KR101023445B1 - 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전장치에 사용되는 태양전지모듈의 동작상태를 중앙제어시스템에서 원격으로 감시하고 각 모듈별로 제어할 수 있는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템이 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광으로부터 전력을 발생시키는 다수의 태양전지모듈; 데이터를 송신하고 제어신호를 수신하는 송수신부와 상기 태양전지모듈에서 출력되는 전압과 전류를 감지하는 센서감지부 및 제어장치 각부의 동작상태를 제어하며 상기 센서감지부에서 감지된 데이터와 상기 태양전지모듈의 인식코드를 디지털신호로 변환하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송수신부의 동작상태를 on/off 제어하는 스위칭부를 포함하는 태양전지모듈 제어장치; 상기 태양전지모듈의 전력 출력단자와 태양전지모듈 제어장치가 장착된 접속단자함; 상기 태양전지모듈 제어장치로부터 데이터를 수신하고 상기 태양전지모듈 제어장치에 동작명령을 송신하는 중앙제어시스템;을 포함하며, 상기 태양전지모듈 제어장치는 상기 중앙제어시스템의 데이터 송출명령에 따라, 상기 태양전지모듈의 상태를 측정한 내용에 의한 데이터신호를 중앙제어시스템에 송출하며, 상기 중앙제어시스템의 제어명령을 수신하여 각부의 동작상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광으로부터 전력을 발생시키는 다수의 태양전지모듈; 데이터를 송신하고 제어신호를 수신하는 송수신부와 상기 태양전지모듈에서 출력되는 전압과 전류를 감지하는 센서감지부 및 제어장치 각부의 동작상태를 제어하며 상기 센서감지부에서 감지된 데이터와 상기 태양전지모듈의 인식코드를 디지털신호로 변환하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송수신부의 동작상태를 on/off 제어하는 스위칭부를 포함하는 태양전지모듈 제어장치; 상기 태양전지모듈의 전력 출력단자와 태양전지모듈 제어장치가 장착된 접속단자함; 상기 태양전지모듈 제어장치로부터 데이터를 수신하고 상기 태양전지모듈 제어장치에 동작명령을 송신하는 중앙제어시스템;을 포함하며, 상기 태양전지모듈 제어장치는 상기 중앙제어시스템의 데이터 송출명령에 따라, 상기 태양전지모듈의 상태를 측정한 내용에 의한 데이터신호를 중앙제어시스템에 송출하며, 상기 중앙제어시스템의 제어명령을 수신하여 각부의 동작상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템이 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전장치에 사용되는 태양전지모듈의 동작상태를 중앙제어시스템에서 원격으로 감시하고 각 모듈별로 제어할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템(PV; Power Generation System)은 태양 에너지의 무공해성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 세계 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.
일반적으로, 태양광 발전은, 복수의 광기전력 전지 셀(Solar cell)를 시트 사이에 넣어서, 다룰 수 있는 크기의 편평하고 일반적으로 직사각형 패널로 이루어진 태양전지모듈(Solar Module)을 여러 단위로 결합하여 전력을 생산하게 된다.
각각의 태양전지모듈은 직 병렬로 결합된 소정의 개수 (통상 36개, 54개, 60개 등)의 셀이 패널 형태로 되어 있으며, 모듈로부터 원하는 전압을 생성하기 위하여 각각의 모듈은 양극과 음극의 버스바 또는 출력 와이어에 전기적으로 직렬로 접속된 양극 출력부와 음극 출력부를 갖는다.
이 출력부는 "접속함(juncting box)"에서 다른 모듈의 출력부와 서로 접속된다.
이러한 태양광 발전시스템은 태양광 전지판에서 생산된 직류전기를 출력조절장치를 거쳐 축전지에 충전하거나 인버터에서 교류로 변환하여 수용가에 공급하는 설비이다. 이 태양광 발전시스템은 야간에는 일조량이 없으므로 주간에 축전지에 충전된 전기를 야간에 사용하고 있으며, 우천시나 일조량이 부족하여 전기를 생산하지 못할 경우에는 보조 발전기를 운전하여 전기를 공급하기도 한다.
