KR101061025B1 - 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 태양광발전 장치의 태양전지 어레이의 열화를 검출하고 검출된 열화의 형태를 식별할 수 있고, 열화의 형태에 따라 적시에 교정이 가능하므로 태양전지 어레이에 대한 손상 및 관련하는 전력 손실을 회피하는 것이 유리하다. 또한, 열화를 자동으로 교정할 수 있어 태양전력 생산 작동의 편리성을 증대시킨다.
Description
본 발명은 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안전성 등의 문제가 제기되면서 세계적으로 신/재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 국제적으로 이산화탄소의 배출권이 하나의 상품으로 되어 각 나라는 이산화탄소 배출권을 확보하기 위한 각종의 대책 마련을 위해 노력하고 있다. 우리나라 또한 이산화탄소 배출에 대한 규제정책 및 신.재생 에너지 시설에 대한 장려정책이 제도화되어 실시되고 있다.
오늘날 이러한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 노력으로 청정에너지인 태양 광이나 풍력에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 특히, 태양광발전은 무한하고 청정에너지라는 관점에서 상당히 각광을 받으면서 주거용 발전이나 가로등 또는 원거리에 떨어져 있는 무인등대나 시계탑 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이에 태양광을 이용한 발전장치는 최근 몇 년간 주요한 발전 장치로 권장되면서 많은 시설이 개발되고, 현장에 설치 운용되고 있다.
이러한 태양광을 이용한 발전장치는 보통 복수의 태양전지 판넬이 태양전지 서브 어레이를 갖추고, 복수의 태양전지 서브 어레이가 태양전지 어레이를 형성한다. 태양전지 판넬은 시간의 경과에 따라서 여러 가지 요인에 의해 열화하는 경향이 있다. 예를 들어 눈, 석출물, 분진 등의 물리적인 장해물이 태양전지 판넬의 전력 생산성을 저하시키고, 결함이 있는 인버터 또는 파손된 태양전지 판넬이 태양전지 어레이의 전력 생산성을 저하시킬 우려가 있다. 따라서 태양전지 어레이는 전력 생산성이 저하되지 않도록 지속적인 유지, 관리가 필요하다.
하지만, 태양전지 어레이의 열화를 검출하여 교정하는 것은 대단히 곤란하고 어려운 일이었다. 종래의 시스템에서는 태양전지 어레이의 관리자는 열화가 있는 경우에 열화를 찾아서 각 태양전지 판넬을 물리적으로 검사하여야 했다. 게다가, 열화를 제거하기 위해서 태양전지 어레이를 물리적으로 수리할 필요가 있었고, 이것은 종종 태양전지 어레이의 운전 정지를 일으키기도 하였다. 따라서 태양전지 어레이의 완전한 운전 정지를 회피하기 위하여 열화는 무시되는 경향이 있었다. 하지만, 교정되지 않고 무시된 열화는 인버터 또는 태양전지 판넬등 본질적인 기기를 손상시킬 우려가 있다. 따라서 태양광발전 장치에 있어서 열화를 검출하여 교정할 시스템 및 방법에 대한 필요가 있어왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 태양광발전 장치에서의 열화를 손쉽게 검출하고 교정하기 위한 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템은 복수의 태양전지 판넬을 갖춘 복수의 태양전지 서브 어레이를 포함하는 태양전지 어레이; 상기 복수의 태양전지 서브 어레이와 접속되는 복수의 인버터; 상기 태양전지 어레이와 접속되어 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출하는 어레이 감시 장치; 및 상기 어레이 감시 장치와 통신망을 통해 연결되고 상기 어레이 감시 장치를 원격제어하는 종합관리 서버; 를 포함하되, 상기 어레이 감시 장치는, 전력 생산 프로파일 데이터베이스, 참조 프로파일 데이터베이스, 열화 프로파일 데이터베이스로 구성되는 데이터베이스부; 및 상기 전력 생산 프로파일 데이터베이스로부터 전력 생산 프로파일을, 상기 참조 프로파일 데이터베이스로부터 참조 프로파일을 얻어 상기 전력 생산 프로파일과 상기 참조 프로파일을 비교하여 열화를 검출하는 열화 검출 모듈; 을 포함한다.
또한, 상기 인버터는 상기 태양전지 어레이 전체에 하나의 인버터가 접속되는 방식, 상기 복수의 태양전지 서브 어레이에 복수의 인버터가 1:1로 접속되는 방식, 및 복수의 태양전지 판넬에 복수의 인버터가 접속되는 방식 중 어느 하나의 방식으로 접속된다.
또한, 상기 어레이 감시 장치는, 상기 데이터베이스부, 소프트웨어 및 운영체제를 저장하는 메모리; 상기 메모리에 저장된 자료들의 연산을 처리하는 CPU; 및 상기 CPU의 동작을 지원하는 서포트 회로; 를 더 포함한다.
또한, 상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 서브 어레이의 전력 생산 프로파일을 처리하여 태양전지 서브 어레이의 전력 생산 리포트를 생성한다.
