KR101354190B1

KR101354190B1 - 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈 및 이를 이용한 태양광 모듈의 발전량 감시시스템

Info

Publication number: KR101354190B1
Application number: KR1020130017139A
Authority: KR
Inventors: 최석준
Original assignee: 최석준
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-02-07

Abstract

본 발명은 각 태양광 모듈의 발전레벨값을 개별적으로 검출하여 원격지 중앙관리통제소로 전송할 때 태양광 모듈의 이상으로 전력을 발전할 수 없는 상황에도 이웃한 다른 태양광 모듈의 발전전력을 이용하여 이상이 있는 태양광 모듈을 원격지의 관리자가 실시간으로 각 태양광 모듈의 발전상황을 모니터링하면서 비정상 태양광 모듈 발생시 해당 모듈의 발전회로를 우회하여 메인 케이블의 직렬회로를 유지할 수 있는 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈 및 이용한 태양광 모듈별 발전량 감시시스템을 제안한다.

Description

태양광 모듈의 발전회로 제어모듈 및 이를 이용한 태양광 모듈의 발전량 감시시스템{PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM}

본 발명은 각 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈 및 모듈별 발전량 감시시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 태양광 모듈의 발전레벨값을 개별적으로 검출하여 원격지 중앙관리통제소로 전송하되, 태양광 모듈의 이상으로 전력을 발전할 수 없는 상황에도 이웃한 다른 태양광 모듈의 발전전력을 이용하여 이상이 있는 태양광 모듈을 검색하고 발전레벨값을 원격지의 중앙관리통제소로 전송하여 관리자가 실시간으로 각 태양광 모듈의 발전레벨값을 실시간으로 모니터링하면서 비정상 태양광 모듈이 발생시 해당 모듈의 발전회로를 우회(bypass)하여 메인 케이블의 직렬회로를 구성하는 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈 및 이를 이용한 태양광 모듈별 발전량 감시시스템에 관한 것이다.

최근 환경보호와 화석에너지 고갈이라는 범세계적인 문제를 해결하기 위해 다양한 대체 에너지원이 요구되었고, 화석에너지의 의존도가 높은 우리나라에서도 신재생에너지에 대한 관심과 정책이 뒷받침되어 다양한 에너지원의 개발되고 실용화되고 있는 추세이다.

특히 태양광 발전시스템은 무소음, 무공해라는 장점 때문에 점유율이 매우 높으며, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상용 전력선으로 공급하는 계통연계형 태양광 발전시스템과 직류전력을 축전지에 저장하여 야간이나 눈, 비가 오거나 필요에 따라 공급할 수 있는 독립형 태양광 발전시스템으로 구분된다.

상기한 각 시스템의 에너지공급원은 태양광 모듈이며, 태양광 모듈에서 생산되는 전력 즉, 전압과 전류는 기후상태, 온도변화 등에 매우 민감하여 하루 중에 생산하는 전력량은 일정치가 않고 편차가 심하다.

또한 태양광 모듈의 광전 변환율은 현재 15% 내외에서 점차 높아지고 있으며, 30%가 넘을 경우에는 기존의 발전시스템을 대체할 수 있으며, 학계나 해당분야에서는 수년 내에는 에너지원으로 50%를 점유하게 될 것이라는 의견이 지배적이다.

태양광 모듈의 발전량을 높이는 한 방법으로서 태양광 모듈의 변환율을 저하시키는 요인을 사전에 발견하여 발전효율을 최대로 지속시킬 수 있도록 시스템을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이와 관련한 기술들이 계속 연구개발되고 있으며, 현재 다양한 기술들이 공개되어 있다.

대표적으로 태양광 모듈의 상태를 원격감시하는 가장 기본적인 기술로서는 태양광 모듈의 발전 전압과 전류를 측정하여 그 값의 정도를 통해 태양광 모듈의 발전상태를 확인하는 기술이 있다.

그러나, 이 기술에서는 태양광 모듈의 상태를 측정하기 위하여 측정장치를 태양광 모듈에 설치하고 측정장치와 중앙 통제관리시스템간 상호통신에 의해 측정장치를 제어하는 것에 특징이 있으나, 측정장치에 대한 구체적인 방법에 대해서는 언급을 하지 못하고 있으며, 심지어는 발전전류의 전압에 특정치 이하로 미달되면 태양광 모듈을 포함한 어레이 회로(직렬회로)가 차단되는 문제가 있다.

일 예로 종래의 태양광 모듈의 발전량 감지시스템으로서, 도 1를 참조하여 설명한다.

태양광 모듈은 통상 요구하는 발전전력량을 생산하기 위해 적절한 수의 솔라셀(1)이 부착된 태양광 모듈(10)은 12~16개를 직렬로 연결하여 하나의 어레이(20)로 구성한다.

