KR101411648B1 - 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법 - Google Patents
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Abstract
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치는 동일 스트링 내에 배치된 태양광 모듈의 상대적인 전력 신호(전압 및/또는 전류)의 비교를 통해 각 태양광 모듈의 이상 유무를 하나 혹은 일 군의 모듈에 연결된 진단 장치가 스스로 판단하여 연결된 모듈의 바이패스 여부를 결정하므로 태양광 발전의 효율성을 최적화함과 아울러 관리 부하도 크게 경감시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법에 관한 것으로, 특히 동일한 스트링 내에서 태양광 모듈 간의 발전 전력 차이가 발생하는 경우를 스스로 진단하여 이상 발생 시 해당 모듈을 바이패스 시키는 능동적 자가진단 기능을 가진 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 모듈은 다수의 솔라셀이 포함되어 이루어진다. 이러한 모듈들은 다시 복수로 직렬 연결되어 원하는 발전 출력량을 제공하는 스트링으로 구성되며, 복수의 스트링들이 접속반을 통해 연결되어 해당 스트링들로부터 얻어지는 합산된 발전 전력이 인버터로 제공된다.
그런데, 통상의 태양광 모듈은 여러 장애요인들에 의해 발전 상태가 열화되거나 모듈이 손상되어 발전 효율이 악화될 수 있고, 경우에 따라서는 인접 모듈이나 전체 시스템으로 피해가 확산되는 문제점이 있다. 즉, 모듈 손상이나 조류 등의 배설물, 그림자로 인한 음영 상황 등으로 원활한 발전이 이루어지지 않게 되는 것이다. 이렇게 손상되거나 발전 영역이 감소된 태양광 모듈에서는 전력 발전 용량이 줄어든다. 스트링 내에 위치한 특정 모듈에서 이러한 모듈 손상이나 외부 요인에 의한 발전량 감소가 발생하게 되면 해당 모듈과 직렬연결을 통해 스트링을 구성하는 인접 모듈에 좋지 않은 영향을 미치며 전체 스트링의 발전량 감소를 유발하게 된다.
만일 복수 스트링이 연결된 접속반에서 특정 스트링의 전력이 감소하게 되면 정상적인 스트링의 발전량과의 차이에 의해 접속반 내 역방향 전류 흐름을 방지하고자 구성한 다이오드에 부하가 발생하게 되며 이러한 부하는 열로 방사되므로 기기 손상과 발전 효율에 상당한 악영향을 미치게 된다.
현재는 이러한 스트링의 이상을 감시하기 위해 접속반에 스트링의 전력을 감시하는 구성을 부가하거나 좀 더 구체적인 이상 부위를 특정하기 위해 각 모듈에 해당 모듈의 전압과 전류를 포함하는 전력에 관한 정보를 확인하는 감시 장치를 구성한 후 스트링 내의 감시 장치들로부터 수집되는 정보를 통합하여 관리 센터에 전달하는 모니터링부를 부가하여 이상 여부를 모니터링하고 있다. 경우에 따라서는 이러한 모니터링 결과에 따라 원격 관리 센터에서 이상 발생 스트링이나 모듈의 연결을 차단하도록 함으로써 발전 장비를 보호하도록 하는 적극적인 제어 방식도 적용되고 있다.
