KR101000734B1 - Apparatus sensing shade and breaking down of solar photovaltaic power generation cell line/module/group and monitoring solar photovaltaic power generation amount - Google Patents

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Abstract

본 발명은 USN을 통해 태양광 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 감지하고, 태양광 발전량을 감시하는 기술에 관한 것으로, 다수의 태양광 셀이 직렬로 연결된 셀 라인과, 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드와, 역류를 방지하는 블로킹 다이오드로 이루어진 태양광 모듈에 USN(Ubiquitous Sensor Network) 모듈을 설치하여 셀 라인/모듈/그룹상의 음영, 고장을 감지하거나 태양광 발전량의 상황을 감시하는 장치와 그 방법을 제공하며, 음영에 의한 저항 증가와 열화로 인한 셀의 파손을 방지하고, 사업주는 USN을 통해 언제 어디서든 태양광 발전의 설비동작 상황에 대해 파악할 수 있으며, RFID 태그로 생산시부터 전자태그를 부착하여 이력관리를 함으로써 설비의 고장 및 발전 효율 데이터를 피드백 받음으로써 신제품의 품질 설계에 반영할 수 있는 효과를 제공한다.The present invention relates to a technology for detecting shadows and failures on photovoltaic cell lines / modules / groups through a USN, and monitoring photovoltaic generation, and bypassing current and cell lines in which a plurality of photovoltaic cells are connected in series. A device that installs a Ubiquitous Sensor Network (USN) module on a photovoltaic module consisting of a bypass diode and a blocking diode to prevent backflow, to detect shadows, failures on cell lines / modules / groups, or to monitor the status of solar power generation. It provides the method, prevents cell damage due to increased resistance and deterioration due to shading, and the employer can understand the operation status of photovoltaic power generation anytime and anywhere through USN. By attaching tags to history management, feedback on the failure and power generation efficiency of the equipment can be applied to the quality design of new products. The ball.

태양광 발전, USN, 바이패스 다이오드, 음영, 열화 PV, USN, Bypass Diode, Shading, Degradation

Description

USN을 이용한 태양광 발전 셀 라인/모듈/그룹상의 음영, 고장을 감지하고 태양광 발전량의 상황을 감시하는 장치{APPARATUS SENSING SHADE AND BREAKING DOWN OF SOLAR PHOTOVALTAIC POWER GENERATION CELL LINE/MODULE/GROUP AND MONITORING SOLAR PHOTOVALTAIC POWER GENERATION AMOUNT}Apparatus for detecting shadows and failures on photovoltaic cell lines / modules / groups and monitoring the status of photovoltaic power generation using WNS POWER GENERATION AMOUNT}

본 발명은 태양광 발전 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 감지하고, 태양광 발전량의 상황을 감시하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 USN을 통해 태양광 모듈의 전류와 전압을 계측하여 그 고장여부 및 발전량을 지속적으로 감시하여 그 결과를 사업주에게 언제 어디서든 실시간으로 제공하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a device for detecting shadows and failures on photovoltaic cell lines / modules / groups and monitoring the status of photovoltaic power generation. More particularly, the present invention measures current and voltage of photovoltaic modules through USN. It is about technology that continuously monitors the failure and the amount of power generation and provides the result to the employer in real time anytime and anywhere.

주지된 바와 같이, 최근에는 에너지 의존도가 가장 높은 화력발전의 경우에는 화석연료의 고갈, 에너지 수입 의존도 증가, 기후변화협약의 온실가스 배출규제 의무화 등의 문제들로 인해 신재생에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.As is well known, in recent years, there has been a continuing interest in renewable energy due to issues such as depletion of fossil fuels, increased dependence on energy imports, and mandatory regulation of greenhouse gas emissions under the Climate Change Convention. The situation is increasing.

이에 따라 무공해이면서 무한정의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양광 발전시스템은 발전부와 제어부가 반도체 소자와 전자 부품으로 구성되어 있 기 때문에 기계적인 진동과 소음이 없을 뿐만 아니라 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있어 이미 신재생에너지의 큰 축으로 자리잡고 있다.As a result, the photovoltaic power generation system that directly converts solar energy into electric energy without pollution and has no mechanical vibration and noise, as it is composed of semiconductor elements and electronic components. Due to minimized costs, it is already becoming a big axis of renewable energy.

