KR100999978B1 - 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개별 회로의 전압과 전류를 측정하고, 모니터링 시스템과 데이터를 주고 받으며 이상 발생 시 회로 자동으로 오프(Off) 기능을 수행하면서 작업시간 및 공간을 줄이도록 한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치에 관한 것으로서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수의 태양전지모듈과, 상기 다수의 태양전지모듈로부터 출력되는 전력을 변환하는 인버터와, 상기 다수의 태양전지모듈과 인버터 사이에 구성되고 상기 다수의 태양전지모듈로부터 발전된 전압과 전류를 측정함과 함께 각 태양전지모듈이 연결된 회로군에서 과전압 또는 과전류, 역전류의 이상유무를 감시하고 제어하는 태양광 발전 감시 제어 장치와, 상기 태양광 발전 감시 제어 장치와 인버터 사이에 구성되어 상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 결과에 따라 전원을 차단하는 스위칭부 및 상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 정보를 전달받아 데이터를 수집하고 모니터링하는 데이터수집 및 모니터링 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치{MONITOTING CONTROL UNIT OF SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 실시간 감시 및 제어가 가능하도록 한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 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 발전은 태양 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 시스템을 말하며, 발전된 직류 전기 에너지는 전력 변환 장치(인버터)를 통하여 교류 전기에너지로 변환된다.
생산된 전기는 한전계통과 연계되어 부하측에 공급하게 되며, 나머지 전력은 한전계통으로 역전송된다. 여기서 부족한 전기는 한전으로부터 공급받게 된다.
이와 같이 계통과 연계되어 시스템이 구축될 경우, 태양전지에서 발생할 수 있는 과전압 또는 과전류, 고장 및 회로 이상 시 다른 태양전지 회로로 역전류 등 문제점이 발생할 수 있으므로 국내외 계통연계표준에 의해 보호 및 안정기능을 갖추어야 한다.
이러한 안전기능을 갖추기 위해서는 배선용 차단기, 역전류 방지용 다이오드, 보호용 퓨즈 등을 구비하게 되고, 전력계측을 위해 태양광 발전 시스템에 별도의 계측장비를 구축하게 된다.
기존의 태양광 발전 시스템은 전술한 바와 같이, 다수의 배선용 차단기, 전력계측장치, 역전류 방지 다이오드, 전력 계측 장치, 케이블 덕트, 방열판 등을 구비한 것을 확인할 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 태양광 발전 시스템은 접속반에 취부된 각종 구성 부품들로 인하여 배선이 많아지며, 작업시간 및 공간도 많이 필요로 하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 개별 회로의 전압과 전류를 측정하고, 모니터링 시스템과 데이터를 주고 받으며 이상 발생 시 회로 자동으로 오프(Off) 기능을 수행하면서 작업시간 및 공간을 줄이도록 한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수의 태양전지모듈과, 상기 다수의 태양전지모듈로부터 출력되는 전력을 변환하는 인버터와, 상기 다수의 태양전지모듈과 인버터 사이에 구성되고 상기 다수의 태양전지모듈로부터 발전된 전압과 전류를 측정함과 함께 각 태양전지모듈이 연결된 회로군에서 과전압 또는 과전류, 역전류의 이상유무를 감시하고 제어하는 태양광 발전 감시 제어 장치와, 상기 태양광 발전 감시 제어 장치와 인버터 사이에 구성되어 상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 결과에 따라 전원을 차단하는 스위칭부 및 상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 정보를 전달받아 데이터를 수집하고 모니터링하는 데이터수집 및 모니터링 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 태양광 발전 감시 제어 장치는 다수의 태양전지모듈 회로군과 연결되어 전압, 전류 신호를 검출하도록 구비되는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력된 입력신호를 인버터로 전송하기 위한 출력부와, 상기 입력부의 입력신호에서 과전압 또는 과전류를 방지하기 위한 보호용 퓨즈와, 직류전류가 역으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드와, 상기 보호용 퓨즈와 역전류 방지 다이오드 사이에 구성되어 외부의 데이터수집 및 모니터링 장치에서 원격으로 접속과 차단을 제어하는 IGBT와, 상기 태양전지모듈에서 발전된 전압 및 전류계측을 위한 홀센서와, 상기 태양전지모듈 회로군과 인버터 사이에 연결된 IGBT의 ON 또는 OFF를 수동 제어하는 스위치와, 상기 홀센서로부터 계측된 전압 및 전류를 전달받아 상기 스위치를 제어함과 함께 상기 데이터수집 및 모니터링 장치에 정보를 전달하는 CPU를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 다수의 태양전지모듈이 직렬로 결합되는 각 회로군들의 전압 및 전류 신호를 인출하고, 이상 여부를 감지하도록 구성하여 안전하게 개별 회로군이 접속된 상태를 유지할 수 있다.