하지만, 태양광 발전 환경이 대면적화, 농장화됨에 따라 하나의 장소에 설치되는 태양광 모듈의 수가 급증하고 있으며, 하나의 관리 센터에서 여러 지역의 태양광 발전 장치의 상태를 모니터링하고 있어 하나의 관리 센터가 관리할 모듈의 수가 수천~수만 개에 이르고 있는 실정이다. 특히, 이러한 모듈 각각에 대한 상태와 상황에 따라 가변될 수 있는 모듈과 스트링의 집합 관계, 각 모듈의 정보와 노후 정보 등을 관리 센터가 모두 통합하여 관리하면서 각 모듈의 이상 상황에 대응하기에는 관리 부하가 너무 크며 네트워크 상황이나 정보 입력의 오류 등에 의한 문제가 발생할 경우 대응이 어려운 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하나의 스트링 내에 배치되는 복수의 태양전지 모듈 간의 전압 차이를 태양전지 모듈에 연결되는 감시 및 진단 장치가 해당 모듈의 전력 정보를 출력하고 인접 감시 및 진단 장치의 전력 정보를 수신하면서 인접 감시 및 진단 장치의 정보를 기초로 해당 모듈의 바이패스 여부를 스스로 제어한 후 바이패스 정보를 제공함으로써 관리 센터의 부하를 줄이고 자체 진단 기능을 강화 수 있도록 한 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 모듈의 물리적 파손 외에 쉐이딩과 같이 지엽적이거나 단기간 발생되는 모듈의 출력 저하 등을 자신과 인접 모듈의 발전 전력(전압, 전류) 변화 패턴을 통해 파악하여 바이패스 여부를 결정함으로써 지능적 자가진단이 가능하도록 한 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 모듈의 바이패스에 의한 급격한 출력 감소를 방지하기 위해 발전 전력을 일부 충전하거나 별도의 전원을 통해 생성하는 보상부를 통해 바이패스 시 충전되거나 생성된 전력을 공급하도록 함으로써 모듈 바이패스에 의해 스트링 출력이 급하게 변화됨에 따라 발생되는 시스템 충격을 완화시킬 수 있도록 한 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치는 인접 태양광 모듈들과 직렬 연결된 스트링에서 미리 설정된 태양광 모듈의 전기적 연결을 선택적으로 바이패스 시키는 릴레이; 상기 미리 설정된 태양광 모듈에 대해 발전 전력 정보를 포함하는 모듈 상태를 측정하는 측정부; 상기 모듈 상태 정보를 통신 선로를 통해 전송하고, 동일한 통신 선로에 연결된 다른 태양광 모듈의 모듈 상태 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 다른 태양광 모듈의 모듈 상태 정보와 상기 측정부에서 측정된 모듈의 상태 정보를 통해 상기 미리 설정된 태양광 모듈의 이상 유무를 판단하고, 상기 이상 유무의 판단 결과에 따라 상기 릴레이를 동작시켜 상기 미리 설정된 태양광 모듈을 선택적으로 바이패스 시키는 마이크로프로세서;를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치의 구동방법은 동일한 스트링 내에 직렬 연결된 태양광 모듈 중 하나 이상의 선택된 태양광 모듈에 대한 전력을 측정하는 단계; 상기 선택된 태양광 모듈에 대해 측정된 전력 정보를 스트링 단위로 구성된 유무선 선로를 통해 전송하고 스트링 내의 다른 태양광 모듈의 전력 정보를 수신하는 단계; 상기 측정된 태양광 모듈에 대한 전력 정보를 상기 수신된 스트링 내의 다른 태양광 모듈들의 전력 정보와 상호 비교하는 단계; 상기 선택된 태양광 모듈의 전력 정보가 상기 수신된 스트링 내의 다른 태양광 모듈들의 전력 정보와 기준 이상 차이가 발생하거나 누적 변화 상태가 기 설정된 패턴에 속할 경우 상기 선택된 태양광 모듈의 이상을 판단하는 단계; 및 상기 선택된 태양광 모듈의 이상이 판단되면 스트링에서 상기 선택된 태양광 모듈을 바이패스 시키며 보상 전력을 제공하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법은 동일 스트링 내에 배치된 태양광 모듈의 상대적인 전력 신호(전압 및/또는 전류)의 비교를 통해 각 태양광 모듈의 이상 유무를 하나 혹은 일 군의 모듈에 연결된 진단 장치가 스스로 판단하여 연결된 모듈의 바이패스 여부를 결정하므로 태양광 발전의 효율성을 최적화함과 아울러 관리 부하도 크게 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법은 스트링 내 태양광 모듈의 상태 이상 시 자신 및 인접 태양광 모듈의 전력 변화 패턴을 분석하여 쉐이딩을 포함하는 단기 상태 변화의 경우 바이패스 기준에 속하더라도 바이패스를 보류하여 상황에 적합한 지능적 자가진단 및 제어가 가능한 효과가 있다.
