KR100861499B1

KR100861499B1 - 태양광 발전효율 계측장치

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Publication number: KR100861499B1
Application number: KR1020070071849A
Authority: KR
Inventors: 최기혁; 임인철; 김현우; 우혁재; 신규재
Original assignee: 서울마린 (주)
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-07-18

Abstract

본 발명의 태양광 발전효율 계측장치는 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전력을 계측하기 위한 직류발전 전력측정기와; 상기 직류발전 전력을 교류발전 전력으로 에너지 변환하는 인버터와; 상기 인버터로부터 출력되는 교류발전 전력을 계측하기 위한 교류발전 전력측정기; 및 상기 교류발전 전력측정기의 교류전압 영전압비교기의 반주기 신호 동안에 상기 교류발전 전력측정기의 교류발전 전류와 교류발전 전압의 위상차와 상기 직류발전 전력측정기의 직류발전 전류와 직류발전 전압의 위상차를 실시간 계측하여 이 계측값에 의해 직류발전 전력과 교류발전 전력을 산출함으로써 태양광의 발전효율을 계측하는 마이컴을 포함하여 구성된다. 상술한 본 발명의 태양광 발전효율 측정장치에 의해 교류발전 전압과 교류발전 전류, 직류발전 전압과 직류발전 전류의 위상차를 정밀하게 측정할 수 있으므로 태양광 발전소의 발전전력의 발전효율을 오차범위 1% 이내로 정밀계측할 수 있게 된다.

태양광, 발전효율, 전력측정기, 인버터, 영전압비교기, 마이컴

Description

태양광 발전효율 계측장치{Generation efficiency measuring apparatus of electric power of solar photovoltaic generator}

본 발명은 태양광 발전소의 발전전력의 발전효율을 계측하기 위한 것으로, 특히, 직류발전 전력측정기와 교류발전 전력측정기를 이용한 태양광 발전효율 계측장치에 관한 것이다.

종래의 기술로써 전류 트랜스듀서(transducer)를 이용한 전류측정 방법은 측정 오차범위가 크고, 저항을 이용한 전압측정 방법은 온도에 의하여 저항값이 변화하기 때문에 정밀한 계측이 어렵다. 또한 이러한 방법에 의하여 측정된 교류발전 전압과 교류발전 전류의 위상차를 계측하여도 카운터 주파수가 낮고 분해능이 작기 때문에 신호처리 시 발생하는 오차로 인하여 정밀한 계측이 어려운 문제가 발생한다.

상술한 문제점을 감안하여 개발된 본 발명의 목적은 태양광 발전모듈의 교류발전 전압과 교류발전 전류, 직류발전 전압과 직류발전 전류의 위상차를 정밀하게 측정할 수 있는 태양광 발전효율 계측장치를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적은 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전력을 계측하기 위한 직류발전 전력측정기와; 상기 직류발전 전력을 교류발전 전력으로 에너지 변환하는 인버터와; 상기 인버터로부터 출력되는 교류발전 전력을 계측하기 위한 교류발전 전력측정기; 및 상기 교류발전 전력측정기의 교류전압 영전압비교기의 반주기 신호 동안에 상기 교류발전 전력측정기의 교류발전 전류와 교류발전 전압의 위상차와 상기 직류발전 전력측정기의 직류발전 전류와 직류발전 전압의 위상차를 실시간 계측하여 이 계측값에 의해 직류발전 전력과 교류발전 전력을 산출함으로써 태양광의 발전효율을 계측하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치에 의해 달성된다.