어레이(20)를 구성하는 각 태양광 모듈(10)에서 생산되는 전력은 어레이의 메인케이블에 직렬로 연결되므로 어레이를 구성하는 특정 태양광 모듈의 연결이 끊어지는 경우 직렬회로가 끊어지면서 정상 태양광 모듈의 발전량의 손실을 초래한다.

일반적으로 태양광 모듈의 발전량은 큰 나무, 구름 등의 음영, 눈이나 낙엽 혹은 일기상태나 일교차, 일사량 등에 의해 영향을 받기 때문에 발전효율을 극대화하기 위해서는 태양광 모듈의 발전상태를 지속적으로 관찰하여 발전량 저하요인이 환경적 일시적 현상에 의한 것인지 태양광 모듈 자체의 고장에 의한 것인지 신속히 파악하고 대응해야 하는 것이다.

따라서, 어레이(20) 중 특정 태양광 모듈(10)의 발전상태가 비정상적인 경우(발전량 저하 및 고장 포함) 즉, 비정상적인 셀에 의해 복수의 태양광 모듈(10)이 연결된 어레이(20)의 직렬회로가 차단되지 않도록 각 태양광 모듈의 셀과 분기 케이블(SC1),(SC2)사이에 바이패스 다이오드(도면에는 미도시)를 설치하여 비정상 태양광 모듈내의 비정상 셀을 우회하도록 함으로써 정상적인 태양광 모듈 발전회로만 메인 케이블(C1)에 연결하여 직렬회로를 구성하고, 또 각 태양광 모듈의 분기 케이블(SC1),(SC2)간의 전압차를 측정하는 측정장치를 마련하여 측정장치에 의해 출력측 케이블의 전압이 기준치보다 낮을 경우 해당 태양광 모듈의 발전회로를 어레이(20)의 직렬회로에서 탈락(off)시킴으로써 정상적인 태양광 모듈의 발전회로를 유지한다.

전술한 측정장치를 이용한 태양광 모듈의 직렬회로 유지기술은 특허 제10-1073156호와 특허 제10-1201863호를 참조해 볼 수 있다.

전술한 특허 제10-1073156호는 통합제어장치의 원격제어에 의해 비정상 태양광 모듈의 회로를 직렬회로에서 분리시켜 어레이의 직렬회로를 계속 유지할 수 있도록 하는 태양광 모듈의 원격제어기술에 특징이 있고, 특허 제10-1201863호는 태양광 모듈의 발전레벨값을 계측하여 얻어진 진단정보와 태양전지별 식별코드(ID)를 정보통신망을 통해 코디네이터로 전송하여 진단정보를 토대로 태양광 모듈의 발전상황을 실시간으로 모니터링하는 태양광 진단시스템에 특징이 있다.

전술한 종래의 양 기술을 살펴보면 전술한 특허 제10-1073156호는 원격지에서 비정상 태양광 모듈의 출력라인을 직렬회로로부터 차단하는 기술(태양광 모듈의 발전량 레벨을 측정하는 측정장치에 관해서는 상세한 설명이 없음)이고, 특허 제10-1201863호는 각 태양광 모듈의 전력레벨값을 계측하여 원격지로 전송함으로써 관리자가 태양광 모듈의 이상 유무를 원격지에서 확인할 수 있는 기술로서 전술한 종래의 양 발명은 서로 상반된 개념을 채용한 발명이라 할 수 있다.

그러나 전술한 후자의 특허기술(특허 제10-1201863호)을 보다 구체적으로 살펴보면, 각 태양광 모듈의 발전레벨값을 계측하여 원격지로 전송할 때 무선통신부와 유선통신부를 갖춘 통신모듈에 의해 구현되는 것에 특징이 있으나 통신모듈의 통신기능 이외에 서지보호기, 고장유무 판단장치, 고장유무 진단부, 일사량 판단장치 등이 유기적으로 연결되어 구성이 매우 복잡할 뿐만 아니라 단위 태양광 모듈보다 더 비싸 기설치된 태양광 모듈에 실제로 채택하기 곤란한 문제가 있다.

본 발명은 보다 실용적이고 간소화된 구성으로 단위 태양광 모듈의 이상유무를 검출하고, 검출신호를 원격지의 중앙관리통제소로 전송할 수 있는 기술에 관하여 연구하고 그 결과를 본 발명을 통해 제안하고자 한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명의 제1 목적은 비정상적인 태양광 모듈이 발견되는 즉시 비정상 태양광 모듈의 발전회로를 우회(bypass)하여 정상적은 태양광 모듈들의 발전회로를 유지함으로써 태양광 모듈의 발전효율을 극대화할 수 있는 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 비정상적인 태양광 모듈 또는 어레이를 원격지에서 즉각적이고 신속하게 확인할 수 있는 태양광 모듈의 발전 감시시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 각 태양광 모듈의 발전레벨값을 각각 독립적으로 계측하여 그 계측값을 통해 각 태양광 모듈별 발전레벨을 모니터링함으로써 비정상적인 태양광 모듈을 즉각적으로 검색할 수 있는 태양광 모듈의 발전량 감시시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 구현수단은,

각 태양광 모듈의 발전상태에 대응하여 어레이의 메인 케이블 직렬회로에서 비정상 태양광 모듈을 우회(bypass)하여 직렬회로를 연결함으로써 구현할 수 있다.

