KR100979994B1 - 태양전지모듈의 온도 검출 장치 - Google Patents

태양전지모듈의 온도 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정션박스에 온도센서를 취부하여 역류 방지용 다이오드로부터 발생되는 온도를 실시간으로 검출함으로써 태양전지 회로군을 차단하여 태양전지모듈의 파손 및 전기적인 피해를 예방하고 안정적으로 태양광 발전을 실시하도록 한 태양전지모듈의 온도 검출 장치에 관한 것으로서, 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 태양전지모듈의 배면에 각각 부착 및 고정되는 정션박스를 포함하고, 상기 각 정션박스는 일정한 간격을 갖고 외부 접속용 케이블이 삽입되는 삽입구 및 인입부를 가지면서 상부가 개구되는 몸체와, 상기 몸체내에 바이패스 회로를 구성하여 안정적인 전기를 공급하기 위한 다이오드와, 상기 몸체의 인입부를 통해 내부로 삽입되어 상기 다이오드의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 몸체의 배면에 구성되어 상기 다이오드로부터 발생된 열을 방출하기 위한 열확산 패드와, 및 상기 몸체의 상부를 덮는 덮개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지모듈의 온도 검출 장치{TEMPERATURE DETECTING APPARATUS OF SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지모듈의 온도 검출 장치에 관한 것으로, 특히 정션박스 내부에 구성된 역류 방지용 다이오드의 온도를 실시간으로 검출하여 고장진단을 할 수 있도록 한 태양전지모듈의 온도 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다.
화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 여러 종류가 있는바, 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 생성하는 조력, 파도를 이용하여 에너지를 생성하는 파력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 생성하는 풍력, 그리고 땅속의 열을 이용하여 에너지를 생성하는 지열 등이 있으며, 이들 에너지의 근원이 되는 태양 에너지가 있다.
이러한 태양 에너지를 생산하는 태양광 발전 시스템은 태양 빛에 의해 전기 에너지를 발생하는 태양전지모듈로부터 직류전력을 공급받아 상전계통과 주택에 안정된 전력을 공급하는 발전설비로, 고품질의 전기를 정전 없이 저렴하고, 안전하며, 편리하게 사용할 수 있는 자연 친화적인 발전 시스템이다.
태양광 발전 시스템은 전력을 안정적으로 생산하여 공급해야 하는 전제 조건에 의해 양호한 태양광의 일사조건이 우선되며, 태양전지모듈의 설치면적 확보 및 설치의 용이성, 그림자의 간섭 정도, 전력간선과의 설치 용이성 등의 조건을 만족하여야 한다.
상기 태양전지모듈은 정션박스를 통해서 직렬 또는 병렬로 다수개가 접속되는데, 이러한 정션박스는 태양전지모듈의 뒷면에 실링되도록 접착하여 설치된다. 대한민국 특허 공개 제10-2007-29171은 단자판 사이에 복수의 역류 방지용 다이오드를 접속한 정션박스의 구성을 보여주고 있다.
기존의 정션박스에는 역류 방지용 다이오드가 포함되어 구성되는데, 이는 태양전지모듈에 낙엽이나 구름 등으로 인해 그림자가 생겼을 경우, 그 부분의 태양전지모듈에만 많은 부하가 걸려 열이 발생하게 되어 태양전지모듈의 안정성 문제를 야기한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 바이패스 회로를 구성하여 역류 방지용 다이오드를 정션박스 내부에 설치하여 부하가 걸리지 않도록 유도한다.
그러나 현장에 설치되어 있는 태양전지모듈에 설치된 정션박스를 열어보면, 내부 및 커버 부분에 열로 인한 그을음을 확인할 수 있다. 이는 정션박스 내부에 역류 방지용 다이오드에서 많은 열이 발생함을 반증하며 이로 인한 태양전지모듈의 문제가 발생할 소지가 있음을 시사한다.