더불어, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법은 발전 전력을 일부 충전하거나 외부 전원을 통해 원하는 전력을 생성하여 바이패스 시 해당 충전되거나 생성된 발전 전력을 공급하는 보상부를 적용함으로써 급격한 출력 전압 강하가 발생하지 않도록 하여 바이패스 시 급격한 전압 강하에 의한 인버터 효율 감소 및 충격을 줄이고, 다른 스트링 출력과의 편차에 의해 접속반에 구성된 다이오드에 충격이 발생하는 상황을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 감시 및 진단장치의 내부 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 감시 및 진단장치의 내부 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 감시 및 진단 장치의 내부 구성 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 모듈(110) 및 태양광 모듈용 감시 및 진단장치(200)를 포함하는 하나 이상의 태양광 모듈 유닛(105)과 복수의 태양광 모듈 유닛(105)으로 이루어진 스트링(100)과 연결되는 접속반(300), 접속반(300)에서 출력된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(500)에 공급하는 인버터(400), 스트링(100) 내 각 태양광 모듈 유닛(105)에 포함된 감시 및 진단장치(200)들과 병렬로 연결되며 모듈의 발전 상태에 관련된 정보를 수집하여 원격지 관리 센터(미도시)로 직접 혹은 접속반(300)을 통해 제공하는 모니터링부(600)를 포함한다.
도시된 경우 스트링(100)은 하나만 예를 들어 나타낸 것으로 접속반(300)에 복수의 스트링이 연결되는 경우가 일반적이다. 또한, 도시된 경우 하나의 감시 및 진단장치(200)가 하나의 모듈과 연결되어 있으나 하나의 감시 및 진단장치(200)가 둘 이상의 모듈을 동시에 관리하도록 구성될 수도 있다.
상기 각 감시 및 진단장치(200)는 상호 통신이 가능한데, 예를 들어 RS-485 통신과 같이 알려져 있는 통신 방식을 이용하여 모니터링부(600)와 연결된다. 물론 다양한 근거리 유무선 통신 방식을 통해 모듈의 전압과 전류, 온도, 습도, 바이패스 여부 등과 같은 모듈 관련 상태 정보를 모니터링부(600)에 제공할 수 있으며, 그 정보는 스트링 내의 다른 감시 및 진단장치(200)에도 전달된다. 도시된 예와 같이 서로 관련 정보를 중계하는 방식으로도 구성될 수 있고, 하나의 공통 통신 선로를 이용하는 방식으로도 구성될 수 있다.
도시된 본 발명의 실시예에 따른 감시 및 진단장치(200)는 본 발명의 실시예에 따른 감시 및 진단장치의 한 형태로서, 모듈의 상태 정보를 모니터링부(600)에 제공하면서 인접한 다른 감시 및 진단장치(200)에도 전달하고, 다른 감시 및 진단장치(200)로부터 제공되는 인접한 모듈의 상태 정보도 수신할 수 있어 인접 모듈과 비교하여 자신이 연결된 모듈의 상태 정보 이상 여부를 확인할 수 있고, 이상이 발생되는 경우 연결된 태양광 모듈을 스트링의 직렬 연결 구성에서 제외, 즉 바이패스 시키는 릴레이 스위치를 동작시킬 수 있다. 이러한 경우 바이패스 동작 수행을 모니터링부(600)를 통해 관리 센터(미도시)에 알릴 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 및 진단장치(200)는 통신부(210), 구동전력 공급부(220), 측정부(230), 릴레이(240), 마이크로프로세서(250), 메모리(260) 및 보상부(270)를 포함하여 구성된다.
구동전력 공급부(220)는 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력을 이용하여 태양광 모듈용 감시 및 진단장치(200)의 구성요소(예를 들면, 마이크로프로세서(250), 통신부(210), 측정부(230), 릴레이(240), 메모리(260) 등)에 필요한 구동전력을 생성하여 구성요소로 제공한다.
이때, 구동전력 공급부(220)는 태양광 모듈(110)이 전력을 생성하지 않더라도 일정 시간동안 구동전력을 공급할 수 있도록 태양광 모듈(110)이 생성하는 발전전력을 충전하는 충전회로(미도시)가 포함될 수 있다. 또는, 구동전력 공급부(220)는 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력을 이용하지 않고 별도의 전원으로 동작할 수도 있다. 즉, 방해요소(그림자, 나뭇잎, 새 오염물, 황사먼지, 모듈 내부불량 등)로 인한 성능저하 또는 고장 등의 이유로 태양광 모듈(110)의 발전전력이 낮은 경우, 구동전력 공급부(220)가 원활히 동작하지 않을 수 있으므로 안정적인 동작을 위해 별도의 전원을 구비할 수도 있다. 예를 들어 감시 및 진단장치(200)와 모니터링부 사이에 유선 통신 선로를 구성하면서 해당 유선 통신 선로에 전원선을 부가하는 방식을 이용할 수도 있다.