태양광 발전에서는 태양전지판이 전체 시스템에서는 직 병렬로 운전되므로 단위셀에서 발생된 고장은 최종 출력 측면에서는 감지가 안 되며, 이를 제어하는 중앙제어시스템에서는 적은 불량이나 고장이 발생하여도 이를 모르고 지나치게 되어 지속적으로 비효율적인 상태로 운전되기 쉬운 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 태양광 전지판 어레이마다 제어선을 연결하여 중앙 제어실에서 감시하는 기술들이 제안되고 있었으나, 이러한 기술은 태양전지모듈(Solar Module)수에 따라서 제어전선이 증가되고 이에 따른 설비 증가 및 시공비 증가 등으로 비경제적으로 실용화되지 않는 실정이다.
또한, 중앙제어시스템에서 거리를 두고 설치된 태양광 발전설비의 각종 데이터를 수집, 분석, 저장하고 분석된 자료를 이용하여 설치된 설비를 최적의 상태에서 제어할 수 있어야 하는데, 태양전지모듈(Solar Module)에 고장이 탐지되면 일일이 현장에서 고장회로를 분리하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 태양광 발전시스템에서 개별 태양전지판을 직 병렬 연결하는 태양전지모듈(Solar Module)의 접속단자함에 개별 태양전지판의 현재의 동작상태를 감지할 수 있는 장치와 이를 무선 통신을 통하여 중앙제어시스템에 전송하여 원격에서 태양전지모듈(Solar Module)의 상태를 감시할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양광 발전시스템에서 개별 태양전지모듈(Solar Module)을 직 병렬 연결하는 태양전지모듈(Solar Module)의 접속단자함에 개별 태양전지판의 현재의 동작상태를 감지할 수 있는 감지장치를 중앙제어시스템에서 무선 통신을 통하여 제어명령을 전송하여 상기 감지장치를 제어하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양광 발전시스템에서 개별 태양전지판을 직 병렬 연결하는 태양전지모듈(Solar Module)의 접속단자함에 각 태양전지모듈(Solar Module)의 출력단자를 제어할 수 있는 스위칭 장치를 마련하고 중앙제어시스템에서 쌍방향 무선 통신을 통하여 제어명령을 전송하여 상기 스위칭장치의 상태를 감시하고 제어하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광으로부터 전력을 발생시키는 다수의 태양전지모듈; 데이터를 송신하고 제어신호를 수신하는 송수신부와 상기 태양전지모듈에서 출력되는 전압과 전류를 감지하는 센서감지부 및 제어장치 각부의 동작상태를 제어하며 상기 센서감지부에서 감지된 데이터와 상기 태양전지모듈의 인식코드를 디지털신호로 변환하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송수신부의 동작상태를 on/off 제어하는 스위칭부를 포함하는 태양전지모듈 제어장치; 상기 태양전지모듈의 전력 출력단자와 태양전지모듈 제어장치가 장착된 접속단자함; 상기 태양전지모듈 제어장치로부터 데이터를 수신하고 상기 태양전지모듈 제어장치에 동작명령을 송신하는 중앙제어시스템;을 포함하며, 상기 태양전지모듈 제어장치는 상기 중앙제어시스템의 데이터 송출명령에 따라, 상기 태양전지모듈의 상태를 측정한 내용에 의한 데이터신호를 중앙제어시스템에 송출하며, 상기 중앙제어시스템의 제어명령을 수신하여 각부의 동작상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 센서감지부는 온도감지센서 및 일조량감지센서를 포함하며 온도데이터 및 일조량데이터를 감지하게 된다.
