추상적인
모듈 불일치는 태양광(PV) 시스템 발전 효율 향상을 제한하는 핵심 기술 병목 현상 중 하나입니다. 그 본질은 직렬 회로에서 PV 모듈의 일관되지 않은 출력 전류로 인해 발생하는 "버킷 효과"입니다. 국제에너지기구(IEA) 태양광 발전 시스템 프로그램(PVPS)의 통계에 따르면, PV 발전소의 불일치로 인한 전 세계 평균 발전 손실은 5%~15%이며 지형이 복잡하거나 운영 및 유지 관리가 불량한 발전소에서는 심지어 20%를 초과할 수도 있습니다. 그 중 경사각 차이는 산간 지역, 옥상 등 복잡한 설치 시나리오에서 불일치의 가장 지배적인 원인이며 전체 불일치 손실의 약 40~60%를 차지합니다.
PV 모듈의 출력 특성은 전류{0}}전압(I-V) 곡선과 전력{2}}전압(P-V) 곡선에 의해 결정됩니다. 표준 테스트 조건(STC: 조도 1000W/m², 셀 온도 25도, AM1.5 스펙트럼)에서 단일 모듈은 고유한 최대 전력점(MPP)을 갖습니다.
PV 모듈의 단락 전류(Isc)는 -셀 표면에 입사되는 태양 복사 조도에 대략 비례합니다.이는 경사각 차이로 인한 전류 불일치의 핵심 물리적 기반입니다. 공식은 다음과 같이 표현됩니다.
Isc ≒ Isc_STC ×(G/GSTC)
어디:
• Isc: 실제 단락-회로 전류(A)
• Isc_STC: 표준 테스트 조건에서 단락-회로 전류(A)
• G: 실제 입사 조사량(W/m²)
• G_STC: 표준 테스트 조사량(1000W/m²)
여러 개의 모듈을 직렬로 연결하여 스트링을 형성하면 키르히호프의 전류법칙에 따라직렬 회로의 모든 모듈은 동일한 전류에서 작동해야 합니다.; 스트링의 총 전압은 각 모듈의 작동 전압의 합과 같습니다. 이러한 특성은 직렬 시스템이 전류 차이에 매우 민감하다는 것을 결정합니다.
'배럴 효과'('가장 약한 링크' 또는 '병목 효과'라고도 함)는 직렬로 연결된- PV 모듈에서 발생하는 현상과 완벽하게 유사합니다. 각각 용량이 다른 일련의 배럴이 체인으로 연결되어 있다고 상상해 보십시오. 전체 시스템을 통해 흐를 수 있는 물의 양은 다른 배럴의 크기에 관계없이{3}}가장 작은 용량의 배럴에 의해 제한됩니다.
PV 스트링에서 모듈은 전기적으로 직렬로 연결됩니다. 즉, 동일한 전류가 모든 모듈을 통해 흘러야 합니다. 최적이 아닌 각도로 인해 가장 적은 조사량을 받는 모듈은 가장 낮은 전류를 생성합니다. 이로 인해 전체 스트링의 전류가 가장 낮은 성능의 모듈과 일치하게 되어-성능이 더 높은 모듈이 잠재력 이하로 작동하게 됩니다. 전력 손실은 개별 전력 감소의 단순한 합계를 훨씬 초과할 정도로 상당할 수 있습니다.
모듈 불일치의 원인은 복잡하고 다양하며 선천적 불일치와 후천적 불일치의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
동일한 배치로 생산된 모듈이라도 반도체 재료 순도, 생산 공정 변동 등의 요인으로 인해 전기적 성능 매개변수에 약간의 차이가 있습니다. 모듈 제조업체는 일반적으로 모듈에 대해 전력 등급 지정(비닝)을 수행하지만 동일한 전원 빈 내의 모듈은 여전히 ±2.5% 이내의 전류 차이를 가질 수 있습니다.
이러한 공장 매개변수 차이로 인해 발생하는 불일치 손실은 일반적으로 2~3%이며, 이는 모든 PV 시스템에서 완전히 피할 수 없는 기본적인 불일치 손실입니다.
2.2 획득된 불일치: 운영 환경 및 운영 및 유지 관리 요소
이는 실제 시스템 불일치 손실이 기본 값보다 훨씬 큰 주된 이유입니다. 특히 다음을 포함합니다.
• 일관되지 않은 경사각과 방위각(아래에서 자세히 분석하겠습니다)
• 음영 불일치: 주변 건물, 나무, 산 등의 고정 음영과 구름, 새 등의 동적 음영을 수정합니다.
