KR101340039B1 - 태양광 모듈 세척 장치를 구비하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 태양광 발전 시스템은 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위한 태양광 모듈, 상기 태양광 모듈을 세척하기 위한 살수 기능을 수행하는 스프링클러(sprinkler), 상기 태양광 모듈에 적설을 제거하기 위해 공기를 압축하여 분사하기 위한 에어 콤프레셔(air compressor), 수원으로부터 공급된 물을 가압하여 상기 스프링클러에 제공하기 위한 펌프, 상기 태양광 모듈의 오염도를 측정하기 위한 오염도 측정 센서, 상기 태양광 모듈에 적설 여부를 감지하기 위한 적설 센서, 상기 스프링클러와 에어 콤프레셔의 구동을 제어하되, 상기 오염도 측정 센서에서 상기 태양광 모듈의 오염을 감지하면 상기 스프링클러가 동작하도록 제어하고, 상기 적설 센서에서 상기 태양광 모듈의 적설을 감지하면 상기 에어 콤프레셔가 동작하도록 제어하는 제어부, 상기 스프링클러에서 살수된 물을 회수하여 저장하여 두고, 저장된 물을 반복적으로 사용하기 위한 용수 회수 장치 및 상기 스프링클러 및 에어 콤프레셔의 가동상황, 발전량, 일사량, 상기 태양광 모듈의 온도를 포함하는 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템을 포함한다.
Description
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 모듈을 세척하는 장치를 구비하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 지구온난화 및 자원고갈 등의 많은 문제가 발생함에 따라 이산화탄소 절감을 위해, 신재생에너지의 사용이 증가하는 추세이다. 그 중 태양광 발전시설은 무한정, 무공해의 태양에너지를 이용하므로, 연료비 및 대기오염, 폐기물발생이 없다. 또한 기계적인 소음과 진동이 없고, 태양전지의 수명이 최소 20년 이상인 데다 자동화도 용이하여 운전 및 유지관리에 따른 비용을 최소화 할 수 있다고 알려져 있다.
하지만, 실제 태양광 패널 어레이에 생기는 오염, 열화, 음영, 고장, 성능저하 및 시스템 설계, 시공 결함 등으로 설계 시에 기대했던 성능이 나오지 않는 경우가 발생하는데, 본래의 기능인 친환경적 에너지로 인식되기 위해서는 설치 후 태양광 발전 시스템의 문제점을 파악하여, 최대 성능을 지속할 수 있는 체계적인 사후관리 기술이 필요하다.
신재생에너지 발전 방식중 하나인 태양광 발전 방식은 태양 빛을 솔라셀(Solar cell) 또는 태양광 모듈(Photovoltaic module)에 집광시켜 전기를 생산하는 방식으로, 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용한 방식이다. 여기서 광기전력 효과란 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양전지판을 이용하여, 태양광 투사 시 광 에너지에 의해 기전력을 발생시키는 효과를 말한다. 태양광 모듈은 이러한 태양광 전지의 집합체로 이루어진다. 태양광 발전 방식은 현재 신재생에너지 중 가장 큰 성장률을 보일 것으로 예측되고 있는데, 태양광 발전 방식은 2015년까지 미국은 약 7배 이상, 유럽은 4배 이상, 아시아 및 태평양 지역은 8배 이상 증가할 것이라고 예측되고 있다.
그러나 상기와 같은 태양광 발전 방식은 자연의 태양광을 직접 이용한 발전방식으로써 태양광의 강도가 약해진다면 발전 효율이 저하될 수밖에 없다. 이렇게 태양광 발전의 효율이 저하되는 원인은 과열, 오염, 적설 등이 있다. 여기서 과열의 경우, 폴리실리콘 계열의 태양전지모듈은 25℃기준으로 1000W/의 효율 성능 표시를 하는데, 표면온도가 1℃ 상승시에 대략 0.3~0.5%의 출력 저하가 일어난다. 특히 하절기인 6월~9월 초까지는 태양전지모듈의 온도가 60~90℃까지 상승하여 고온으로 인한 태양전지모듈 열화 현상을 일으켜서, 태양전지모듈의 수명을 단축시켜서 발전량과 유지보수 측면에서 심각한 경제적 손실을 발생시키게 된다.