또한, 상기 스위칭부는 제 1스위칭부를 포함하며, 제 1스위칭부는 태양전지모듈 제어장치가 수신만 할 수 있는 수신대기상태와, 측정 데이터를 송출하는 송신활성상태로 제어하며, 일정 전압 이하에서는 태양전지모듈 제어장치 전체를 차단하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 비교회로를 포함하며 측정된 전류 전압값을 기준치와 비교하여 정상적인 전압 또는 전류의 2/3 미만인 경우에는 불량으로 판정하여 경고신호를 발생하며, 상기 경고신호는 상기 송수신부를 통하여 상기 중앙제어시스템으로 송출하며, 상기 제어부에서 단독모드로의 운전 명령이 수신될 경우, 상기 센서감지부에 의하여 일정 이상의 광량이 계측되면 설정된 일정 시간 간격마다 계측된 데이터와 경고신호를 중앙제어시스템으로 송신하며, 중앙감시모드로의 운전명령이 수신될 경우, 중앙제어시스템의 정보취득요구에 따라 현재의 데이터를 송신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 상기 태양전지모듈 제어장치는 제 2스위칭부를 포함하며, 상기 제 2스위칭부는 상기 중앙제어시스템로부터 전송된 제2스위칭 동작 제어신호가 상기 태양전지모듈제어장치에 수신됨에 따라 상기 태양전지모듈에서 발전전력을 출력하는 각 출력단자를 발전계통으로부터 on/off 제어할 수 있다.
상기 제 2스위칭부는 SCR로 구성되며 상기 제어부의 제어신호에 의하여 동작된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르며, 상기 태양전지모듈 제어장치의 전원은 상기 태양전지모듈의 출력으로 공급하거나 또는 2차전지의 출력으로 공급하며 상기 2차전지는 상기 태양전지모듈의 출력으로 충전될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 태양전지모듈(Solar Module)의 접속단자함에 개별 태양전지판의 현재의 동작상태를 감지할 수 있는 장치와 무선 송수신 장치를 제공함으로써, 중앙제어시스템에서 원격으로 태양전지모듈(Solar Module)의 동작상태를 감시하고 출력단자를 제어할 수 있는 효과가 있다.
중앙제어시스템에서는 모든 데이터의 수신이 끝난 후 데이터를 취합하여 각각의 태양전지모듈의 정보를 비교하여 불량셀이 포함된 태양전지모듈인지를 판별할 수 있으며, 또한 정상적인 태양전지판보다 2/3만큼 용량이 작게 나오는 경우는 경고 신호와 함께 송출되므로 불량유무를 신속하게 판별할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면 특정 태양전지모듈에 온도가 다른 태양전지모듈에 비하여 변화하였을 때를 비교할 수 있으므로 열화 진단 등 고장 원인을 쉽게 파악할 수 있게 된다.
또한, 조도센서 또는 일조량 센서의 데이터를 취득함으로써 특정 태양전지모듈의 일조량이 변화된 것을 감지할 수 있으므로 태양전지모듈이 이물질로 더럽혀 졌다든가 또는 상부에 낙엽 등 다른 물질들로 오염되어 있음을 예측할 수 있어서, 고장 복구가 신속하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 쌍방향 통신에 의하여 고장난 태양전지모듈을 회로에서 개방 또는 단자를 단락하는 등의 각 태양전지모듈별 출력단자를 스위칭하는 제어신호를 송출하여 태양전지모듈을 원격에서 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 각 태양전지모듈 별로 설치되는 접속단자함(1)을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접속단자함에 설치된 태양전지모듈(Solar Module) 제어장치(2)의 개요를 도시한 블록도
도 3은 일실시예에 따른 태양전지모듈 제어장치(2)에서 데이터를 중앙제어시스템에 송신하는 프로세스를 도시한 순서도
도 4는 일실시에에 따른 중앙제어시스템(미도시됨)에서 태양전지모듈 제어장치(2)에 제어명령을 보내고 데이터를 수신하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접속단자함에 설치된 태양전지모듈(Solar Module) 제어장치(2)의 개요를 도시한 블록도
도 3은 일실시예에 따른 태양전지모듈 제어장치(2)에서 데이터를 중앙제어시스템에 송신하는 프로세스를 도시한 순서도
도 4는 일실시에에 따른 중앙제어시스템(미도시됨)에서 태양전지모듈 제어장치(2)에 제어명령을 보내고 데이터를 수신하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 각 태양전지모듈 별로 설치되는 접속단자함(1)을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 접속단자함에 설치된 태양전지모듈(Solar Module) 제어장치(2)의 개요를 도시한 블록도이다.
