태양전지 모듈 및 PCS 의 성능평가 분석 연구

최종평가발표2005. 11. 15.

태양전지 모듈 및 PCS 의 성능평가 분석 연구태양전지 모듈 및 PCS 의 성능평가 분석 연구

태양광시스템연구센터

박 이 준

차례

사 업 개 요1

연구목표 및 연구내용2

PCS 성능시험3

PV 모듈 성능시험4

결론5

1. 사업개요과제명 태양전지 모듈 및 PCS 의 성능평가 분석 연구

주관기관 한국에너지기술연구원

의뢰기관 (PCS) 한양전공㈜ , 다한테크㈜ ( 모듈 ) 쏠라테크㈜

사업기간 2004 년 9 월 ~ 2005 년 8 월 (12 개월 )

총 사업비

정부출연 77,000 천원

민간부담 33,000 천원

계 110,000 천원

2. 연구목표 및 내용 연구목표

• PCS 의 정상특성 및 과도특성 분석• PCS 의 계통 보호기능 특성 분석• PV 모듈의 전기적 환경적 특성 분석• PV 모듈의 신뢰성 분석

연구내용• PCS 의 정상특성 시험 분석• PCS 의 계통보호 시험 분석• PV 모듈의 전기적 특성 시험 분석• PV 모듈의 환경적 특성 시험 분석

3. PCS 성능 시험 국내 개발 PCS 의 성능 시험 결과

구분 항목 한양전공 다한테크

DC입력

정격전압 DC 350V DC 300V

동작전압범위 DC 280V~420V DC150~350V

AC출력

상수 단상 2 선식 단상 2 선식

정격용량 3kVA 3kVA

전압변동범위 AC 220V ± 13V AC 220V±10%

주파수변동범위

60Hz ± 0.3Hz 58.2Hz~61.8Hz

전류 THD 5% 미만 5% 이하

변환효율 95% 이상 90% 이상

역률 0.95 이상 0.95 이상

기구외형치수 W350×H450×D190mm W600×H400×D230

변압기 유무 없음 없음

PCS 시험 시료

주요 성능평가 시험결과 1

최대전력추종시험

시험조건 판정기준

측정치

등가일사강도

한양전공

추종효율[%]

다한테크

추종효율[%]

등가일사강도에

따른 최대전력

추종효율 측정

최대전력 추종

효율이

95% 이상

100 99.33 98.52

75 99.25 98.56

50 98.76 98.21

25 95.94 99.31

12.5

97.06  

77.80

주요 성능평가 시험결과 1

최대전력추종시험 ( 계속 )

Irradiance 12.5% - Variation continued

< 다한테크 주요 데이터 >

주요 성능평가 시험결과 2

단독운전 방지시험

PV array

inverter

Ppv+jQpv QjP

R L C

PL+jQL GridReclosure

Va

< 단독운전 시험회로 >

주요 성능평가 시험결과 2

설정치 판정기준 시험조건측정치

한양전공[sec]

다한테크[sec]

 · 능동적방식 : 디지털 주파수 추적에 의한 주파수 shift 방식

· 수동적방식 : 전압위상 검출방식·  동작시간 1 초 이내

동 작 시 간 : 1 초 이내

△P:  0%, △Q:  0% 미검출 0.623

△P:  5%, △Q:  0% 미검출 0.636

△P: -5%, △Q:  0% 미검출 0.632

△P: 10%, △Q:  0% 0.0065 0.639

△P:-10%, △Q:  0% 미검출 0.627

△P:  0%, △Q:  5% 0.1 0.042

△P:  0%, △Q: 10% 0.002 0.022

△P:  0%, △Q: -5% 0.213 0.563

△P:  0%, △Q:-10% 0.118 0.036

△P:  5%, △Q:  5% 0.005 0.04

△P:  5%, △Q: -5% 0.34 0.56

△P: -5%, △Q:  5% 0.11 0.056

△P: -5%, △Q: -5% 0.11 0.536

단독운전 방지시험 결과

주요 성능평가 시험결과 2

단독운전 방지시험 결과 ( 계속 )