둘째, 접속반에 취부되는 장치 중의 하나로 IGBT, 보호용 퓨즈, 역전류 방지 다이오드 등을 포함하고 있어 태양광발전 시스템을 설치 시 배선이 간편하고 접속반의 공간 활용을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치가 설치된 접속반의 결합 형태를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치를 나타낸 블록 구성도
도 3은 1회로군에 대한 태양광 발전 감시 제어 장치를 나타낸 회로도
도 4는 4회로군에 대한 태양광 발전 감지 제어 장치를 나타낸 회로도
도 5는 도 1의 인버터를 개략적으로 나타낸 회로 구성도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치가 설치된 접속반의 결합 형태를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 태양전지모듈(100)과는 분리된 상태에서 별도의 공간에 설치되는 접속반(200) 내부에 구성되어 있다.
즉, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수의 태양전지모듈(100)과, 상기 다수의 태양전지모듈(100)로부터 출력되는 전력을 변환하는 인버터(110)와, 상기 다수의 태양전지모듈(100)과 인버터(110) 사이에 구성되고 상기 다수의 태양전지모듈(100)로부터 발전된 전압과 전류를 측정함과 함께 각 태양전지모듈(100)이 연결된 회로군(120)에서 과전압 또는 과전류, 역전류의 이상유무를 감시하고 제어하는 태양광 발전 감시 제어 장치(210)와, 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)와 인버터(110) 사이에 구성되어 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)의 결과에 따라 전원을 차단하는 스위칭부(130) 및 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)의 정보를 전달받아 데이터를 수집하고 모니터링하는 데이터수집 및 모니터링 장치(140)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 태양광 발전 감지 제어 장치(210)와 데이터수집 및 모니터링 장치(140)는 485통신과 같은 무선 통신을 통해 정보를 상호간에 전달받게 된다. 이때 무선 통신 방법 중의 하나로 485통신을 설명하고 있지만 이에 한정하지 않고 CDMA 방식과 같은 통신을 사용할 수도 있다.
상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)는 도 1에서와 같이, 접속반(200) 내부에 구성된다. 즉, 사각틀 형상의 접속반 케이스(220) 내부에 난연성 케이블(230), 상기 난연성 케이블(230)을 외상, 습기, 열기로부터 보호하기 위하여 이용하는 전폐(全閉) 구조를 갖는 케이블 덕트(240), 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)로부터의 정보를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(250), 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)의 결과에 따라 과부하 및 숏트 등의 이상이 발생했을 경우 트립하여 회로를 보호하는 배선용 차단기(260) 및 전류를 이동하는 버스바(270)와, 상기 난연성 케이블(230)을 지지하는 터미널 단자대(280)와 함께 내장되어 있다.
도 3은 도 1의 태양광 발전 감시 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다. 즉, 도 3은 1회로군에 대한 태양광 발전 감시 제어 장치를 나타낸 회로도이고, 도 4는 4회로군에 대한 태양광 발전 감지 제어 장치를 나타낸 회로도이다.