상술한 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치에 있어서, 상기 직류발전 전력측정기는 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전류를 측정하는 직류발전 전류센서와, 상기 직류발전 전류센서로부터 출력된 직류발전 전류신호를 계측하여 직류발전 전류를 측정하는 직류전류 측정회로와, 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전압을 측정하는 직류발전 전압센서와, 상기 직류발전 전압센서로부터 출력된 직류발전 전압신호를 계측하여 직류발전 전압을 측정하는 직류전압 측정회로를 포함하고, 상기 교류발전 전력측정기는 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전류를 측정하는 교류발전 전류센서와, 상기 교류발전 전류센서로부터 출력된 교류발전 전류신호를 계측하여 교류발전 전류를 측정하는 교류전류 측정회로와, 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전압을 측정하는 교류발전 전압센서와, 상기 교류발전 전압센서로부터 출력된 교류발전 전압신호를 계측하여 교류발전 전압을 측정하는 교류전압 측정회로와, 상기 교류발전 전류신호와 교류발전 전압신호의 위상차를 측정하기 위한, 상기 교류전압 측정회로에서 계측되는 교류발전 전압신호와 영전압 기준신호를 비교하여 교류전압 영전압 출력신호를 발생하는 한편, 상기 마이컴으로 출력하는 교류전압 영전압비교기와, 상기 교류전류 측정회로에서 계측되는 교류발전 전류신호와 영전류 기준신호를 비교하여 교류전류 영전류 출력신호를 발생하는 교류전류 영전류 비교기와, 상기 교류전류 영전류 비교기에서 출력한 교류전류 영전류 출력신호와 상기 교류전압 영전압 비교기에서 출력한 교류전압 영전압 출력신호를 입력받아 교류발전신호 위상차를 발생하는 위상차 발생기, 및 상기 위상차 발생기에서 출력된 위상차 신호를 카운터 클럭신호에 의해 2진 카운터하여 위상각 카운터신호를 발생하여 상기 마이컴으로 출력하는 위상각 16진 카운터를 포함하는 한편, 상기 직류발전 전력측정기와 상기 교류발전 전력측정기는, 상기 직류발전 전력측정기의 직류전류 측정회로와 직류전압 측정회로(140)의 출력신호 그리고 상기 교류발전 전력측정기의 상기 교류전류 측정회로와 교류전압 측정회로의 출력신호가 입력되는 아날로그 신호선택기와, 상기 아날로그 신호선택기로 입력된 4가지 출력 신호가 상기 마이컴에 의해 하나씩 선택되어 모두 입력되며, 상기 마이컴으로 상기 4가지 출력신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 컨버터를 공통으로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치에 있어서, 실시간을 카운터하는 실시간 타이머와; 상기 마이컴의 제어에 의해 상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터가 상기 실시간 타이머로부터 제공되는 현재시간과 함께 저장되는 메모리; 및 상기 실시간 계측된 계측데이터를 출력표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치에 있어서, 상기 마이컴은 상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터를 발전소 운영컴퓨터로 원격송신하고, 상기 발전소 운영컴퓨터는 시간별, 일자별, 월별, 년차별로 상기 계측데이터를 데이터베이스화하여 태양광 발전효율을 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치에 있어서, 상기 계측데이터는 RS232C 직렬통신과 RS485 직렬통신 또는 TCP/IP 이더넷 통신에 의해 발전소 운영컴퓨터로 원격송신되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 태양광 발전효율 측정장치에 의해 교류발전 전압과 교류발전 전류, 직류발전 전압과 직류발전 전류의 위상차를 정밀하게 측정할 수 있으므로 태양광 발전소의 발전전력의 발전효율을 오차범위 1% 이내로 정밀계측할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 기술구성과 그 작용에 대하여 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 기술하기로 한다.

첨부한 도면에서, 도 1은 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치의 구성블록도이고, 도 2는 본 발명의 교류발전 전압 및 교류발전 전류 측정방법의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 교류발전 전류 지상조건의 역률 측정방법의 개념도이며, 도 4는 본 발명의 교류발전 전류 진상조건의 역률 측정방법의 개념도이다.

도 5는 본 발명의 직류발전 전압 및 직류발전 전류 측정방법의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 교류발전 전력측정기 회로도이고, 도 7은 본 발명의 직류발전 전력측정기 회로도이며, 도 8은 본 발명의 원격 모니터링 전력측정을 위한 마이컴 및 그 주변회로도를 나타낸 것이다.

본 발명은 태양광 발전소의 발전전력의 효율을 계측하기 위하여 직류발전 전력측정기와 교류발전 전력측정기를 이용한 태양광 발전효율 계측장치에 관한 것으로서, 상기한 도 1에 따른 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치의 구성은 대별하면 직류발전 전력측정기(200), 인버터(2), 교류발전 전력측정기(100), 마이컴(300)으로 이루어진 것으로, 최종적으로 태양광 발전전력이 수요자 송전선로(3)를 통하여 수요자에게 공급된다.

상기 직류발전 전력측정기(200)는 태양광 발전모듈(1)로부터 발전된 직류발전 전력을 계측하는 것으로, 상기 직류발전 전력측정기(200)는 직류발전 전류를 측정하기 위한, 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전류를 측정하는 직류발전 전류센서(110)와 상기 직류발전 전류센서(110)로부터 출력된 직류발전 전류신호(131)를 계측하여 직류발전 전류를 측정하는 직류전류 측정회로(130) 그리고, 직류발전 전압을 측정하기 위한, 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전압을 측정하는 직류발전 전압센서(120)와 상기 직류발전 전압센서(120)로부터 출력된 직류발전 전압신호(141)를 계측하여 직류발전 전압을 측정하는 직류전압 측정회로(140)를 포함한다.

