PV 패널 고장 유형과 I-V 곡선

다음은, 2020년도 ‘한국조명전기설비학회논문지’의 일부 내용입니다.

“… 본 연구에서는 PV모듈의 고장유형을 박리(Delamination) 와 균열(Crack), 달팽이흔적(Snail Tracks), 핫스팟 (Hotspot), 바이패스 다이오드(Bypass Diode) 고장, PID(Potential-Induced Degradation)로 분류하였다. 박리는 공정 결함, 공정 전 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 보관 문제, 열, 습기에 의해 발생되고, 균열은 생산·운송·설치 중 발생하거나 우박, 적설, 태풍에 의 해 발생된다. 달팽이 흔적은 공정 결함과 균열된 부분에 수분이 침투되면 야기되는 상태이다. 그리고 핫스 팟의 발생 원인은 납땜불량과 같은 공정 결함과 음영, 바이패스 다이오드의 고장이 있으며, 바이패스 다이오드의 고장은 초기 결함이나 열에 의해 발생된다. PID는 높은 전압과 높은 온도, 높은 습도를 발생 원인으로 보고 있다…”

“… PV 모듈은 발생한 고장유형에 따라 특징적인 I-V곡 선변화를 보인다. 통계적 분류법과 벡터해석법은 정상과 고장 I-V 곡선을 비교하고, 고장 유형별 I-V 곡선변화의 특징을 감지하여 고장유형을 분류하는 공통점이 있다. 하지만 두 가지의 방법은 측정한 고장유형별 단락 전류(Ⅰ), 개방전압(V) 등의 I-V 곡선 데이터와 I-V 곡선의 전기적 거리를 이용하는 것에서 차이가 있다. 균일박리 고장의 경우, 정상 PV모듈에 비해 단락 전류가 낮아지는 특성을 지닌다. 비균일박리는 I-V 곡선 상에서 단락전류가 정상적인 PV모듈의 단락전류보다 낮고, 저전압대에서 전류값이 선형적으로 감소하며, 최대전력 부근에서 기울기의 급격한 변화가 2회 발생한다. 달팽이흔적은 I-V 곡선 상 저전압대 에서 일정한 전류를 갖는다는 점을 제외하고는 비균 일박리의 현상과 유사하다. 반면, 핫스팟 고장은 정상 상태와 단락전류가 같다는 점에서 비균일 박리와 달팽이흔적과는 차이가 있다. 바이패스 다이오드 고장의 경우, 정상 PV모듈에 비해 개방전압이 낮아지는 특성을 지닌다. PID 고장은 정상 PV모듈에 비해 개방전압이 낮아지는 특성과 동시에 단락전류의 크기가, 일정한 부분이 바이패스 다이오드 고장의 경우에 비해 작아지는 특성을 갖는다…”

* 이미지 출처 : https://www.researchgate.net/figure/Damage-to-a-PV-system-attributed-to-an-arc-fault_fig2_277709385