△P: 0%,  △Q: 0% -2nd test △P: 5%,  △Q: 0% -2nd test

[W1 : 계통전압 , W2: 인버터 출력전압 , W3: 인버터 출력전류 , W4: 조류전류 ]

< 한양전공 주요 데이터 >

주요 성능평가 시험결과 2

단독운전 방지시험 결과 ( 계속 )

< 한양전공 주요 데이터 > < 다한테크 주요 데이터 >

검출시간

검출시간

유효전력

무효 전력

유효 전력

무효전력

1 초 1 초

주요 성능평가 시험결과 3

직류 입력전류 리플시험

시험조건 판정기준 한양전공 다한테크

정 격 출 력 시 입 력 전 류 의 리플시험

정격입력전류의 리플율이 5% 이내일 것 4.92% 1.95%

[W1 : DC 입 력 전 압 , W2: DC 입력전류 ]

Max 13.73667

Min 13.21083

Avg 13.5146

RF 1.945451

< 다한테크 주요 데이터 >

4. PV 모듈 성능 시험 국내 PV 모듈의 환경적 내구성 시험 결과

시료 번호시료 번호 시험 시료 구조시험 시료 구조 시험 시료 사진시험 시료 사진

Sample 2Sample 2

Sample 4Sample 4

Sample 8Sample 8

Sample 9Sample 9

Sample 10Sample 10

Sample 1Sample 1

Sample 3Sample 3

Sample 4Sample 4

Sample 5Sample 5

Sample 7Sample 7

PV 모듈 시험 시료의 구조

태양전지 모듈 성능시험 흐름도 ( 국제 인증 시험 )

온도계수측정온도계수측정

공칭동작셀온도(NOCT)

공칭동작셀온도(NOCT)

NOCT 에 있어서동작시험

NOCT 에 있어서동작시험

저방사도 동작시험저방사도 동작시험

옥외 노출 시험옥외 노출 시험

핫스폿 시험핫스폿 시험

모 듈모 듈

외관검사( 시험방법 10.1)

외관검사( 시험방법 10.1)

전기적성능( 시험방법 10.2)

전기적성능( 시험방법 10.2)

절연시험( 시험방법 10.3)

절연시험( 시험방법 10.3)

자외선시험자외선시험

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 50cycle

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 50cycle

온습도사이클시험-40℃~+ 85℃ 10cycle

온습도사이클시험-40℃~+ 85℃ 10cycle

단자강도 시험단자강도 시험

반복시험(10.1, 10.2, 10.3)

반복시험(10.1, 10.2, 10.3)

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 200cycle

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 200cycle

내풍압시험내풍압시험

비틀림시험비틀림시험

내열성시험상대습도 85% 1000 시간

내열성시험상대습도 85% 1000 시간

강박시험강박시험

( 모듈 8 매 )

* IEC 61215 참조

IEC 인증을 위해 앞으로보완해야 할 항목

PV 모듈 성능시험 흐름도 ( 국내 인증에 준한 시험 )

모 듈모 듈

외관검사외관검사

전기적성능전기적성능

절연저항시험절연저항시험

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 50cycle

온도사이클시험-40℃~+ 85℃ 50cycle

온습도사이클시험-40℃~+ 85℃ 10cycle

온습도사이클시험-40℃~+ 85℃ 10cycle

내습성시험85℃, 85% 1,000 시간

내습성시험85℃, 85% 1,000 시간

내열성시험상대습도 85% 1000 시간

내열성시험상대습도 85% 1000 시간

( 모듈 10 매 )

발전성능시험발전성능시험 내전압시험내전압시험

외관검사외관검사

전기적성능전기적성능

절연저항시험절연저항시험발전성능시험발전성능시험 내전압시험내전압시험

PV 모듈 시료별 시험 항목

전기적 성능시험 환경적 성능시험

시료 No 초기 I-V, 절연 , 내전압 온도 cycle 온습도 cycle 내열성 cycle 내습성 cycle

시료 -1 ○ ○ ○ ○ ○

시료 -2 ○ ○ ○ ○ ○

시료 -3 ○ ○

시료 -4 ○ ○

시료 -5 ○ ○

시료 -6 ○ ○

시료 -7 ○ ○

시료 -8 ○ ○

시료 -9 ○ ○

시료 -10 ○ ○

PV 모듈의 환경시험 조건

온도사이클 시험 주기 온습도사이클 시험 주기

PV 모듈의 환경시험 조건

내열성 시험 주기 내습성 시험 주기

초기 시료의 전기적 특성 시험 결과

항목시료

Voc(V) Isc(A)Pmax(W

)Vmax(V

)Imax(A

)FF(%) Eff(%)