이와 같이 구성된 직류발전 전력측정기(200)는 교류전압 영전압 비교기(60)에서 발생하는 반주기 신호 동안에 직류발전 전류의 평균값과 직류발전 전압의 평균값을 측정하여 각각의 실효값을 산출하기 위한 목적으로 구성된 것이다.

상기 인버터(2)는 상기 직류발전 전력측정기(200)에 의한 직류발전 전력을 교류발전 전력으로 에너지 변환을 하는 소자이다.

상기 교류발전 전력측정기(100)는 상기 인버터(2)로부터 출력되는 교류발전 전력을 계측하는 것으로, 교류발전 전류를 측정하기 위한, 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전류를 측정하는 교류발전 전류센서(10)와 상기 교류발전 전류센서(10)로부터 출력된 교류발전 전류신호(31)를 계측하여 교류발전 전류를 측정하는 교류전류 측정회로(30), 그리고 교류발전 전압을 측정하기 위한, 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전압을 측정하는 교류발전 전압센서(20)와 상기 교류발전 전압센서(20)로부터 출력된 교류발전 전압신호(41)를 계측하여 교류발전 전압을 측정하는 교류전압 측정회로(40)를 포함한다.

또한, 상기 교류발전 전력측정기(100)는 상기 교류발전 전류신호와 교류발전 전압신호의 위상차를 측정하기 위한, 교류전압 영전압비교기(60), 교류전류 영전류 비교기(50), 위상차 발생기(70), 및 위상각 16진 카운터(80)를 포함하는데, 상기 교류전압 영전압비교기(60)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 교류전압 측정회로(40)에서 계측되는 교류발전 전압신호(41)와 영전압 기준신호(61)를 비교하여 교류전압 영전압 출력신호(62)를 출력한다. 이 교류전압 영전압 출력신호(62)는 상기 마이컴(300)으로 입력된다.

상기 교류전류 영전류 비교기(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 교류전류 측정회로(30)에서 계측되는 교류발전 전류신호(31)와 영전류 기준신호(51)를 비교하여 교류전류 영전류 출력신호(52)를 출력한다.

상기 위상차 발생기(70)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 교류전류 영전류 비교기(50)에서 출력한 교류전류 영전류 출력신호(52)와 상기 교류전압 영전압 비교기(60)에서 출력한 교류전압 영전압 출력신호(62)를 입력받아 교류발전신호 위상차(71)를 발생시킨다.

상기 위상각 16진 카운터(80)는 상기 위상차 발생기(70)에서 출력된 위상차 신호를 카운터 클럭신호(81)에 의해 2진 카운터하여 위상각 카운터신호(82)를 출력한다. 이 위상각 카운터신호(82)는 상기 마이컴(300)으로 입력된다.

그리고 상기 직류발전 전력측정기(200)와 상기 교류발전 전력측정기(100)는 아날로그 신호선택기(150)와 아날로그/디지털 컨버터(ADC)를 공통으로 구비하는데, 상기 아날로그 신호선택기(150)에는 상기 직류발전 전력측정기(200)의 직류전류 측정회로(130)의 출력신호와 직류전압 측정회로(140)의 출력신호 그리고 상기 교류발 전 전력측정기(100)의 상기 교류전류 측정회로(30)의 출력신호와 교류전압 측정회로(40)의 출력신호가 입력된다.

상기 아날로그/디지털 컨버터(ADC)는 상기 마이컴(300)에 의해 하나씩 선택되는 상기 아날로그 신호선택기(150)로 입력된 4가지 출력신호를 디지털신호로 변환하여 상기 마이컴(300)으로 출력한다.

이와 같이 구성된 교류발전 전력측정기(100)는 교류전압 영전압비교기(60)에서 발생한 교류발전 전압신호의 반주기 신호 동안에 주기적으로 발생하는 교류전압 영전압출력신호의 on주기 동안에 교류발전 전류의 평균값과 교류발전 전압의 평균값을 측정하여 각각의 실효값을 산출하고 역률을 계산하여 위상차를 측정하기 위한 목적으로 구성된 것이다.

상기 마이컴(300)은 상기 교류발전 전력측정기(100)의 교류전압 영전압비교기(60)의 반주기 신호 동안에 상기 교류발전 전력측정기(100)의 교류발전 전류와 교류발전 전압의 위상차와 상기 직류발전 전력측정기(200)의 직류발전 전류와 직류발전 전압의 위상차를 실시간 계측하여 이 계측값에 의해 직류발전 전력과 교류발전 전력을 산출함으로써 태양광의 발전효율을 계측한다.

