 상기 전기부하(20)로 제공할 수 있다.
또한, 상기 정밀측정부(30)는 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 출력단과 함께 상기 전압센서에 입력단이 4선 방식(4-wire method)으로 연결되도록 구성한다.
이러한, 4선 방식은 고정된 저항의 저항값을 정밀하게 측정하기 위한 것이었으나, 본 발명에서는 가변적인 전압 센서를 통한 전압값을 측정함에 있어 접촉저항이나 측정을 위한 케이블 연결 및 이를 정밀측정부(30)에서 측정하기 위한 추가 케이블 연결에서 발생하는 왜곡도 배제한 값을 얻기 위해서 적용한다.
이는, 신재생 에너지 모듈(10)이 실외에 구성되고 이를 측정하기 위한 측정 수단은 환경적으로 안정된 실내에 구성되기 때문에, 그 센싱을 위한 측정 케이블에 의한 신호왜곡이 무시할 수 없는 요인이 되기 때문이다.
이렇게, 상기 4 선 방식을 이용함으로써, 상기 정밀측정부(30)는 접촉저항과 전압측정을 위한 케이블의 내부저항에 의한 왜곡이 배제된 실제 전압을 정밀하게 측정할 수 있다.
상기와 같이 접촉저항과 내부저항의 저항값에 의한 측정 전압의 왜곡을 배제하면 측정결과의 신뢰도를 높일 수 있고, 이를 기반으로 하는 최대점 추적이나 특성 측정 역시 신뢰도 및 정밀도를 높일 수 있다.
더불어, 상기 정밀 측정부(30)는 상기 전기부하(20)가 소모하는 전류를 높은 해상도로 측정하기 위하여 상기 전기부하(20)의 전류 출력단과 입력단이 연결되어 전류를 측정할 수 있다.
위와 같이 케이블 저항과 접촉 저항을 고려한 전압 및 전류의 측정 정밀도를 높임으로써, 기존 신재생 에너지 모듈의 성능 검증 장치에서 전기부하(20)에 내장된 전압센서를 이용하는 경우에 비해 측정 신뢰성을 크게 높일 수 있다.
한편, 상기 제어부(50)는 상기 정밀 측정부(30)로부터 측정된 전류와 전압 을 수신할 수 있으며, 상기 전기부하의 저항값을 변경하면서 특성을 모니터링 한다.
이 과정에서, 상기 제어부(50)는 상기 전기부하(20)의 저항값 변경에 따라 기설정된 시점에 상기 정밀 측정부(30)에서 측정된 전압과 전류를 이용하게 되며, 이러한 전기부하의 저항값 변경과 그에 따른 영향이 반영된 측정시점을 적절한 기준에 따라 동기화하는 것으로 측정 신뢰성을 유지한다.
이와 같은 구성을 통해, 케이블 저항 및 접촉저항을 고려하는 동시에 기존 전압과 전류 시점 차이로 발생하는 최대전력점 추출 오류를 용이하게 방지할 수 있으며, 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
이후, 상기 제어부(50)는 상기 정밀 측정부(30)가 측정한 전압과 전류를 근거로 전력을 생성할 수 있으며, 이하 설명하는 최대전력점 추출을 통한 추적과정을 수행한다.
이때, 상기 제어부(50)는 상기 신재생 에너지 모듈의 성능 검증을 위하여 기설정된 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 통해 최대전력점을 추출하여 출력할 수 있다.
이를 위해 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제어부(50)는 상기 전기부하(20)를 조절하여 상기 정밀 측정부(30)로부터 전압과 전류를 연속적으로 수신할 수 있으며, 전압 대비 전류 스위핑(이하, I-V 스위핑)을 통해 도 6에 도시된 바와 같이 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 전압 대비 전류 특성 정보를 산출할 수 있다.
이후, 상기 제어부(50)는 전압 대비 전류 특성 정보를 근거로 도 6에 도시된 전압 대비 전력 특성정보를 산출할 수 있으며, 상기 전압 대비 전력 특성정보를 근거로 최대전력점과, 최대 전력점의 전압을 추출하여 이를 기준 전압으로 설정할 수 있다.
이때, 상기 제어부(50)는 상기 기준 전압 뿐만 아니라, 상기 최대 전력점의 기준 전류와, 상기 최대전력점에 대응하는 상기 전기부하(20)의 기준 저항을 추출할 수도 있다.
