포토다이오드를 이용한 양축형 태양광발전 추적시스템에 관한 연구

Abstract

Various types of solar tracker have recently been developed and efforts have been made to maximize the efficiency of a solar power generation system using the same. The photovoltaic power generation industry is a new growth engine of the future regardless of the country, and it is continuously rising compared to other industries. This solar power generation system is required to develop a solar tracking system that can track up, down, left, and right so that the solar radiation amount is maximized due to the geographical characteristics of Korea. Conventional photovoltaic tracking systems use CPU, resulting in durability and cost problems. In addition, it is difficult to expect high power generation efficiency because existing solar tracker system is influenced by installation site and environment. In this paper, we propose a method to guarantee the system life as passive elements by using high efficiency operation and analog devices by tracking optimal sunlight by using interconnection circuit of photodiode tracking sensor and motor without using CPU. To verify the efficiency of the proposed tracker system, a 30W tracker photovoltaic power generation system was produced. In addition, the power generation performance compared to the conventional fixed solar power generation system is presented as an experimental result and its validity is verified.|태양광발전은 무한정의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 기본원리는 반도체 PN집합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 태양광이 조사되면, 광에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 생성된 전자와 정공은 각각 n층과 p층으로 이동하여 전류가 흐르게 되는 광기전력효과에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.[1] 이러한 태양전지를 필요한 단위 용량에 맞게 직렬 혹은 병렬연결하고 기후에 견딜 수 있도록 단단한 재료와 구조로 만들어 태양전지 모듈(solar cell module)로 상품화 한다. 태양광을 전기로 직접 변환시키는 발전 방식인 태양광발전시스템의 구성요소는 태양전지, 태양전지에서 발전된 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치인 PCS(power conditioning system), 부하로 구성되며 부가적으로 발전전력을 저장하는 축전지, 모니터링 시스템을 갖출 수 있다. 태양광발전시스템은 범세계적으로 화석연료의 고갈과 기후변화 협약에 대응하여 미래의 에너지원으로 각광 받고 있으며 특히 우리나라는 신재생에너지 3020 프로젝트를 추진 중에 있으며 태양광발전 부분이 60% 이상을 공급하고자 한다.[2] 하지만 이러한 태양광발전시스템은 일사량과 온도 변화에 따라 발전량이 급변하므로 태양광 추적 시스템을 적용하여 시스템 효율의 극대화를 위한 필요성에 의해 많은 연구가 진행되고 있다. 태양광 추적기 시스템은 CPU를 사용한 프로그램 방식에 의한 설치 장소에 따른 프로그램 수정으로 인한 내구성과 비용의 문제 때문에 높은 발전효율을 기대하기 힘들다. 본 논문에서는 CPU를 사용하지 않고 포토다이오드 추적센서와 모터의 연동회로를 이용하여 최적의 태양광을 추적하여 높은 효율 운전과 아날로그 소자들로 구성하여 수동 소자만큼의 시스템 수명을 보장하는 방식을 제안하였다. 제안한 태양광 추적기 시스템의 효율 검증을 위해 30W급 소형 태양광발전시스템을 제작하여 기존의 고정형 태양광발전시스템 대비 발전성능을 실험 결과로 제시하여 그 타당성을 검증하였다.