또한, 상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출한 경우에 경보 메시지를 생성한다.
이때, 상기 열화 검출 모듈이 생성한 상기 경보 메시지를 상기 종합관리 서버로 전송한다.
또한, 상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출한 경우 자동으로 상기 검출된 열화를 교정한다.
이때, 상기 열화 검출 모듈이 자동으로 상기 검출된 열화를 교정할 때 상기 태양전지 판넬의 최대전력점(MPP)을 조정한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법은 태양전지 어레이의 각 태양전지 서브 어레이의 참조 프로파일을 생성하고 저장하는 제1단계; 상기 태양전지 어레이의 전력 생산 데이터를 해석하는 제2단계; 열화 검출 모듈이 상기 참조 프로파일이 저장되어있는 참조 프로파일 데이터베이스에 접속하는 제3단계; 상기 열화 검출 모듈이 상기 참조 프로파일과 상기 제2단계에서 생성된 전력 생산 프로파일을 비교하는 제4단계; 상기 열화 검출 모듈이 상기 태양전지 어레이의 열화를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서 열화가 있다고 판단된 경우에 상기 열화 검출 모듈이 경보 메시지를 생성하는 제6단계; 상기 열화 검출 모듈이 상기 경보 메시지를 종합관리 서버에 통신하는 제7단계; 상기 태양전지 어레이의 열화를 처리하는 제8단계; 를 포함한다.
또한, 상기 제1단계는, 소정의 기간에 걸쳐 상기 태양전지 어레이의 상기 각 태양전지 서브 어레이에 관한 동작 데이터를 얻는 제1-1단계; 상기 동작 데이터를 통계적으로 처리하는 제1-2단계; 상기 제1-2단계에서 처리된 상기 동작 데이터를 기반으로 상기 태양전지 어레이의 상기 각 태양전지 서브 어레이에 관한 참조 프로파일이 생성되는 제1-3단계; 상기 참조 프로파일을 참조 프로파일 데이터베이스에 저장하는 제1-4단계; 를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제8단계는, 상기 태양전지 어레이의 열화를 식별하는 제8-1단계; 상기 태양전지 서브 어레이의 전력 생산 리포트를 생성할 것인지 여부를 판단하는 제8-2단계; 상기 제8-2단계에서 상기 전력 생산 리포트를 생성하기로 결정되면 상기 열화 검출 모듈이 상기 전력 생산 리포트를 생성하는 제8-3단계; 상기 제8-2단계에서 상기 전력 생산 리포트를 생성하지 않기로 결정된 후 또는 상기 제8-3단계를 거친 후에 상기 열화의 교정을 행할 필요가 있는지 판단하는 제8-4단계; 상기 제8-4단계에서 상기 열화의 교정을 행할 필요가 있다고 판단한 경우에 상기 열화 검출 모듈이 상기 열화를 자동으로 교정하는 제8-5단계; 를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제8-5단계에서 상기 열화 검출 모듈이 자동으로 상기 검출된 열화를 교정할 때 상기 태양전지 판넬의 최대전력점(MPP)을 조정한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양광발전 장치의 열화를 쉽게 검출할 수 있고 열화의 형태를 식별할 수 있다.
둘째, 검출된 열화를 자동으로 교정할 수 있다.
셋째, 태양광발전 장치의 전력 생산의 효율성이 증대된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치의 데이터베이스부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 태양전지 서브 어레이의 참조 프로파일을 표시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 태양전지 서브 어레이의 전력 생산 프로파일을 표시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제1단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제8단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치의 데이터베이스부의 구성도이다.
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도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제1단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제8단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본원 전체에서 '복수의'라는 단어는 별도의 기술이 없는 한, 하나 또는 복수를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치에 대한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템의 어레이 감시 장치의 데이터베이스부의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템은 태양전지 어레이(101), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 태양전지 판넬(103), 인버터(104), 접속 상자(105), 배전반(106), 미터(107), 전력 그리드(108), 전기 기기(109), AC 전송 패스(Path)(110), 종합 관리 서버(111), 및 어레이 감시 장치(200)를 포함하여 구성된다.
태양전지 어레이(101)는 복수의 태양전지 서브 어레이(102)를 포함하고, 태양전지 서브 어레이(102)는 적어도 하나 이상의 태양전지 판넬(103)을 포함하여 구성된다. 또한, 복수의 태양전지 서브 어레이(102)는 복수의 인버터(104)와 접속된다. 인버터(104)는 태양전지 서브 어레이(102)의 태양전지 판넬(103)에 의해서 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 변환된 AC 전력은 전력 그리드(108)로 공급된다.