• 오염 및 노화 불일치: 모듈 표면의 먼지, 눈, 새 배설물 등의 고르지 못한 오염 및 장기간 작동 후 노화 속도의 차이-
• 온도 불일치: 모듈의 방열 조건이 달라 온도가 고르지 않음
3.-기울기 각도 차이로 인한 불일치의 심층 메커니즘 및 정량 분석
기울기 각도 불일치는 동일한 시리즈 스트링에 있는 서로 다른 모듈의 설치 기울기 각도(모듈 평면과 수평 평면 사이의 각도)가 일관되지 않음을 의미하며, 이로 인해 각 모듈이 받는 일사량의 차이가 발생하고 이에 따라 출력 전류도 달라집니다. 이는 산악형 PV 및 분산형 옥상 PV 시스템에서 가장 흔하고 쉽게 간과되는 유형의 불일치입니다.
3.1 설치 각도 차이로 인해 이러한 상황이 악화되는 주요 이유는 다음과 같습니다.
• 방사조도 변화: 다른 각도로 기울어진 모듈은 특히 피크 시간대에 직사광선을 덜 흡수합니다. 예를 들어 경사각이 다양한 경사진 지붕에서는-최적의 각도로 기울어진 남향 모듈이 좋은 성능을 발휘하는 반면, 더 얕거나 가파른 각도의 다른 모듈은 성능이 저하될 수 있습니다.
• 일일 및 계절별 영향: 각도는 최대 출력뿐만 아니라 하루 동안의 성능에도 영향을 미칩니다. 균일하지 않은-기울기는 IV 곡선(전류{2}}전압 특성) 불일치로 이어져 불일치 손실이 증가합니다.
• 다른 요인과의 복합화: 각도 차이로 인해 음영 효과나 온도 구배가 악화될 수 있습니다. 각도가 좋지 않은 모듈은 다르게 가열될 수 있습니다..
3.2 기울기 각도 차이와 모듈 출력 전류의 정량적 상관관계
다양한 경사각에서 전체 평면 방사조도를 정확하게 계산하여 경사각 차이와 전류 차이 사이의 관계를 정량화할 수 있습니다. 복용북위 30도 지역(중국의 양쯔강 유역) 예를 들어, 다음 표는 최적의 경사각(약 30도)을 기준으로 다양한 설치 경사각에 대한 연간 총 방사조도와 단락 전류 차이를 보여줍니다.{0}}
설치 기울기 각도 ( 도 ) | 연간 총 방사조도 (kWh/m²) | 최적의 경사각에 따른 조도 차이(%) | 단락-회로 전류 차이(%) |
| 10 | 1285 | -12.3 | -12.3 |
| 15 | 1352 | -7.7 | -7.7 |
| 20 | 1401 | -4.4 | -4.4 |
| 25 | 1432 | -2.3 | -2.3 |
| 30(최적) | 1466 | 0 | 0 |
| 35 | 1451 | -1.0 | -1.0 |
| 40 | 1420 | -3.1 | -3.1 |
| 45 | 1373 | -6.3 | -6.3 |
| 50 | 1312 | -10.5 | -10.5 |
주요 결론:
1. 북위 30도 지역에서는 최적 경사각에서 5도 편차마다 연간 복사조도가 약 2%-4% 감소합니다. 이는 단락 전류가 2%-4% 감소하는 것과 같습니다.
2. 경사각 차이가 20도(예: 30도 대 10도)에 도달하면 연간 조류 차이가 12%를 초과할 수 있습니다.
3. 순간적인 전류차는 연평균차보다 훨씬 크다.. 예를 들어, 하지 정오에 태양 고도각은 약 83.5도이며, 이때 경사각이 10도인 모듈이 받는 직접 복사조도는 경사각이 30도인 모듈이 받는 것보다 약 15% 더 높습니다. 동지 정오에는 태양 고도각이 약 36.5도이고, 기울기 각도가 10도인 모듈이 받는 직접 복사량은 기울기 각도가 30도인 모듈이 받는 것보다 약 25% 낮습니다.
모듈 불일치 문제를 해결하기 위해 업계에서는 다양한 솔루션이 개발되었으며, 그 핵심 아이디어는 다음과 같습니다."직렬 전류는 일관되어야 한다"는 제한을 깨뜨립니다.또는전류 차이 최소화.
이는 가장 기본적이고 가장 저렴한{0}}비용의 솔루션이자 모든 프로젝트에서 가장 먼저 채택해야 하는 조치입니다.
1. "동일한 기울기 각도, 동일한 스트링" 원칙을 엄격하게 구현합니다.: 기울기 각도 불일치를 방지하기 위한 황금률입니다. 기울기 각도와 방위각이 동일한 모듈은 동일한 스트링에 직렬로 연결해야 하며, 기울기 각도/방향이 다른 모듈을 함께 직렬로 연결하면 안 됩니다.
2. 문자열 길이를 적당히 줄이세요: 기울기 각도 차이가 큰 지역에서는 스트링 길이를 적절하게 단축(22-24모듈에서 18-20모듈로)하면 불일치의 영향 범위를 줄일 수 있습니다.
3. 인버터 MPPT 채널 분할 최적화: 서로 다른 경사 각도 영역의 스트링을 서로 다른 MPPT 채널에 연결하여 각 MPPT 채널이 동일한 경사 각도를 갖는 스트링의 최대 전력 지점만 추적하도록 합니다.