측정부(230)는 태양광 모듈(110)의 발전 전압(및/또는 전류)을 측정하고, 측정부(230)에서 측정된 발전 전압이나 전류 값(통칭하여 전력 값)은 마이크로프로세서(250)로 전달된다. 마이크로프로세서(250)는 측정부(230)로부터 주기적으로 발전 전력 값을 전달받아 메모리(260)에 저장시킬 수 있다. 물론 추가적으로 전력 정보외에 모듈의 온도, 습도, 진동, 불꽃 등과 같은 다양한 감시 대상 상태를 측정하여 모듈 상태 정보에 포함시켜 모니터링부(600)에 전달할 수 있다.
통신부(210)는 측정된 온도, 전압, 전류값 또는 릴레이(240)의 제어정보에 대해 모니터링부(600) 뿐만 아니라, 동일한 스트링(100) 내에 배치되는 다른 감시 및 진단장치(200)와도 통신할 수 있다. 이는 구체적으로 인접 감시 및 진단장치(200)를 지정하여 통신할 수도 있고 모니터링부(600)에 제공하는 신호를 (유무선으로) 병렬 연결된 스트링 내 감시 및 진단장치(200)가 공통으로 수신하는 방식일 수도 있다.
통신부(210)는 수신 신호를 처리하여 신호에 포함된 데이터를 추출하고, 추출된 데이터를 마이크로프로세서(250)로 전달한다. 추출된 데이터에는 예를 들어 인접한 감시 및 진단장치의 전력, 릴레이(240)의 제어 정보 등이 포함될 수 있고, 모니터링부(600)에서 제공되는 제어 신호가 포함될 수도 있다.
여기서, 개별(혹은 설정된 복수의) 태양광 모듈에 대응하는 개별 감시 및 진단장치 별로 고유 ID를 가지도록 함으로써 해당 태양광 모듈의 식별 및 그에 대한 상태 정보 관리를 용이하게 할 수 있다.
통신부(210)는 유선 통신, 무선 통신 또는 전력선 통신(PLC: power line communication) 중 하나의 방법을 통해 동일한 스트링(100) 내에 배치되는 다른 감시 및 진단장치(200)와 통신할 수 있으며, 통신 방법은 한정되지 않는다.
통신부(210)는 동일 스트링(100) 내에 배치되는 다른 감시 및 진단장치(200)가 제공하는 모듈 상태 정보를 통해 인접 모듈들의 전압, 전류와 같은 전력 정보와 필요한 경우 온도와 습도, 바이패스 여부 등을 포함하는 다른 종류의 추가 상태도 확인할 수 있으며, 이러한 인접 모듈들과의 상대 비교를 통해 연결된 태양광 모듈(110)의 이상 유무를 판단할 수 있다.
릴레이(240)는 태양광 모듈(110)을 스트링의 전력 구성에서 제외시키기 위해 연결된 모듈의 입출력을 선택적으로 연결하여 해당 모듈을 바이패스 시킬 수 있다. 이러한 릴레이(240)는 마이크로프로세서(250)로부터 전달되는 제어신호에 따라 동작하며, 감시 및 진단장치(200)의 자가진단 기능에 의한 바이패스나 모니터링부(600)를 통해 수신한 제어 신호의 요청에 따른 바이패스 기능을 제공한다.
물론 이러한 바이패스 구성을 단순히 릴레이 스위치 한 종류만을 이용하는 것이 아니라 과전류 방지나 스파크 방지, 역전류 방지 등을 위한 다양한 기능을 가지는 바이패스 회로로 구성할 수도 있다.