여기서 상기 계측값이란 교류발전 전압 평균값, 교류발전 전압 실효값, 교류발전 전류 평균값, 교류발전 전류 실효값, 교류발전 전력 역률, 직류발전 전압 평균값, 직류발전 전류 평균값, 직류발전 전압 실효값, 직류발전 전류 실효값을 의미한다.

상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터는 상기 마이컴(300)의 제어에 의해 실시간을 카운터하는 실시간 타이머(310)로부터 제공되는 현재시간과 함께 메모리(EEPROM)(330)에 저장됨과 아울러 디스플레이(320)에 출력표시된다. 따라서 태양광 발전모듈에 설치된 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치의 직류발전과 교류발전 상태를 태양광 발전모듈 설치현장에서 확인할 수 있다.

한편, 상기 마이컴(300)은 상기 메모리(330)에 저장된 상기 계측값과 산출전력의 계측데이터를 태양광 발전소 계측실의 발전소 운영컴퓨터(미도시)로 RS232 직렬통신(340)과 RS485 직렬통신(350) 또는 TCP/IP 이더넷 통신(360)에 의해 원격송신한다. 그러면 상기 발전소 운영컴퓨터는 상기 계측데이타를 실시간 타이머(310)의 시간정보에 의해 시간별, 일자별, 월별, 년차별로 데이터베이스화하여 운영자에게 제공함으로써 태양광 발전효율의 모니터링을 가능하게 한다.

즉, 상기 마이컴(300)의 메모리(330)에 저장된 계측데이터(계측값과 산출전력)가 RS232와 RS485와 같은 유선직렬통신 또는 TCP/IP와 같은 유무선 인터넷통신에 의해 발전소 운영컴퓨터로 전송되면, 상기 발전소 운영컴퓨터에서 태양광 발전모듈(1)에서 생산된 직류발전 전력이 교류발전 전력으로 얼마나 효율적으로 발전되었는지 상기 계측데이터를 통해 실시간으로 분석(모니터링)된다.

이렇게 실시간 분석된 상기 계측데이터는 시간별, 일자별, 월별, 년차별로 상기 발전소 운영컴퓨터에 데이터베이스로 구축되어 운영자에게 제공됨에 따라 운영자는 태양광 발전의 효율을 분석할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 교류발전 전압 및 교류발전 전류 측정방법의 개념도로서 도시된 바와 같이, 영전압 기준신호(61)를 이용하여 교류 발전전압과 교류 발전전 류의 실효값을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 태양광 발전모듈(1)로부터 발전된 직류발전 전력을 인버터(2)에 공급하여 에너지변환된 교류발전 전류와 교류발전 전압을 계측하기 위하여 본 발명의 교류발전 전력측정기(100)를 이용한다.

교류발전 전력을 측정하기 위하여 교류발전 전압센서(20)를 이용하여 교류전압 측정회로(40)에서 교류발전 전압신호(41)가 출력되고, 또한 교류발전 전류센서(10)를 이용하여 교류전류 측정회로(30)에서 교류발전 전류신호(31)가 출력된다.

상기 교류발전 전압신호와 전류신호의 평균값을 검출하기 위하여 교류발전 전압신호(41)의 ON 주기를 검출하는 방법으로서 교류전압 영전압비교기(60)에 의해 교류발전 전압신호(41)와 영전압 기준신호(61)를 비교하여 양 전압 주기 동안에 교류전압 영전압출력신호(62)가 발생된다.

교류발전 전압의 실효값을 산출하는 방법으로서 마이컴(300)에서 교류발전 전압의 반주기인 교류발전 영전압출력신호(62)의 ON 주기 동안에 측정한 교류발전 전압신호(41)를 적분을 취하여 다음과 같이 교류발전 전압의 평균값

을 계측하고 교류발전 전압의 실효값

을 산출한다.

---------------(1)

------------------------------(2)

동일한 방법으로 교류발전 전류의 실효값은 다음과 같이 교류발전 전류신 호(31)의 평균값

을 계측하고 교류발전 전류의 실효값

을 산출한다.