본 발명의 일 실시예로, 태양전지 판넬(103)에 의해서 발전된 DC 전력을 AC전력으로 변환하기 위해서 태양전지 판넬(103)이 복수의 인버터(104)에 1:1로 접속된다. 다른 실시예로, 태양전지 서브 어레이(102)는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위하여 조합되어 단일 DC-AC 인버터에 공급된다. 또 다른 실시예로, DC-DC 변환기가 각각의 태양전지 서브 어레이(102)의 각 태양전지 판넬(103)에 접속되어 DC-DC 변환기의 얻어지는 전력 출력이 DC 전력으로 사용된다. 또는 단일 DC-AC 인버터에 의해서 AC 전력으로 변환할 수 있고, DC-DC 변환기가 각각의 태양전지 서브 어레이(102)에 접속될 수 있다. 예를 들어, 태양전지 서브 어레이(102)에 의해 발전된 DC 전력은 어떠한 전력 변환도 수행하지 않고 직접 사용할 수도 있고, 그 후에 사용하거나 또는 AC 전력으로의 변환 등을 위해 저장할 수도 있다.
인버터(104)로부터 수집된 AC 전력은, AC 전송 패스(110)를 통해서 접속 상자(105)에 공급된다. 접속 상자(105)는 전부의 인버터(104)로부터 나오는 출력을 함께 접속하여, 전기 기기(109)에 전력을 공급하기 위한 배전반(106)으로 단일 AC 피드(feed)를 형성한다. 더욱이 AC 전송 패스(110)는 AC 전력을 전력 그리드(108)로 공급하기 위해서 미터(107)에 생산된 AC 전력을 접속시킨다. 본원은 발전된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 실시예와 관련하여 설명되고 있지만, 본 명세서에서 설명되어 있는 다양한 실시예는 그와 같은 변형이 행해지지 않는 가능성이 있는 시스템(예를 들어, DC 전력의 저장을 베이스로 하는 시스템)에도 같이 적용이 가능한 것을 당업자라면 이해하는 것이며, 그와 같은 변형 형태 전부가 본 발명의 범위 내에 포함된다.
도 1을 참조하면, AC 전송 패스(110)는 태양전지 어레이(101)의 열화를 검출하기 위한 어레이 감시 장치(200)에 동작 가능하게 접속된다. 접속의 형태는, 예를 들어 어레이 감시 장치(200)가 인터넷 등의 통신 네트워크를 통해 AC 전송 패스(110)에 접속될 수 있다.
어레이 감시 장치(200)는 각 태양전지 서브 어레이(102)에 관한 복수의 참조 프로파일을 기록하도록 구성된다. 각 참조 프로파일은 통상의 동작 조건 하에서 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산의 기초 수준(base line level)을 표시한다. 예를 들어, 제1 참조 프로파일은 쾌청한 여름날에서 통상의 전력 생산을 나타낼 수 있고, 제2 참조 프로파일은 구름이 낀 날에서 통상의 전력 생산을 표시할 수 있다.
다른 실시예로서 어레이 감시 장치(200)는 참조 프로파일을 생성할 수 있고, 태양전지 서브 어레이(102), 태양전지 서브 어레이(102)의 각각의 태양전지 판넬(103), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 복수의 프로파일을 생성하고 메모리(201)에 저장할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 어레이 감시 장치(200)는 참조 프로파일을 별개의 장치에 저장하고 저장되어 있는 참조 프로파일(예를 들면, 복수의 태양전지 판넬(103), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 참조 프로파일)에 접속할 수 있다.
또한, 어레이 감시 장치(200)는 태양전지 서브 어레이(102)의 복수의 전력 생산 프로파일을 얻도록 구성되고, 각 전력 생산 프로파일은 어떤 기간에 걸쳐 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산을 표시한다. 몇 가지의 실시 형태에서는, 어레이 감시 장치(200)는, 그 1개는 또는 복수의 전력 생산 프로파일을 생성 및/또는 기억할 수 있고, 그것에 보태서, 및/또는 별 법으로서, 어레이 감시 장치(200)는, 1개 또는 복수의 태양전지 판넬(103)에 관한, 및/또는 태양전지 어레이 전체에 관한, 1개 또는 복수의 전력 생산 프로파일을 생성 및/또는 기억할 수 있다. 몇 가지의 실시 형태에서는, 어레이 감시 장치(200)는, 별 개의 디비이스 상에 기억되어 있는 전력 생산프로파일(예를 들면, 1개 또는 복수의 태양전지 판넬(103), 1개 또는 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이 전체에 관한 전력 생산 프로파일)에 접속할 수 있다.
어레이 감시 장치(200)는 태양전지 어레이(101)의 열화 발생을 식별하기 위해 태양전지 서브 어레이(102)의 복수의 전력 생산 프로파일을 복수의 대응하는 참조 프로파일과 비교한다. 태양전지 어레이(101)의 열화의 가능성이 있는 원인에는 태양전지 판넬(103) 상의 석출물의 축적, 장해가 있는 인버터, 태양전지 판넬(103)을 태양에너지로부터 차단하는 나쁜 구조물 또는 물체(예를 들면, 그림자, 구름, 다른 건축물 등), 파손된 태양전지 판넬(103)이 포함된다. 또한, 어레이 감시 장치(200)는 열화에 기인하는 태양전지 서브 어레이(102)의 성능의 변화를 검출한다. 다른 실시예로 어레이 감시 장치(200)는 태양전지 어레이(101)의 열화를 식별하기 위해서, 복수의 태양전지 판넬(103)에 관한, 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 전력 생산 프로파일 및 참조 프로파일을 취득하고 비교한다. 또 다른 실시예에서 어레이 감시 장치(200)는 특정 형태의 열화를 식별하기 위해서 전력 생산 프로파일의 추가 처리를 실시할 수 있다. 어레이 감시 장치(200)는, 복수의 태양전지 판넬(103), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 복수의 전력 생산 리포트를 경시적으로 생성할 수 있다.
