Matlab-Simulink를 이용한 태양전지의 MPPT 제어특성에 관한 연구

Abstract

세계는 많은 에너지 자원을 소비하고 있다. 그 중에서도 전기에너지는 원자력발전, 수력발전, 화력발전에 의존하고 있다. 이러한 발전방식의 주된 에너지원으로 사용되었던 화석연료는 고갈, 환경오염 및 생태계 파괴 등의 문제를 야기 시키고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 신재생 에너지원 중 무한하며, 에너지변환과정에서 공해가 없고, 유지보수가 쉬운 청정에너지원이라 불리는 태양광발전산업은 최근 급성장하고 있다. 하지만, 태양광발전은 일사량, 온도에 따른 출력량의 변화와 에너지 변환효율이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 태양전지 셀과 전력변환기의 효율을 높이려는 많은 연구가 진행되고 있다.[1] 태양광발전시스템의 핵심요소인 태양전지는 외부 환경조건에 따라 그 출력 전류-전압 특성 곡선(I-V Characteristics Curve) 및 전력-전압(P-V) 특성곡선이 비선형으로 변화되는 특징을 가지고 에너지 손실의 최소화와 태양전지를 효율적으로 사용하기 위해서는 온도나 일사량 등의 변화에도 항상 최대전력을 얻을 수 있도록 하는 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어가 필요하다. 이런 최대출력점을 추종하는 제어방법 중 가장 많이 이용되는 제어방법으로는 Incremental Conductance (IncCond)방법과 Perturbation and Observation(P&O)방법이 있다.[2,3,4] 그 중 P&O 방법은 태양전지의 출력전압을 주기적으로 증가 또는 감소시킴으로써 최대전력점을 추적하는 방식으로써 비교적 제어 알고리즘이 간단하면서도 우수한 추적 성능을 나타낸다. 하지만 외부조건이 일정하거나 아주 천천히 변화하는 경우에 최대전력점 근처에서 발진하게 되며, 또한 외부조건이 급변하는 경우에도 최대전력점 추적에 실패하게 되는 문제점이 있다.[5] IncCond(Incremental Conductance) 제어 알고리즘은 부하 임피던스와 태양전지 임피던스와의 비교에 의해서 태양전지 출력을 제어하는 방법으로, P&O 방식의 졀점인 최대전력점에서 자려진동, 일사량변동에 따라 전압 변동폭이 따라 가지 못하는 단점을 보완하는 방법이다. 본 논문에서는 태양광발전시스템의 최대전력점 추종방식의 새로운 형태인 보다 빠르고 정확한 Newton Method 제어 알고리즘을 제안하였다. 이를 검증하기 위하여 기존의 널리 사용되고 있는 P&O제어 알고리즘, IncCond 제어 알고리즘과 더불어 Newton Method제어알고리즘을 MATLAB Simulink를 이용하여 모델링하고 제안한 Newton Method 방식의 타당성을 입증하고자 하였다.