전력 최적화 도구

Power optimizer

전력 옵티마이저는 태양광 발전 또는 풍력 터빈 시스템에서 에너지 수확을 극대화하기 위해 개발된 DC-DC 변환기 기술입니다.최대 전력점 추적을 통해 패널 또는 풍력 터빈의 성능을 개별적으로 조정하고 선택적으로 스트링 인버터(DC-AC 인버터)의 성능에 맞게 출력을 조정하여 이를 실현합니다.전력 옵티마이저는 기기의 차이, 빛 또는 바람의 음영, 다른 방향 또는 멀리 떨어진 장소에 설치되는 등 분산 시스템의 발전 컴포넌트 성능이 크게 다를 때 특히 유용합니다.

태양광 애플리케이션용 전력 최적화 장치는 전체 시스템 성능을 개선하기 위해 두 시스템 모두 개별 패널을 분리하려고 시도한다는 점에서 마이크로 인버터와 유사할 수 있습니다.스마트 모듈은 태양광 모듈에 통합된 전력 최적화 도구입니다.마이크로 인버터는 기본적으로 모든 패널에 사용되는 단일 인클로저에 전력 옵티마이저를 소형 인버터와 결합하는 반면 전력 옵티마이저는 인버터를 별도의 박스에 남겨두고 어레이 전체에 대해 1개의 인버터만 사용합니다.이 "하이브리드" 접근방식의 장점은 전자제품의 유통을 피하고 전체적인 시스템 비용을 낮춘다는 것입니다.

묘사

최대전력포인트추적(MPPT)

이 항목에 대한 자세한 내용은 최대 전원 지점 추적을 참조하십시오.

대부분의 에너지 생산 장치 또는 스토리지 장치는 생산 전력, 부하 및 전달 효율성 간에 복잡한 관계를 가지고 있습니다.예를 들어 기존 배터리는 화학 반응 시 에너지를 전해질 및 플레이트에 저장합니다.이러한 반응이 일어나는 데는 시간이 걸리며,[1] 이는 셀에서 효율적으로 전력을 끌어낼 수 있는 속도를 제한합니다.이러한 이유로 전력 저장에 사용되는 대용량 배터리는 일반적으로 2개 이상의 용량(일반적으로 "2시간"과 "20시간")을 나열하며, 2시간 속도는 종종 20시간 속도의 약 50%입니다.

들어오는 빛의 양에 대한 전류, 전압 및 총 출력 간의 관계를 나타내는 일반적인 셀 I-V 곡선.

태양 전지판은 셀이 태양 광자를 전자로 변환하는 속도, 주변 온도, 그리고 많은 다른 문제들로 인해 유사한 문제를 가지고 있다.이 경우 전압, 전류 및 생성되는 총 전력량 사이에는 "I-V 곡선"[2]이라는 복잡한 비선형 관계가 있습니다.수집을 최적화하기 위해 최신 솔라 어레이는 "최대 전력점 추적"(MPPT)으로 알려진 기술을 사용하여 어레이의 총 출력을 모니터링하고 표시되는 부하를 지속적으로 조정하여 시스템 운영을 최고 효율 [3]포인트로 유지합니다.

전통적으로 태양 전지판은 약 30V의 전압을 [4]생산한다.이는 전력 그리드에 공급하기 위해 AC로 효과적으로 변환하기에는 너무 낮습니다.이를 해결하기 위해 패널은 직렬로 연결되어 사용 중인 인버터에 적합한 전압(일반적으로 약 600V)[5]으로 증가시킵니다.

이 접근법의 단점은 MPPT 시스템을 어레이 전체에 적용할 수 없다는 것입니다.I-V 곡선은 비선형이기 때문에 조금이라도 음영 처리된 패널은 출력이 현저히 낮아지고 내부 저항이 크게 증가할 수 있습니다.패널이 직렬로 배선되면 전체 저항이 증가하므로 문자열 전체의 출력이 감소합니다.이러한 성능 변화로 MPPT 시스템이 작동 지점을 변경하여 나머지 패널이 최상의 [6]성능에서 멀어지게 됩니다.

연속 배선 때문에 스트링 내 PV 모듈 간의 전력 불일치는 전체 태양광 어레이에서 전력의 대폭적이고 불균형적인 손실을 초래할 수 있으며, 경우에 따라서는 완전한 시스템 [7]고장으로 이어질 수 있습니다.PV 시스템 전체 표면 배열의 9%에 불과한 음영으로 인해 시스템 전체의 전력 손실이 54%[8]에 달할 수 있습니다.이 문제는 그림자와 같은 "대형" 이벤트에서 가장 두드러지지만 오염, 차동 에이징 또는 제조 시 미세한 차이로 인해 어레이 전체가 최적의 MPPT 포인트에서 벗어나 동작할 수 있습니다."패널 매칭"은 태양열 어레이 설계의 중요한 부분입니다.