일 실시예에서는, 어레이 감시 장치(200)는 AC 전송 패스(110)의 전압을 샘플링함에 의해서 또는 인버터(104)로부터, 복수의 태양전지 판넬(103), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 전력 생산 데이터를 얻을 수 있다. 추가적으로 전력 생산 데이터는 인버터(104)에 의해 취득되어 어레이 감시 장치(200)에 공급되어도 좋다. 다른 실시예에서는, 어레이 감시 장치(200)는 전력 생산 데이터를 복수의 태양전지 판넬(103), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체로부터 직접 취득할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 전력 생산 데이터는 태양전지 어레이(101)에 접속된 로컬 디바이스에 의해 취득되고, 인터넷 등의 통신 네트워크를 통해서 어레이 감시 장치(200)에 송신되어도 좋다. 전력 생산 데이터를 사용하여, 복수의 태양전지 판넬(103), 복수의 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한, 복수의 참조 프로파일을 생성하고 복수의 전력 생산 프로파일을 생성하는, 복수의 전력 생산 리포트를 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1에서와 같이 복수의 인버터(104)가 어레이 감시 장치(200)에 접속된다. 어레이 감시 장치(200)는 CPU(202), 여러 가지 서포트 회로(203), 메모리(201), 운영체제(204), 열화 검출 모듈(205) 및 데이터베이스부(210)를 포함한다. CPU(202)는 당 기술 분야에서 알려져 있는 1개 또는 복수의 센서를 포함할 수 있다. CPU(202)의 동작을 지원하는 서포트 회로(203)는, 캐시, 전원, 클락회로, 데이터 레지스터, I/O 인터페이스 등을 포함할 수 있다. 메모리(201)는 랜덤 액세스메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리 등, 이러한 형태의 메모리의 여러 가지 조합을 포함할 수 있다. 메모리(201)는 메인 메모리라고 불리고, 캐시 메모리 또는 버퍼 메모리로서 사용할 수도 있다. 메모리(201)는 운영 체제(204)를 포함한다. 운영체제(204)는 시판되는 운영체제인 윈도우즈 운영체제, 유닉스 운영체제, 리눅스 운영체제, 맥킨토시 운영체제 등이 이용될 수 있다.
또한, 메모리(201)는 열화 검출 모듈(205)을 포함하며 다양한 소프트웨어 패키지를 저장한다. 일 실시예에서는, 열화 검출 모듈(205)은 하드웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어를 조합하여 실장할 수 있다. 또한, 메모리(201)는 데이터베이스부(210)를 포함하고, 데이터베이스부(210)는 참조 프로파일 데이터베이스(211), 전력 생산 프로파일 데이터베이스(212), 및 열화 프로파일 데이터베이스(213)를 포함하며, 다양한 관계 데이터베이스를 저장한다. 참조 프로파일 데이터베이스(211)는 태양전지 어레이(101)의 태양전지 판넬(103), 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 복수의 참조 프로파일을 저장한다. 전력 생산 프로파일 데이터베이스(212)는 태양전지 어레이(101)의 태양전지 판넬(103), 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 복수의 전력 생산 프로파일을 저장한다. 열화 프로파일 데이터베이스(213)는 태양전지 어레이(101)의 태양전지 판넬(103), 태양전지 서브 어레이(102), 및/또는 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 복수의 열화 프로파일을 저장한다.
일 실시예에서, 열화 검출 모듈(205)은 참조 프로파일 데이터베이스(211) 및 전력 생산 프로파일 데이터베이스(212)에 접속할 수 있다. 열화 검출 모듈(205)은 참조 프로파일 데이터베이스(211) 및 전력 생산 프로파일 데이터베이스(212)에 접속하여 태양전지 서브 어레이(102)의 복수의 참조 프로파일에 대응하는 전력 생산 프로파일을 해석하여, 태양전지 서브 어레이(102)의 열화가 존재하는지 여부를 판정하도록 구성된다. 일 실시예에 의하면, 태양전지 서브 어레이(102)의 현재의 전력 생산과, 동일한 조건 하에서의 태양전지 서브 어레이(102)의 통상의 태양 전력 생산과의, 어떠한 통계적으로 유의한 차이가 있는가 없는가를 판정하기 위하여, 전력 생산 프로파일이 복수의 참조 프로파일과 비교된다. 전력 생산 프로파일과 참조 프로파일과의 근소한 차이는 기후 및 태양의 동적인 성질로 인한 것으로 볼 수 있지만, 프로파일간의 통계적으로 유의한 차이는 열화의 존재를 표시한다.
