KR101390405B1 - 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템 - Google Patents

태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 수용가에 가정용 모니터링 시스템을 구축하여 태양광 발전 설비로부터 생산된 전력량과 한전 계통에서 공급되는 전력량을 정확하게 산출하여 이용자들에게 편리성을 도모하도록 한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 태양전지 어레이와, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 출력하는 접속반과, 상기 접속반을 통해 전달된 직류 전류를 수신하고 상기 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 전력 수용가로 공급하는 인버터와, 상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 이상 유무를 포함하여 기상 정보를 검출하는 센서부와, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량, 상기 센서부로부터 검출된 기상 정보와 함께 상기 접속반과 인버터의 이상 유무를 디스플레이하는 로컬 모니터링 시스템과, 상기 태양전지 어레이로부터 전력 생산이 이루어지지 않는 경우에는 수용가로 전력을 공급하는 한전계통과, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량 및 사용량과 기상정보, 태양광 발전 설비의 불량/고장상태, 상기 한전계통에서 공급되는 전력량을 디스플레이하는 가정용 모니터링 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템{Monitoring and Control System for photovoltaic power generation device management system}
이다. 본 발명은 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 태양광 발전 설비를 구축한 이용자들의 편리성을 도모하도록 한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것
최근에는 지구환경 문제의 심각화 및 이에 대한 관심도의 증대에 따라, 특히 CO2 배출을 억제하기 위한 에너지 절약 방법에 대하여 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 전기 에너지에 대해서는 원자력 발전이나, 태양광 발전, 조력, 풍력 등의 필요성이 대두되고 있으나, 여전히 화석연료를 사용하는 화력 발전에 대부분의 발전전력을 의존하고 있다.
한편, 화석 연료의 사용량을 줄이게 되면, CO2 배출이 줄어들게 되어 환경 등에 유익하지만, 아직은 그 필요성에 비하여 자연을 이용한 발전 설비에 대한 제어 및 효율성의 부족으로 현실화가 어렵다.
또한, 원자력 발전은 원자력발전을 하고 이후에 찌꺼기로 남는 원자력부산물 들을 처리하기가 곤란하며, 또한, 원자력으로 인한 방사선 등의 유출 위험성이 상존하기 때문에 매우 위험하다.
이와 같은 화석 연료를 이용한 화력발전 및 원자력발전의 위험성을 극복하기 위하여 무공해 자연을 이용한 조력발전, 풍력발전 및 태양광발전 등의 설비 등이 개발되어 있으나, 그 실효성, 항시성 및 환경 문제 등으로 인하여 그 비중이 매우 낮다. 그러나, 우리나라의 경우는 맑은 날이 많으며, 또한, 일조량이 충분하므로 이중 가장 실현 가능성이 있는 것은 태양광 발전 설비에 대한 기술적 관심이 모아지고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 태양광 발전 관련 기술은 태양광 발전 설비를 구성하는 각 모듈의 개별적 성능 개선에만 주안점을 두고 그 개발이 이루어졌으며, 태양광 발전 설비에 대한 전반적인 운용상의 효율성을 개선시키기 위한 기술 개발은 거의 전무한 실정이었다.
또한, 현재 대형 태양광 발전 사업자들을 위한 모니터링 및 스트링별 감시 장치가 다양하게 구축되어 있으나, 소형(일반 가정용) 태양광 발전 사업자들을 위한 모니터링 및 스트링별 감시 시스템 시장은 극히 미비하다.