태양광발전장치는 태양전지모듈(10)이 여러 개가 직 병렬 연결하여 원하는 전력을 발전하게 되는데, 각 태양전지모듈(10)에는 각 태양전지모듈(10)별 출력단자들을 전선으로 서로 연결하여 접속할 수 있는 접속단자함이 형성된다.
본 발명의 일실시예에서는 직 병렬로 결합된 소정의 개수의 셀이 패널 형태로 모듈화된 태양전지모듈(10)의 접속단자함(1) 내에 태양전지모듈(Solar Module) 제어장치(2)가 장착된다.
도 2에 도시된 바와 같이 일실시예에 의한 태양전지모듈 제어장치(2)는 스위칭부(11, 11-1), 센서감지부(12), 제어부(13), 카운터(15), 송수신부(16), 비교부(14)를 포함한다.
태양전지의 단위 셀에서 생산되는 전력은 통상 0.5~ 0.6 V 이며 전력은 약 3 ~ 4W 정도이다. 이러한 단위셀들의 집합으로 이루어진 태양전지모듈은 셀 집합에 따라 차이는 있으나 대략 16~ 26V, 120W ~200W의 출력을 갖는다.
태양전지판은 각 셀이 54개로 구성된 것이 가장 많으며 이 셀은 18개는 직렬로 하나의 셀집합이 되고 3개의 셀집합은 병렬로 연결되어져 한 셀이 이상이 발생하면 하나의 셀집합에서 출력이 정상적으로 발생하지 않게 된다.
센서감지부(12)에서는 태양전지모듈에서 나오는 전압과 전류, 태양전지모듈 판의 조도와 온도를 감지하며 이를 제어부로 전달하게 된다.
제어부(13)에서는 센서감지부(12)에서 측정된 데이터를 A/D변환부를 통하여 변환하여 송수신부(16)로 전달하게 된다.
각 태양전지셀은 그 제조 특성에 따라 일부 오차는 존재하게 되나, 실험치에 의하면 태양전지모듈에서 측정하였을 때, 정상적인 전압 또는 전류의 2/3 미만인 경우에는 셀 자체의 결함으로서, 이를 그대로 방치할 경우에는 전체 계통 전력이 불안하게 되는 영향을 초래할 수 있다.
따라서, 제어부(13)에서는 비교부(14)를 포함하며 측정된 전류 전압값을 기준치와 비교하여 정상적인 전압 또는 전류의 2/3 미만인 경우를 불량으로 판정하여 경고신호를 발생하는 기능도 포함할 수 있다.
또한, 제어부(13)에서는 송수신부에서 중앙제어시스템으로부터 제어명령을 전달받아 제1, 2스위칭부(11, 11-1)의 제어를 통하여 태양전지모듈 제어장치의 기능을 off하여 수신 대기상태에 있거나 on으로 활성화하여 데이터를 송신하도록 제어하도록 함으로써, 태양전지모듈 제어장치로 인한 소비전력을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 1스위칭부는 제어부(13)의 제어신호에 따라 송수신부(16)를 포함한 태양전지모듈 제어장치(2) 각부의 전원공급을 스위칭하는 기능을 수행하게 된다.
제 1스위칭부(11-1)는 제어부(13)의 제어신호에 따라 태양전지모듈 제어장치(2)의 기능을 수신대기상태 또는 송신상태로 스위칭하여 태양전지모듈 감시 및 제어장치에서 소요되는 전력을 최소화할 수 있다.
송수신부(16)에서는 제어부(13)에서 변환된 송출신호를 태양전지모듈 별로 부여된 코드번호와 함께 중앙제어시스템으로 송출하며, 또한 중앙제어시스템(미도시됨)으로부터의 제어명령을 수신받아 제어부로 전달한다.