임의의 선택으로, 열화 검출 모듈(205)은 추가 동작을 실시하도록 구성되어 있어도 좋다. 일 실시예에 의하면, 열화 검출 모듈(205)은 태양전지 서브 어레이(102)의 열화의 형태를 식별하도록 구성된다. 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산 프로파일에 비교되었을 때, 프로파일 간의 차이가 있는 종류의 특징 (예를 들면, 기울기, 시각, 태양전력 생산의 크기 또는 방향 등)은, 특정 형태의 열화를 표시할 가능성이 있다. 예를 들면, 전력 생산 프로파일이 통상의 생산으로부터 거의 제로(zero)생산으로 감소되고, 그 후에 통상의 생산으로 되돌아 가서 증대를 표시하는 경우, 어느 물체가 특정의 시각에 태양을 차단하고 있는(예를 들면, 그림자가 태양전지 서브 어레이(102)을 횡단하는) 가능성이 있다. 열화가 검출된 후로 열화 검출 모듈(205)은 특정의 열화를 판정하기 위해서 전력 생산 프로파일을 해석할 수 있다(예를 들면, 기울기 검출, 필터링(filtering), 변화 속도 등). 다른 실시예에 의하면, 어떤 형태의 열화에는, 전력 생산 프로파일과 비교하기 위해, 그것들 자체의 참조 프로파일(즉, 의심스러운 열화의 존재 하에서의 평균 태양전력 생산을 표시하는 프로파일)이 있을 수 있다. 위와 같은 어떤 특정 형태의 열화가 갖는 참조 프로파일을 열화 프로파일이라고 한다. 열화 프로파일은 어레이 감시 장치(200)의 열화 프로파일 데이터베이스(213) 내에 저장되고, 전력 생산 프로파일과 비교하기 위해 열화 검출 모듈(205)에 의해 접속될 수 있다. 이와 같은 비교에 의하여 열화 검출 모듈(205)은 특정 형태의 열화를 식별할 수 있다.
또한, 열화 검출 모듈(205)은 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산 데이터를 처리하여, 경시적인 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산의 리포트를 생성하도록 구성되어도 좋다. 서브 어레이(102)에 관한 기존의 전력 생산 프로파일을 리포트를 생성하는 동안에 사용할 있다. 다른 실시예에서는, 열화 검출 모듈(205)은 태양전지 어레이(101)의 열화를 검출했을 때 경보(예를 들면, 메시지)를 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 열화 검출 모듈(205)은 검출된 열화를 자동으로 교정하도록 구성될 수 있고, 예를 들면 열화는 태양전지 어레이(101)의 태양전력 생산을 최적화하도록 태양전지 어레이(101)의 복수의 태양전지 판넬(103)의 최대전력점(MPP)을 조정하는 것에 의해 교정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 태양전지 서브 어레이(102)의 참조 프로파일을 표시하는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 그래프(400)는 Y축 상에 태양전지 서브 어레이(102)의 처리 완료 전력 생산 데이터와, X축 상에 시간을 표시하며, 프로파일(402)을 표시한다. 상술한 바와 같이, 참조 프로파일(402)은 다양한 천후 조건 (예를 들면, 청천 여름 날, 쾌청한 겨울 날, 구름 낀 가을날, 우천의 봄날 등) 및/또는 특정의 열화(예를 들면, 장해가 있는 인버터, 구름, 건축물의 그늘 등)를 토대로 생성될 수 있다. 도 4는 특히, 통상의 쾌청한 여름 날에 (즉, 이상적인 동작 조건 하에서) 생성된 데이터 참조 프로파일을 표시한다. 프로파일(402)은 특정의 태양전지 서브 어레이가 새벽 경에 발전을 시작하여 거의 정오에 피크가 되며 일몰 경에 정지하는 것을 표시한다.
다른 실시예에서는, 참조 프로파일은 주어진 조건 하에서의 이상적인 프로파일의 추정에 기준하여 생성되어도 좋다. 예를 들면, 전력 생산 전체 및/또는 피크 전력 생산의 값은 대체로 겨울이 여름보다 낮게 될 것이다. 더욱이, 전력 생산 시간 범위는 겨울에 짧아진 주간 시간 때문에 겨울에 여름보다 짧아진다.
따라서, 적도로부터 떨어져 있는 태양전지 어레이(101)의 위치에 대해서, 통상의 쾌청한 겨울 날에 그래프는 전력 생산이 보다 낮은 것을 제외하면, 쾌청한 여름 날의 그래프(400)와 같으며, 대체로 방물선의 형상을 가질 가능성이 있다. 따라서, 겨울 날에 관한 참조 프로파일은, 후술하는 S100 단계의 방법에 의해 새로운 참조 프로파일을 작성하지 않고, 쾌청한 여름 날에 관한 참조 프로파일을 기준으로 하여 형성하도록 조정할(예를 들면, 단축된 전력 생산 시간 범위에서 비례적으로 축소한다)수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 태양전지 서브 어레이의 전력 생산 프로파일을 표시하는 그래프이다. 그래프(500)는 Y축 상에 태양전지 서브 어레이(102)에 의해서 발전된 전력을 나타내고, X축 상에 시간을 나타내며, 프로파일(502)을 표시한다. 구체적으로는, 그래프(500)는 쾌청한 여름 날에 생성된 전력 생산 프로파일(502)을 표시한다.