또한 황사, 비산먼지, 조류분비물, 대기오염 등으로 인해 태양전지모듈이 오염될 경우 장기간 세척하지 않고 방치 시 출력 저하가 연평균 최대 9%까지 발생하게 된다. 또한 겨울철의 경우 태양전지모듈에 적설이 발생하여 이로 인한 음영으로 인해 전체적인 출력저하가 발생할 수 있다. 또한 이러한 적설로 인하여 구조물에 많은 하중(설압)이 발생하여 태양전지모듈을 비롯한 발전기의 전체적인 수명에도 영향을 미치게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 태양광발전기의 세척에 관한 장치들이 등록특허 10-1038243 및 10-1149970, 공개특허 10-2010-0006199호 등에 개시된 바 있다.
상기 등록특허 10-1038243호에서는 궤도를 태양광발전기 앞에 설치하여 노즐이 궤도를 따라 이동하며 물을 분사하여 세척 및 냉각작용을 할 수 있는 장치를 개시하고 있지만, 여기서는 노즐의 높이가 고정되어 있으며 부피와 길이 때문에 세척 시 태양빛을 가릴 가능성이 있고 미관상 좋지 않으며 궤도를 설치해야 하므로 별도의 설치공간을 마련해야 하는 등의 단점이 존재한다. 또 다른 등록특허 10-1149970호 및 공개특허 10-2010-0006199호의 경우에는 노즐이 승강구조로 되어 음영을 최소화하기는 했지만 마찬가지로 별도의 설치공간을 필요로 하며, 특히 상기 등록특허 10-1149970호의 경우 솔라셀 뒷면에 레일구조를 장착해야 하므로 솔라셀을 앞뒤로 여러 장 설치할 경우 뒷면의 솔라셀이 레일로 인하여 생성된 음영에 의해 출력이 저하될 수 있다는 문제점이 있으며, 이들 종래의 노즐형 세척방식은 분사위치에 따라 솔라셀에 전해지는 수량 및 압력이 달라져 세척 효율이 저하될 수 밖에 없다는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광발전 시스템의 효율향상을 위해 태양광 패널의 오염도를 측정하고, 과열되지 않도록 냉각시키면서 이와 동시에 세척을 실시하여, 자동세척장치, 세척용수 회수장치, 공기압축기 등의 동절기 제설기능을 보유한 장치들을 이용하여 상호 연동시키고 제어하기 위한 통합 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 발전 시스템은 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위한 태양광 모듈, 상기 태양광 모듈을 세척하기 위한 살수 기능을 수행하는 스프링클러(sprinkler), 상기 태양광 모듈에 적설을 제거하기 위해 공기를 압축하여 분사하기 위한 에어 콤프레셔(air compressor), 수원으로부터 공급된 물을 가압하여 상기 스프링클러에 제공하기 위한 펌프, 상기 태양광 모듈의 오염도를 측정하기 위한 오염도 측정 센서, 상기 태양광 모듈에 적설 여부를 감지하기 위한 적설 센서, 상기 스프링클러와 에어 콤프레셔의 구동을 제어하되, 상기 오염도 측정 센서에서 상기 태양광 모듈의 오염을 감지하면 상기 스프링클러가 동작하도록 제어하고, 상기 적설 센서에서 상기 태양광 모듈의 적설을 감지하면 상기 에어 콤프레셔가 동작하도록 제어하는 제어부, 상기 스프링클러에서 살수된 물을 회수하여 저장하여 두고, 저장된 물을 반복적으로 사용하기 위한 용수 회수 장치 및 상기 스프링클러 및 에어 콤프레셔의 가동상황, 발전량, 일사량, 상기 태양광 모듈의 온도를 포함하는 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템을 포함한다.