또한, 제어부(13)에서는 "단독모드"로의 운전 명령이 수신될 경우 카운터(15)에 의한 설정된 일정 시간 간격마다 계측된 데이터와 경고신호를 중앙제어시스템으로 송신하게 된다.
본 발명에서 중앙제어시스템(미도시됨)은 각 태양전지모듈 및 전제의 태양전지모듈을 관리하고, 여기에서 출력된 전력을 총괄적으로 관리하는 건물이나 장소에 설치된 시스템을 총괄하는 개념이다.
또한, 제어부(13)에서는 단독모드로의 운전 명령 상태에서 일정 이상의 광량이 계측되는 조건에서 카운터(15)에 의한 설정된 일정 시간 간격마다 계측된 데이터와 경고신호를 중앙제어시스템으로 송신할 수도 있다.
또한, "중앙감시모드"의 경우 중앙제어시스템(미도시됨)의 요구에 의해 정보취득 요구가 있을 때마다 현재의 데이터를 송신한다.
중앙제어시스템에서는 전체 태양전지모듈의의 정보를 습득하거나 미리 설정한 권역별로 정보취득 요구를 송신하고 이를 수신한 태양전지모듈은 자신의 호출정보인지 확인후 현재의 정보와 고유코드번호를 송신하게 된다.
중앙제어시스템(미도시됨)에서는 모든 데이터의 수신이 끝난 후 데이터를 취합하여 각각의 태양전지모듈의 정보를 비교하여 불량셀이 포함된 태양전지모듈인지를 판별할 수 있으며, 또한 정상적인 태양전지판보다 2/3만큼 용량이 작게 나오는 경우는 경고 신호와 함께 송출되므로 불량 유무를 판별할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 태양전지모듈 제어장치(2)에서 데이터를 중앙제어시스템에 송신하는 프로세스를 도시한 순서도이다.
중앙제어시스템(미도시됨)으로부터 데이터 전송 명령을 수신하게 되면(110) 이를 분석하여(112) 현재상태의 데이터만을 송신할 것인지(113), 또는 앞으로 주기적으로 데이터를 송신할 것인지(114)를 판별하여 조건에 맞도록 태양전지모듈 제어장치(2)의 시스템을 구동한다(120).
전송명령이 수신되지 않을 경우에는 시스템은 슬림상태인 수신 대기상태를 유지하게 된다.(111)
센서감지부(12)로부터 데이터가 입력되면(130) 이를 디지털데이터로 변환하고(140) 비교부(14)에서 기준치와 비교한다(150).
상기 변환된 데이터가 비교한 데이터와 기준치 이하일 경우에는 경고신호와 함께 데이터를 패킷화하여(160) 송수신부(16)를 통하여 전송(170)하게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중앙제어시스템(미도시됨)에서 태양전지모듈 제어장치(2)에 제어명령을 보내고 데이터를 수신하는 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
중앙제어시스템(미도시됨)에서 데이터 전송명령을 송신하면(211), 송신명령에 따라 태양전지모듈 제어장치(2)부터 요구되는 데이터가 수신된다(212). 각 태양전지모듈로부터 수신된 데이터들을 주어진 조건들과 비교하여(213) 기준치를 초과하거나 미달이 될 경우, 또는 태양전지모듈 제어장치(2)부터 경고신호로 판별되는 신호인 경우에는 경보신호를 발생시키며(215), 표시장치(미도시됨)에 이를 디스플레이 하게 된다(216).
태양전지는 온도에 따라 그 출력 특성이 변하게 되며, 또한 특정 태양전지모듈에 온도가 다른 태양전지모듈에 비하여 변화하였을 때를 비교할 수 있으므로 열화 진단 등 고장 원인을 쉽게 파악할 수 있게 된다.