절연 패널

이러한 문제로 인해 큰 문자열의 문제를 회피하는 MPPT를 제공하기 위해 패널을 개별적으로 분리하거나 훨씬 작은 그룹(2~3개의 패널)으로 분리할 수 있는 여러 가지 잠재적인 솔루션이 생겨났습니다.

마이크로 인버터라고 하는 솔루션은, 전력 변환 시스템 전체를 각 패널의 배면에 직접 배치하는 것입니다.이를 통해 시스템은 각 패널의 MPPT를 추적하고 그리드에 일치하는 AC 전원을 직접 출력할 수 있습니다.패널은 병렬로 배선되므로 패널 또는 마이크로 인버터 중 하나에 장애가 발생해도 스트링의 전원이 손실되지 않습니다.단, 이 방법에는 이론적으로 시스템의 고비용 부품인 전력 변환 회로가 분산된다는 단점이 있습니다.마이크로 인버터는 적어도 2011년 초에는 와트당 가격이 상당히 높았습니다.

이는 자연스럽게 MPPT 시스템만 패널에 분배되는 전력 최적화 개념으로 이어집니다.이 경우 DC에서AC로의 변환은 MPPT 하드웨어가 없거나 디세이블인 단일 인버터에서 이루어집니다.첨단 솔루션은 이미 설치된 발전소의 최적화를 가능하게 하기 위해 모든 태양열 인버터와 올바르게 작동할 수 있다.지지자들에 따르면, 이 "하이브리드" 접근방식은 마이크로 인버터 접근방식의 장점을 유지하면서 전체적으로 가장 저렴한 솔루션을 생산합니다.

실행

전력 옵티마이저는 기본적으로 DC-DC 컨버터이며, 최적의 전압 및 전류(MPPT를 통해)로 태양 전지판에서 DC 전원을 공급받아 이를 중앙/스트링 인버터에 가장 적합한 다른 전압 및 전류로 변환합니다.

일부 전원 옵티마이저는 같은 제조사의 중앙 인버터와 연계하여 작동하도록 설계되어 있습니다.이것에 의해, 인버터가 옵티마이저와 통신해, 인버터가 패널 [9]스트링으로부터 항상 같은 합계 전압을 수신할 수 있습니다.이 경우 패널이 직렬로 연결되어 있고 음영으로 인해 단일 패널의 출력이 떨어지면 전압이 낮아져 동일한 전류(암페어)를 공급할 수 있습니다.중앙 인버터가 출력 전압이 약간 증가하도록 다른 모든 옵티마이저를 조정하여 인버터에서 필요한 고정 스트링 전압을 유지하는 것을 제외하면 스트링 전압도 떨어집니다(단일 패널이 음영 처리되는 동안 사용 가능한 암페어만 감소).이 옵티마이저의 단점은 옵티마이저와 같은 제조사의 중앙 인버터가 필요하기 때문에 모든 패널에 동시에 설치된 옵티마이저뿐만 아니라 인버터도 교체하지 않는 한 기존 설치에서는 점차적으로 이러한 인버터를 개조할 수 없다는 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

주 및 참고 자료

  1. ^ Venkat Srinivasan, "배터리의 3가지 법칙", GigaOm, 2011년 3월 18일
  2. ^ N. Shenck, "PV Power Systems: PV Theory II" 2010-07-19년 MIT 웨이백머신 아카이브
  3. ^ "Maximum Power Point Tracking이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?", Blue Sky Energy
  4. ^ Solar World의 아카이브된 2012-08-13 Wayback Machine은 전형적인 최신 패널로 6인치 셀을 6x10 배열로 사용하고 （ \ V _ { } 、 . 8 V ） 。
  5. ^ SMA의 Wayback Machine 시리즈의 SunnyBoy Archived 2011-04-08은 미국과 유럽 버전으로 제공되며 일반적으로 500~600VDC 입력을 권장합니다.
  6. ^ 2011년 5월 16일 웨이백 머신, eIQ Energy에서 아카이브된 "전력 생산량 증가"
  7. ^ Chaintreuil, N. 등"그리드 커넥티드 PV 시스템에 대한 그림자의 영향" INES R.D.I. 솔라 시스템 연구소(L2S), 프랑스 르 부르제뒤락.브루엔들링거, R. 등2008년 9월 4-8일 독일 드레스덴에서 열린 제21회 유럽 태양광 태양광 발전 태양 에너지 회의에 제출된 논문 "부분 그늘진 PV 어레이 조건에서 최대 전력점 추적 성능"
  8. ^ Muenster, R. ["쉐이드 어벤스"] 재생 에너지 World.com http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/02/shade-happens-54551 2009-02-02.2009-03-09에 취득.
  9. ^ SolarEdge 테크니컬 노트 - 고정 스트링 전압, 동작 개념