상기 태양광 발전 시스템은 대기의 온도를 감지하기 위한 대기 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 대기 온도 센서에서 감지된 온도 정보를 읽어들이고, 읽어들인 온도가 미리 정해진 제1 기준 온도 이상이면 상기 스프링클러를 구동시킬 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 비가 오는 것을 감지하기 위한 강우 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 강우 센서에서 비가 오는 것을 감지하면, 상기 스프링클러의 구동을 중단시킬 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 온수를 제공하기 위한 온수기를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 대기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 정해진 제2 기준 온도 이하이면 상기 온수기에서 공급된 온수가 상기 스프링클러에 공급되도록 제어할 수 있다.
상기 용수 회수 장치에 저장된 물이 상기 온수기에 공급될 수 있다.
상기 스프링클러는 살수를 위한 살수 헤드를 포함하고, 상기 살수 헤드는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 펌프에서 제공된 수압에 의하여 수직 방향으로 상승하거나 하강하고, 수평 방향으로 360도 회전 가능한 구조로 구현될 수 있다.
상기 살수 헤드는 스크류 형태로 구현될 수 있으며, 상기 스크링클러 본체에 탈착 가능한 구조로 취부하여 살수 각도를 조정할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 스프링클러는 상기 살수 헤드의 상하 동작시 충격을 흡수할 수 있는 충격방지 패드가 취부되어 구성될 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 사용자가 상기 스프링클러 또는 상기 에어 콤프레셔의 구동시간을 설정할 수 있는 시간 설정 기능을 제공하고, 상기 제어부는 상기 시간 설정 기능에서 설정된 시간에 따라 상기 스프링클러 또는 상기 에어 콤프레셔를 구동시킬 수 있다.
상기 스프링클러는 상기 태양광 모듈의 구획별로 구비되어 있으며, 구획별로 구비된 스프링클러는 상기 제어부의 제어에 따라 순차적으로 수량 및 수압이 제어되는 방식으로 구동될 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 동절기 모드와 하절기 모드를 지원하며, 상기 동절기 모드일 경우에만 상기 에어 콤프레셔 및 상기 온수기가 구동될 수 있다.
상기 동절기 모드는 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 싱글 모드와, 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 것과 함께 상기 온수기에서 공급된 온수를 살수하도록 스프링클러를 구동시키는 더블 모드로 구분될 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 상기 펌프와 연결된 배관에 설치되어 배관을 수정하거나 상기 스프링클러의 살수 헤드 교체시 배관을 개폐하기 위한 개폐 밸브를 더 구비할 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 상기 펌프와 상기 스프링클러 사이에 설치되어 자연압에 의한 배수를 방지하고, 역류를 차단하기 위한 체크 밸브를 더 구비할 수 있다.
상기 모니터링 시스템은 이동통신 단말기와 무선 통신망을 통해 통신하며, 상기 이동통신 단말기에 상기 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태 정보가 디스플레이 되도록 해당 정보를 송신할 수 있다. 이때, 상기 이동통신 단말기는 스마트 폰이며, 상기 스마트 폰은 전용 어플리케이션을 통해 상기 모니터링 시스템에 표시되는 정보를 확인할 수 있으며, 상기 모니터링 시스템에 상기 스프링클러 및 에어 콤프레셔의 구동 및 정지 제어 명령을 송신할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수압을 이용하여 승강하는 스프링클러 식 자동살수장치를 사용하여 별도의 장치 없이 균일한 양의 물을 태양광 모듈에 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면 스프링클러 설치에 별도의 공간을 필요로 하지 않고 설비로 인한 음영이 최소화되어 미관을 해치지 않으면서도 모듈 세척이 가능해진다는 장점이 있다.