보상부(270)는 태양광 모듈(110)의 발전 전력을 충전하는 커패시터나 충전 배터리를 포함할 수 있고, 필요한 경우 구동전력 공급부(220)의 전원을 이용하여 인접 모듈과 유사한 전력을 생성할 수도 있다. 이러한 보상부(270)는 릴레이(240) 동작에 의해 바이패스가 실시될 경우 해당 태양광 모듈(110)의 출력 대신 전력을 공급할 수 있다. 즉, 해당 태양광 모듈(110)의 예상 발전 전력만큼 스트링의 전력이 급격히 감소될 경우 야기되는 시스템 충격을 보상하거나 적어도 완화시키 위해 충전된 전력이나 구동전력 공급부(220)의 전원을 통해 생성한 전력을 소정 시간 동안 제공할 수 있다. 실질적으로 발전 전력의 경우 전압은 높지만 전류는 높지 않으므로 커패시터를 통해 충전한 전력을 통해서도 일정 시간 충격을 완화시켜줄 수 있다.
이에 따라, 태양광 모듈(110)의 상태가 정상일 경우에는 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력이 스트링을 통해 접속반(300)에 공급되고, 태양광 모듈(110)의 상태가 비정상일 경우에는 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력이 접속반(300)에 공급되지 않으며 보상부(270)의 보상 전력이 일정 시간 일정 수준으로 제공되어 급격한 전압 강하를 방지할 수 있다.
만일 바이패스 시 급격한 전압 강하가 발생한다면 발전 전력이 제공되는 인버터의 효율이 감소하거나 인버터에 충격이 발생될 수 있고, 다른 스트링 출력과의 편차에 의해 접속반에 구성된 다이오드에 충격이 발생할 수 있어 전체 시스템의 수명이나 성능을 열화시킬 수 있으나, 가변적인 발전 상황을 고려하여 설계된 시스템이기 때문에 점진적인 전력 변동에 대해서는 내성이 있으므로 바이패스 시 전압 강하 수준을 완화시키는 것만으로도 시스템의 안정성을 도모할 수 있다. 물론 대응 전력을 별도 생성하여 공급할 경우 이상이 발생한 모듈을 교체하거 수리하는 동안에도 해당 모듈이 속한 스트링의 출력이 유지될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나 감시 및 진단장치(200)는 마이크로프로세서(250)의 제어에 의해 태양광 모듈(110)의 동작상태와 발전전력의 바이패스 여부를 표시하는 표시기(미도시)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
마이크로프로세서(250)는 통신부(210)에서 추출된 데이터를 이용하여 태양광 모듈(110)의 동작상태와 발전 전력의 바이패스 여부가 표시기에 표시되도록 표시기의 동작을 제어할 수 있다.
그리고, 마이크로프로세서(250)는 통신부(210)에서 추출된 인접 태양광 모듈의 상태 정보 및 모니터링부(600)를 통해 제공되는 관리센터의 제어 명령에 따라 릴레이(240)의 동작을 제어할 수 있으며, 태양광 모듈(110)의 동작상태 정보를 통신부(210)를 통해 모니터링부(600) 및 인접 감시 및 진단장치에 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 동작 상황을 설명하기 위한 예시도이다. 이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템 감시 및 진단장치의 동작을 설명하면 아래와 같다.
태양광 모듈(110)에 태양광이 입사되면 태양광 모듈(110)에서 전력이 생산되고, 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력은 직렬 연결된 스트링 구성에 따라 접속반(300)으로 공급된다.
이때, 구동전력 공급부(220)는 태양광 모듈(110)에서 생성된 발전전력을 이용하거나 별도의 전원을 통해 전달된 전력을 태양광 모듈용 감시 및 진단장치(200)의 각 구성요소에 제공한다.
그리고, 측정부(230)는 태양광 모듈(110)에서 생성되는 발전전류와 발전전압을 측정한다. 이때, 마이크로프로세서(250)는 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값을 관리 센터에 의해 설정된 주기마다 집적하여 메모리(260)에 저장시킬 수 있고, 모니터링부(600)를 통해 관리 센터에 전달할 수 있다. 물론 필요한 경우 온도나 습도 등의 부가적인 모듈 상태도 측정하여 관리 센터에 전달할 수 있다.
이때 모니터링부(600)에 전달하는 모듈 관련 상태 정보는 다른 감시 및 진단장치에서도 수신할 수 있으므로 감시 및 진단장치는 스트링 내의 다른 모듈 관련 상태 정보를 상호 공유할 수 있다.
