바이패스 다이오드 원리, 태양광 모듈 정션박스에 대해서
안녕하세요. 태양광 윤대리입니다.
오늘은 모듈 정션박스에 존재하는 바이패스 다이오드에 대해 알아보겠습니다.
목차
1.태양광 모듈 정션박스 외형
2.바이패스 다이오드 역할
3.바이패스 작동원리
4.바이패스 고장원인
1. 바이패스 다이오드 외형 및 구조
바이패스 다이오드는 태양광 모듈 정션박스에 존재합니다.
정션박스는 아래와 같이 생겼습니다.
(1) 태양광 모듈 '정션박스(Junction Box)' 외형
(2) 바이패스 다이오드(bypass diode) 내부
(3) 바이패스 다이오드 구조 원리
태양전지 모듈은 60개 가량의 태양전지 셀로 구성되어 있습니다.
셀은 모두 직렬로 구성되어 있습니다.
뒤에 자세하게 말씀드리겠으나, 간단하게 설명드리겠습니다.
태양전지 일부에 음영이 질 경우, 전체 전류가 감소하는 것을 차단하기 위해 바이패스 다이오드를 설치합니다.
↓
2.바이패스 다이오드 역할
(1) 우선, 태양광에서 직렬과 병렬에 따른 전압, 전류의 변화에 대해서 반드시 알고 있어야 합니다.
직렬 수가 증가할수록, 전압이 증가합니다. 전류와는 무관합니다.
병렬 수가 증가할수록, 전류가 증가합니다. 전압과는 무관합니다.
예를 들어보겠습니다.
ex) 동작전압(Vmpp) 30V , 동작전류(Impp) 10A 스펙의 모듈이 있습니다.
한 스트링의 구성이 10직렬의 경우, 300V 10A가 되는 것이지요.
*'스트링'은 하나의 직렬구성 회로를 의미합니다.
(2) 그렇다면 전류는 무엇과 관련되며, 전압은 무엇과 관련이 있을까요?
전류는 일사량에 영향을 받고, 전압은 온도에 영향을 받습니다.
반대로, 전류는 온도에 영향을 주지 않으며, 전압은 일사량에 영향을 주지 않습니다.
(사실 영향을 완전히 안주는 것은 아닙니다. 그러나 가볍게 이해하기에는 위와 같이 알아두는 것도 무관합니다.)
└ 아래 링크를 확인해보면 도움이 될 것 같습니다.
[셀,모듈] 태양광 모듈과 온도와의 관계
태양광 모듈과 온도와의 관계 안녕하세요. 태양광 윤대리입니다. 오늘은 태양광 모듈과 온도와의 관계를 알아보려 합니다. 여름철 현장점검을 해보면, 전압은 상대적으로 낮고, 전류는 높은 것
22tomorrow.tistory.com
(3) 태양광 모듈은 60개 가량의 셀이 '직렬'로 구성되어 있다고 했습니다.
또, 전류는 일사량에 영향을 준다고 했습니다.
▽ 자! 태양광을 운전하다가, 문제가 생깁니다.
↓
일부 셀에 음영이 졌습니다.
어떻게 될까요?
해당 셀에 일사량이 떨어지므로, 전류는 떨어집니다.
문제는 여기서 발생합니다. 해당 셀만 전류가 떨어질까요? 아닙니다.
직렬 전체 전류가 모두 떨어집니다. 이걸 다르게 표현하면 '하향평준화'가 되겠네요.
저는 다음과 같이 정리합니다.
'직렬 구성은 전류 하향 평준화, 병렬 구성은 전압 표준 평준화'
정리하면, 직렬 연결에서 셀 일부에서 음영에 의해 낮은 전류가 발생하면,
전체 하향 평준화를 야기합니다.
때문에 작은 음영도 발전량 전체에 큰 영향을 줄 수 있습니다.
이 문제점을 해결하기 위해, '바이패스 다이오드'를 이용하여 문제의 회로를 우회합니다.
아래는 바이패스를 사용하는 이유인, 바로 태양광 병목현상에 대한 글입니다. 참고바랍니다.
└알아보기) 일사량이 떨어지면 전체 전류가 떨어지는 이유? 음영구간에 온도가 높아지는 이유? Click!
[셀,모듈] 태양광 핫스팟에 대해서, 태양광 병목현상이란?
태양광 핫스팟에 대해서, 태양광 병목현상이란? 셀 일부가 음영이 지면 전체 전류가 떨어지는 이유? 음영구간에 온도가 높아지는 이유? 열점(핫스팟)이란? 안녕하세요. 태양광 윤대리입니다. 오
22tomorrow.tistory.com
▽ 아래 그래프에서,
cell 1 , cell2 , cell3 을 거쳐갈 수록 전압은 동일하게 증가하나, 전류가 하향조정됨을 알 수 있습니다.
3.바이패스 작동원리
바이패스 다이오드 작동원리는 "전압차" 입니다.
정상 셀의 개방전압을 증가시켜 음영 셀이 역 바이어스가 됩니다.
즉, 정상 셀에서 음영셀 방향으로 전류의 흐름이 일부 발생하게 되죠.
해당 전류에 비례하여 전력을 허비하게 됩니다.
역바이어스 전압이 발생하면 해당구간의 바이패스 다이오드가 닫혀버리는 원리를 이용합니다.
음영셀에서 생성되는 역 바이어스 전압을 제한하는 것이죠.
4. 바이패스 고장원인
1) 간헐적인 음영으로 인해 바이패스 다이오드가 열화 가속화
└ 음영이 생겼다가 없어졌다를 반복하게 되면, 바이패스다이오드 또한 턴온(turn on) 턴오프(turn off)를 반복합니다.
지속적인 반복은 열화를 야기시키며, 기계적인 수명을 단축시킵니다.
2) 기계적인 결함에 의한 고장
3) 다이오드의 항복전압 이상의 서지전압에 의한 고장
위와 같은 이유로, 바이패스는 동작하지 않게 됩니다.
바이패스 다이오드가 동작하지 않을 경우, 어레이 내부에서 스트링 간의 전위차가 발생하여 '병렬 미스매치'를 초래합니다.
병렬 미스매치에 의해 DC스트링 간 전압차이가 발생하여, mppt 최적값을 추종하기 어려워 집니다.
이는 결국 발전량 손실을 야기하게 되죠.
뿐만 아니라, 전위차는 과전류를 유발하고 DC접속반 퓨즈소손의 원인이 될 수 있습니다.
해결책은 간단합니다.
음영을 최소화하면 됩니다.
<관련글>
[셀,모듈] 태양전지 Micro crack에 대해서
태양광 모듈 Micro crack에 대해서 안녕하세요. 태양광 윤대리입니다. 오늘은 태양광 셀에서 발생하는 Mircro crack에 대해 간단하게 알아보려고 합니다. 목차 1. Micro crack이란? 2. 해결방안 1. Micro crack
22tomorrow.tistory.com
이상으로 블로그를 마치겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
'■ 셀·모듈' 카테고리의 다른 글
| [개념정리] 핫스팟이 발전에 끼치는 영향 (0) | 2024.01.16 |
|---|---|
| [셀,모듈] 태양전지 Micro crack (0) | 2023.10.12 |
| [셀,모듈] 태양광 핫스팟에 대해서, 태양광 병목현상이란? (0) | 2023.10.09 |
| [셀,모듈] 태양전지에 대해서 (0) | 2023.10.09 |
| [셀,모듈] 태양전지 셀의 전압은 얼마일까? (0) | 2023.10.08 |