또한, 조도센서 또는 일조량 센서의 데이터를 취득함으로써 특정 태양전지모듈의 일조량이 변화된 것을 감지할 수 있으므로 태양전지모듈이 이물질로 더럽혀 졌다든가 또는 상부에 낙엽 등 다른 물질들로 오염되어 있음을 예측할 수 있어서, 고장 복구가 신속하게 이루어질 수 있다.
일실시예에 따른 태양전지모듈 제어장치(2)에 소요되는 전력은 IC구동전력 정도이고 송신되는 전력도 구내의 중앙제어시스템에 코드화된 디지털 데이터만 근거리 통신으로 송신하게 되므로 극히 전은 전력만이 소요되게 된다.
일실시에에 따른 태양전지모듈 제어장치에 소요되는 전력은 태양전지판의 전원을 기본으로 사용하며 평시 사용전력은 0.2W 미만으로도 충분하게 유지되며, 특정모드에 도달할 시(송신시)에 약 0.3W 출력이 필요하나, 송신시에만 적용되므로 평시전류는 0.2W 미만의 전류만 소모하게 된다.
날씨가 흐리거나, 어두어져서 태양전지판이 정상적으로 작동하지 않는 경우, 즉, 일정전압 이하에서는 이를 감지하여 제어부(13)의 제어에 의하여 전체 회로를 동작하지 않도록 제어되며, 일정 전압 이상이 다시 출력되게 되면, 회로를 재동작하도록 제어된다.
태양전지모듈의 접속단자함(1) 내에 삽입되거나 장착되는 태양전지모듈 제어장치(2)는 무선 송ㆍ수신 모듈과 결합되어 있으며, 각 각의 태양전지모듈은 고유코드를 포함하여 송, 수신하게 된다.
따라서, 다수의 태양전지모듈이 장착되어 있는 태양광 발전 단지에서도 중앙제어시스템에서 송신된 데이터의 위치를 각각 식별할 수 있게 된다.
상술한 태양전지모듈 감시 및 제어장치에 의하여 특정 태양전지모듈이 고장으로 판별이 된 경우 이를 회로에서 분리하거나 또는 단락할 필요성이 제기된다.
이를 일일이 회로에서 분리하여 재설치할 경우 재설치 작업으로 발전전력의 일부가 중단이 될 뿐더러 많은 시간과 인력이 소요되게 된다.
위와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 일실시예에서는 태양전지모듈 제어장치(2)가 설치된 접속 단자함 내에 태양전지모듈 별 출력단자에 제 2스위칭부(11)을 부가하여 각 태양전지모듈 별 출력선의 ON/OF를 제어하도록 한 것이다.
제 2스위칭부(11)는 제 1스위칭부(11-1)와 기능별로 구분하여 설명하기 위한 것으로서, 제 2스위칭부(11)는 출력단자와 계통 간, 출력단자간, 출력단자와 태양전지모듈 제어장치(2) 간의 on/off 스위칭하는 기능을 담당하는 장치를 통칭한 것이다.
상기 제 2스위칭부는 출력단자와 태양전지모듈 제어장치 간 및/또는 출력단자와 계통 간에 SCR을 직렬로 설치하여 제어부의 신호에 의하여 SCR을 제어하도록 할 수 있다.
위에 부가하여 각 출력단자간 SCR을 설치하고 제어부의 신호에 의하여 SCR을 제어하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제2 스위친수단은, 태양광발전에서는 전류용량을 크게 하기 위하여 태양전지모듈을 병렬로 연결하며, 전압을 높이기 위해서는 직렬로 연결하게 된다.
태양전지모듈은 셀의 고장 및 연결부의 접촉불량 등으로 인하여 단락되거나 또는 개발되는 형태의 고장이 발생할 수 있다.
또한, 단락이 아니더라도 전압의 이상이 있는 경우는 전체 계통에 영향을 초래할 수 있으므로 이를 신속하게 대처하여야 한다.
만약 태양전지모듈이 계통에 병렬로 연결되어 있는 상태에서 태양전지모듈이 고장으로 단락상태가 되면 다른 태양전지모듈의 에너지를 모두 소모할 뿐 아니라 전압의 하락으로 이어지고, 전체적으로 고장이 확산되는 문제점이 있으므로 이를 신속하게 개방하여야 한다.