상기 신재생 에너지 모듈(10)은 전기로 변환하는 인자(태양빛, 바람, 전해질 등)의 변동에 의해서 출력전력이 일정하게 유지되지 않고 지속적으로 변동하므로, 최대 발전량을 알기 위해서는 항상 최대 출력을 낼 수 있도록 상기 전기부하(20)를 지속적으로 최적화시켜야 한다.
따라서, 상기 제어부(50)는 상기 기준전압이 설정된 이후의 최대전력점 측정에 대하여 상기 전기부하(20)의 저항값을 조절하여, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 기준전압을 기준으로 전압을 상하로 변동시킬 수 있으며, 변동된 전압에 대응하는 복수의 전력값을 상호 비교하여 최대값을 다음 최대전력점으로 선택할 수 있다.
이때, 상기 다음 최대전력점 이후의 최대전력점 측정에 대하여, 상기 제어부(50)는 상기 다음 최대전력점에 대응하는 전압으로 상기 기준전압을 갱신하고, 갱신된 전압을 기준으로 전압을 상하 변동하여 상술한 바와 같은 과정을 반복함으로써 순차적으로 최대전력점을 측정할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(50)는 기준전압을 기준으로 전압을 상하로 변동하면서 측정시점별로 최대전력점을 추출하되, 매측정시점마다 상기 기준전압을 이전 최대전력점에 대응하는 전압으로 갱신하면서 최대전력점을 추출할 수 있다. 이때, 상기 제어부(50)는 측정시점마다 추출된 상기 최대 전력점을 도 8에 도시된 바와 같이 수집하여, 수집된 측정시점별 최대전력점 정보를 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 효율에 대한 특성정보로 제공할 수 있다.
아울러, 상기 제어부(50)는 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 효율에 대한 특성정보 제공에 있어서 측정시점별 상기 최대전력점 정보 이외에도, 측정시점별 혹은 기설정된 주기 등으로 I-V 스위핑 정보, 전압 대비 전류 특성 정보, 전압 대비 전력 특성 정보 등을 상기 신재생 에너지 모듈(10)의 특성정보로서 제공할 수도 있다.
이에 따라, 사용자는 상기 특성정보를 이용하여 용이하게 상기 신재생 에너지 모듈의 성능을 판단할 수 있다.
한편, 상기 제어부(50)는 상술한 최대전력점 측정과정 이외에도 순시적으로 상기 I-V 스위핑을 통해 전압 대비 전류 특성 정보를 근거로 최대전력점을 측정하여 측정속도를 높일 수 있다.
이때, 상기와 같은 최대전력점 측정과정에서 전기부하(20)만으로 측정할 경우 상기 최대전력점의 기준전압에 도달하는 시간이 소요되므로 동기화시점을 벗어날 수 있다.
따라서, 상기 부스트 파워부(30)는 상기 전기부하(20)와 상술한 바와 같이 직렬연결되어 상기 전기부하(20)에 기설정된 고정전압을 제공하여, 상기 신재생 에너지 모듈로부터 제공되는 전류의 소모가 상기 전기부하(20)에서 빠르게 이루어지도록 함으로써 최대전력점에 이르는 시간 및 측정시점 사이클을 가속하며 이를 통해 측정시점의 동기화가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치는 도 3의 구성에 파형발생부(60)를 더 포함할 수 있다.
이를 통해, 고속으로 신재생 에너지 모듈(10)의 전기적 특성변화를 검증해야 될 경우 상기 제어부(50)는 상기 파형발생부(60)를 제어하여 상기 전기부하(20)의 저항값을 변경할 수 있는 파형을 제공할 수 있으며, 이에 따라 상기 제어부(50)는 상기 정밀측정부로부터 수신한 전압 및 전류를 상기 파형에 따라 고속으로 동기화할 수 있으며, 이에 따라 최대전력점의 측정 주기를 단축할 수 있다.
즉, 상기 제어부(50)는 상기 파형에 따라 동기화시점을 일치시켜 상기 I-V 스위핑을 고속으로 수행할 수 있으며, 이를 통해 각 측정시점의 최대전력점을 용이하게 획득할 수 있다.