실제로 종래 기술에 의한 태양광 발전 시스템에서 회로군에 문제가 발생하였을 경우, 태양전지모듈의 파손은 외관상으로 구분이 가능하지만, 정션박스의 고장으로 인한 문제는 정확히 어느 태양전지모듈에서 이상이 발생하였는지 확인하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 정션박스에 온도센서를 취부하여 역류 방지용 다이오드로부터 발생되는 온도를 실시간으로 검출함으로써 태양전지 회로군을 차단하여 태양전지모듈의 파손 및 전기적인 피해를 예방하고 안정적으로 태양광 발전을 실시하도록 한 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치는 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 태양전지모듈의 배면에 각각 부착 및 고정되는 정션박스를 포함하고, 상기 각 정션박스는 일정한 간격을 갖고 외부 접속용 케이블이 삽입되는 삽입구 및 인입부를 가지면서 상부가 개구되는 몸체와, 상기 몸체내에 바이패스 회로를 구성하여 안정적인 전기를 공급하기 위한 다이오드와, 상기 몸체의 인입부를 통해 내부로 삽입되어 상기 다이오드의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 몸체의 배면에 구성되어 상기 다이오드로부터 발생된 열을 방출하기 위한 열확산 패드와, 및 상기 몸체의 상부를 덮는 덮개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양전지모듈의 어느 한 부분에 먼지나 낙엽, 조류 배설물 등의 요소들로 인하여 다이오드에 부하가 많이 걸리게 되었을 경우 다이오드로부터 발생되는 온도를 실시간으로 검출함으로써 태양전지 회로군을 미리 차단하여 태양전지모듈의 파손 및 전기적인 피해를 예방하고 안정적으로 태양광 발전을 실시할 수 있다.
둘째, 각 태양전지모듈의 정션박스내에 설치된 온도센서를 통해 문제가 발생한 태양전지모듈을 정확하게 파악할 수 있어 태양전지모듈의 청소 등 빠른 대응을 가능하게 함으로써 태양광 발전의 피해를 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도
도 2는 도 1의 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 나타낸 결합 사시도
도 3은 도 1 및 도 2의 태양전지모듈의 온도 검출 장치가 장착된 태양전지모듈의 배면도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양전지모듈의 온도 검출 장치를 나타낸 결합 사시도이며, 도 3은 도 1 및 도 2의 태양전지모듈의 온도 검출 장치가 장착된 태양전지모듈의 배면도이다.
본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 태양전지모듈(100)의 배면에 각각 부착 및 고정되는 정션박스(200)를 포함하고 있다.
상기 태양전지모듈(100)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환 시켜주는 역할을 하는 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지모듈(100)은 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
대부분의 태양전지모듈(100)은 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.
이러한 태양전지모듈(100)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.
또한, 태양전지모듈(100)이 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지모듈(100)로 구성하여 사용한다.
상기 정션박스(200)의 뒷면은 요철 가공하고, 그 뒷면의 접착 테이프 또는 후크, 스크류 체결 방식과 같은 방식을 이용하여 정션박스(200)를 태양전지모듈(100)의 뒷면에 고정한다.
본 발명에 의한 실시예의 정션박스(200)는 태양전지모듈(100)의 뒷면 등에 실링재에 의한 수밀성을 유지하여 접착 고정에 의해 부착하고, 각 정션박스(200)의 케이블을 이웃하는 정션박스(200)의 암 또는 수 커넥터에 적당히 접속한다. 각 정션박스(200)는 상기 태양전지모듈(100)의 뒷면 등에 직렬 또는 병렬로 접속한다.
상기 각 정션박스(200)는 일정한 간격을 갖고 외부 접속용 케이블이 삽입되는 삽입구(211) 및 인입부(212)를 가지면서 상부가 개구되는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)내에 바이패스 회로를 구성하여 안정적인 전기를 공급하기 위한 다이오드(220)와, 상기 몸체(210)의 인입부(212)를 통해 내부로 삽입되어 상기 다이오드(220)의 온도를 측정하는 온도센서(230)와, 상기 몸체(210)의 상부를 덮는 덮개(240)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 몸체(210)와 덮개(240)는 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리페닐렌에테르(PPE)를 비롯한 합성수지 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으나, 이러한 재질은 본 발명에 의해 특별히 한정되지 않는다.