보다 구체적인 구현예로서는 복수의 태양광 모듈(10)과, 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1),(SC2)을 직렬로 연결하는 메인 케이블(C1)을 포함하는 복수개의 어레이(20)와;

상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과;

상기 접속반(30)에 연결되어 직류을 교류로 변환하여 사용자측으로 전력을 송출하는 인버터(40)로 구성된 태양광 모듈(10)에 있어서,

태양광 모듈의 분기 케이블(SC1),(SC2)에 연결되어 분기 케이블(SC1),(SC2)의 전압을 측정하는 측정부(107)와;

상기 태양광 모듈의 발전량 크기에 대응하는 정전압회로(102c)의 제어에 의해 상기 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1),(SC2)과 메인 케이블(C1)의 연결상태를 제어하는 접점1(102a) 및 접점2(102b)를 구비하는 제2 릴레이(102)와;

태양광 모듈(10)의 출력전압을 측정하기 위해 원격지에서 원격제어장치에 의해 상기 제어부(103)를 제어하여 상기 제어부(103)에 의해 분기 케이블(SC1),(SC2)의 선로를 개방 혹은 단락시키는 접점(101a)(101b)를 구비한 제1 릴레이(101)를 포함하는 발전회로 제어모듈(100)에 의해 구현될 수 있다.

한편 본 발명의 제2 목적인 태양광 모듈별 발전 감시시스템의 해결과제는,

제1 목적에 따른 구현수단을 이용하여 태양광 모듈의 발전레벨값을 중앙관리통제소측으로 전송함으로 중앙관리통제소에서 각 태양광 모듈의 발전정보를 실시간으로 모니터링함으로써 구현할 수 있다.

제2 목적의 구체적인 해결과제는,

절연된 복수의 태양광 모듈(10)과, 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1,SC2)을 직렬로 연결하는 메인 케이블(C1)을 포함하는 어레이(20)와;

상기 메인 케이블(C1)이 연결되는 접속반(30)과;

상기 접속반(30)에 연결되어 직류를 교류로 변환하여 사용자측으로 전력을 송출하는 인버터(40)로 구성된 태양광 모듈(10)에 있어서,

상기한 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1),(SC2)에 연결되어 전압을 측정하는 측정부(107)와 ;

상기 발전회로 제어모듈(100)에서 출력된 어드레스 정보와 각 어드레스별 발전레벨값을 제2 중계모듈(500)로 전송하는 제1 중계모듈(200)과;

상기 어레이의 메인케이블(C1)과 제1 중계모듈(200)이 연결되고 태양열 발전모듈에서 발전된 전력과 어드레스 정보 및 계측 레벨값을 인버터(400)로 출력하는 접속반(300)과;

상기 접속반(300)과 인버터(400)사이에 연결된 케이블에 연결되어 접속반(300)에서 전송되는 어드레스 정보와 각 어드레스 정보별 발전레벨값을 실시간으로 모니터(600)에 디스플레이하는 상기 제2 중계모듈(500) 및;

상기 제2 중계모듈(500)에 연결되어 각 태양광 모듈의 어드레스를 선택하여 특정 태양광 모듈의 제어부(103)를 원격제어하여 제어부(103)에 의해 분기 케이블(SC1),(SC2)의 선로를 개방 혹은 단락시킬 수 있는 제1 릴레이(101)를 제어하여 제어PC(600)에 의해 구현될 수 있다.

상기한 제어PC(600)는 태양광 모듈의 발전레벨 량에 상관없이 원격지에서 특정 모듈을 어레이 직렬회로로부터 탈락시킬 수 있다.

본 발명은 각각의 태양광 모듈별의 발전레벨값을 계측하면서 특정 태양광 모듈의 비정상 발전 모듈이 검출될 경우 즉각적으로 어레이의 메인 케이블의 직렬회로를 비정상 태양광 모듈의 분기 케이블을 우회하여 직렬회로를 연결함으로써 정상적인 어레이의 직렬회로를 계속 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 태양광 모듈별 발전량 감시시스템은 관리자가 이상이 있는 태양광 모듈의 발전레벨값의 시간별 변화를 통해 전력생산이 저하되거나 출력이 없는 태양광 모듈이 발견되었을 때 외부환경에 의한 일시적 현상인지 모듈의 고장에 의해 발생된 것인지 쉽게 파악할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 태양광 모듈의 발전량 감시시스템은 기존에 설치된 각 태양광 모듈의 분기 케이블에 간편하게 연결하여 구현되므로 기 설치된 태양광 모듈의 규모에 관계없이 모두 적용할 수 있으며, 구성이 간소하여 제조비용이나 설치비용이 매우 저렴한 장점이 있다.