마이크로프로세서(250)는 측정부(230)에서 전달된 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값을, 통신부(210)를 통해 동일한 스트링(100) 내에 배치되는 다른 태양광 모듈(110)의 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값과 비교하여, 태양광 모듈(110)의 동작상태가 정상, 성능저하 및 고장 중 어느 하나의 상태인지를 판단할 수 있다. 필요한 경우 온도나 습도 등의 부가적인 상태 정보도 활용될 수 있다.
이렇게 마이크로프로세서(250)는 스스로 자신의 모듈의 상태를 파악할 수 있으며, 이상 상태로 판단되는 경우 릴레이(240)를 이용하여 자신이 연결된 모듈을 스트링 내에서 바이패스 시키며 이를 모니터링부(600)와 인접 감시 및 진단장치에 알릴 수 있다. 물론 이 경우 보상부(270)에 의해 바이패스되는 모듈의 발전 전력이 일정 기간 혹은 계속 보상될 수 있다.
이러한 자가진단 방식의 예로서, 그늘, 구름 등에 의한 쉐이딩(1)에 의해 복수의 태양광 모듈(110) 중 감시 및 진단장치1(200a)에 구성된 측정부에 의해 측정된 태양광 모듈1(110a)의 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값이, 동일한 스트링에 배치되는 태양광 모듈2(110b) 내지 태양광 모듈n(110n)에 비해 미리 정해진 범위를 초과하여 낮은 값을 갖는 경우, 태양광 모듈1(110a)의 동작상태를 성능저하로 판단하고, 발전전류 측정값과 발전전압 측정값 중 어느 하나라도 측정되지 않거나 고장 범위에 속하는 경우에는 태양광 모듈1(110a)의 동작상태를 고장으로 판단할 수 있다.
성능저하 여부의 판단 기준은 예를 들어, 동일한 스트링 내에 배치되는 태양광 모듈1(110a) 내지 태양광 모듈n(110n)에서 측정된 발전전류 측정값 및 발전전압 측정값의 평균보다 미리 설정된 범위(예를 들어, 측정값이 평균값의 20% 이하인 경우 또는 평균값과 미리 설정된 값 이상의 차이로 낮게 설정되는 경우)를 초과하는 경우일 수 있다. 이러한 판단은 미리 설정된 일정 주기의 시간마다 반복될 수 있다.
마이크로프로세서(250)는 동일한 스트링(100) 내에 배치되는 태양광 모듈(110) 사이의 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값을 상대 비교하여, 성능저하 또는 고장으로 판단된 태양광 모듈1(110a)의 정보를 표시기에 표시할 수 있다.
그리고, 성능저하 또는 고장으로 판단된 태양광 모듈1(110a)의 발전전력이 접속반(300)으로 전달되지 않도록, 즉 태양광 모듈1(110a)과 접속반(300) 사이가 바이패스되도록 감시 및 진단장치1(200a)에 포함되는 릴레이를 스위칭시킨다. 이에 따라 성능저하 또는 고장으로 판단된 태양광 모듈1(110a)은 바이패스되어, 발전효율을 높이고 모듈 손상을 방지할 수 있으며 보상부(270)를 통해서 바이패스 충격을 완화하거나 바이패스에 의한 전압 강하를 해소할 수도 있다.
성능저하 및 고장의 원인이 해결되어 감시 및 진단장치1(200a)에 포함되는 측정부에 의해 측정된 태양광 모듈1(110a)의 발전전류 측정값 및/또는 발전전압 측정값이, 동일한 스트링에 배치되는 태양광 모듈2(110b) 내지 태양광 모듈n(110n)에 비해 미리 설정된 범위를 벗어나지 않는 경우 태양광 모듈1(110a)은 정상 동작으로 판단되고, 이에 따라 태양광 모듈1(110a)의 발전전력이 접속반(300)으로 전달되도록 감시 및 진단장치1(200a)에 포함되는 릴레이를 스위칭시킨다.
