MPPT란? Maximum Power Point Tracker (최대전력추종제어)

태양광 추적 패널을 제작하는 과정 중, 배터리를 보다 효율적으로 충전할 수 있는 컨트롤러를 조사하다 MPPT라는 개념을 접하게 되었다.
전기 현장에서 근무할 당시에는 접할 기회가 없어 관심이 없었지만, 이번 프로젝트를 구성하고 계획하면서 중요성을 새롭게 느껴 기록해본다.

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태양전지 셀에 빛을 받아서 생성되는 전력의 최대크기를 최대전력점(Pmax) 라고 한다.

최대전력점을 구하는 식은 단순하게 V(pmax) * I 로 나타나지 않는다.

태양전지는 V-I의 동작 특성이 존재합니다.(Fill Factor)

• 부하전류(I), 동작전압(V)이 존재.
• 전압은 온도에 반비례, 한계점이 존재 (온도가 높을수록 전압은 낮아짐)
• 전류(일사량)가 클수록 전압 한계점이 높아짐.
• 개방전압에 가까워질수록 전류는 급격히 감소

셀이 생산해 낼 수 있는 전압 전류는 한계가있다.

개방전압에 가까워지면 전류는 급감함.

따라서, 최대전력점(Pmax) 을 유지해 높은 발전량을 유지하기 위해서는 전압의 한계점 바로전에서 전력점을 유지 시키는것.

⇒ 따라서 MPPT는 이 한계점 바로 전 지점에서 최대 출력을 유지하도록 전압을 자동으로 조정한다.

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MPPT 알고리즘이란?

MPPT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘은 태양광 발전 시스템에서 태양광 패널(PV) 이 항상 최대 전력점(Pmax) 근처에서 작동하도록 제어하는 방식입니다.

일조량, 온도, 부하 조건 등이 실시간으로 변하더라도, MPPT는 전력-전압 곡선 상의 최적 지점을 지속적으로 추적하여 시스템 효율을 극대화합니다.

목적

• 태양광 어레이의 출력 임피던스를 조정하여 최대 전력 추출
• 외부 환경 변화(일조량, 온도 등)에 대응
• 전체 PV 시스템의 발전량 최적화

태양광 시스템의 I-V 및 P-V 특성에 따른 전력전압 곡선

대표적인 MPPT 알고리즘 종류

1. P&O (Perturb and Observe, 섭동 및 관측법)

• 가장 널리 사용되는 방식
• 작동 전압을 소폭 변화시키고, 이에 따른 전력 변화 관측
• 전력이 증가하면 같은 방향으로, 감소하면 반대 방향으로 전압 조정
• 장점: 구조가 단순하고 구현이 쉬움
• 단점: 최대 전력점 부근에서 진동 발생 가능

  

  기본 P&O 알고리즘

2. IncCond (Incremental Conductance, 증분 전도도법)

• 전압에 따른 순시 전도도(dI/dV)와 평균 전도도(I/V)를 비교
• 두 값이 같을 경우 MPP에 도달했다고 판단, 그 전압을 유지
• 장점: 빠르게 수렴하고 진동이 적음
• 단점: 구현이 조금 더 복잡함

  

  증분전도도 알고리즘

3. FOCV (Fractional Open Circuit Voltage, 개방전압 비례법)

• 최대 전력점 전압이 개방전압(Voc)의 일정 비율이라는 원리 사용
• 주기적으로 개방 전압을 측정한 뒤, 비례 계산하여 전압 설정
• 장점: 계산이 간단하고 빠름
• 단점: 측정 시 발전을 잠깐 멈춰야 하는 손실 발생 가능