또한, 태양전지모듈이 계통에 직렬로 연결되어 있는 상태에서 태양전지모듈이 고장으로 개방상태가 되면 계통 전압에 영향을 미치게 되므로 일부 계통을 분리하거나 또는 개방상태를 직결하여야 하는 경우가 발생하게 된다.
또 다른 일실시예에 의한 태양전지모듈 감시 및 제어장치는 고장 개소를 감지한 중앙제어시스템의 개폐명령신호를 수신하게 되면 제어부(13)의 제어신호에 의하여 제 2스위칭부(11)에서는 접속단자함 내에서 각 출력단자를 개방하거나 또는 출력단자 상호 간에 단락시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 정확한 고장원인을 찾기 위하여는 계통에 연결된 출력단자를 계통으로부터 분리한 상태에서 전압상태를 측정할 필요가 있다.
이 경우 역시 중앙제어시스템부에서 데이터송출명령(분리 측정 신호)을 송신하게 되면, 출력단자를 계통에서 분리한 상태에서 순수한 모듈의 출력을 센싱하여 계통 전압의 영향을 배제한 채로 보다 정확한 측정데이터를 얻을 수 있다.
또 다른 일실시예에서는 태양전지모듈 감시 및 제어장치의 동작전원을 태양전지모듈의 출력으로 하는 대신 충전용 2차전지를 장착하여 전원을 공급할 수 있다.
위와 같이 충전용 2차전지에서 전원을 공급하도록 함으로써, 태양전지모듈에 고장이 발생하더라도 신속하게 제어를 할 수 있으며, 또한, 어떠한 경우에도 항상 태양전지모듈 감시 및 제어장치를 작동하여 스위칭 제어 및 데이터 송신 및 중앙제어시스템의 제어신호를 응답할 수 있게 된다.
상기 충전용 2차전지는 평상시 태양전지모듈에 의하여 충전하도록 회로가 구성된다.
또한, 중앙제어시스템에서 태양전지모듈의 고장으로 다른 계통에 영향을 미칠 우려가 있다고 판단될 경우에는 계통분리 명령을 보내어 해당하는 태양전지모듈을 계통으로부터 분리하게 된다.
즉, 태양전지모듈 제어장치가 중앙제어시스템로부터 계통분리명령을 받은 경우에는 제어부는 제 2스위칭부에 의하여 출력단자를 계통에서 분리하게 된다.
이때 전력송출은 중단되나, 내부의 2차전지는 상기 태양전지모듈의 출력으로 충전되도록 제어할 수 있다.
중앙제어시스템에서는 주기적 또는 사용자 요구에 의하여 전체 태양전지모듈의 정보를 습득하거나 미리 설정한 권역별로 정보를 취합하고 각각의 태양전지모듈의 정보를 비교하여 불량 유ㆍ무를 판별하고, 설치 시에 입력된 태양전지모듈 정보와 위치 정보를 감시할 수 있다.
또한, 태양전지모듈의 자동 감시 모드를 설정하여 이상이 발생한 태양전지모듈 정보를 수집하여 통보하게 한다.
또한, 쌍방향 통신에 의하여 고장난 태양전지모듈을 회로에서 개방 또는 단자를 단락하는 등의 각 태양전지모듈별 출력단자를 스위칭하는 제어신호를 송출하여 태양지모듈을 원격에서 제어할 수 있다.