기준사양 23.8 3.10 55.0 19.2 2.90 75.5 13.2

시료 -1 23.8 3.00 54.9 19.4 2.80 75.8 13.2

시료 -2 23.9 3.10 55.3 19.1 2.90 75.1 13.3

시료 -3 23.9 3.10 55.8 19.1 2.90 74.5 13.4

시료 -4 23.8 3.10 55.1 19.1 2.90 74.6 13.2

시료 -5 23.8 3.10 55.9 19.1 2.90 75.2 13.4

시료 -6 23.8 3.10 55.5 19.5 2.80 75.2 13.3

시료 -7 23.9 3.10 55.5 19.5 2.80 75.3 13.3

시료 -8 23.9 3.10 55.3 19.1 2.90 74.4 13.3

시료 -9 23.9 3.10 55.3 19.1 2.90 74.0 13.3

시료 -10 23.8 3.20 55.8 19.1 2.90 74.3 13.4

평 균 23.84 3.11 55.44 19.21 2.88 74.84 13.31

환경시험 후의 항목별 발전 특성

시료 -1 의 환경시험항목별 발전성능 시료 -2 의 환경시험항목별 발전성능

환경시험 전후의 절연저항 특성

환경시험 후의 외관 검사 결과

Bubble 현상 발생

Back sheet 변형 현상 발생

Seal 변형 현상 발생

PV 모듈 시험 결론 및 건의사항

결 론 결 론

시험품의 발전성능시험 결과 최대 출력 및 출력 균일도 우수

시험품의 절연저항 및 내전압시험 결과 매우 우수

참여업체의 적극적인 R&D 참여 실적을 바탕으로 제조 기술력 향상

성능평가 제도 도입에 따른 국내 제품의 기술력 향상

시험품의 발전성능시험 결과 최대 출력 및 출력 균일도 우수

시험품의 절연저항 및 내전압시험 결과 매우 우수

참여업체의 적극적인 R&D 참여 실적을 바탕으로 제조 기술력 향상

성능평가 제도 도입에 따른 국내 제품의 기술력 향상

건의 사항 건의 사항

태양전지모듈 인증제도의 적극적 추진 및 국제수준의 평가설비 구축 필요

성능평가 설비 운영 및 국내 기술력의 향상을위해 성능시험의뢰 과제의

계속적 추진 필요

성능시험의뢰과제 적극적 참여를 유도하기 위해 민간부담금을 면제하고 ,

참여업체에 대한 기술지원 형태의 운영 필요

보급사업의 성공적 수행을 위하여 성능시험에만 제한하지 않고 , 기설치된

시스템의 PV 모듈에 대한 노화 분석 연구의 필요성 높아짐

태양전지모듈 인증제도의 적극적 추진 및 국제수준의 평가설비 구축 필요

성능평가 설비 운영 및 국내 기술력의 향상을위해 성능시험의뢰 과제의

계속적 추진 필요

성능시험의뢰과제 적극적 참여를 유도하기 위해 민간부담금을 면제하고 ,

참여업체에 대한 기술지원 형태의 운영 필요

보급사업의 성공적 수행을 위하여 성능시험에만 제한하지 않고 , 기설치된

시스템의 PV 모듈에 대한 노화 분석 연구의 필요성 높아짐

5. 모듈 및 PCS 성능평가분석 사업 결론

국제수준의 PCS 및 모듈 평가 설비 보완 , 구축 시급

성능 평가 설비 운영 및 국내 기술력 향상을 위한 성능 평가 사업의 계속 추진 필요