10: 신재생 에너지 모듈 20: 전기부하
30: 정밀측정부 40: 부스트 파워부
50: 제어부 60: 파형발생부

Claims (11)

  1. 내부저항의 가변을 통해 신재생 에너지 모듈에서 출력되는 전력을 소모하며, 전압센서 및 전류 측정 단자가 구비된 전기 부하;
    상기 전기 부하의 전압센서 입력단에 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단과 함께 4선 방식(4-wire method)으로 입력단이 연결되어 접촉저항과 전압측정을 위한 케이블의 내부 저항에 의한 왜곡이 배제된 전압을 측정하며, 상기 전기부하에 흐르는 전류를 측정하는 정밀 측정부;
    상기 전압센서의 입력단과 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단을 연결하는 케이블의 손실전력에 대응하여 기설정된 보상전력을 상기 전기부하에 제공하는 부스트 파워부; 및
    상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압 및 전류를 수신하여 상기 전기부하 제어와 동기화하며, 동기된 상기 전기부하의 측정 전압과 전류를 근거로 MPPT 알고리즘을 통한 최대전력점을 추적하되, 상기 MPPT 알고리즘 동작 중에 상기 전기부하를 조절하여 상기 신재생 에너지 모듈의 I-V 스위핑 결과를 특성정보로 수집하는 제어부
    를 포함하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부스트 파워부는 상기 전기부하에 고정 DC 전압을 제공하여 전기부하의 전력 소모를 가속하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최대전력점에 대응하는 전압을 기준전압으로 설정하여, 상기 기준전압을 기준으로 상하로 전압을 변동하여 생성된 복수의 전력 중 최대값을 가지는 전력을 다음 최대전력점으로 추출하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기준전압을 통해 측정된 상기 다음 최대전력점에 대응하는 전압으로 상기 기준전압을 갱신하며, 매측정시점마다 기준전압을 이전 측정시점의 최대전력점에 대응하는 전압으로 갱신하여 최대전력점을 추출하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 특성정보는 I-V 스위핑 정보, 전압 대비 전류 특성 정보, 전압 대비 전력 특성 정보 및 측정시점별 최대전력점 추출 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기부하의 저항을 가변하는 신호를 제공하는 파형 발생부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 파형발생부의 신호에 따라, 상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압과 전류를 상호 동기화하여 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 장치.
  7. 신재생 에너지 모듈로부터 전압센서 및 전류측정단자가 구비된 전기부하에서 전압 및 전류를 수신하는 제 1단계:
    부스트 파워부가 상기 전압센서의 입력단과 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단을 연결하는 케이블 저항에 대응하여 기설정된 보상전력을 상기 전기부하에 제공하는 제 2단계;
    전압센서 입력단에 상기 신재생 에너지 모듈의 출력단과 함께 4선 방식(4-wire method)으로 입력단이 연결된 정밀 측정부가 접촉저항과 케이블의 내부저항에 의한 왜곡이 배제된 전압과, 상기 전기부하에 흐르는 전류를 측정하는 제 3단계; 및
    상기 정밀 측정부와 연결된 제어부가 상기 정밀측정부로부터 측정된 전압 및 전류를 수신하여 상기 전기부하 제어와 동기화하며, 동기된 전압 및 전류를 근거로 MPPT 알고리즘을 통한 최대전력점을 추적하되, 상기 MPPT 알고리즘 동작 중에 상기 전기부하를 조절하여 상기 신재생 에너지 모듈의 I-V 스위핑 결과를 특성정보로 수집하는 제 4단계
    를 포함하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부가 상기 최대전력점에 대응하는 전압을 기준전압으로 설정하고, 상기 기준전압을 기준으로 상하로 전압을 변동하여 생성된 복수의 전력 중 최대값을 가지는 전력을 다음 최대전력점으로 추출하는 제 5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 5단계는 상기 제어부가 기준전압을 통해 측정된 상기 다음 최대전력점에 대응하는 전압으로 상기 기준전압을 갱신하며, 매측정시점마다 기준전압을 이전 측정시점의 최대전력점에 대응하는 전압으로 갱신하여 최대전력점을 추출하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 신재생 에너지 모듈의 특성정보는 I-V 스위핑 정보, 전압 대비 전력 특성 정보 및 측정시점별 최대전력점 추출 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 5단계는 상기 제어부가 상기 전기부하의 저항을 가변하는 파형발생부의 신호에 따라, 상기 정밀 측정부로부터 측정된 전압과 전류를 상호 동기화하여 최대전력점을 추적하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지 모듈을 위한 성능 검증 방법.
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