---------------(3)

-------------------------------(4)

도 3은 본 발명의 교류발전 전류 지상조건의 역률 측정방법의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 교류발전 전류 진상조건의 역률 측정방법의 개념도로서 도시된 바와 같이, 태양광 발전모듈(1)로부터 발전된 직류발전 전력을 인버터(2)에 공급하여 에너지변환된 교류발전 전류와 교류발전 전압의 위상차를 계측하기 위하여 교류발전 전압신호와 교류발전 전류신호의 위상차를 각각 지상조건과 진상조건에 대하여 계측하여 교류발전 전력의 역률을 계측하는 방법에 관한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 교류발전 전력의 지상조건에 대하여 역률을 계측하기 위하여 도 1의 교류전압 영전압비교기(60)을 이용하여 도 3의 인버터(1)의 교류발전 전압신호(41)와 영전압 기준신호(61)를 비교하여 발생한 교류전압 영전압출력신호(62)가 발생하고, 지상된 교류발전 전류신호(31)을 영전류 기준신호(51)와 비교하여 교류전류 영전류출력신호(52)가 발생한다.

도 1의 위상차 발생기(70)에 의하여 교류전압 영전압 출력신호(62)와 교류전류 영전류 출력신호(52)의 교류발전신호 위상차(71)가 발생한다. 마이컴(300)에서 위상차의 ON 주기 동안에 교류전압 영전압출력신호(62)가 ON 상태이고, 교류전류 영전류출력신호(52)가 OFF 상태이면 발전전력은 지상조건으로 결정된다.

또한, 위상각과 역률을 산출하는 방법으로서, 위상차에 구형파 발진클럭 4MHz이상의 카운터 클럭신호(81)를 인가하여 위상각 16진 카운터(80)에 의하여 위상차 신호의 ON 주기를 2진 카운터하여 위상각 카운터신호(82)가 발생하고, 이 위상각 카운터 신호는 16BCD의 디지탈신호로 변환하여 마이컴(300)에 입력된다. 이때의 역률을 산출하는 방법으로서, 측정된 위상각 카운터신호(82)에 의하여 하기 식 (5)와 같이 위상각 θ를 산출하고 이때의 역률은 하기 식 (6)과 같다.

------------------------------(5)

여기서

: 위상각 카운터신호

: 카운터 클럭주파수

역률 =

----------------------------------------(6)

-------------------------------(7)

도 4에 도시된 바와 같이, 교류발전 전력의 진상조건에 대하여 역률을 계측하기 위하여 지상조건과 동일한 방법으로 도 1의 위상차 발생기(70)에 의하여 교류전압 영전압 출력신호(62)와 교류전류 영전류 출력신호(52)의 교류발전신호 위상차(71)가 발생한다. 진상조건에서는 지상조건과는 반대로 위상차의 ON 주기 동안에 교류전압 영전압출력신호(62)가 OFF 상태이고, 교류전류 영전류출력신호(52)가 ON 상태로 출력되어 마이컴(300)에 입력된다. 또한 위상각과 역률을 산출하는 방법은 지상조건과 동일하게 위상각 카운터신호(82)가 마이컴(300)으로 입력되어 마이컴(300)에서 상기 식 (5)에 의하여 위상각θ를 산출하고, 상기 식 (6)에 의하여 역률이 결정된다.

도 5는 본 발명의 직류발전 전압 및 직류발전 전류 측정방법의 개념도로서 도시된 바와 같이, 태양광 발전모듈(1)로부터 발전된 직류전력을 계측하기 위하여, 도 1의 직류발전 전력측정기(200)를 이용하여 직류발전 전압과 직류발전 전류의 실효값을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 직류발전 전력을 측정하기 위하여 직류발전 전압센서(120)를 이용함으로써 직류전압 측정회로(140)에서 직류발전 전압신호(141)가 출력되고, 또한 직류발전 전류센서(110)를 이용함으로써 직류전류 측정회로(130)에서 직류발전 전류신호(131)를 계측한다.

상기 직류발전 전압신호와 전류신호의 평균값을 검출하기 위하여 교류발전 전압신호(41)의 ON 주기를 검출하는 방법으로서, 교류전압 영전압비교기(60)에 의하여 교류발전 전압신호(41)와 영전압 기준신호(61)를 비교하여 양 전압 주기 동안에 교류전압 영전압출력신호(62)가 발생된다.

직류발전 전압의 실효값을 산출하는 방법으로서, 마이컴(300)에서 교류발전 영전압출력신호(62) ON 주기 동안에 측정한 직류발전 전압신호(141)와 직류발전 전류신호(131)를 각각 하기 식 (8)과 식 (9)와 같이 적분을 취하여 직류발전 전압의 평균값과 직류발전 전류의 평균값을 산출한다. 이때의 직류발전 전압의 실효값과 직류발전 전류의 실효값은 하기 식 (10)과 식 (11)에 의하여 결정되고, 이때의 직류발전 전력은 하기 식 (12)에 의하여 산출된다.