한편, 이러한 바이패스 판단을 좀 더 지능화할 수 있는데 구름 등으로 인해 쉐이딩(1)이 순차적으로 발생하는 경우에 이를 고장 상황이나 오류 상황과 구분하여 판단하고 상기 쉐이딩(1)에 의한 영향의 순서나 속도를 고려하여 릴레이(240) 동작 여부를 제어할 수 있다. 즉, 스트링(100) 내에 직렬 배치되고 인접하는 복수의 감시 및 진단장치(200)에서 측정되는 전력정보 변화 패턴에 따라 릴레이 동작 여부를 판단할 수 있다.
구체적인 예로서, 도 3에서와 같이 쉐이딩(1)의 영역이 넓어져 태양광 모듈1(110a) 뿐만 아니라 태양광 모듈2(110b)에서도 점진적인 전압 강하가 발생하는 경우나 복수의 태양광 모듈이 유사한 속도로 전압이 강하되는 경우 등은 자연 현상에 의한 일시적인 전압 강하 현상으로 판단하여 전압 강하에도 불구하고 바이패스를 수행하지 않을 수 있다. 이는 모듈의 전력 감소 패턴과 모듈 간 전력 감소 패턴의 분석을 통해 확인될 수 있다.
즉, 상기 마이크로프로세서(250)는 수신된 다른 태양광 모듈들의 모듈 상태 정보와 측정부(230)를 통해 측정된 태양광 모듈의 상태 정보를 누적하여 단일 모듈의 상태 변화와 모듈 간 상태 변화 패턴이 기 분류된 패턴에 속하는 지 판단한 후 기 분류된 패턴에 속할 경우 각 분류에 따른 기준으로 릴레이(240)를 제어하고 그 결과를 통신부(210)를 통해 모니터링부(600) 및 인접 감시 및 자가진단 장치에 전송할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈용 감시 및 진단장치 및 그의 구동방법은 동일 스트링 내에 배치된 태양광 모듈의 상대적인 전압/전류의 비교를 통해 각 태양광 모듈의 이상 유무를 판별한 후, 스트링 내에서 형성되는 송전 경로를 변경하므로 태양광 발전의 효율성을 최적화할 수 있게 된다.
상기 구성에 의해 모니터링부에서 태양광 모듈의 이상 유무를 판별하지 않고 감시 및 진단장치에서 자가 진단하여 상태를 확인하고 필요한 경우 모듈 연결을 바이패스하게 되므로, 모니터링부의 부하가 감소되는 효과가 있으며 네트워크 이상에 의해 관리 센터로부터 별도의 제어 명령을 받지 못하는 경우에도 자체적으로 모듈과 시스템을 보호하면서 발전 효율을 최적화하는 지능형 자가진단이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 적용된 감시 및 진단장치의 제어 과정을 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 및 진단장치의 제어 과정은 우선 동일한 스트링(100) 내에 배치되는 태양광 모듈(110)과 각각 혹은 그룹으로 연결된 감시 및 진단장치가 연결된 태양광 모듈(110)의 전압을 측정하는 단계(S10), 동일한 스트링(100) 내의 각 태양광 모듈(110)에서 측정된 전압을 동일 스트링(100) 내에 배치된 다른 태양광 모듈(110)과 상호 비교하는 단계(S20), 특정 태양광 모듈의 전압이 다른 태양광 모듈의 전압과 미리 설정된 전압차 이상인지를(혹은 전력 변화의 패턴이 미리 설정된 이상 상태인지) 판단하여 태양광 모듈(110)의 이상 유무를 판단하는 단계(S30) 및 상기 판단 결과에 따라 직렬 연결된 복수의 태양광 모듈(110)로 구성되는 단일의 스트링(100)에서 대응되는 태양광 모듈(110)을 바이패스 시키는 단계(S40)를 포함한다. 한편, 바이패스 시 보상부에 의해 바이패스되는 모듈의 예상 발전 전력은 적어도 일정 시간 보상될 수 있으며 전압 강하 수준도 점진적으로 변화될 수 있어 전바이패스에 의한 충격을 최소화할 수 있게 된다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스트링 105: 태양광 모듈 유닛
110: 태양광 모듈 200: 감시 및 진단장치
300: 접속반 400: 인버터
500: 부하 600: 모니터링부
110: 태양광 모듈 200: 감시 및 진단장치
300: 접속반 400: 인버터
500: 부하 600: 모니터링부
Claims (10)
- 인접 태양광 모듈들과 직렬 연결된 스트링에서 미리 설정된 태양광 모듈의 전기적 연결을 선택적으로 바이패스 시키는 릴레이;
상기 미리 설정된 태양광 모듈에 대해 발전 전력 정보를 포함하는 모듈 상태를 측정하는 측정부;