도 1은 종래의 태양광 모듈을 이용한 태양광 발전 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 블럭다이야그램,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈을 채용한 태양광 발전 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 각 태양광 모듈에 연결된 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 결합도,
도 5는 태양광 모듈의 정상적인 발전시 본 발명의 태양광 모듈 발전회로 제어모듈의 작동상태를 예시한 사용상태 구성도,
도 6은 태양광 모듈의 비정상적인 발전시 본 발명의 태양광 모듈 발전회로 제어모듈의 작동상태를 예시한 사용상태 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하에서 정의하는 각 태양광 모듈(10)에 마련된 분기 케이블(SC1),(SC2)은 분기 케이블이라 칭하고, 분기 케이블(SC1),(SC2)들이 연결되어 어레이(20)의 직렬회로를 구성하는 케이블은 메인 케이블(C1)이라 칭한다. 또한 이하에서 정의하는 발전회로 제어모듈(100)은 태양광 모듈(10)의 발전레벨값을 측정하는 장치 전체를 의미하고, 측정부(107)는 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1),(SC2)에 연결되어 태양광 모듈(10)의 전압을 측정하는 구체적인 구성을 의미한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 블럭다이야그램이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈을 채용한 태양광 발전 시스템의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 각 태양광 모듈에 연결된 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈의 결합도로서, 본 발명의 태양광 모듈(10)의 발전회로 제어모듈은 복수개의 태양광 모듈(10)을 포함하는 어레이(20)와, 어레이(20)의 태양광 모듈(10)을 직렬로 연결하는 메인 케이블(C1)과, 각 태양광 모듈(10)에 설치되어 각 테양광 모듈의 발전레벨값을 측정하는 측정부(107)와, 측정부(107)의 측정값을 받아 중계하는 제1 중계모듈(200)들과, 각 제1 중계모듈(200)이 연결되는 접속반(300)과, 접속반(300)에 연결되는 인버터(400)와, 인버터와 접속반사이에 연결된 케이블에 연결되는 제2중계모듈(500)과, 제2 중계모듈에 연결되어 각 태양광 모듈(10)의 어드레스별 발전레벨값을 디스플레이하고, 특정 발전회로 제어모듈(100)의 어드레스를 선택하여 선택된 발전회로 제어모듈(100)의 회로를 제어하여 비정상 태양광 모듈을 메인 케이블에서 단락시킴으로써 메인 케이블의 직렬회로를 유지하도록 제어하는 제어PC(600)를 포함한다.

상기한 발전레벨값 발전회로 제어모듈(100)은 태양광 모듈에 각각 설치되어 각각의 태양광 모듈의 발전 전력을 측정하는 장치로서, 메인 케이블(C1)과 연결되는 +, -측 케이블(SC1),(SC2)에 연결되어 양 케이블의 전압을 계측하여 후술하는 제1 중계모듈(200)로 전송한다.

도 7a와 도 7b를 참조하면, 도 7a과 도 7b는 본 발명에 따른 발전회로 제어모듈(100)에 마련된 제1 릴레이(101)의 접점이 원격지의 제어에 의해 개방되고 단락된 상태를 나타낸 것으로, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 원격지에서 관리자에 의해 제어되거나 발전회로 제어모듈(100)내에 내장된 제어부(103)의 제어로직(프로그램)에 의해 주기적으로 실행되면서 태양광 모듈(10)의 발전전압을 측정한다.

본 발명에서는 후술하는 제어부(103)를 제어하여 원격지에서 제1 릴레이(101)의 접점(101b)을 절체함으로써 태양광 모듈(10)의 개방전압과 단락전류값을 측정하는 것을 예시적으로 도시하였다.

도 7a는 태양광 모듈의 개방전압을 측정하기 위해 제1 릴레이(101)의 접점(101a)(101b)를 +, -측 케이블(SC1),(SC2)을 직렬회로와 연결되도록 연결한 상태를 보여주고, 도 7b는 단락전류를 측정하기 위해 제1 릴레이(101)의 접점(101a)(101b)을 단락(off)시킨 상태를 나타낸 것이다.