도 1은 태양광 셀 36개로 구성된 태양광 모듈(module)인데, 주변시설이나 자연 낙하물 등에 의해 음영이 발생한 셀36(이하 'C36'이라 함)은 더 이상 전기를 생산하지 못하고 다른 셀들이 생산한 전류가 역류되어 C36으로 유입되게 되며, 이와같이 유입된 전류로 인해 C36에는 열화(hot spot)가 발생하게 된다. 이러한 열화는 태양광 셀을 파괴하거나 내구성을 저하시키게 된다.1 is a photovoltaic module consisting of 36 photovoltaic cells. Cell 36 (hereinafter referred to as 'C36'), which is shaded by surrounding facilities or natural falling objects, no longer generates electricity and is produced by other cells. The current flows back to C36, which causes hot spots in C36. This deterioration destroys solar cells or degrades durability.

이러한 열화가 발생하는 것을 방지하기 위해 보통 전류를 다른 곳으로 우회시키는 바이패스 다이오드(bypass diode)를 설치하게 된다. To prevent this deterioration, a bypass diode is usually installed to divert the current to another place.

또한, 도 2는 음영 등에 의한 태양광 모듈의 I-V 곡선이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 나뭇잎 등이 태양광 모듈중 일부 셀에 대하여 태양광을 가릴 경우에 바이패스 다이오드가 없는 경우에는 상당한 전력 손실이 발생하여 전체 발전 효율을 크게 감소시키지만, 바이패스 다이오드가 있는 경우에는 전력 손실을 상당히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.2 is an I-V curve of the photovoltaic module by shading or the like. As shown in FIG. 2, when the leaves or the like cover the sunlight of some cells of the solar module, in the absence of the bypass diode, significant power loss occurs, greatly reducing the overall power generation efficiency. It can be seen that power loss can be significantly reduced, if any.

다만, 아직까지 음영, 고장 및 발전량 상황에 관한 정보를 USN을 통하여 수요자에게 실시간으로 제공하는 기술이 개발되어 있지 않은 실정이다. 따라서, 태양광 발전 설비를 안전하고 유효하게 가동시키기 위해서는 태양광 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 정확하게 검출하고, 그 발전량을 지속적으로 모니터링하여 원격 거리에 있는 사업주에게 실시간으로 제공하는 기술 개발이 요청된다.However, the technology for providing real-time information on shadows, failures and power generation status to consumers through USN has not been developed yet. Therefore, in order to safely and effectively operate the photovoltaic power generation facilities, the development of technology that accurately detects shadows and failures on photovoltaic cell lines / modules / groups and continuously monitors the amount of power generation is provided to the business owners in remote distances in real time. Is requested.

본 발명은 상기 종래의 기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양광 발전의 전류와 전압을 USN 모듈을 통해 계측하여 고장여부 및 발전량을 지속적으로 모니터링하여, 음영에 의한 저항 증가와 열화로 인한 셀의 파손을 방지하고, 사업주에게 USN을 통해 언제 어디서든 태양광 발전 설비동작 상황에 대한 서비스를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, by measuring the current and voltage of the photovoltaic power generation through the USN module to continuously monitor whether the failure and the amount of power generation, due to the increase in resistance and degradation due to the shadow The purpose is to prevent damage to the cell, and to provide the employer with the service for the operation status of the photovoltaic power generation facilities anytime and anywhere through the USN.

본 발명은 다수의 태양광 셀이 직렬로 연결된 셀 라인과, 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드와, 역류를 방지하는 블로킹 다이오드로 이루어진 태양광 모듈에 USN(Ubiquitous Sensor Network) 모듈이 설치되고, 상기 USN 모듈은, 상기 바이패스 다이오드의 후단에 흐르는 전류 및 상기 블로킹 다이오드 양단의 전압을 측정하여 ADC에서 수용가능한 신호로 보정하는 계측 및 보정부와, 상기 보정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 ADC부와, 상기 변환된 디지털 신호를 내장된 프로세서에 의해 데이터 처리하는 데이터 처리부와, 무선주파수의 송수신을 담당하는 RF통신부를 포함하여 이루어지며, 상기 태양광 모듈과 이격 설치된 폴(pole)에는 상기 USN 모듈과 무선으로 연결되는 무선 코디네이터가 설치되고, 상기 무선 코디네이터는 인터넷을 통해 시스템과 연결되어 상기 USN 모듈에 의해 처리된 정보를 분석하여 사업주에게 실시간으로 제공하는 것을 특징으로 하는 USN을 이용한 태양광 발전 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 감지하거나 태양광 발전량의 상황을 감시하는 장치를 제공한다.In the present invention, a USN (Ubiquitous Sensor Network) module is installed in a solar module including a cell line in which a plurality of solar cells are connected in series, a bypass diode to bypass current, and a blocking diode to prevent backflow. The module may include a measurement and correction unit configured to measure a current flowing through a rear end of the bypass diode and a voltage across the blocking diode and correct the signal into an acceptable signal in the ADC, and an ADC unit to convert the corrected analog signal into a digital signal. And a data processor configured to process the converted digital signal by a built-in processor, and an RF communication unit configured to transmit and receive radio frequency. The USN module includes a pole spaced apart from the solar module. A wireless coordinator is installed to connect wirelessly, and the wireless coordinator is connected to the system through the Internet. Connected to detect the shading and failure on the photovoltaic cell line / module / group using the USN, characterized in that the information processed by the USN module to provide to the employer in real time to monitor the status of solar power generation Provide a device.