따라서 태양광 발전 설비와 한전계통에서 전력을 공급받아 사용할 경우에 한전측에서 제공받아 사용되는 전기 요금이 정확하게 얼마이고 태양광 발전 설비로부터 생산된 전력을 한전측에 얼마만큼 공급했는지를 알 수 없어 지나치게 많은 전기 요금을 납부하고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 전력 수용가에 가정용 모니터링 시스템을 구축하여 태양광 발전 설비로부터 생산된 전력량과 한전 계통에서 공급되는 전력량을 정확하게 산출하여 이용자들에게 편리성을 도모하도록 한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템은 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 태양전지 어레이와, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 출력하는 접속반과, 상기 접속반을 통해 전달된 직류 전류를 수신하고 상기 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 전력 수용가로 공급하는 인버터와, 상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 이상 유무를 포함하여 기상 정보를 검출하는 센서부와, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량, 상기 센서부로부터 검출된 기상 정보와 함께 상기 접속반과 인버터의 이상 유무를 디스플레이하는 로컬 모니터링 시스템과, 상기 태양전지 어레이로부터 전력 생산이 이루어지지 않는 경우에는 수용가로 전력을 공급하는 한전계통과, 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량 및 사용량과 기상정보, 태양광 발전 설비의 불량/고장상태, 상기 한전계통에서 공급되는 전력량을 디스플레이하는 가정용 모니터링 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 전력 수용가에 가정용 모니터링 시스템을 구축하여 태양광 발전 설비로부터 생산된 전력량과 한전 계통에서 공급되는 전력량을 정확하게 산출하여 한전측에 지나치게 납부하는 전기 요금을 줄임으로써 이용자들에게 편리성을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 전체 구성도
도 2는 도 1의 접속반 내부 구성을 나타낸 구성도
도 3은 도 1의 가정용 모니터링 시스템을 나타낸 구성도
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 접속반 내부 구성을 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 1의 가정용 모니터링 시스템을 나타낸 구성도이다.
본 발명에 의한 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 태양전지 어레이(100), 접속반(200), 인버터(300), 센서부(400), 로컬 모니터링 시스템(500), 한전계통(600) 및 전력 수용가의 가정용 모니터링 시스템(700)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 태양전지 어레이(100)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양전지 어레이(100)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
대부분의 태양전지 어레이(100)는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.
이러한 태양전지 어레이(100)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.
또한, 상기 태양전지 어레이(100)가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.
상기 접속반(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지 어레이(100)로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 상기 인버터(300)에 출력하는 장치로서, 상기 태양전지 어레이(100)로부터 발전되어진 직류전력을 입력받으며, 배선용 차단기(210), 부스바(220), 그리고 마그네틱 스위치(231), 다이오드(232) 및 전력용 퓨즈(233)로 구성되는 주회로장치(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다.
상기 접속반(200)은, 평상시에는 주회로장치의 마그네틱 스위치(231)가 투입되어지고, 예비회로장치의 마그네틱 스위치(241)는 개방되어져 있어, 주회로장치(230)의 다이오드(232)와 전력용 퓨즈(233)를 통하여 직류전력이 공급되어진다.
상기 접속반(200) 내부 전력기기에 이상이 발생하게 되면, 현장에서 이상이 발생한 주회로장치의 마그네틱 스위치(231)를 개방시킨 후, 예비회로장치의 마그네틱 스위치(241)를 즉시 투입시켜 예비회로장치(240)의 다이오드(242)와 전력용 퓨즈(243)를 통하여 지속적인 발전을 할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 접속반(200)의 마그네틱 스위치(231,241) 또는 전력용 퓨즈(233,243)에 대해 상기 센서부(400)를 이용하여 고장 유무를 신속하게 진단하여 관리자가 보다 신속하게 고장수리를 진행할 수 있다.
상기 인버터(300)는 상기 접속반(200)을 통해 전달된 직류 전류를 수신하고 상기 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 전력 수용가로 공급하는 역할을 한다.
또한, 상기 인버터(300)는 상기 변환된 교류 전류를 전력 계통의 전압과 동기화하여 출력한다.
또한, 상기 센서부(400)는 상기 태양전지 어레이(100), 접속반(200) 및 인버터(300)의 이상 유무를 검출하여 성가 로컬 모니터링 시스템(500)으로 송부한다.