또한 주변의 온도를 감지하여 능동적으로 태양광 모듈의 과열을 방지하며 필요시 온수기를 이용하여 온수를 살수함으로써 적설을 방지하고 제설할 수 있다.
또한, 제어부를 통해 자동살수장치의 살수여부를 순차적으로 제어하여 균일한 압력 및 수량을 보장하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 작동 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용수 회수 장치를 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 콤프레셔 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 화면예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 작동 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용수 회수 장치를 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 콤프레셔 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 화면예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 계통도이다.
도 1을 참조하면, 용수회수탱크(1)는 세척용으로 사용한 용수를 저장하는 탱크이다.
개폐밸브(20)는 수리 및 교체 시 용수의 흐름을 차단하는 밸브이고, 용수회수장치(3)는 세척용으로 사용한 용수를 모아두는 장치이다.
적설 감시 카메라(4)는 태양광 모듈에 쌓인 적설을 감시하는 카메라이고, 적설 센서(5)는 모듈에 쌓인 적설을 감시하는 센서이다.
태양광 모듈(6)은 태양광을 집광하여 태양광을 발전하는 장치이고, 살수 헤드(7)는 태양광 모듈 세척 시 필요한 헤드이다.
강우 센서(8)는 강우를 감지하기 위한 센서이고, 고정형 헤드(9)는 태양광 모듈의 사각부분을 세척하기 위한 헤드이다.
오염도 측정 센서(10)는 오염도를 측정하는 센서이고, 대기온도측정센서(11)는 대기온도를 측정하는 센서이다.
전자밸브(12)는 헤드 제어용 살수 동작 및 정지 동작을 기동하기 위한 구성요소이고, 헤드 코일(Head coil)(13)은 0℃ 이하 일 경우 동작하여 동파를 방지하기 위한 구성요소이다.
삼방변 전자밸브(14)는 공기와 물 중 하나를 선택하여 배관을 통해 지급하기 위한 밸브이고, 스틸 배관(15)은 물을 헤드에 공급하기 위한 장치이다.
압력게이지(16)는 펌프에서 이용되는 물의 압력을 체크하는 유닛이고, 플렉서블(flexible) 조인트(joint)(17)는 펌프의 진동예방 및 배관보호를 위한 장치이다.
정화 탱크(18)는 용수회수 탱크(1)에서 유급된 물을 정화하여 펌프에 보급하기 위한 장치이고, 온수기(19)는 대기 온도가 0℃ 이하 일 경우 헤드에 온수를 공급하기 위한 장치이다.
펌프(20)는 용수를 헤드에 공급하는 펌프이고, 제어 패널(21)은 태양광 발전 시스템 제어용 패널이다.
공기압축기(22)는 공기를 압축하기 위한 장치이고, 공기드라이어(23)는 압축된 공기를 공급하기 위한 장치이다.
체크밸브(24)는 용수가 수원 이하로 떨어지는 것을 예방하기 위한 밸브이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 작동 개요도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 태양광 발전 시스템은 태양광 모듈(미도시), 대기온도 센서(110), 강우 센서(120), 오염도 측정 센서(130), 적설 센서(140), 제어부(150), 모니터링 시스템(160), 온수기(170), 용수 회수 장치(180), 펌프(190), 스프링클러(sprinkler)(200), 에어 콤프레셔(air compressor)(210), 정수장치(220), 에어 드라이어(230), 공기압력 조절기(240)를 포함한다.
태양광 모듈은 태양광을 집광하여 전력을 생산하는 역할을 한다.
대기 온도 센서(110)는 대기의 온도를 감지하는 역할을 한다.
강우 센서(120)는 비가 오는 것을 감지하는 역할을 한다.
오염도 측정 센서(130)는 태양광 모듈의 오염도를 측정하는 역할을 한다.
적설 센서(140)는 태양광 모듈에 적설 여부를 감지하는 역할을 한다.
