A bypass diode is connected in parallel to solar cells with opposite polarity. The advantage of using the bypass diode is circumvented a destructive efforts of hot-spot heating in the photovoltaic(PV) module. In addition, it is possible to reduce a energy loss under the partial shading on the PV module. This paper presents a characteristic of photovoltaic module under partial shading condition and with defective bypass diode by using the experimental data. The results of field testing for each photovoltaic modules, when photovoltaic system which is connected power grid is operating, the inner junction-box temperature of shading photovoltaic module is high $5^{\circ}C$ because of difference of flowing current through into bypass diode. And incase of not operating photovoltaic system, the inner junction-box temperature of module with defective bypass diode is greatly higher than partial shading PV module.
The effect of bypass diodes on the output energy of solar cells was investigated under the condition of partial shading. The maximum power point was estimated using the perturbation & observation algorithm, taking into account the correlation effect between the arrangement and number of bypass diodes. The performance of the bypass diode was tested under the consideration of the partial shading effect and simulated using a Matlab/Simulink.
In this paper, we study the electric characteristics of shading effects in photovoltaic module in case of outdoor operation. When fabricating PV module, solar cells are connected serially to obtain the high voltage because of its low open circuit voltage. And total current is determined by lowest current among solar cells. When the shading happens on PV module's surface, the current of shaded solar cell determine the total current flow. Because of this, generally by-pass diode is installed on junction box. The bypass diode operate when revered and shaded solar cell's voltage is over 0.6 voltage. The reverse-biased solar cell gives reduced maximum power of PV module and might give negative effect on durability. So, adequate by-pass installation and selection is needed.
As the installation of photovoltaic systems increases, fire accidents of PV system grow every year. Most of PV system fires have been reported to be caused by electrical components. The majority of fire accidents occurred in combiner box, which is presumed to be short-circuit accidents due to dustproof and waterproof failures or heat deterioration of blocking diode. For this reason, the blocking diode installation became optional by revised PV combiner regulation. In this paper, according to the revised regulation, reverse current that generated by voltage mismatch was measured and analyzed in PV array without a blocking diode. The factors that cause voltage mismatch in array are assumed to be shaded PV module and short circuit failure of bypass diode. As the result of experiment, there is no reverse current to flow under shading condition in module, but reverse current flows on the failure of bypass diode in module. According to the module's I-V characteristic curve analysis, open voltage was slightly reduced due to operation of bypass diode in shading. However, it showed that open circuit voltage has decreased significantly in the failure of bypass diode. This indicates that the difference in open voltage reduction of voltage mismatch factor causes reverse current to flow.
차동 전력 조절기 시스템은 PV 모듈의 부분 음영으로 인해 전체 발전량이 감소하는 현상을 방지하기 위해서 사용한다. 기존의 차동 전력 조절기는 PV 패널과 바이패스 다이오드를 연결하여 구성한 PV 스트링당 한 개의 전력변환 장치가 필요하므로, 전력변환 장치의 개수가 증가하고 전력 시스템의 설치비용이 증가한다. 본 논문에서는 복수의 스트링에 단일 전력변환장치를 사용할 수 있는 차동 전력 조절기 모듈의 구조와 동작 알고리즘을 제안한다. 차동 전력 조절기에 대한 동작 알고리즘을 통해 다양한 부분 음영 조건 시에도 기존의 직렬 연결방식이나 차동 전력 조절 방식에 비하여 최대 발전량을 유지할 수 있다. 제안하는 차동 전력 조절기의 동작 알고리즘은 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.
High Voltage Direct Current (HVDC) 시스템은 고압 직류송전을 위한 시스템이다. 고압 직류 송전을 위해서는 전력변환기가 교류전력을 직류전력으로 변환해주어야 하는데, 최근에는 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC)가 많이 적용되고 있다. MMC는 다수의 서브모듈이 직렬로 구성되어 있으며 DC-link단에 대용량 커패시터가 없다. MMC의 심각한 사고 중에 하나는 DC측 전력케이블의 단락사고로 시스템에 따라서 수십 kA 정도의 사고전류가 AC측 CB(Circuit Breaker)가 열리기 전까지 수십 ms에서 수백 ms동안 흐른다. 만약 하프브릿지 회로의 서브모듈로 구성된 컨버터에 별도 보호장치가 없으면 단락전류는 서브모듈의 하단 다이오드를 통해서 흐르게 되어 소손되게 된다. 이를 방지하기 위해 단락전류를 바이패스(by-pass) 시키기 위한 별도의 사이리스터를 추가하는데 이 기기의 사양은 DC 단락 전류를 충분히 견딜 수 있어야 한다. 본 논문에서는 사이리스터의 서지 전류 내력을 평가하기 위해 사양을 분석하고 시뮬레이션과 실험을 통해서 검증하였다.