상기 센서부(400)는 상기 태양전지 어레이(100)의 주변 또는 측면이나 내측에 구성되어 풍향, 풍속, 일사량, 황사, 모듈온도, 외기온도, 강우량, 적설량을 검출한다.
상기 로컬 모니터링 시스템(500)은 상기 태양전지 어레이(100)로부터 생산된 발전량, 상기 센서부(400)로부터 검출된 기상 정보 및 상기 접속반(200)과 인버터(300)의 이상 유무를 디스플레이한다.
상기 한전계통(600)은 상기 태양전지 어레이(100)로부터 전력 생산이 이루어지지 않는 경우에는 수용가로 전력을 공급하는 역할을 한다.
한편, 상기 가정용 모니터링 시스템(700)은 도 3에 도시된 바와 같이, 환경 모니터링부(710), 불량/고장 모니터링부(720) 및 발전량 모니터링(730)으로 구분된다.
상기 환경 모니터링부(710)는 상기 센서부(400)에 따라 가변 가능하나 크게 풍향, 풍속, 일사량, 황사, 모듈온도, 외기온도, 강우량, 적설량 등의 기상 정보를 전달받아 모니터링한다.
상기 불량/고장 모니터링부(720)는 가정내 설치되어 있는 태양광 발전설비의 고장 유무를 익월 전기 사용료를 보고 판단할 수 있다는 불편한 점에서 착안한 시스템으로 상기 인버터(300)의 고장 및 접속반(200)에 설치된 퓨즈(또는 마그네틱 스위치)의 고장 유무를 판단할 수 있는 시스템을 구성하여 그 상태를 디스플레이하고 고장이 발생했을 때 고장 발생이 부분을 사용자가 직접 모니터링함으로써 고장에 대해 빠르게 대처할 수 있다.
상기 발전량 모니터링부(730)는 상기 태양전지 어레이(100)에서 발전되는 발전량, 가정내 태양광 발전 설비로 발전된 전력을 사용하는 사용량, 가정 내 한전계통(600)으로부터 받은 전력을 사용한 사용량으로 시간별, 일별, 월별 누적분을 디스플레이한다.
한편, 상기 발전량 모니터링부(730)는 두 개의 전략량계를 포함하여 이루어지는데, 태양광 발전 설비에서 생산된 발전량과 한전계통에서 공급되는 전략량을 각각 표시하게 된다.
상기 가정용 모니터링 시스템(700)의 표시창에는 환경상태 표시창, 전력상태 표시창, 고장/불량 상태 표시창이 구분되어 구성되어 있다.
이때 상기 환경상태 표시장치에는 각종 센서류에서 측정된 계측값을 데이터베이스 서버(도시되지 않음)가 받아 로컬 모니터링 시스템(500) 및 가정용 모니터링 시스템(700)에 유선 또는 무선 네트워크를 통해 전송하여 시각화한 것으로 시간별 측정값, 일별/월별 누적값을 나타내고 데이터를 저장하여 예상 발전량을 추측할 수 있다.
상기 전력상태 표시창에는 태양광 발전 설비에서 발전한 발전량, 사용량, 한전 전력 사용량을 표시하여 주고 시간별/일별/월별 적산량을 표시하여 사용자가 일별/월별 태양광 발전량이 얼마만큼 했는지, 태양광 발전량을 얼마만큼 사용하였는지, 또는 한전 전력을 얼마만큼 사용하였는지를 표시하여 사용자가 한 달에 납부해야 하는 전기요금이 얼만큼인지를 추측할 수 있다.
예를 들면, 태양광 발전 설비로부터 생산된 발전량이 많아 다 사용하지 않고 한전측에 공급하였을 경우에 한전 전기 사용량에서 그만큼을 보존하여 줌으로써 한전에 납부하는 전기 비용을 줄일 수가 있다.