스프링클러(200)는 태양광 모듈을 세척하기 위한 살수 기능을 수행한다.
에어 콤프레셔(210)는 태양광 모듈에 적설을 제거하기 위해 공기를 압축하여 분사하는 역할을 한다.
온수기(170)는 펌프(190)에 온수를 공급하는 역할을 한다.
용수 회수 장치(180)는 스프링클러(200)에서 살수된 물을 회수하여 저장하여 두고, 저장된 물을 반복적으로 사용하도록 하는 기능을 한다.
본 발명에서 용수 회수 장치(180)에 저장된 물이 온수기(170)에 공급될 수 있다.
펌프(190)는 수원으로부터 공급된 물을 가압하여 스프링클러(200)에 제공하는 역할을 한다.
모니터링 시스템(160)은 스프링클러(200) 및 에어 콤프레셔(210)의 가동상황, 발전량, 일사량, 태양광 모듈의 온도를 포함하는 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태를 모니터링하는 역할을 한다.
제어부(150)는 태양광 발전 시스템의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 스프링클러와 에어 콤프레셔의 구동을 제어한다.
본 발명에서 제어부(150)는 오염도 측정 센서(130)에서 태양광 모듈의 오염을 감지하면 스프링클러(200)가 동작하도록 제어한다.
제어부(150)는 적설 센서(140)에서 태양광 모듈의 적설을 감지하면 에어 콤프레셔(210)가 동작하도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서 제어부(150)는 대기 온도 센서(110)에서 감지된 온도 정보를 읽어들이고, 읽어들인 온도가 미리 정해진 제1 기준 온도 이상이면 스프링클러를 구동시켜서 태양광 모듈이 과열되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제어부(150)는 대기 온도 센서(110)에서 감지된 온도가 미리 정해진 제2 기준 온도 이하이면 온수기(170)에서 공급된 온수가 스프링클러(200)에 공급되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제어부(150)는 강우 센서(120)에서 비가 오는 것을 감지하면, 스프링클러(200)의 구동을 중단시킬 수 있다.
본 발명에서 스프링클러(200)는 살수를 위한 살수 헤드(202)를 포함한다.
살수 헤드(202)는 제어부(150)의 제어에 따라 펌프(190)에서 제공된 수압에 의하여 수직 방향으로 상승하거나 하강하고, 수평 방향으로 360도 회전 가능한 구조이다.
본 발명의 일 실시예에서 살수 헤드(202)는 스크류 형태로 되어 있어서, 가압된 용수가 살수 헤드(202)의 스크류를 통과하면서 와류현상에 의해 직선운동이 회전운동으로 변하면서 용수가 원형으로 살수되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 살수 헤드(202)는 스크링클러 본체에 탈착 가능한 구조로 취부하여 살수 각도를 조정할 수 있다.
본 발명에서 스프링클러(200)는 다양한 노즐을 구비하여 살수됨으로써, 태양광 모듈 면적을 고르게 세척할 수 있도록 구현될 수 있다.
본 발명에서 스프링클러(200)는 살수 헤드(202)의 상하 동작시 충격을 흡수할 수 있는 충격방지 패드(미도시)가 취부될 수 있다.
본 발명에서 태양광 발전 시스템은 사용자가 스프링클러(200) 또는 에어 콤프레셔(210)의 구동시간을 설정할 수 있는 시간 설정 기능을 제공할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 시간 설정 기능에서 설정된 시간에 따라 스프링클러(200) 또는 에어 콤프레셔(210)를 구동시킬 수 있다.
본 발명에서 태양광 발전 시스템은 동절기 모드와 하절기 모드를 지원하며, 동절기 모드일 경우에만 에어 콤프레셔(210) 및 온수기(170)가 구동될 수 있다.
본 발명에서 동절기 모드는 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 싱글 모드와, 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 것과 함께 온수기에서 공급된 온수를 살수하도록 스프링클러를 구동시키는 더블 모드로 구분될 수 있다.