상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 다수의 태양전지 모듈 회로군(120)과 연결되어 전압, 전류 신호를 검출하도록 구비되는 입력부(211)와, 상기 입력부(211)를 통해 입력된 입력신호를 인버터(110)로 전송하기 위한 출력부(212)와, 상기 입력부(211)의 입력신호에서 과전압 또는 과전류를 방지하기 위한 보호용 퓨즈(213)와, 직류전류가 역으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드(214)와, 상기 보호용 퓨즈(213)와 역전류 방지 다이오드(214) 사이에 구성되어 외부의 데이터수집 및 모니터링 장치(140)에서 원격으로 접속과 차단을 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(215)와, 상기 태양전지모듈(100)에서 발전된 전압 및 전류계측을 위한 홀센서(216)와, 상기 태양전지모듈 회로군(120)과 인버터(110) 사이에 연결된 IGBT(215)의 ON 또는 OFF를 수동 제어하는 스위치(217)와, 상기 홀센서(216)로부터 계측된 전압 및 전류를 전달받아 상기 스위치(217)를 제어함과 함께 상기 데이터수집 및 모니터링 장치(140)에 정보를 전달하는 CPU(218)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 태양전지모듈 회로군(120)은 다수의 태양전지모듈(100)이 하나의 직렬로 연결된 상태를 의미하며, 하나의 태양광 발전 감시 제어 장치(210)를 이용하여 최대 4개의 태양전지모듈 회로군(120)이 연결되어 감시 제어가 가능하다.
상기 접속반(200)에 취부되는 태양광 발전 감시 제어 장치(210)는 태양전지모듈(100)의 발전시 전압, 전류를 계측함은 물론, 다수의 태양전지모듈(100)이 직렬로 결합된 태양전지모듈 회로군(120)의 과전압, 과전류 및 역전류 등의 이상여부를 확인할 수 있도록 하여, 개별 회로군의 사고를 방지하고, 태양광 발전 시스템을 보다 안전하고 용이하게 하고 있다.
상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)는 데이터수집 및 모니터링 장치(140)와 485통신으로 연결되어 다수의 태양전지모듈 회로군(120)이 접속되어 전압, 전류 등을 계측 및 제어할 수 있어, 종래의 개별 계측 및 제어에 비해 태양광 발전 시스템 구축 시 배선이 간단해 지며 공간 활용을 보다 용이하게 할 수 있다.
상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)는 상기 보호용 퓨즈(213)의 단선상태를 알려주어 발광다이오드(도시되지 않음)가 점등되도록 하는 비상 신호 처리부(도시되지 않음)를 더 포함하여 구성되어 있다.
상기 입력부(211)의 전압, 전류 신호를 데이터수집 및 모니터링 장치(140)에 전송하고, 비교된 데이터에서 이상을 발견한 데이터수집 및 모니터링 장치(140)에서 회로 OFF 신호시 명령을 수행하도록 주고 받는 통신모듈(도시되지 않음)이 포함되어 구성될 수 있다.
상기 데이터수집 및 모니터링 장치(140)는 상기 태양광 발전 감시 제어 장치(210)로부터 전압, 전류 신호를 받아 다수의 상기 태양전지모듈 회로군(120)의 회선 이상 유무를 사용자 또는 관리자에 알려준다. 또한, 현재발전량, 금일 발전량, 누적발전량, 설비이용율 등의 정보를 보여주며, 태양광 발전 시스템에 설치된 일사량, 온도 및 풍속 센서로부터 신호를 받아 날씨에 관한 정보와 태양광 발전상태를 비교 확인할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치는 다수의 태양전지모듈(100)로부터 발전된 적류전압을 집진하여 후단의 인버터(110)에 제공하는 것으로, 과전압, 과전류, 역전류 등 이상 발생으로 태양전지모듈(100) 및 회로가 파손을 방지할 수 있다.
또한, 전압, 전류 등의 신호를 모니터링 시스템에 전송하여 고객이 태양광 발전정보를 감시 및 제어할 수 있다.