1: 접속단자함 2, 2': 태양전지모듈 제어장치
10, 10': 태양전지모듈 11-1, 11-1': 스위칭부
12, 12': 센서감지부 13, 13': 제어부
14, 14': 비교부 15, 15': 카운터
16, 16': 송수신부
10, 10': 태양전지모듈 11-1, 11-1': 스위칭부
12, 12': 센서감지부 13, 13': 제어부
14, 14': 비교부 15, 15': 카운터
16, 16': 송수신부
Claims (12)
- 태양광으로부터 전력을 발생시키는 다수의 태양전지모듈;
데이터를 송신하고 제어신호를 수신하는 송수신부와 상기 태양전지모듈에서 출력되는 전압과 전류를 감지하는 센서감지부 및 제어장치 각부의 동작상태를 제어하며 상기 센서감지부에서 감지된 데이터와 상기 태양전지모듈의 인식코드를 디지털신호로 변환하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 송수신부의 동작상태를 on/off 제어하는 스위칭부를 포함하는 태양전지모듈 제어장치;
상기 태양전지모듈의 전력 출력단자와 태양전지모듈 제어장치가 장착된 접속단자함;
상기 태양전지모듈 제어장치로부터 데이터를 수신하고 상기 태양전지모듈 제어장치에 동작명령을 송신하는 중앙제어시스템;을 포함하며,
상기 태양전지모듈 제어장치는 상기 중앙제어시스템의 데이터 송출명령에 따라, 상기 태양전지모듈의 상태를 측정한 내용에 의한 데이터신호를 중앙제어시스템에 송출하며, 상기 중앙제어시스템의 제어명령을 수신하여 각부의 동작상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 센서감지부는 온도감지센서 및 일조량감지센서를 포함하며 온도데이터 및 일조량데이터를 감지하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 스위칭부는 제 1스위칭부를 포함하며, 상기 제 1스위칭부는 태양전지모듈 제어장치가 수신만 할 수 있는 수신대기상태와, 측정 데이터를 송출하는 송, 수신활성상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제 1스위칭부는 일정 전압 이하에서는 태양전지모듈 제어장치 전체를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 비교부를 포함하며 측정된 전류 전압값을 기준치와 비교하여 정상적인 전압 또는 전류의 2/3 미만인 경우에는 불량으로 판정하여 경고신호를 발생하며, 상기 경고신호는 상기 송수신부를 통하여 상기 중앙제어시스템으로 송출하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제2항에 있어서
상기 제어부에서 단독모드에 대한 운전 명령이 수신될 경우, 상기 센서감지부에 의하여 일정 이상의 광량이 계측되면 설정된 일정 시간 간격마다 계측된 데이터와 경고신호를 중앙제어시스템으로 송신하며, 중앙감시모드로의 운전명령이 수신될 경우, 중앙제어시스템의 정보취득요구에 따라 현재의 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항 또는 제3항에 있어서
상기 태양전지모듈 제어장치는 제 2스위칭부를 포함하며,
상기 제 2스위칭부는 상기 중앙제어시스템로부터 전송된 제 2스위칭 동작 제어신호가 상기 태양전지모듈제어장치에 수신됨에 따라 상기 태양전지모듈에서 발전전력을 출력하는 각 출력단자를 발전계통으로부터 on/off 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항 또는 제3항에 있어서
상기 스위칭부는 제 2스위칭부를 포함하며, 상기 제 2스위칭부는 상기 중앙제어시스템으로부터 전송된 제2스위칭 동작 제어신호가 상기 태양전지모듈 제어장치에 수신됨에 따라 상기 태양전지모듈에서 발전전력을 출력하는 상기 전력 출력단자를 발전계통으로부터 개방하고, 개방에 의하여 분리된 계통구간의 단자를 단락하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제7항에 있어서
상기 제 2스위칭부는 SCR로 구성되며 상기 제어부의 제어신호에 의하여 동작되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 태양전지모듈 제어장치의 전원은 상기 태양전지모듈의 출력으로 공급하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제1항에 있어서
상기 태양전지모듈 제어장치의 전원은 2차전지의 출력으로 공급하며 상기 2차전지는 상기 태양전지모듈의 출력으로 충전되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 중앙제어시스템로부터 분리측정 신호가 수신되면, 상기 제어부는 제 1스위칭부에 의하여 상기 센서감지부에 의해서 측정된 측정 데이터를 송출하도록 제어하고, 제 2스위칭부에 의하여 상기 출력단자를 계통으로부터 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템.
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