도 2에서 푸른 선은 동절기 모드시 동작 과정이고, 붉은 선은 하절기 모드시 동작 과정을 나타낸다.
태양광 발전 시스템은 펌프(190)와 연결된 배관에 설치되어 배관을 수정하거나 스프링클러(200)의 살수 헤드(202) 교체시 배관을 개폐하기 위한 개폐 밸브(2)를 구비한다.
태양광 발전 시스템은 펌프(190)와 스프링클러(200) 사이에 설치되어 자연압에 의한 배수를 방지하고, 역류를 차단하기 위한 체크 밸브(24)를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서 모니터링 시스템은 이동통신 단말기(500)와 무선 통신망을 통해 통신하며, 이동통신 단말기(500)에 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태 정보가 디스플레이 되도록 해당 정보를 송신할 수 있다.
이동통신 단말기(500)는 스마트 폰일 수 있으며, 이때 스마트 폰은 전용 어플리케이션을 통해 모니터링 시스템(160)에 표시되는 정보를 확인할 수 있으며, 모니터링 시스템(150)에 스프링클러(200) 및 에어 콤프레셔(210)의 구동 및 정지 제어 명령을 송신할 수 있다.
도 2에서, 사용자가 작동을 원하는 경우, 제어부(150)에서 동작을 설정할 수 있다. 예를 들어, 메인화면은 동절기 모드와 하절기 모드, 수동운전, 설정치 설정화면, 알람화면으로 구성될 수 있다. 사용자가 해당화면을 터치하면 사용자가 원하는 화면으로 이동이 가능하며, 사용자가 원하는 작동 시간, 살수 시간, 자동 모드, 수동 모드, 계절선택, 싱글모드, 더블모드 등을 지정할 수 있다. 도 2의 화살표는 동절기 모드와 하절기 모드시의 동작 과정을 예시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 스프링클러(200)는 태양광 모듈의 구획별로 구비되어 있으며, 구획별로 구비된 스프링클러는 제어부(150)의 제어에 따라 순차적으로 수량 및 수압이 제어되는 방식으로 구동될 수 있다.
예를 들어, 동절기 모드와 하절기 모드의 동작을 예시하면 다음과 같다.
동절기 모드중 싱글 모드는 제설용 에어(Air)를 분사하는 모드로서, 구체적인 동작을 예시하면 다음과 같다.
① H1 작동 →10초 경과 →H2 작동 →10초 경과
② H3 작동 →10초 경과 →H4 작동 →10초 경과
③ H5 작동 완료 후 1회 반복
④ 분사 완료 후 20초 뒤 세척용 온수분사 작동
동절기 모드 중 더블 모드는 세척용 온수를 분사하는 모드로서, 구체적인 동작을 예시하면 다음과 같다.
① 솔레노이드 밸브 대기하다가 전원 S/W를 작동시키면 순간 온수기 작동(220V, 15 Liter) 되어 가열시간 1800초 대기 후 솔레노이드 밸브가 열리고, 가압펌프(최대 0.75kw)가동
② Sprinkler H1, H2 작동 : 30초 살수 후 10초 경과
③ H3, H4 살수(30초) 후 10초 경과
④ H5, H1 살수(30초) 후 10초 경과
⑤ H2, H3 살수(30초) 후 10초 경과
⑥ H4, H5 살수(30초) 후
⑦ Drain Valve 작동
⑧ Drain 완료 후 20초 뒤 Air 1회 분사(H1 ~ H5) 후 종료
하절기 모드의 구체적인 동작을 예시하면 다음과 같다.