발전회로 제어모듈(100)은 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 태양광 모듈(10)에 연결되는 발전회로 제어모듈(100)에 고유한 어드레스를 부여하기 위한 어드레스정보를 지닌 어드레스부(104)(반도체 메모리)와, 발전회로 제어모듈(100)의 측정값에 따라 제1 릴레이(101)의 접점1, 2(101a,101b) 회로를 제어하는 제어부(103)와, 제어부(103)에 의해 제어되면서 태양광 모듈(10)의 케이블(SC1),(SC2)의 개방전압 또는 단락전류를 측정하기 위하여 메인 케이블(C1)과 선로를 개방 혹은 단락시키는 제1 릴레이(101)와, 상기 제1 릴레이(101) 동작후 계측정보 값을 계측하는 측정부(107)와, 측정부(107)에서 확인된 측정값을 받아 측정값의 정도에 따라 제1 릴레이(101)를 제어하고, 계측정보를 전송부(106)를 통해 출력시키는 제어부(103)를 포함한다. 상기한 발전회로 제어모듈(100)를 구성하는 요소들은 단일 함체(미도시)속에 일체로 내장되어 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 태양광 모듈(10)을 지지하는 프레임(10a)에 고정되어 있다.

각 태양광 모듈(10)에 각각 독립적으로 설치되는 발전회로 제어모듈(100)은 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1),(SC2)에 회로적으로 연결되는데, 어드레스부(104)를 갖춘 각 발전회로 제어모듈(100)은 고유 어드레스를 갖는다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 태양광 모듈 발전회로 제어모듈의 구성을 예시한 구성도로서, 태양광 모듈의 정상적인 발전시 발전회로 제어모듈의 정상적인 작동상태를 예시한 구성도로서, 상기한 전원부(105)는 자기측 태양광 모듈(10)에서 발전된 전원을 동력원으로 사용된다.

상기한 발전회로 제어모듈(100)의 전원부(105)는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 릴레이(102)의 접점1(102a) 및 접점2(102b)는 동작접점(a)에 연결되어 태양광 모듈(10)의 발전 전력을 제공받고, 발전회로 제어모듈(100)의 제1 릴레이(101)는 상시접점으로 동작하지 않을 때 연결되는 접점이며, 비정상시(자기측 태양광 모듈의 발전전압이 없을 때)에는 제2 릴레이(102)가 동작되지 않으므로 제2 릴레이(102)의 접점1, 2(102a,102b)는 접점 b에 연결되면서 어레이의 케이블(C1)의 전력을 공급받아 동작한다.

측정부(107)는 제1 릴레이(101)와 태양광 모듈(10) 사이의 분기 케이블(SC1),(SC2)을 통해 자기 태양광 모듈의 전압을 계측하여 그 계측값을 제어부(103)로 전달한다. 전송부(106)에 의해 측정부(107)의 계측값과 어드레스부(104)의 어드레스 정보를 원격지로 전송하면 각각의 태양광 모듈(10)의 발전레벨값을 실시간으로 확인할 수 있다.

제어부(103)는 측정부(107)에서 측정한 전력의 발전레벨값을 전달받아 태양광 모듈(10)의 발전상태의 이상유무를 판단하고, 그 결과에 따라 제1 릴레이(101)의 접점1과 2(101a,101b)의 스위칭회로를 제어한다.

상기한 발전회로 제어모듈(100)의 전송부(106)는 발전레벨값과 어드레스정보를 별도로 포설된 통신 케이블(도면에는 미도시)을 통해 제1 중계모듈(200)로 전송한다.

제1 중계모듈(200)은 어레이(20)를 구성하는 태양광 모듈(10)의 프레임(10a)에 부착되어 있어 전송부(106)와 제1 중계모듈(200)사이에 연결되는 케이블의 길이는 길지 않다. 또한 제1 중계모듈(200)은 복수의 어레이(20)를 지닌 태양광 발전시스템의 경우 각 어레이(20)에 설치되어 있으며, 접속반(300)에 통합적으로 연결된다.

접속반(300)은 각 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되면 전술한 각 제1 중계모듈(200)이 연결된다.

접속반(300)에 연결된 제1 중계모듈(200)에 의해 각 태양광 모듈(10)의 발전레벨값과 어드레스 정보가 전달된다.

접속반(300)에서 출력된 전력은 인버터(400)로 출력되고, 어드레스 정보와 각 태양광 모듈(10)의 발전레벨값은 제2 중계모듈(500)을 통해 제어PC(600)로 전달된다.

제2 중계모듈(500)은 어드레스별 발전레벨값을 제어PC(600)로 보내고 제어PC는 모니터로 결과를 디스플레이한다.

제어PC(600)는 태양광 발전시스템을 통합적으로 제어하는 것으로, 각 태양광 모듈(10)의 고유 어드레스를 선택하고, 해당 발전레벨값을 모니터로 출력하며, 특정 태양광 모듈(10)의 분기 케이블을 메인 케이블(C1)과 선택적으로 연결하거나 차단할 수 있는 인터페이스(도면에는 미도시)화면과 이를 실행하기 위한 제어프로그램을 갖추고 있다.