도 5는 특히, 점(504) 근처에서의 전력 생산의 감소와, 점(506) 근처에서 시작하는 전력 생산의 증대를 표시한다. 도 4에 표시되어 있는 쾌청한 여름 날에 관한 참조 프로파일(402)과 비교되었을 때, 전력 생산 프로파일(502)의 전력의 감소는 통계적으로 유의한 것을 알 수 있고, 그것에 의해, 태양전지 서브 어레이(102)의 열화를 표시한다. 전력 생산 프로파일(502)에서 보여주는 전력 생산의 감소는 쾌청한 여름에, 점(504) 및 점(506)의 X 좌표에 의해 표시되어 있는 시각의 사이에 태양전지 서브 어레이 상을 통과하는 그림자(예를 들어, 태양전지 서브 어레이 근처에 나무가 크고 있다)에 의해 일어날 가능성이 있다.
<본 발명의
실시예에
따른 태양광발전 장치의
이상유무
검출 방법>
도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제1단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법 중 제8단계의 세부단계를 순차적으로 나타낸 순서도이다.
1. 태양전지 어레이의 참조 프로파일 생성 및 저장(S100)
어레이 감시 장치(200)는 태양전지 판넬(103), 태양전지 서브 어레이(102), 및 태양전지 어레이(101) 중 적어도 하나 이상에 관한 참조 프로파일을 생성하고 저장한다. 도 7을 참조하면, (S100)단계는 다음의 4단계로 세분화된다.
1-1. 태양전지 어레이 내의 각 태양전지 서브 어레이에 관한 동작 데이터 취득(S101)
소정의 기간에 걸쳐 태양전지 어레이(101)의 각 서브 어레이(102)에 관한 동작 데이터를 얻는다. 동작 데이터는 예를 들면, 지정된 기간에 걸쳐 어떤 조건 하에서 태양전지 서브 어레이(102)의 각 태양전지 판넬(103)의 평균 또는 통상의 전력 생산 프로파일을 포함할 수 있다.
1-2. 동작데이터 통계처리(S102)
동작 데이터가 통계적으로 처리된다. 예를 들면, 각 태양전지 서브 어레이(102)에 관한, 또는 태양전지 서브 어레이(102)의 태양전지 판넬(103) 전부에 관한 데이터를 평균할 수 있다. 각 태양전지 서브 어레이(102) 전체에 관한 데이터를 평균하게 되면, 결국 태양전지 어레이(101) 전체에 관한 데이터를 평균하여 통계적으로 처리하는 것이 된다.
1-3. 각 태양전지 서브 어레이에 관한 참조 프로파일 생성(S103)
(S102)단계에서 처리 완료된 동작 데이터를 기반으로 태양전지 어레이(101)의 각 태양전지 서브 어레이(102)에 관한 참조 프로파일이 생성된다.
1-4. 참조 프로파일을 참조 프로파일 데이터베이스에 저장(S104)
(S103)단계에서 생성된 참조 프로파일이 참조 프로파일 데이터베이스(211)에 저장된다. 이때, 참조 프로파일은 일반적으로는 메모리(201)에 저장되지만, 외부 기억장치, 예를 들어 광 디스크, 플래시 드라이브, USB 메모리, 외장 하드, 데이터 서버 등에 저장될 수도 있다.
(S101) 내지 (S104)까지 완료된 후에 (S100)단계를 반복할지 여부를 결정하는 단계로 진행하고, (S100)단계를 반복하여 태양전지 어레이(101)의 각 태양전지 서브 어레이(102)에 관한 추가 참조 프로파일을 생성하는가가 판단된다. 예를 들면, 여러 가지 기후 조건에, 및/또는 다양한 계절 중에, 각 태양전지 서브 어레이(102)에 관한 추가 참조 프로파일을 생성할 수 있다. 반복하지 않는 경우에는 (S100)단계가 종료되고 다음 단계로 진행된다.
2. 태양전지 어레이의 전력 생산 데이터 해석(S200)
태양전지 어레이(101)의 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산 데이터가 해석된다. 일 실시예에서는, 태양전지 어레이(101)의 복수의 태양전지 판넬(103)의 또는, 태양전지 어레이(101) 전체의 전력 생산 데이터를 해석할 수가 있다. 해석은 전력 생산 프로파일을 생성하는 것을 포함할 수 있고, 전력 생산 프로파일은 별도의 루틴에 의해 생성되고 예를 들어, 도 5와 같은 전력 프로파일을 생성하게 된다.
3. 열화 검출 모듈이 참조 프로파일 데이터베이스에 접속(S300)
열화 검출 모듈(205)이 참조 프로파일 데이터베이스(211)에 접속하고, 참조 프로파일을 읽는다.