상기 모듈 상태 정보를 통신 선로를 통해 전송하고, 동일한 통신 선로에 연결된 다른 태양광 모듈의 모듈 상태 정보를 수신하는 통신부;
상기 수신된 다른 태양광 모듈의 모듈 상태 정보와 상기 측정부에서 측정된 모듈의 상태 정보를 통해 상기 미리 설정된 태양광 모듈의 이상 유무를 판단하고, 상기 이상 유무의 판단 결과에 따라 상기 릴레이를 동작시켜 상기 미리 설정된 태양광 모듈을 선택적으로 바이패스 시키는 마이크로프로세서; 및
상기 릴레이, 측정부, 통신부 및 마이크로프로세서의 구동전력을 별도의 전원을 통해 제공하는 구동전력 공급부를 포함하되,
상기 미리 설정된 태양광 모듈로부터 전력을 충전하거나 상기 구동전력 공급부의 전력으로부터 상기 미리 설정된 태양광 모듈의 예상 발전 전력에 대응되는 전력을 제공하는 보상부를 더 포함하며,
상기 릴레이 동작에 의해 바이패스가 실시될 경우 상기 보상부가 제공하는 전력이 대체 제공되는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 통신부는 유선 통신 선로와 연결되며, 상기 유선 통신 선로에 포함된 전원선이 상기 구동전력 공급부에 외부 전원을 제공하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는 상기 통신부를 통해 상기 모듈 상태 정보를 원격지의 관리센터에 전달하고, 상기 관리센터로부터 수신되는 제어 신호에 따라 상기 릴레이를 동작시키는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는 측정부를 통해 측정된 태양광 모듈의 상태 정보에 포함된 발전 전력 정보가 수신된 다른 태양광 모듈들의 모듈 상태 정보에 포함된 발전 전력 정보의 평균보다 미리 설정된 범위 이상 차이가 발생할 경우 이상이 발생한 것으로 판단하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서와 연결되어 상기 태양광 모듈의 동작 상태를 표시하는 표시기를 더 포함하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는 수신된 다른 태양광 모듈들의 모듈 상태 정보와 측정부를 통해 측정된 태양광 모듈의 상태 정보를 누적하여 단일 모듈의 상태 변화와 모듈 간 상태 변화 패턴이 기 분류된 패턴에 속하는 지 판단한 후 기 분류된 패턴에 속할 경우 각 분류에 따른 기준으로 릴레이를 제어하고 그 결과를 통신부를 통해 모니터링부 및 인접 감시 및 자가진단 장치에 전송하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 제1항에 있어서,
상기 통신부는 유선 통신, 무선 통신, 전력선 통신 중 적어도 하나의 통신 방식을 지원하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치.
- 동일한 스트링 내에 직렬 연결된 태양광 모듈 중 하나 이상의 선택된 태양광 모듈에 대한 전력을 측정하는 단계;
상기 선택된 태양광 모듈에 대해 측정된 전력 정보를 스트링 단위로 구성된 유무선 선로를 통해 전송하고 스트링 내의 다른 태양광 모듈의 전력 정보를 수신하는 단계;
상기 측정된 태양광 모듈에 대한 전력 정보를 상기 수신된 스트링 내의 다른 태양광 모듈들의 전력 정보와 상호 비교하는 단계;
상기 선택된 태양광 모듈의 전력 정보가 상기 수신된 스트링 내의 다른 태양광 모듈들의 전력 정보와 기준 이상 차이가 발생하거나 누적 변화 상태가 기 설정된 패턴에 속할 경우 상기 선택된 태양광 모듈의 이상을 판단하는 단계; 및
상기 선택된 태양광 모듈의 이상이 판단되면 스트링에서 상기 선택된 태양광 모듈을 바이패스 시키며 보상 전력을 제공하는 단계;를 포함하는 태양광 모듈용 감시 및 진단장치의 구동방법.
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| KR1020130158353A KR101411648B1 (ko) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 태양광 모듈용 감시 및 진단장치와 그의 구동방법 |
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