또한 제어PC(600)는 실시간으로 전송되는 각 태양광 모듈(10)의 발전레벨값을 하드디스크에 저장하면서 일정시간 범위 예를 들어 5시간의 발전레벨값을 모니터로 출력한다.

따라서, 모니터에 디스플레이되는 태양광 모듈(10)별 발전량의 변화를 한번에 직관적으로 확인할 수 있어 비정상적인 태양광 모듈(10)이 검색되더라도 해당 태양광 모듈(10)이 환경적 요인에 의한 일시적 발전저하 현상인지 고장에 의한 것인지를 정확히 파악할 수 있다.

발전레벨값은 모니터에 입체적인 형태로 디스플레이하는 것이 보다 더 발전량 변화량을 파악하는데 유용하다.

따라서, 관리자는 원격지에서 태양광 모듈(10)의 발전상태를 간편하게 모니터링할 수 있고, 특정 태양광 모듈(10)의 이상이 의심되는 경우 해당 태양열 모듈의 어드레스 정보를 통해 해당 태양광 모듈(10)을 바로 확인할 수 있다.

한편 비정상 혹은 고장이 발생한 태양광 모듈(10)이 발견되는 경우 관리자는 제어PC(600)를 통해 해당 태양광 모듈(10)의 어드레스를 인터페이스 화면을 통해 선택하여 실행하면 실행명령은 제2 중계모듈(500), 접속반(300), 제1 중계모듈(200)을 통해 해당 발전회로 제어모듈(100)에 구비된 제어부(103)로 전달하여 제어부(103)에 의해 제1 릴레이(101)의 접점1,2(101a,101b)을 분기 케이블(SC1),(SC2)이 메인 케이블(C1)로부터 탈락(off)되도록 절체시킨 뒤 점검이나 수리를 통해 비정상적인 태양광 모듈(10)의 기능을 정상화시킨다. 물론 기능이 복구된 태양광 모듈(10)은 제어PC(600)의 제어에 의해 제1 릴레이(101)의 양 접점1,2(101a)(101b)를 정상상태로 복귀시킨다.

제어PC(600)에 의한 특정 태양광 모듈의 분기 케이블(SC1),(SC2)과 메인 케이블(C1)의 선로 개폐제어는 태양광 모듈(10)이 정상 범위에서 발전하고 있는 상태에서도 강제로 원격제어할 수 있다.

한편 특정 태양광 모듈(10)의 외부환경의 영향에 의하거나 고장으로 발전레벨값이 현저히 떨어지면, 제2 릴레이(102)의 스위칭회로가 도 6에 도시된 바와 같이 절체되면서 메인 케이블(C1)의 전원이 전원부(105)로 인가된다.

즉, 특정 태양광 모듈에서 발전되는 레벨 정상값이 정상범위일 때에는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 릴레이는 태양광 모듈의 발전전력회로가 전원부(105) 연결되도록 절체되고, 반대로 발전레벨값이 정상수준에 미달할 때에는, 제1 릴레이(101)는 동작하지 않고 현재의 직렬회로를 유지시키고, 제2 릴레이(102)의 접점1,2(102a,102b)는 태양광 모듈의 전압이 낮아졌으므로 릴레이가 복구되어 자동으로 메인 케이블(C1)의 전압을 공급받는다.

이때 태양광 모듈의 전압이 낮아진 원인을 몰라 고열발생이나 기타 우려될 만한 상황이 예측되면 원격지에서 제어PC로 제1 릴레이(101)를 구동시켜 태양광 모듈(10)의 분기 케이블을 어레이 케이블(C1)에서 탈락시킬 수 있다.

상기한 전원부(105)는 자기측 태양광 모듈(10)의 전원을 공급받을 경우에는 전력손실을 최소화되도록 내부 임피던스가 높게 회로를 구성하고, 메인 케이블(C1)을 통하여 전원을 공급받는 경우에는 어레이 회로 전체의 직렬회로의 전류손실이 최소화될 수 있도록 내부 임피던스가 최소화되도록 회로를 구성하는 것이 바람직하다.

전원부(105)는 제1 릴레이(101), 제어부(103), 어드레스부(106), 측정부(107)에 전원을 공급한다.

또한 태양광 모듈의 발전전압은 일사량에 따라 큰 차이가 있으므로 전원부(105)는 양측 모두 정전압회로를 마련하는 것이 바람직하다.

제2 릴레이(102)의 정전압회로(102c)는 태양광 모듈이 발전될 때에만 동작하며, 독립적인 정전압회로를 가진다.