삭제delete

본 발명은 태양광 발전의 전류와 전압을 USN 모듈을 통해 계측하여 고장여부 및 발전량을 지속적으로 실시간 감시함으로써, 음영에 의한 저항 증가와 열화로 인한 셀의 파손을 방지하고, 사업주는 USN을 통해 언제 어디서든 태양광 발전의 설비동작의 상황에 대해 파악할 수 있으며, RFID 태그로 생산시부터 전자태그를 부착하여 이력관리를 함으로써 설비의 고장 및 발전 효율 데이터를 피드백 받음으로써 신제품의 품질 설계에 반영할 수 있는 효과를 제공한다.The present invention is to measure the current and voltage of the photovoltaic power generation through the USN module to continuously monitor the failure and the amount of power generation in real time, to prevent damage to the cell due to the increase in resistance and degradation caused by the shade, You can grasp the status of the operation of the facility of solar power generation anywhere, and it can be reflected in the quality design of new products by receiving feedback on the failure and power generation efficiency data of the facility by attaching electronic tags from the time of production with RFID tags. Provide the effect.

더불어, 종래에 사용하던 제어 컨트롤 수단은 케이블이 많이 소요되어 비용이 과다 소요되고, 복잡한 문제가 있었으나, 본 발명은 USN 모듈을 사용함에 의해 상기 문제를 해결하였다.In addition, the control control means used in the prior art was expensive to spend a lot of cables, there was a complicated problem, the present invention solved the problem by using a USN module.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

도 3은 기존 태양광 모듈의 전원 결선도, 도 4는 본 발명에 의한 바이패스 다이오드 전압, 전류의 통전 점검 및 계측과 USN 통신 결선도, 도 5는 본 발명의 USN 모듈의 블록 다이어그램, 도 6은 본 발명의 USN 무선 통신망의 구성도이다.3 is a power connection diagram of a conventional solar module, FIG. 4 is a current diagram of USN communication of the bypass diode voltage and current according to the present invention, and a USN communication connection diagram. FIG. 5 is a block diagram of the USN module of the present invention. It is a block diagram of the USN wireless communication network of this invention.

본 발명의 핵심 동작원리는 태양광 발전 셀에 크랙(crack)이나 브레이크(break)에 의한 저항이나, 음영에 의한 저항 증가로 바이패스 다이오드가 통전의 스위칭 역할을 하기 때문에 바이패스 다이오드에 흐르는 전류를 계측하여 해당 셀 라인의 이상을 인지하는 것이다.The core operating principle of the present invention is to increase the resistance of the photovoltaic cell by cracking or breaking, or by increasing the resistance by shading. The measurement is made to recognize the abnormality of the cell line.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈은 다수의 태양광 셀이 직렬로 연결된 셀 라인(cell line)과, 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드와, 역류를 방지하는 블로킹 다이오드가 구비되어 있는데, 태양광 모듈이 정상적인 경우에는 바이패스 다이오드의 역방향에 전압이 인가되기 때문에 바이패스 다이오드에 전류가 흐르지 않으나, 셀에 음영 등이 발생한 경우에는 전기저항이 커진 셀을 우회하여 바이패스 다이오드에 전류가 흐르게 된다. That is, as shown in FIG. 3, the solar module includes a cell line in which a plurality of solar cells are connected in series, a bypass diode to bypass current, and a blocking diode to prevent backflow. In the case of normal solar module, since the voltage is applied to the reverse side of the bypass diode, no current flows through the bypass diode.However, if a shade occurs in the cell, the bypass diode bypasses the cell with increased electrical resistance. Will flow.