4. 참조 프로파일과 전력 생산 프로파일 비교(S400)
(S200)단계에서 생성된 전력 생산 프로파일을, 대응하는 태양전지 서브 어레이(102)에 관한 복수의 참조 프로파일과 비교한다. 즉, 도 4의 참조 프로파일(402)이 도 5의 전력 프로파일과 비교된다. 예를 들면, 프로파일의 통계적으로 유의한 속성을 비교할 수 있고, 그런 것들의 속성은, 일반적으로, 참조 프로파일에 비교한, 태양전지 서브 어레이(102)에 의해서 생성되는 전력의 패턴의 변화를 표시한다.
5. 태양전지 어레이의 열화 유무 판단(S500)
태양전지 서브 어레이(102)의 열화에 따라 태양전지 어레이(101)의 열화가 존재하는가에 대해서 판정이 이루어진다. 전력 생산 프로파일이 참조 프로파일과 동일한 경우 열화가 존재하지 않는 것으로 판정되어 (S200)단계로 되돌아 온다. 그러나 참조 프로파일과 전력 생산 프로파일의 사이에 통계적으로 유의한 차이가 존재하는 경우 태양전지 서브 어레이(102)에 열화가 존재하는 것으로 판정되어 다음 단계로 진행한다.
6. 경보 메시지 생성(S600)
열화가 존재하는 것으로 판단된 경우 열화 검출 모듈(205)이 경보 메시지를 생성한다.
7. 경보 메시지 전송(S700)
(S600)단계에서 생성한 경보 메시지를 종합관리 서버(111)에 전송한다.
8. 태양전지 어레이의 열화 처리(S800)
(S700)단계에서 경보 메시지를 전송받은 후에 (S800)단계의 진행여부는 임의의 선택으로 이루어진다. 태양전지 어레이(101)에 열화가 검출된 경우 열화를 처리한다. 도 8을 참조하면, 열화를 처리하기 위한 (S800)단계는 다음의 5단계로 세분화되어 이루어진다.
8-1. 태양전지 어레이의 열화 식별(S801)
특정의 열화 또는 열화의 상태가 식별된다. 열화는, 예를 들면, 태양전지 판넬(103) 상의 석출물의 축적, 장해가 있는 인버터, 태양전지 판넬(103)에 대한 태양 에너지의 완전한 시계를 방해하는 조잡한 구조물, 파손된 태양전지 판넬(103) 등을 포함할 수 있다. 각 열화는 특징적인 열화 프로파일을 가질 수 있고, 특정의 열화는 열화를 표시하는 전력 생산 프로파일을 복수의 열화 프로파일에 비교함으로써 식별할 수 있다.
8-2. 리포트 생성 여부 판단(S802)
태양전력 생산 데이터의 리포트를 생성할지 여부를 판정한다. 리포트를 생성할 수 있는 경우, 어떤 기간 사이의 태양전력 생산 데이터에 관한 리포트가 생성되는 (S803)단계로 진행하며, 리포트를 생성하지 않을 경우 (S804)단계로 진행한다.
8-3. 전력 생산 리포트 생성(S803)
열화 검출 모듈(205)은 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산 데이터를 처리하여 태양전지 서브 어레이(102)의 전력 생산 리포트를 생성한다. 서브 어레이(102)에 관한 기존의 전력 생산 프로파일을 리포트를 생성하는 동안에 사용할 수 있다.
8-4. 열화 교정 여부 판단(S804)
열화 검출 모듈(205)은 열화의 교정을 행할 필요가 있는 가를 판정한다. 열화를 교정할 필요가 없는 경우 종료되고, 열화를 교정할 필요가 있는 경우 (S805)단계로 진행한다.