본 발명의 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈은 제2 릴레이(102)에 의해 메인 케이블(C1)의 전원을 공급받으면서도 비정상 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1,SC2)은 제1 릴레이(101)에 의해 메인 케이블(C1)에 연결되어 있어 비정상 태양광 모듈(10)이 외부환경(음영이나 일기나 날씨, 먼지나 낙엽 기타)에 의해 발전용량이 저하되더라도 비정상 태양광 모듈(10)에서 발전한 미미한 전력이라도 메인케이블에 합산될 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 태양광 모듈(10)의 발전회로 제어모듈은 발전레벨값의 크기에 상관없이 검출한 발전레벨값을 원격지의 중앙관리통제소로 전송함으로써 관리자는 각 태양광 모듈(10)의 실시간 발전레벨값을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 모듈 발전회로 제어모듈은 비정상적인 태양광 모듈이 발생되더라도 메인 케이블(C1)이 전원부와 즉각 연결되므로 어레이의 발전회로(직렬회로)를 계속 유지할 수 있다.

특히, 본 발명은 앞서 배치된 태양광 모듈의 전원을 이용하여 비정상적인 태양광 모듈이 발생하더라도 전원을 안정적으로 공급받을 수 있어 별도의 전원공급장치가 필요치 않고, 항시 태양광 모듈(10)의 발전회로를 정상상태로 유지하면서도 실시간으로 발전레벨값을 모니터링할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 태양광 모듈 발전회로 제어모듈을 통해 태양광 모듈 감시시스템을 구현함으로써 원격지에서 비정상 태양광 모듈을 쉽고 정확하게 검색할 수 있으며, 필요시 특정 태양광 모듈의 회로를 메인 케이블과 차단함으로써 발전여부를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 모듈의 발전회로 제어모듈은 어레이를 구성하는 각 태양광 모듈에 채용한 것을 예시적으로 설명하였으나 발전회로 제어모듈을 복수의 각 어레이의 메인 케이블(C1)에 설치하면, 복수의 어레이(20)의 발전회로를 제어하는 것으로 응용할 수 있으므로 본 발명의 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형예나 변경예는 용이하게 실시할 수 있을 것이나 그러한 변형예나 변경예는 본 발명자가 의도하는 진정한 의미의 기술적 사상과 이하의 특허청구범위에서 정의하는 범주에 포함된다는 것을 미리 밝혀두는 바이다.

10: 태양광 모듈 10a: 금속 프레임
20: 어레이 100: 발전회로 제어모듈
101: 측정부 101a: 제1 릴레이
102: 제2 릴레이 103: 제어부
104: 어드레스부 105: 전원부
106: 전송부 200: 제1 중계모듈
300: 접속반 400: 인버터
500: 제2 중계모듈 600: 제어PC
SC1, SC2: 분기 케이블 C1: 메인 케이블