---------------------------(8)

----------------------------(9)

------------------------------------(10)

여기서

: 직류발전 전압의 실효값 변환상수

-------------------------------------(11)

여기서

: 직류발전 전류의 실효값 변환상수

-------------------------------------(12)

도 6은 본 발명의 교류발전 전력측정기 회로도로서 도시된 바와 같이, 교류발전 전류를 측정하기 위하여 교류발전 전류센서(10)와 버퍼회로(U1)를 이용한 교류전류 측정회로(30)와; 교류발전 전압을 측정하기 위하여 교류발전 전압센서(20)와 버퍼회로(U8)를 이용한 교류전압 측정회로(40)와; 도 2에 도시된 교류전압 영전압출력신호(62)는 영전압기준신호(61)와 교류발전 전압신호(41)가 버퍼회로(U9)와 연산증폭기(U10)에서 비교되어 출력된다.

이 출력신호가 NOT 게이트(U11)와 인터페이스를 위하여 저항(R2)과 제너다이오드(D2)에서 신호를 클램핑하고, 논리회로 NOT 게이트(U11,U12), AND 게이 트(U13,U14), OR 게이트(U7)를 이용하여 위상차 발생기(70)의 위상비교기(U15)에 입력된다.

도 3과 도 4에 도시된 교류발전의 지상조건과 진상조건을 측정하는 회로로써, 도 3에 도시된 교류전류 영전류 출력신호(52)는 영전류 기준신호(51)와 교류발전 전류신호(31)가 버퍼회로(U2)와 연산증폭기(U3)에서 비교되어 출력된다. 이 출력신호가 NOT 게이트(U4)와 인터페이스를 위하여 저항(R1)과 제너다이오드(D1)에서 신호를 클램핑하고, 논리회로 NOT 게이트(U4), AND 게이트(U5,U6), OR 게이트(U7)를 이용하여 교류발전신호 위상차(71)가 발생되고, 이 위상차 신호는 위상차 발생기(70)의 위상비교기(U15)에 입력된다.

지상 또는 진상된 위상각을 측정하기 위하여 위상비교기(U15)에 발진기(X1)에 의하여 클럭신호(81)가 인가되고 이 카운터 클럭신호는 발진기(X1)를 분주회로(U16)를 이용하여 클럭신호를 분주하고 OR 게이트(U7)의 교류발전신호 위상차(71) 신호를 AND 게이트(U22)에 입력하고, 위상각 16진카운터(80)의 동작으로 2진 카운터회로(U17,U18,U19,U20,U21)에 의하여 상기 위상차 신호가 16비트 BCD 값으로 변환되어 마이컴(300)에 위상각 데이터가 입력된다.

교류발전 전력은 마이컴(300)에서 상기 식 (1)과 식 (2)의 연산에 의하여 교류발전 전압의 평균값과 실효값을 계산하고, 상기 식 (5)와 식 (6)에 의하여 역률을 산출하여 교류발전전력을 결정한다.

도 7은 본 발명의 직류발전 전력측정기(200) 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 직류발전 전류를 측정하기 위하여, 도 7의 직류발전 전류센서(110)와 버퍼회 로(U23)을 이용한 직류전류 측정회로(130)와; 직류발전 전압을 측정하기 위하여, 도 7의 직류발전 전압센서(120)와 버퍼회로(U24)를 이용한 직류전압 측정회로(140)로 구성된다.

또한 3개의 직류발전을 이용하여 교류발전을 할 경우에, 도 7과 같이 직류발전 전류센서(110)와 버퍼회로(U23,U25,U27), 직류전류 측정회로(130)와 버퍼회로 (U24,U26,U28)을 동일하게 3개를 적용한다. 이러한 방법으로 다수의 직류발전모듈을 측정할 경우에도 직류발전 전류센서와 버퍼회로, 직류전류 측정회로와 버퍼회로를 다수 적용하여 측정할 수 있다.

도 8은 원격 모니터링 전력측정을 위한 마이컴 및 그 주변회로도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 아날로그선택기(150,U29)는 마이컴(300,U31)에 의하여 아날로그 선택기의 채널을 선택하여 도 1의 교류전류 측정회로(30)의 출력신호, 교류전압 측정회로(40)의 출력신호, 직류전류 측정회로(130)의 출력신호와 직류전압 측정회로(140)의 출력신호를 한 채널씩 각각 선택하여 아날로그/디지털 컨버터(ADC)(160,U30)에 입력한다. 상기 출력신호는 아날로그/디지털 컨버터(ADC)(160,U30)에 의하여 마이컴(300,U31)으로 아날로그 출력신호를 디지털신호 값으로 변환하여 마이컴에 입력된다.