도 5는 도 1의 인버터를 개략적으로 나타낸 회로 구성도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 인버터(110)는 태양광 발전 감시 제어 장치(210)로부터 전송되는 신호를 수신받아 처리하여 인버터 제어부(111)로 전송하는 회로수신 신호처리부(112)와, 상기 태양전지모듈(100)에서 출력되는 전력을 수신받는 전력신호 수신모듈(113)과, 상기 태양전지모듈(100)에서 전송된 전력신호를 외부출력전력에 송신되도록 하기 위한 전압 및 전력으로 처리하기 위한 전력변환 모듈(114)과, 상기 전력변환모듈(114)에 의하여 변환된 전력신호를 외부로 출력하기 위한 전력신호 출력모듈(115)과, 상기 태양전지모듈(100)로부터 전송된 수신전력신호 및 외부로 출력되는 출력전력신호의 전압 및 전류의 상태정보신호, 그리고 인버터(110)의 상태정보신호를 데이터수집 및 모니터링 장치(140)로 전송하기 위하여 신호처리하는 통신신호처리모듈(116)을 포함하여 구성되어 있다.
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 : 접속반
210 : 태양광 발전 감시 제어 장치 220 : 케이스
230 : 난연성 케이블 240 : 케이블 덕트
250 : A/D 변환기 260 : 배선차단기
270 : 버스바 280 : 터미널 단자대

Claims (5)

  1. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수의 태양전지모듈과,
    상기 다수의 태양전지모듈로부터 출력되는 전력을 변환하는 인버터와,
    상기 다수의 태양전지모듈과 인버터 사이에 구성되고 상기 다수의 태양전지모듈로부터 발전된 전압과 전류를 측정함과 함께 각 태양전지모듈이 연결된 회로군에서 과전압 또는 과전류, 역전류의 이상유무를 감시하고 제어하는 태양광 발전 감시 제어 장치와,
    상기 태양광 발전 감시 제어 장치와 인버터 사이에 구성되어 상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 결과에 따라 전원을 차단하는 스위칭부 및
    상기 태양광 발전 감시 제어 장치의 정보를 전달받아 데이터를 수집하고 모니터링하는 데이터수집 및 모니터링 장치를 포함하여 구성되고,
    상기 태양광 발전 감시 제어 장치는 다수의 태양전지모듈 회로군과 연결되어 전압, 전류 신호를 검출하도록 구비되는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력된 입력신호를 인버터로 전송하기 위한 출력부와, 상기 입력부의 입력신호에서 과전압 또는 과전류를 방지하기 위한 보호용 퓨즈와, 직류전류가 역으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드와, 상기 보호용 퓨즈와 역전류 방지 다이오드 사이에 구성되어 외부의 데이터수집 및 모니터링 장치에서 원격으로 접속과 차단을 제어하는 IGBT와, 상기 태양전지모듈에서 발전된 전압 및 전류계측을 위한 홀센서와, 상기 태양전지모듈 회로군과 인버터 사이에 연결된 IGBT의 ON 또는 OFF를 수동 제어하는 스위치와, 상기 홀센서로부터 계측된 전압 및 전류를 전달받아 상기 스위치를 제어함과 함께 상기 데이터수집 및 모니터링 장치에 정보를 전달하는 CPU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 감지 제어 장치와 데이터수집 및 모니터링 장치는 485통신과 같은 무선 통신을 통해 정보를 상호간에 전달받는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 감시 제어 장치는 상기 보호용 퓨즈의 단선상태를 알려주어 발광다이오드가 점등되도록 하는 비상 신호 처리부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인버터는
    상기 태양광 발전 감시 제어 장치로부터 전송되는 신호를 수신받아 처리하여 인버터 제어부로 전송하는 회로수신 신호처리부와,
    상기 태양전지모듈에서 출력되는 전력을 수신받는 전력신호 수신모듈과,
    상기 태양전지모듈에서 전송된 전력신호를 외부출력전력에 송신되도록 하기 위한 전압 및 전력으로 처리하기 위한 전력변환 모듈과,
    상기 전력변환모듈에 의하여 변환된 전력신호를 외부로 출력하기 위한 전력신호 출력모듈과,
    상기 태양전지모듈로부터 전송된 수신전력신호 및 외부로 출력되는 출력전력신호의 전압 및 전류의 상태정보신호, 그리고 인버터의 상태정보신호를 데이터수집 및 모니터링 장치로 전송하기 위하여 신호처리하는 통신신호 처리모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치.
KR1020100060471A 2010-06-25 2010-06-25 태양광 발전 시스템의 감시 제어 장치 KR100999978B1 (ko)

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