Claims

복수의 태양광 모듈(10)과, 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1,SC2)을 직렬로 연결하는 메인 케이블(C1)을 포함하는 복수개의 어레이(20)와; 상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과; 상기 접속반(30)에 연결되어 직렬을 직류를 교류로 변환하여 사용자측으로 전력을 송출하는 인버터(40)로 구성된 태양광 모듈(10)에 있어서,
복수의 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1)(SC2)을 직렬로 연결되는 메인케이블(C1)로 이루어진 복수개의 어레이(20)와;
상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과;
상기 분기 케이블(SC1)(SC2)에 각각 전기적으로 연결되어 제어신호에 의해 작동되어 양 분기 케이블(SC1)(SC2)의 연결을 제어하는 제1 릴레이(101)와;
상기 제1 릴레이(101)에 연결되는 분기 케이블(SC1)(SC2)과 메인 케이블(C1)사이의 양 분기 케이블(SC1)(SC2)에 전기적으로 연결되는 제2 릴레이(102)와;
자기 태양광 모듈(10) 또는 이웃 태양광 모듈의 메인 케이블(C1)과 연결되어 전력을 공급받아 상기 제1 릴레이(101)와 측정부(107) 및 제어부(103)에 전원을 공급하는 전원부(105)와;
상기 태양광 모듈(10)에 연결되어 태양광 모듈(10)의 발전 전력을 계측하는 측정부(107)를 구비하고, 상기 자기 태양광 모듈(10)의 발전 전력값이 일정치 이하일 때 상기 제2릴레이(102)를 복구시켜 전원부(105)에 상기 양 분기 케이블(SC1)(SC2)을 전기적으로 연결하여 이웃 태양광 모듈에서 발전된 전력을 공급하고, 상기 자기 태양광 모듈(10)의 발전전력 값이 정상 범위일 때, 전원부(105)는 제2릴레이(102)의 동작접점에 연결되어 상기 양 분기 케이블(SC1)(SC2)과 상기 전원부(105)의 전기회로가 차단되도록 하여 자기 태양광 모듈의 발전전력을 공급받도록 전기적으로 연결시키는 정전압회로(102c)와;
어드레스부(104)에 저장된 태양광 모듈에 대한 어드레스 정보와 상기 측정부(107)에 의해 계측된 발전값 정보를 원격지로 전송하는 전송부(106)와;
상기 측정부(107)에 의해 계측된 발전 계측값을 전달받아 자기 태양광 발전모듈의 발전상태의 이상 유무를 판단하여 그 결과에 따라 상기 제1 릴레이(101)의 접점 1과 2(101a, 101b)의 스위치회로를 제어하는 제어부(103)를 포함하는 발전회로 제어모듈(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 발전량 감시모듈.
복수의 태양광 모듈(10)과, 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1,SC2)을 직렬로 연결하는 메인 케이블(C1)을 포함하는 복수개의 어레이(20)와; 상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과; 상기 접속반(30)에 연결되어 직류을 교류로 변환하여 사용자측으로 전력을 송출하는 인버터(40)로 구성된 태양광 모듈(10)에 있어서,
복수의 태양광 모듈(10)과, 각 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1,SC2)을 직렬로 연결되는 메인 케이블(C1)을 포함하는 복수개의 어레이(20)와; 상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과; 상기 접속반(30)에 연결되어 직렬을 직류를 교류로 변환하여 사용자측으로 전력을 송출하는 인버터(40)로 구성된 태양광 모듈(10)에 있어서,
복수의 태양광 모듈(10)의 분기 케이블(SC1)(SC2)을 직렬 연결된 메인케이블(C1)로 이루어진 복수개의 어레이(20)와;
상기 메인 케이블(C1)들이 통합적으로 연결되는 접속반(30)과;
상기 분기 케이블(SC1)(SC2)에 각각 전기적으로 연결되어 제어신호에 의해 작동되어 양 분기 케이블(SC1)(SC2)의 연결을 제어하는 제1 릴레이(101)와;
상기 제1 릴레이(101)에 연결되는 분기 케이블(SC1)(SC2)과 메인 케이블(C1)사이의 양 분기 케이블(SC1)(SC2)에 전기적으로 연결되는 제2 릴레이(102)와;
자기 태양광 모듈(10) 또는 이웃 태양광 모듈의 메인 케이블(C1)과 연결되어 전력을 공급받아 상기 제1 릴레이(101)와 측정부(107) 및 제어부(103)에 전원을 공급하는 전원부(105)와;
상기 태양광 모듈(10)에 연결되어 태양광 모듈(10)의 발전 전력을 계측하는 측정부(107)를 구비하고, 상기 자기 태양광 모듈(10)의 발전 전력값이 일정치 이하일 때 상기 제2릴레이(102)를 복구시켜 전원부(105)에 상기 양 분기 케이블(SC1)(SC2)을 전기적으로 연결하여 이웃 태양광 모듈에서 발전된 전력을 공급하고, 상기 자기 태양광 모듈(10)의 발전전력 값이 정상 범위일 때, 전원부(105)는 제2릴레이(102)의 동작접점에 연결되어 상기 양 분기 케이블(SC1)(SC2)과 상기 전원부(105)의 전기회로가 차단되도록 하여 상기 자기 태양광 모듈의 발전전력을 공급받도록 전기적으로 연결시키는 정전압회로(102c)와;
어드레스부(104)에 저장된 태양광 모듈(10)에 대한 어드레스 정보와 상기 측정부(107)에 의해 계측된 발전값 정보를 제1 중계모듈(200)로 전송하는 전송부(106)와;
상기 측정부(107)에 의해 계측된 발전 계측값을 전달받아 자기 태양광 발전모듈(10)의 발전상태의 이상 유무를 판단하여 그 결과에 따라 상기 제1 릴레이(101)의 접점 1과 2(101a, 101b)의 스위치회로를 제어하는 제어부(103)를 포함하는 발전회로 제어모듈(100)과;
상기 제1 중계모듈(200)에 연결되어 전송부(106)에서 출력된 각 어드레스정보별 발전값 정보를 제2 중계모듈(500)로 전송함과 동시에 메인케이블(C1)을 통해 각 태양열 모듈에서 발전된 전력을 인버터(400)로 출력하는 접속반(300)과;
상기 접속반(300)에서 전송된 어드레스 정보와 각 어드레스 정보별 발전 레벨값 정보를 실시간으로 디스플레이하는 모니터로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 각 어레이별 발전량 감시시스템.
제2항에 있어서,
상기 접속반(300)에서 전송되는 어드레스 정보와 발전레벨값을 받아 어드레스별로 분류하는 제2 중계모듈(500)과, 제2 중계모듈(500)에 연결되어 발전레벨값을 디스플레이하는 모니터와, 원격지에서 특정 발전회로 제어모듈(100)의 어드레스를 통해 해당 발전회로 제어모듈의 제어부(103)에 의해 분기 케이블(SC1, SC2)과 어레이의 메인 케이블(C1)의 연결을 제어(On/Off)하는 인터페이스와 제어프로그램을 갖춘 제어PC(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 각 어레이별 발전량 감시시스템.