중국 지상 태양광 PV 시스템 제조업체 공급업체 공장 - 도매 서비스 - Dongshuo New Energy
기존 중앙 인버터에는 일반적으로 1-2개의 MPPT 채널만 있는 반면, 최신 스트링 인버터에는 일반적으로 여러 개의 독립 MPPT 채널이 장착되어 있습니다(6-12 이상). 각 MPPT 채널은 서로 다른 스트링의 최대 전력 지점을 독립적으로 추적할 수 있으므로 불일치가 단일 MPPT 채널에 미치는 영향을 제한합니다.
경사각 불일치에 미치는 영향: 서로 다른 틸트 각도 영역 간의 불일치 문제를 효과적으로 해결할 수 있지만 여전히 동일한 영역의 스트링 내에서 틸트 각도 차이를 해결할 수 없습니다.
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이는 현재 주로 파워 옵티마이저 및 마이크로인버터를 포함하여 기울기 각도 불일치를 해결하는 가장 효과적인 기술 솔루션입니다.
1. 파워 옵티마이저
파워 옵티마이저는 각 모듈의 뒷면에 모듈과 일대일로-해당-설치됩니다. 각 모듈의 작동 전압과 전류를 독립적으로 조정하여 각 모듈이 자체 최대 전력 지점에서 작동하도록 한 다음 직렬 회로에 직류를 출력할 수 있습니다.
경사각 불일치에 미치는 영향: 스트링 내부의 기울기 각도 차이로 인한 전류 불일치를 완전히 제거하여 각 모듈에서 최대 전류를 출력할 수 있습니다. 측정된 데이터에 따르면 경사각 차이가 큰 산악 발전소에서 파워 옵티마이저를 사용하면 발전량을 15%~20% 늘릴 수 있습니다.
2. 마이크로인버터
마이크로인버터는 각 모듈 뒷면에 직접 설치되어 모듈에서 출력되는 직류를 교류로 직접 변환한 후 그리드에 병렬로 연결된다. 각 모듈은 직렬 전류 제한이 전혀 없는 독립적인 발전 장치입니다.
경사각 불일치에 미치는 영향: 모든 틸트 각도 불일치 문제를 완벽하게 해결하며, 틸트 각도 차이에 관계없이 각 모듈이 독립적으로 작동할 수 있습니다.
우리 회사는 위에서 언급한 모든 솔루션과 완벽한 시스템을 제공할 수 있습니다. 필요하시면 저희에게 연락주세요!
PV 기술이 지속적으로 발전함에 따라 모듈 불일치 문제에 대한 솔루션도 끊임없이 혁신하고 개발되고 있습니다.
1. 고효율 MLPE 기술: 차세대 전력 최적화기 및 마이크로인버터의 변환 효율은 99%를 초과했으며, 자체 전력 소비는 더욱 감소하고 비용은 지속적으로 감소합니다.{2}
2. 스마트 모듈 기술: 전력 최적화기 또는 마이크로인버터를 모듈과 통합하여 스마트 모듈을 형성하고 설치 프로세스를 단순화하며 시스템 신뢰성을 향상시킵니다.
3. 디지털 트윈 기술: 디지털 트윈 기술을 활용해 PV 발전소의 가상 모델을 구축하고 다양한 작업 조건에서 불일치 손실을 정확하게 시뮬레이션하며 조기 경고 및 최적 제어를 실현합니다.
4. 새로운 배터리 기술: 슁글드 모듈, 하프-컷 모듈, 슬라이스 모듈 등 셀 분할 및 최적화된 연결 방식을 통해 음영 및 불일치의 영향을 줄입니다. 예를 들어, 하프-커트 모듈은 음영으로 인한 전력 손실을 약 50% 줄일 수 있습니다.
모듈 불일치는 PV 시스템에서 피할 수 없는 현상입니다.그 중 경사각 차이는 복잡한 설치 시나리오에서 불일치의 주요 원인입니다., 결과적인 발전 손실은 15% 이상에 도달할 수 있습니다. 기울기 각도 차이는 모듈이 받는 일사량에 영향을 주어 모듈의 출력 전류의 불일치를 직접적으로 초래하고, 직렬 회로의 "버킷 효과"를 통해 전체 스트링의 발전을 제한합니다.
다양한 유형의 PV 발전소의 경우 지형 조건, 경사각 차이 크기 및 투자 예산과 같은 요소에 따라 가장 적합한 불일치 솔루션을 선택해야 합니다. 지상에 설치된-발전소는 다중-MPPT 스트링 인버터에 우선순위를 부여할 수 있습니다. 경사각 차이가 큰 산악 지역 및 옥상과 같은 복잡한 시나리오의 경우 모듈{3}} 수준의 전력 전자 기술은 상당한 발전 개선 및 투자 수익을 가져올 것입니다.