상기 마이컴(300,U31)은 계측된 교류전류, 교류전압, 직류전류와 직류전압 신호를 이용하여 상기 식 (1)에 의하여 교류발전 전압 평균값, 상기 식 (2)에 의하여 교류발전 전압 실효값, 상기 식 (3)에 의하여 교류발전 전류 평균값, 상기 식 (4)에 의하여 교류발전 전류 실효값과 상기 식 (7)에 의하여 교류발전 전력을 산출 하고, 또한 상기 식 (8)에 의하여 직류발전 전압 평균값, 상기 식 (9)에 의하여 직류발전 전류 평균값, 상기 식 (10)에 의하여 직류발전 전압 실효값, 상기 식 (11)에 의하여 직류발전 전류 실효값과 상기 식 (12)에 의하여 직류발전 전력을 산출한다.

한편, 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치에는 전원을 공급하기 위하여 브리지 다이오드(U41,U43,U45)와 레귤레이터(U40,U42,U44)로 구성된 전원회로(370)와; RTC(DS1302)를 이용하여 실시간을 카운터하기 위한 타이머회로(U37)로 구성된 실시간타이머(310)와; 계측된 전류와 전압신호를 실시간으로 저장하기 위하기 위하여 외부 EEPROM (U32)로 구성된 메모리(330)와; 측정된 정보를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 출력되는 모니터회로(U39)의 LCD 디스플레이(320)와; 원거리에 계측정보를 송신하기 위한 RS232직렬통신회로(340)(U34), RS485직렬통신회로(350)(U38); 및 부가적으로 TCP/IP 단자(U35)를 통하여 원격 모니터링을 위한 TCP/IP 이더넷 통신회로(360)가 포함된다.

또한 마이컴의 클럭신호를 인가하기 위한 발진기(U36)와; 계측장치의 운전모드, 정지동작 선택모드와 타이머회로(U37)의 초기상태를 결정하기 위한 조작스위치 입력회로(U33)로 구성된다.

도 1은 본 발명의 태양광 발전효율 계측장치의 구성블록도

도 2는 본 발명의 교류발전 전압 및 교류발전 전류 측정방법의 개념도

도 3은 본 발명의 교류발전 전류 지상조건의 역률 측정방법의 개념도

도 4는 본 발명의 교류발전 전류 진상조건의 역률 측정방법의 개념도

도 5는 본 발명의 직류발전 전압 및 직류발전 전류 측정방법의 개념도

도 6은 본 발명의 교류발전 전력측정기 회로도

도 7은 본 발명의 직류발전 전력측정기 회로도

도 8은 본 발명의 원격 모니터링 전력측정을 위한 마이컴 및 그 주변회로도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 교류발전 전류센서 20 : 교류발전 전압센서

30 : 교류전류 측정회로 31 : 교류발전 전류신호

40 : 교류전압 측정회로 41 : 교류발전 전압신호

50 : 교류전류 영전류비교기 51 : 영전류 기준신호

52 : 교류전류 영전류출력신호 60 : 교류전압 영전압비교기

61 : 영전압 기준신호 62 : 교류전압 영전압출력신호

70 : 위상차 발생기 71 : 교류발전신호 위상차

80 : 위상각 16진 카운터 81 : 카운터 클럭신호

82 : 위상각 카운터신호 100 : 역률측정기

110 : 직류발전 전류센서 120 : 직류발전 전압센서

130 : 직류전류 측정회로 131 : 직류발전 전류신호

140 : 직류전압 측정회로 141 : 직류발전 전압신호

150 : 아날로그신호 선택기 160 : 아날로그/디지털 컨버터

200 : 발전전력 측정기 300 : 마이컴

310 : 실시간 타이머 320 : 디스플레이

330 : 메모리 340 : RS232직렬통신

350 : RS485직렬통신 360 : TCP/IP 이더넷통신

370 : 전원회로

Claims

태양광 발전모듈(1)로부터 발전된 직류발전 전력을 계측하기 위한 직류발전 전력측정기(200)와; 상기 직류발전 전력을 교류발전 전력으로 에너지 변환하는 인버터(2)와; 상기 인버터(2)로부터 출력되는 교류발전 전력을 계측하기 위한 교류발전 전력측정기(100); 및 상기 교류발전 전력측정기(100)의 교류전압 영전압비교기(60)의 반주기 신호 동안에 상기 교류발전 전력측정기(100)의 교류발전 전류와 교류발전 전압의 위상차와 상기 직류발전 전력측정기(200)의 직류발전 전류와 직류발전 전압의 위상차를 실시간 계측하여 이 계측값에 의해 직류발전 전력과 교류발전 전력을 산출함으로써 태양광의 발전효율을 계측하는 마이컴(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 1에 있어서, 상기 직류발전 전력측정기(200)는 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전류를 측정하는 직류발전 전류센서(110)와, 상기 직류발전 전류센서(110)로부터 출력된 직류발전 전류신호(131)를 계측하여 직류발전 전류를 측정하는 직류전류 측정회로(130)와, 태양광 발전모듈로부터 발전된 직류발전 전압을 측정하는 직류발전 전압센서(120)와, 상기 직류발전 전압센서(120)로부터 출력된 직류발전 전압신호(141)를 계측하여 직류발전 전압을 측정하는 직류전압 측정회로(140)를 포함하고,