상기 각 태양전지모듈(100)에 포함된 다수의 셀은 직렬 또는 병렬로 연결되며, 버스바(도시되지 않음)를 통하여 상기 각 태양전지모듈(100)의 배면에 정션박스(200) 내부로 연결되며 접속클립(250)을 통하여 버스바를 탄력적으로 압착 고정시킨다.
상기 각 온도센서(230)로부터 측정된 온도 데이터를 디지털 신호로 변환하는 다수의 A/D 변환기(300) 및 상기 각 A/D 변환기(300)로부터 온도 데이터를 받아 상기 다이오드(220)의 온도 데이터를 수집하는 온도 검출 장치(400)와, 상기 온도 검출 장치(400)로부터 정보를 받아 태양광 발전을 감시하는 감시 제어 장치(500)를 더 포함하여 구성되어 있다.
즉, 다수의 태양전지모듈(100) 배면에 각각 장착된 정션박스(200)의 다이오드(220)로부터 온도 센서(230)를 통해 온도를 검출하고 이를 디지털 신호로 변환하기 위해 상기 정션박스(200)의 출력단에 A/D 변환기(300)를 설치하고, 상기 A/D 변환기(300)로부터 디지털 신호로 변환된 데이터를 각 A/D 변환기(300)에 연결된 케이블을 통해 온도 검출 장치(400)로 전달받게 된다.
상기 온도 검출 장치(400)는 최종적으로 하나의 장치만으로 다수의 태양전지모듈(100) 온도를 실시간으로 검출할 수가 있고. 상기 온도 검출 장치(400)에 수집된 정보는 감시 제어 장치(500)로 송신하여 태양광 발전시 고장진단의 정보로 사용한다.
즉, 상기 다이오드(220)의 온도 검출은 온도센서(230)(TUV인증번호: B 10 02 48734 004)가 온도센서 인입부(212)에 삽입되어 다이오드(220)의 온도를 측정하고, A/D 변환기(300)를 통하여 변환된 온도데이터는 온도 검출 장치(400)에서 수집된다. 특히, A/D 변환기(300)는 고유의 ID를 내장하고 있어 각 태양전지모듈(100)의 구분이 가능하며, 상기 온도 검출 장치(400) 하나의 장치만으로 20개의 태양전지모듈 온도를 검출할 수 있다. 상기 온도 검출 장치(400)에 수집된 정보는 태양광 발전의 감시 제어 장치(500)로 송신하여 고장진단의 정보로 사용된다.
상기 각 A/D 변환기(300)는 서로 다른 ID를 내장하고 있는데, 상기 온도 검출 장치(400)에 수집된 정보를 근거로 상기 감시 제어 장치(500)는 다수의 태양전지모듈(100) 중 상기 A/D 변환기(300)에 내장된 ID로부터 고장이 발생된 태양전지모듈(100)을 신속하게 파악할 수 있다.
상기 케이블은 상기 삽입구(211)를 통해 와이어 실(291), 와이어 홀더(292) 및 와이어 너트(293)를 사용하여 고정한다.
즉, 다수의 태양전지모듈(100)을 서로 연결하기 위해서는 정션박스(200)로부터 1m 이상의 케이블이 필요하게 되는데. 이때 케이블은 와이어 실(291), 와이어 홀더(292), 와이어 너트(293)를 사용하여 고정하게 된다.
상기 몸체(210)의 배면에 구성되어 상기 다이오드(220)로부터 발생된 열을 방출하기 위한 열확산 패드(260)와, 상기 열확산 패드(260)를 감싸고 상기 몸체(210)의 배면에 부착되는 패드 커버(270)를 더 포함하여 구성되어 있다.