The objects of PV (Photovoltaic) monitoring system is to reduce the loss of system and operation and maintenance costs. In case of PV plants with configured of centralized inverter type, only 1 PV module might be caused a large loss in the PV plant. For this reason, the monitoring technology of PV module-level that find out the location of the fault module and reduce the system losses is interested. In this paper, a fault diagnosis algorithm are proposed using thermal and electrical characteristics of PV modules under failure. In addition, the monitoring system applied with proposed algorithm was constructed. The wireless sensor using LoRa chip was designed to be able to connect with IoT device in the future. The characteristics of PV module by shading is not failure but it is treated as a temporary failure. In the monitoring system, it is possible to diagnose whether or not failure of bypass diode inside the junction box. The fault diagnosis algorithm are developed on considering a situation such as communication error of wireless sensor and empirical performance evaluation are currently conducting.
태양광 모듈은 필요한 발전량을 얻기 위해 태양 전지를 직렬과 병렬로 조합하여 구성하며, 이 모듈은 일사량 및 온도에 따라 발전성능이 크게 좌우되는 특성을 가지고 있다. 또한, 태양광 전원은 건물 또는 나무 등의 주변 환경에 의한 음영과 같은 특수한 상황에 의하여 출력손실이 발생하게 된다. 즉 태양광 전원을 구성하는 태양광 모듈 일부에 부분음영이 발생할 경우, 태양광 모듈의 단락전류가 제한되어 전체 발전량 손실을 초래하고, 열점(Hot-Spot) 현상과 같은 열화현상이 발생하여 모듈의 수명을 단축시킨다. 따라서 본 논문에서는 태양광 모듈의 출력을 향상시키기 위한 태양전지와 바이패스 다이오드의 최적구성 알고리즘을 제시하였다. 또한, 부분 음영에 의한 출력손실을 최소화하기 위하여 태양광 어레이의 회로를 최적으로 구성하는 알고리즘을 제시하였다. 상기 알고리즘을 바탕으로 회로해석 프로그램인 PSIM S/W를 이용하여 태양광 모듈과 태양광 어레이를 모델링하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 본 논문에서 제안한 태양 전지와 바이패스 다이오드의 최적구성 알고리즘과 태양광 어레이의 최적구성 알고리즘이 태양광 전원의 성능 향상에 유용함을 확인하였다.
Most PV modules are fabricated by 6 cell-strings with solar cells connected in series. Moreover, bypass diodes are generally installed every 2 cell-strings to prevent PV modules from a damage induced by current mismatch or partial shading. But, in the case of special purpose PV module, like as BIPV (Building Integrated Photovoltaic), the number of cell-strings per module varies according to its size. Differ from a module employing even cell-strings, the configuration of bypass diode should be optimized in the PV module with odd strings because of oppositely facing electrodes. Hence, in this study, electrical characteristics of special purposed PV module with odd string was empirically and theoretically studied depending on arrangement of bypass diode. Here, we assumed that PV module has 3 strings and the number of bypass diodes in the system varies from 2 to 6. In case of 2 bypass diodes, shading on a center string increases short circuit current of the module, because of a parallel circuit induced by 2 bypass diodes connected to center string. Also, the loss is larger, as the shading area in the center string is enlarged. Thus, maximum power of the PV module with 2 bypass diode decreases by up to 59 (%) when shading area varies from 50 to 90 (%). On the other hand, In case of 3 and 6 bypass diodes, the maximum power reduction was within about 3 (W), even the shading area changes from 50 to 90 (%). As a result, It is an alternative to arrange the bypass diode by each string or one bypass diode in the PV module in order to completely bypass current in case of shading, when PV module with odd string are fabricated.
Previous studies have been focused on the voltage of Bypass diode and Isc(Short Circuit Current) of the influenced solar cell. The Bypass diode starts working when it gets the reverse applied voltage. Previous studies have only concentrated on Isc of the influenced solar cell and Imp of PV module to explain the bypassing performance. PV module is usually working together with inverter having MPPT(Maximum Power Point Tracking) function for best performance. bypassing point is regulated by MPPT function of inverter. In this paper, simulation results of Bypass diode in PV module have been analyzed to represent the relationship of the bypassing point with the composition of PV module. From the results, the more cells are connected with each string, the earlier bypassing performance happens under the fixed number of strings. As diode groups increase or irradiation decreases, the bypassing performance starts fast.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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