따라서, 본 발명은, 도 4에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈 내에 USN(Ubiquitous Sensor Network) 모듈을 설치하고, 상기 USN 모듈은 바이패스 다이오드의 후단에 흐르는 전류를 계측하여 해당 셀 라인의 이상을 인지하게 된다.Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 4, a USN (Ubiquitous Sensor Network) module is installed in the solar module, and the USN module measures an electric current flowing in the rear end of the bypass diode to correct an abnormality of the corresponding cell line. It becomes aware.

이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각 USN 모듈은 무선 코디네이터를 통해 인터넷으로 시스템과 연결되는데, 상기 계측된 정보는 휴대폰 문자메시지를 통해 사업주에게 제공되므로, 사업주는 USN을 통해 언제, 어디서든 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 파악하여 대처함으로써, 셀의 크랙 및 브레이크로 인한 교체비용 내지 수리비용을 절감하고, 전력 생산량 저하를 방지할 수 있다.At this time, as shown in Figure 6, each USN module is connected to the system via the Internet through a wireless coordinator, the measured information is provided to the business owner through a mobile phone text message, the business owner via the USN when, where By identifying and responding to shadows and failures on sudden cell lines / modules / groups, it is possible to reduce replacement or repair costs due to cell cracks and brakes, and to prevent power output from being lowered.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 USN 모듈은 바이패스 다이오드의 후단에 흐르는 전류 및 상기 블로킹 다이오드의 양단의 전압을 계측하는데, 상기 계측된 정보를 이용하여 발전량을 분석하고, 그 발전량에 대하여 지속적으로 모니터링하며, 발전량 상황에 관한 정보를 USN을 통해 사업주에게 제공함으로써 사업주가 설비동작을 실시간으로 정확히 파악할 수 있게 된다.In addition, as shown in Figure 4, the USN module measures the current flowing in the rear end of the bypass diode and the voltage of both ends of the blocking diode, by using the measured information to analyze the amount of power generation, and about the amount of power generation By continuously monitoring and providing information on the status of power generation to the employer through USN, the owner can accurately grasp the operation of the facility in real time.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 USN 모듈은, 계측 및 보정부(Electronic electricity measuring front end), ADC부(Electronic circuits /w8x1 MUX ADC), 데이터 처리부(6Low pan base band processor), RF 통신부(RF Tranceiver / RF front end circuit)로 구성된다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the USN module includes an electronic electricity measuring front end, an ADC (Electronic circuits / w8x1 MUX ADC), a data processor (6Low pan base band processor), and an RF communication unit. It consists of (RF Tranceiver / RF front end circuit).

상기 계측 및 보정부는 태양전지 모듈로 구성된 태양광 발전 장치의 전류와 전압을 측정하여 ADC(Anologue Digital Conversion)부에서 수용가능한 신호로 보정한다. 즉, 계측되는 전류 및 전압의 값을 ADC에서 수용가능한 범위로 변환시키는 역할을 한다.The measurement and correction unit measures the current and voltage of the photovoltaic device composed of the solar cell module and corrects the signal to be acceptable in the ADC (Anologue Digital Conversion) unit. That is, it converts the measured current and voltage values into an acceptable range in the ADC.

상기 ADC부는 상기 보정된 아날로그 신호를 데이터 처리가 가능하도록 디지털 신호로 변환시킨다. 이 때, 상기 USN 모듈에는 다수의 신호가 유입되므로 ADC 칩장치 1개로 멀티플렉싱 방법에 의해 디지털 신호로 변환시키게 된다. 여기서, ADC부에서 변환될 디지털 신호의 분해능은 8비트 또는 12비트인 것이 경제적으로 바람직하다.The ADC converts the corrected analog signal into a digital signal to enable data processing. At this time, since a plurality of signals are introduced into the USN module, one ADC chip device is converted into a digital signal by a multiplexing method. Here, it is economically preferable that the resolution of the digital signal to be converted in the ADC section is 8 bits or 12 bits.

상기 데이터 처리부는 ADC부에서 변환된 디지털 신호를 내장된 프로세서(CPU)에 의해 데이터 처리하거나, 다시 소정의 전류 및 전압값으로 변환하는 역할을 한다. 상기 CPU는 6Low pan base band processor가 바람직하다. The data processor performs a data processing by a built-in processor (CPU) or converts the digital signal converted by the ADC unit into a predetermined current and voltage value. The CPU is preferably a 6Low pan base band processor.

상기 RF 통신부는 무선주파수의 송수신을 담당하게 된다.The RF communication unit is responsible for the transmission and reception of radio frequencies.