즉, 상기 각 다이오드(220)에 연속되어 접하는 열확산 패드(260)를 설치하고, 상기 열확산 패드(260)에 의해 각 다이오드(220)의 방열을 도모함과 동시에 온도의 균일화를 도모하도록 하면, 각 다이오드(220)의 온도가 균일해져 편류를 방지할 수 있다.
상기 몸체(210)와 덮개(240) 사이에 구성되어 접촉면에서 가스나 물의 유입을 방지하기 위해 구성되는 개스킷(280)을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 개스킷(280)은 상기 몸체(210)의 가장자리를 따라 개스킷 삽입홈이 형성되어 있고, 상기 개스킷 삽입홈에 개스킷(280)이 삽입되고 그 위에 덮개(240)가 결합되면서 외부의 습기나 공기 등의 유입을 완벽하게 차단하는 역할을 한다.
상기 온도센서(230)가 삽입되는 인입부에 실리콘을 충진하여 방수처리를 할 수도 있다.
따라서 본 발명에 의한 태양전지모듈의 온도 검출 장치는, 기존의 태양전지모듈(100)의 배면에 장착된 정션박스(200)에 온도센서(230)를 취부하여 다이오드(220)로부터 발생되는 온도를 검출하고, 상기 검출된 온도 데이터를 A/D 변환기(300)와 485통신을 통하여 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치(500)에서 확인이 가능하고, 고온이 발생하였을 경우 감시 제어 장치(500)를 통하여 태양전지 회로군를 차단하여 태양전지모듈(100)의 파손 및 전기적인 피해를 예방하고 안정적으로 태양광 발전을 운용하도록 한다.
상기 A/D 변환기(300)는 태양전지모듈(100)의 정션박스(200)의 후단에 연결이 되어 485통신으로 감시 제어 장치(500)에서 바로 데이터를 받아볼 수 있고, 상기 A/D 변환기(300)의 케이스와 통신 케이블은 방수형을 사용하여 빗물에 의한 전기적인 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 태양전지모듈 200 : 정션박스
210 : 몸체 220 : 다이오드
230 : 온도센서 240 : 덮개
250 : 접속클립 260 : 열확산 패드
270 : 패드 커버 280 : 개스킷
300 : A/D 변환기 400 : 온도 검출 장치
500 : 감시 제어 장치

Claims (7)

  1. 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 태양전지모듈의 배면에 각각 부착 및 고정되는 정션박스를 포함하고, 상기 각 정션박스는
    일정한 간격을 갖고 외부 접속용 케이블이 삽입되는 삽입구 및 인입부를 가지면서 상부가 개구되는 몸체와,
    상기 몸체내에 바이패스 회로를 구성하여 안정적인 전기를 공급하기 위한 다이오드와,
    상기 몸체의 인입부를 통해 내부로 삽입되어 상기 다이오드의 온도를 측정하는 온도센서와,
    상기 몸체의 배면에 구성되어 상기 다이오드로부터 발생된 열을 방출하기 위한 열확산 패드와,
    상기 몸체의 상부를 덮는 덮개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 온도센서로부터 측정된 온도 데이터를 디지털 신호로 변환하는 다수의 A/D 변환기 및 상기 각 A/D 변환기로부터 온도 데이터를 받아 상기 다이오드의 온도 데이터를 수집하는 온도 검출 장치와, 상기 온도 검출장치로부터 정보를 받아 태양광 발전을 감시하는 감시제어장치를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산 패드를 감싸고 상기 몸체의 배면에 부착되는 패드 커버를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체와 덮개 사이에 구성되어 접촉면에서 가스나 물의 유입을 방지하기 위해 구성되는 개스킷을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 각 A/D 변환기는 서로 다른 ID를 내장하고 있는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 케이블은 상기 삽입구를 통해 와이어 실, 와이어 홀더 및 와이어 너트를 사용하는 고정하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 온도센서가 삽입되는 인입부에 실리콘을 충진하여 방수처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 온도 검출 장치.
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