상기 교류발전 전력측정기(100)는 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전류를 측정하는 교류발전 전류센서(10)와, 상기 교류발전 전류센서(10)로부터 출력된 교류발전 전류신호(31)를 계측하여 교류발전 전류를 측정하는 교류전류 측정회로(30)와, 태양광 발전모듈로부터 발전된 교류발전 전압을 측정하는 교류발전 전압센서(20)와, 상기 교류발전 전압센서(20)로부터 출력된 교류발전 전압신호(41)를 계측하여 교류발전 전압을 측정하는 교류전압 측정회로(40)와,

상기 교류발전 전류신호와 교류발전 전압신호의 위상차를 측정하기 위한,

상기 교류전압 측정회로(40)에서 계측되는 교류발전 전압신호(41)와 영전압 기준신호(61)를 비교하여 교류전압 영전압 출력신호(62)를 발생하는 한편, 상기 마이컴(300)으로 출력하는 교류전압 영전압비교기(60)와, 상기 교류전류 측정회로(30)에서 계측되는 교류발전 전류신호(31)와 영전류 기준신호(51)를 비교하여 교류전류 영전류 출력신호(52)를 발생하는 교류전류 영전류 비교기(50)와, 상기 교류전류 영전류 비교기(50)에서 출력한 교류전류 영전류 출력신호(52)와 상기 교류전압 영전압 비교기(60)에서 출력한 교류전압 영전압 출력신호(62)를 입력받아 교류발전신호 위상차(71)를 발생하는 위상차 발생기(70), 및 상기 위상차 발생기(70)에서 출력된 위상차 신호를 카운터 클럭신호(81)에 의해 2진 카운터하여 위상각 카운터신호(82)를 발생하여 상기 마이컴(300)으로 출력하는 위상각 16진 카운터(80)를 포함하는 한편,

상기 직류발전 전력측정기(200)와 상기 교류발전 전력측정기(100)는 상기 직류발전 전력측정기(200)의 직류전류 측정회로(130)와 직류전압 측정회로(140)의 출력신호 그리고 상기 교류발전 전력측정기(100)의 상기 교류전류 측정회로(30)와 교 류전압 측정회로(40)의 출력신호가 입력되는 아날로그 신호선택기(150)와, 상기 아날로그 신호선택기(150)로 입력된 4가지 출력신호가 상기 마이컴(300)에 의해 하나씩 선택되어 모두 입력되며, 상기 마이컴(300)으로 상기 4가지 출력신호를 디지털신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 컨버터(ADC)를 공통으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 실시간을 카운터하는 실시간 타이머(310)와; 상기 마이컴의 제어에 의해 상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터가 상기 실시간 타이머로부터 제공되는 현재시간과 함께 저장되는 메모리(330); 및 상기 실시간 계측된 계측데이터를 출력표시하는 디스플레이(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 마이컴은 상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터를 발전소 운영컴퓨터로 원격송신하고, 상기 발전소 운영컴퓨터는 시간별, 일자별, 월별, 년차별로 상기 계측데이터를 데이터베이스화하여 태양광 발전효율을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 3에 있어서, 상기 마이컴은 상기 실시간 계측된 계측값과 산출전력의 계측데이터를 발전소 운영컴퓨터로 원격송신하고, 상기 발전소 운영컴퓨터는 시간 별, 일자별, 월별, 년차별로 상기 계측데이터를 데이터베이스화하여 태양광 발전효율을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 4에 있어서, 상기 계측데이터는 RS232C 직렬통신과 RS485 직렬통신 또는 TCP/IP 이더넷통신에 의해 발전소 운영컴퓨터로 원격송신되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.
청구항 5에 있어서, 상기 계측데이터는 RS232C 직렬통신과 RS485 직렬통신 또는 TCP/IP 이더넷 통신에 의해 발전소 운영컴퓨터로 원격송신되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전효율 계측장치.