이와같이, 본 발명의 각 태양광 모듈에는 USN 모듈이 설치되고, 이러한 USN 모듈들은 폴(pole)에 설치된 무선 코디네이터와 50 ~ 100m 범위에서 무선으로 연결되며, 상기 무선 코디네이터는 인터넷으로 시스템과 연결되어, 상기 무선 코디네이 터는 USN 모듈을 통해 특정 태양광 모듈에 결함이 발생한 것을 감지할 수 있으며, 이 경우에는 상기 시스템이 그 결함 정보를 사업주에게 휴대폰 문자메세지로 제공하게 되므로, 사업주는 언제 어디서든 실시간으로 설비의 동작상황을 파악할 수 있게 된다.As such, each solar module of the present invention is provided with a USN module, these USN modules are wirelessly connected in the range of 50 ~ 100m with a wireless coordinator installed in a pole (pole), the wireless coordinator is connected to the system via the Internet, The wireless coordinator may detect that a defect occurs in a specific solar module through the USN module, in this case, the system provides the defect information as a mobile phone text message to the owner, so that the employer can be installed in real time anywhere It is possible to grasp the operation status of.

또한, RFID(Radio-Frequency IDentification) 태그로 태양광 모듈의 생산시부터 전자태그를 부착하여 이력관리를 함으로써 설비의 고장 및 발전 효율 데이터를 피드백 받음으로써 신제품의 품질 설계에 반영할 수 있다.In addition, the RFID (Radio-Frequency IDentification) tag can be applied to the quality design of new products by receiving feedback of equipment failure and power generation efficiency data by attaching electronic tags to the history management from the production of solar modules.

도 1은 바이패스 다이오드가 설치된 태양광 모듈의 구성도.1 is a configuration diagram of a photovoltaic module in which a bypass diode is installed.

도 2는 음영 등에 의한 태양광 모듈의 I-V 곡선을 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the I-V curve of the photovoltaic module by the shade or the like.

도 3은 기존 태양광 모듈의 전원 결선도3 is a power connection diagram of a conventional solar module

도 4는 본 발명에 의한 바이패스 다이오드 전압, 전류의 통전 점검 및 계측과 USN 통신 결선도.Figure 4 is a USN communication connection diagram of the conduction check and measurement of the bypass diode voltage, current according to the present invention.

도 5는 본 발명의 USN 모듈의 블록 다이어그램.5 is a block diagram of a USN module of the present invention.

도 6은 본 발명의 USN 무선 통신망의 구성도.6 is a block diagram of a USN wireless communication network of the present invention.

Claims (2)

다수의 태양광 셀이 직렬로 연결된 셀 라인과, 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드와, 역류를 방지하는 블로킹 다이오드로 이루어진 태양광 모듈에 USN(Ubiquitous Sensor Network) 모듈이 설치되고,A Ubiquitous Sensor Network (USN) module is installed in a solar module including a cell line in which a plurality of solar cells are connected in series, a bypass diode to bypass current, and a blocking diode to prevent backflow. 상기 USN 모듈은, 상기 바이패스 다이오드의 후단에 흐르는 전류 및 상기 블로킹 다이오드 양단의 전압을 측정하여 ADC에서 수용가능한 신호로 보정하는 계측 및 보정부와, 상기 보정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 ADC부와, 상기 변환된 디지털 신호를 내장된 프로세서에 의해 데이터 처리하는 데이터 처리부와, 무선주파수의 송수신을 담당하는 RF통신부를 포함하여 이루어지며,The USN module may include a measurement and correction unit configured to measure a current flowing through a rear end of the bypass diode and a voltage across the blocking diode and correct the signal into an acceptable signal in the ADC, and convert the corrected analog signal into a digital signal. And a data processor for data processing the converted digital signal by a built-in processor, and an RF communication unit for transmitting and receiving radio frequencies. 상기 태양광 모듈과 이격 설치된 폴(pole)에는 상기 USN 모듈과 무선으로 연결되는 무선 코디네이터가 설치되고,A pole installed spaced apart from the solar module is installed with a wireless coordinator to be connected to the USN module wirelessly, 상기 무선 코디네이터는 인터넷을 통해 시스템과 연결되어 상기 USN 모듈에 의해 처리된 정보를 분석하여 사업주에게 실시간으로 제공하는 것을 특징으로 하는 USN을 이용한 태양광 발전 셀 라인/모듈/그룹상의 음영 및 고장을 감지하거나 태양광 발전량의 상황을 감시하는 장치.The wireless coordinator is connected to the system via the Internet to detect the shading and failure on the photovoltaic cell line / module / group using the USN, characterized in that to analyze the information processed by the USN module to provide to the employer in real time To monitor the situation of solar power generation. 삭제delete
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