상기 고장/불량 표시창은 태양광 발전설비의 태양전지 어레이(100), 접속반(200) 및 인버터(300), 센서류(400)의 정상작동 및 고장 상태를 파악할 수 있는 것으로 모니터 오른편에 초록색/붉은색 LED 조명을 두어 정상작동일 땐 초록색, 고장 및 이상 상태일 땐 붉은 색으로 표시하며 고장/불량 표시창에 어느 부분에 고장이 발생한 것인지 표시하여 준다.
따라서 상기 가정용 모니터링 시스템(700)은 각 데이터를 취합, 스토리지 프로그램을 통하여 저장이 가능하며, 그래프, 표 등으로 저장하여 수용자가 원하는 시간별, 일별, 월별 데이터를 제공받을 수 있다.
일반적으로 태양광 발전 시스템에서 인버터의 전단에 설치된 접속반에 고장이 많이 발생하는데 특히 마그네틱 스위치 또는 전력용 퓨즈에 이상이 발생하게 되는데, 이를 인식하지 못하고 인버터 수리에만 급급하는 등 관리 및 고장 수리가 용이하게 이루어지지 않고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 본 발명은 마그네틱 스위치(231,241) 또는 전력용 퓨즈(233,243)을 포함하여 구성되는 접속반(200)의 고장 유무를 신속하게 진단함으로써 마그네틱 스위치 또는 전력용 퓨즈가 고장난 경우 이를 신속하게 고장 수리를 진행할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 태양전지 어레이 200 : 접속반
300 : 인버터 400 : 센서부
500 : 로컬 모니터링 시스템 600 : 한전계통
700 : 가정용 모니터링 시스템

Claims (5)

  1. 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 태양전지 어레이와,
    상기 태양전지 어레이로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 출력하는 접속반과,
    상기 접속반을 통해 전달된 직류 전류를 수신하고 상기 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 전력 수용가로 공급하는 인버터와,
    상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 이상 유무를 포함하여 기상 정보를 검출하는 센서부와,
    상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량, 상기 센서부로부터 검출된 기상 정보와 함께 상기 접속반과 인버터의 이상 유무를 디스플레이하는 로컬 모니터링 시스템과,
    상기 태양전지 어레이로부터 전력 생산이 이루어지지 않는 경우에는 수용가로 전력을 공급하는 한전계통과,
    상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량 및 사용량과 기상정보, 태양광 발전 설비의 불량/고장상태, 상기 한전계통에서 공급되는 전력량을 디스플레이하는 가정용 모니터링 시스템을 포함하여 이루어지고,
    상기 가정용 모니터링 시스템은 상기 센서부에서 검출된 풍향, 풍속, 일사량, 황사, 모듈온도, 외기온도, 강우량, 적설량의 기상 정보를 전달받아 모니터링하는 환경 모니터링부와, 상기 인버터의 고장 및 접속반에 설치된 퓨즈의 고장 유무를 판단하고 그 상태를 디스플레이하는 불량/고장 모니터링부와, 상기 태양전지 어레이에서 발전되는 발전량, 가정내 태양광 발전 설비로 발전된 전력을 사용하는 사용량, 가정 내 한전계통으로부터 받은 전력을 사용한 사용량으로 시간별, 일별, 월별 누적분을 디스플레이하는 발전량 모니터링부를 포함하여 이루어지며,
    상기 불량/고장 모니터링부는 태양광 발전설비의 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터, 센서류의 정상작동 및 고장 상태를 파악하기 위해 LED 조명으로 정상작동일 땐 초록색, 고장 및 이상 상태일 땐 붉은 색으로 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전량 모니터링부는 상기 태양전지 어레이로부터 발전한 발전량과 상기 한전계통에서 전송된 전력량을 비교하고, 사용가가 남은 상기 태양전지 어레이로부터 생산된 발전량을 한전계통에 공급하며, 상기 한전계통에서 상기 발전량을 삭감하여 전기 사용 요금을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 접속반을 구성하는 마그네틱 스위치 또는 전력용 퓨즈의 이상 유무를 진단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 관리를 위한 모니터링 및 제어 시스템.
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