① 솔레노이드 밸브 대기하다가 전원 S/W를 켜면 솔레노이드 Open 후 가압펌프 동작
② H1, H2 작동 및 40초 살수 및 10초 경과 후
③ H3, H4 살수(40초) → 10초 경과 후
④ H5, H1 살수(40초) → 10초 경과 후
⑤ H2, H3 살수(40초) → 10초 경과 후
⑥ H4, H5 살수(40초)
⑦ 시스템 작동 완료
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용수 회수 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 용수 회수 장치(180)는 태양광 발전 시스템이 작동 후 살수가 완료되면, 물 모듬 덕트(410)를 통해 모아진 물을 용수 회수 탱크(420)에 저장시킨다. 용수 회수 탱크(420)에 모인 물은 펌프(190)에 공급되어 반복적으로 사용될 수 있으며, 필터(430)를 통해 정화시켜서 깨끗한 물로 살수가 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 콤프레셔 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 겨울철 동파 문제 등으로 인하여 용수 사용이 제한되는 경우, 에어 컴프레셔(210)를 구동시킬 수 있다.
에어 컴프레셔(210)를 구동시키면 공기를 이용하여 태양광 모듈에 쌓인 눈을 제거하게 된다. 에어 컴프레셔(210)에서 공급된 공기는 에어 드라이어(230)를 통해 양질의 공기로 만든 후 배관을 통해 작동되며, 공기 압력 조절기(240)에 의해 공기 압력이 조절될 수 있다. 필터(520)를 통해 에어 드라이어(230)에서 나온 공기를 필터링할 수 있다.
본 발명에서 에어 드라이어는 바이패스(By-Pass) 구조로 되어 있어서, 하나의 에어 드라이어가 고장난 경우, 다른 에어 드라이어를 통해 가동될 수 있다.
도 6 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말기 화면예이다.
본 발명에서 모니터링 시스템(160)은 태양광 발전 설비에 설치되어 있는 시스템에 대한 동작여부(가동/비가동)를 출력해주며, 동작을 기록하고, 시스템에 대한 자동제어 및 수동제어 조정이 가능하다. 또한 태양광 발전설비의 인버터 및 제어보드 상에서 출력되는 센서에 대한 정보를 모니터링 및 데이터베이스로 저장시키며, 모니터링 데이터에 대한 정보(실시간 발전량, 누적 발전량, 실시간 표면온도, 누적 표면온도, 실시간 대기온도, 누적 대기온도 등)가 PC 및 모바일로 표현된다.
도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14는 PC 화면예이고, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15는 스마트 폰 화면예이다.
도 6 및 도 7은 모니터링 시스템(160)에서 스프링클러 제어 화면예이다.
도 8 및 도 9는 모니터링 시스템(160)에서 스프링클러 동작 기록 로그 조회 화면예이다.
도 10 및 도 11은 모니터링 시스템(160)에서 메인 화면예이다.
도 12 내지 도 15는 모니터링 시스템(160)에서 종합 정보 화면예이다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
110 대기온도 센서 120 강우 센서
130 오염도 측정 센서 140 적설 센서
150 제어부 160 모니터링 시스템
170 온수기 180 용수 회수 장치
190 펌프 200 스프링클러
210 에어 콤프레셔 220 정수장치
230 에어 드라이어 240 공기압력 조절기
130 오염도 측정 센서 140 적설 센서
150 제어부 160 모니터링 시스템
170 온수기 180 용수 회수 장치
190 펌프 200 스프링클러
210 에어 콤프레셔 220 정수장치
230 에어 드라이어 240 공기압력 조절기
Claims (17)
- 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위한 태양광 모듈;
상기 태양광 모듈을 세척하기 위한 살수 기능을 수행하는 스프링클러(sprinkler);
상기 태양광 모듈에 적설을 제거하기 위해 공기를 압축하여 분사하기 위한 에어 콤프레셔(air compressor);
수원으로부터 공급된 물을 가압하여 상기 스프링클러에 제공하기 위한 펌프;
상기 태양광 모듈의 오염도를 측정하기 위한 오염도 측정 센서;
상기 태양광 모듈에 적설 여부를 감지하기 위한 적설 센서;
상기 스프링클러와 에어 콤프레셔의 구동을 제어하되, 상기 오염도 측정 센서에서 상기 태양광 모듈의 오염을 감지하면 상기 스프링클러가 동작하도록 제어하고, 상기 적설 센서에서 상기 태양광 모듈의 적설을 감지하면 상기 에어 콤프레셔가 동작하도록 제어하는 제어부;
상기 스프링클러에서 살수된 물을 회수하여 저장하여 두고, 저장된 물을 반복적으로 사용하기 위한 용수 회수 장치; 및