8-5. 열화를 자동으로 교정(S805)
(S804)단계에서 열화의 교정이 필요하다고 판단된 경우 열화를 자동으로 교정한다. 예를 들어 열화는 태양전지 어레이(101)의 태양전력 생산을 최적화하도록 열화 검출 모듈(205)이 태양전지 어레이(101)의 복수의 태양전지 판넬(103)의 최대전력점(MPP)을 조정하는 것에 의해 교정할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
101: 태양전지 어레이, 102: 태양전지 서브 어레이, 103: 태양전지 판넬
104: 인버터, 105: 접속 상자, 106: 배전반
107: 미터, 108: 전력 그리드, 109: 전기 기기, 110: AC 전송 패스
111: 종합 관리 서버
200: 어레이 감시 장치
201: 메모리
204: 운영체제
205: 열화 검출 모듈
210: 데이터베이스부
211: 참조 프로파일 데이터베이스
212: 전력 생산 프로파일 데이터베이스
213: 열화 프로파일 데이터베이스
202: CPU
203: 서포트 회로
104: 인버터, 105: 접속 상자, 106: 배전반
107: 미터, 108: 전력 그리드, 109: 전기 기기, 110: AC 전송 패스
111: 종합 관리 서버
200: 어레이 감시 장치
201: 메모리
204: 운영체제
205: 열화 검출 모듈
210: 데이터베이스부
211: 참조 프로파일 데이터베이스
212: 전력 생산 프로파일 데이터베이스
213: 열화 프로파일 데이터베이스
202: CPU
203: 서포트 회로
Claims (12)
- 복수의 태양전지 판넬을 갖춘 복수의 태양전지 서브 어레이를 포함하는 태양전지 어레이;
상기 태양전지 어레이와 접속되는 인버터;
상기 태양전지 어레이와 접속되어 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출하는 어레이 감시 장치; 및
상기 어레이 감시 장치와 통신망을 통해 연결되고 상기 어레이 감시 장치를 원격제어하는 종합관리 서버; 를 포함하되,
상기 어레이 감시 장치는,
전력 생산 프로파일 데이터베이스, 참조 프로파일 데이터베이스, 열화 프로파일 데이터베이스로 구성되는 데이터베이스부; 및
상기 전력 생산 프로파일 데이터베이스로부터 전력 생산 프로파일을 얻고, 상기 참조 프로파일 데이터베이스로부터 참조 프로파일을 얻어 상기 전력 생산 프로파일과 상기 참조 프로파일을 비교하여 열화를 검출하는 열화 검출 모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 인버터는,
상기 태양전지 어레이 전체에 하나의 인버터가 접속되는 방식, 상기 복수의 태양전지 서브 어레이에 복수의 인버터가 1:1로 접속되는 방식, 및 복수의 태양전지 판넬에 복수의 인버터가 접속되는 방식 중 어느 하나의 방식으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 어레이 감시 장치는,
상기 데이터베이스부, 소프트웨어 및 운영체제를 저장하는 메모리;
상기 메모리에 저장된 자료들의 연산을 처리하는 CPU; 및
상기 CPU의 동작을 지원하는 서포트 회로; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 어레이의 전력 생산 데이터를 처리하여 태양전지 어레이의 전력 생산 리포트를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출한 경우에 경보 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 열화 검출 모듈이 생성한 상기 경보 메시지를 상기 종합관리 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열화 검출 모듈은 상기 태양전지 어레이의 열화를 검출한 경우 자동으로 상기 검출된 열화를 교정하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 열화 검출 모듈이 자동으로 상기 검출된 열화를 교정할 때, 상기 태양전지 판넬의 최대전력점(MPP)을 조정하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 시스템.
- 어레이 감시 장치가 태양전지 어레이의 참조 프로파일을 생성하고 저장하는 제1단계;
상기 어레이 감시 장치가 상기 태양전지 어레이의 전력 생산 데이터를 해석하는 제2단계;
열화 검출 모듈이 상기 참조 프로파일이 저장되어있는 참조 프로파일 데이터베이스에 접속하는 제3단계;
상기 열화 검출 모듈이 상기 참조 프로파일과 상기 제2단계에서 생성된 전력 생산 프로파일을 비교하는 제4단계;
상기 열화 검출 모듈이 상기 태양전지 어레이의 열화 유무를 판단하는 제5단계;
상기 제5단계에서 열화가 있다고 판단된 경우에 상기 열화 검출 모듈이 경보 메시지를 생성하는 제6단계;
상기 열화 검출 모듈이 상기 경보 메시지를 종합관리 서버에 전송하는 제7단계;
상기 태양전지 어레이의 열화를 처리하는 제8단계; 를 포함하고,
상기 제8단계는,
상기 어레이 감시장치가 상기 태양전지 어레이의 열화를 식별하는 제8-1단계;
상기 어레이 감시장치가 상기 태양전지 어레이의 전력 생산 리포트를 생성할 것인지 여부를 판단하는 제8-2단계;
상기 제8-2단계에서 상기 전력 생산 리포트를 생성하기로 결정되면 상기 열화 검출 모듈이 상기 전력 생산 리포트를 생성하는 제8-3단계;
상기 제8-2단계에서 상기 전력 생산 리포트를 생성하지 않기로 결정된 후 또는 상기 제8-3단계를 거친 후에 상기 열화의 교정을 행할 필요가 있는지 판단하는 제8-4단계;
상기 제8-4단계에서 상기 열화의 교정을 행할 필요가 있다고 판단한 경우에 상기 열화 검출 모듈이 상기 열화를 자동으로 교정하는 제8-5단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 제1단계는,
소정의 기간에 걸쳐 상기 태양전지 어레이의 상기 각 태양전지 서브 어레이에 관한 동작 데이터를 얻는 제1-1단계;
상기 동작 데이터를 통계적으로 처리하는 제1-2단계;
상기 제1-2단계에서 처리된 상기 동작 데이터를 기반으로 상기 태양전지 어레이의 상기 각 태양전지 서브 어레이에 관한 참조 프로파일이 생성되는 제1-3단계;
상기 참조 프로파일을 참조 프로파일 데이터베이스에 저장하는 제1-4단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 제8-5단계에서 상기 열화 검출 모듈이 자동으로 상기 검출된 열화를 교정할 때 상기 태양전지 판넬의 최대전력점(MPP)을 조정하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 장치의 이상유무 검출 방법.
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