상기 스프링클러 및 에어 콤프레셔의 가동상황, 발전량, 일사량, 상기 태양광 모듈의 온도를 포함하는 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템을 포함하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 대기의 온도를 감지하기 위한 대기 온도 센서를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 대기 온도 센서에서 감지된 온도 정보를 읽어들이고, 읽어들인 온도가 미리 정해진 제1 기준 온도 이상이면 상기 스프링클러를 구동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 비가 오는 것을 감지하기 위한 강우 센서를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 강우 센서에서 비가 오는 것을 감지하면, 상기 스프링클러의 구동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 온수를 제공하기 위한 온수기를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 대기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 정해진 제2 기준 온도 이하이면 상기 온수기에서 공급된 온수가 상기 스프링클러에 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 용수 회수 장치에 저장된 물이 상기 온수기에 공급되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스프링클러는 살수를 위한 살수 헤드를 포함하고,
상기 살수 헤드는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 펌프에서 제공된 수압에 의하여 수직 방향으로 상승하거나 하강하고, 수평 방향으로 360도 회전 가능한 구조임을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 살수 헤드는 스크류 형태인 것임을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 살수 헤드는 상기 스크링클러 본체에 탈착 가능한 구조로 취부하여 살수 각도를 조정할 수 있도록 되어 있는 것임을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 스프링클러는 상기 살수 헤드의 상하 동작시 충격을 흡수할 수 있는 충격방지 패드가 취부되어 있는 것임을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 사용자가 상기 스프링클러 또는 상기 에어 콤프레셔의 구동시간을 설정할 수 있는 시간 설정 기능을 제공하고,
상기 제어부는 상기 시간 설정 기능에서 설정된 시간에 따라 상기 스프링클러 또는 상기 에어 콤프레셔를 구동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스프링클러는 상기 태양광 모듈의 구획별로 구비되어 있으며, 구획별로 구비된 스프링클러는 상기 제어부의 제어에 따라 순차적으로 수량 및 수압이 제어되는 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 동절기 모드와 하절기 모드를 지원하며,
상기 동절기 모드일 경우에만 상기 에어 콤프레셔 및 상기 온수기가 구동되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 12에 있어서,
상기 동절기 모드는 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 싱글 모드와, 제설을 위한 에어 콤프레셔를 구동시키는 것과 함께 상기 온수기에서 공급된 온수를 살수하도록 스프링클러를 구동시키는 더블 모드로 구분되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 상기 펌프와 연결된 배관에 설치되어 배관을 수정하거나 상기 스프링클러의 살수 헤드 교체시 배관을 개폐하기 위한 개폐 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양광 발전 시스템은 상기 펌프와 상기 스프링클러 사이에 설치되어 자연압에 의한 배수를 방지하고, 역류를 차단하기 위한 체크 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 시스템은 이동통신 단말기와 무선 통신망을 통해 통신하며, 상기 이동통신 단말기에 상기 전반적인 태양광 발전 시스템의 상태 정보가 디스플레이 되도록 해당 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
- 청구항 16에 있어서,
상기 이동통신 단말기는 스마트 폰이며,
상기 스마트 폰은 전용 어플리케이션을 통해 상기 모니터링 시스템에 표시되는 정보를 확인할 수 있으며, 상기 모니터링 시스템에 상기 스프링클러 및 에어 콤프레셔의 구동 및 정지 제어 명령을 송신하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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