KR101413692B1 - 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치 - Google Patents

태양광 모니터링 및 컨트롤 장치 Download PDF

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KR101413692B1 KR1020130025855A KR20130025855A KR101413692B1 KR 101413692 B1 KR101413692 B1 KR 101413692B1 KR 1020130025855 A KR1020130025855 A KR 1020130025855A KR 20130025855 A KR20130025855 A KR 20130025855A KR 101413692 B1 KR101413692 B1 KR 101413692B1
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Abstract

본 발명은 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설치된 자연 환경에 제한받지 않는 방수, 방습 설계로 제작되고, 태양광으로 발전하는 태양전지 모듈을 실시간으로 모니터링하여 컨트롤할 수 있는 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양에너지를 흡수하여 전기에너지를 생산하는 직렬로 연결된 복수의 태양전지모듈, 상기 각 태양전지모듈과 직렬로 연결된 전류계로부터의 전류값 및 상기 각 태양전지모듈과 병렬로 연결된 전압계로부터의 전압값을 측정하여 고장여부를 검지하는 검지기, 상기 각 태양전지모듈과 각각 병렬로 연결되어 상기 검지기로부터 상기 각 태양전지모듈의 고장여부에 따라 발생한 제어기의 구동신호에 의해 고장된 태양전지모듈을 전체 회로구성에서 격리하도록 바이패스 연결하는 릴레이, 일출 후에는 상기 태양전지모듈로부터 생산된 전기를 저장하고 일몰 후에는 축전된 전기의 사용을 위해서 DC전력을 제공하는 충전기, 상기 제어기로부터 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 정보를 전송하는 통신기, 제어기의 신호에 의해 주간에는 생산된 전기를 상기 충전기에 공급하고, 야간에는 상기 충전기로부터 컨버터에 전기를 공급하는 입출력선택스위치, 상기 검지기로부터 고장이 검지된 태양전지모듈을 바이패스하여 전기를 상기 충전기에 충전하도록 정상상태에서는 태양전지모듈에 연결된 상기 각 릴레이내 NC단자와 COM단자를 연결시키고, 이상상태에서는 고장이 발생한 태양전지모듈에 연결된 릴레이내 NO단자와 COM단자를 연결시키도록 구동하며, 상기 태양전지모듈 각각에 병렬로 연결되어 있는 릴레이를 제어하는 제어기로 이루어진 제어모듈; 내부에 제어모듈이 실장되고, 관통홀에 수직으로 관통하는 관통스크류로 결합되는 상/하케이스; 상기 상/하케이스의 일측부에 형성되어 상기 제어모듈에 전기적으로 연결되는 단자접점을 포함하고, 상기 단자접점을 보호하기 위해 상기 상/하케이스에 힌지연결되는 "ㄱ" 형상의 커버를 포함하며, 상기 단자접점을 관통하여 외부 단자선을 고정 결합할 수 있는 단자스크류로 이루어진 단자함; 상기 제어모듈의 통신기와 컨버터를 외부로 연장 연결시키기 위하여 상기 상/하케이스의 일측부에 관통되어 형성되는 측면홀; 및 상기 측면홀에 삽입되며, 전단부에 테이퍼진 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 형성되어 커버와 회전결합되고, 중단부에는 일체로 스토퍼부가 형성되며, 후단부는 상기 측면홀의 내측에서 패킹 및 내부조임너트를 조여 체결하고, 통신홀에는 통신 케이블이, 파워홀에는 파워 케이블이 상기 케이블 연장 보호관에 삽입된 후 커버를 회전 결합시키면 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 상기 통신 케이블 및 파워 케이블의 외연부를 막아 방수, 방습 및 방진시키는 케이블 연장 보호관;을 포함하여 구성된다.

Description

태양광 모니터링 및 컨트롤 장치{Monitoring and control device for solar power}
본 발명은 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 설치된 자연 환경에 제한받지 않는 방수, 방습 설계로 제작되고, 태양광으로 발전하는 태양전지 모듈을 실시간으로 모니터링하여 컨트롤할 수 있는 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 것이다.
태양전지모듈은 반도체의 성질을 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 충전기에 충전한다. 이러한 태양전지모듈에서 생산하는 전기는 그 모듈의 크기에 생산하는 전압의 크기가 달라지는데 보다 높은 전압을 생산하기 위해서는 큰 태양전지모듈을 이용하거나 여러 개의 태양전지모듈을 직렬로 연결하여 높은 전압의 전력을 생산한다.
현재 높은 전압을 얻기 위한 크기가 큰 태양전지모듈은 그 비용이 비싸고, 또한 생산된 전압이 상용전원에 미치지 못해 결국 여러 개의 태양전지모듈을 직렬로 연결하여 전기를 생산하는 것이 비용에 있어서나 생산성에 있어 효율적이다.
하지만 상기와 같이 여러 개의 태양전지모듈을 직렬로 연결하여 전기를 집적하여 충전기에 충전함에 있어 직렬로 연결된 각 모듈 중에 일부의 고장이 발생하는 경우 전체 회로상의 고장이 발생하게 되어 결국 다른 태양전지모듈에서 생산한 전기조차 충전기에 집적되지 못하는 문제가 있다.
한편 태양전지모듈은 양호하게 태양광을 전달받기 위해 산이나 들판과 같은 열악한 자연환경에 노출되게 설치되고, 이를 제어하는 컨트롤러도 자연환경에 무방비로 노출된다.
따라서 이러한 컨트롤러 내부 배선의 부식에 의해 수명이 짧아지는 문제점도 있었다.
[특허문헌 0001] 대한민국 등록 특허 10-1043237(집광형 태양전지 모듈, 2011.06.15)
본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 자연환경에 무방비로 노출되는 경우에도 물 또는 습기로 부터 안전하도록 방수/방습 처리된 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 각 태양전지모듈에 전압계 및/또는 전류계를 설치하여 특정 태양전지모듈의 고장이 발생하는 경우에 병렬로 설치된 릴레이를 구동하여 고장이 발생한 태양전지모듈을 바이패스 연결하여 전기를 전송하는 데 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 태양에너지를 흡수하여 전기에너지를 생산하는 직렬로 연결된 복수의 태양전지모듈, 상기 각 태양전지모듈과 직렬로 연결된 전류계로부터의 전류값 및 상기 각 태양전지모듈과 병렬로 연결된 전압계로부터의 전압값을 측정하여 고장여부를 검지하는 검지기, 상기 각 태양전지모듈과 각각 병렬로 연결되어 상기 검지기로부터 상기 각 태양전지모듈의 고장여부에 따라 발생한 제어기의 구동신호에 의해 고장된 태양전지모듈을 전체 회로구성에서 격리하도록 바이패스 연결하는 릴레이, 일출 후에는 상기 태양전지모듈로부터 생산된 전기를 저장하고 일몰 후에는 축전된 전기의 사용을 위해서 DC전력을 제공하는 충전기, 상기 제어기로부터 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 정보를 전송하는 통신기, 제어기의 신호에 의해 주간에는 생산된 전기를 상기 충전기에 공급하고, 야간에는 상기 충전기로부터 컨버터에 전기를 공급하는 입출력선택스위치, 상기 검지기로부터 고장이 검지된 태양전지모듈을 바이패스하여 전기를 상기 충전기에 충전하도록 정상상태에서는 태양전지모듈에 연결된 상기 각 릴레이내 NC단자와 COM단자를 연결시키고, 이상상태에서는 고장이 발생한 태양전지모듈에 연결된 릴레이내 NO단자와 COM단자를 연결시키도록 구동하며, 상기 태양전지모듈 각각에 병렬로 연결되어 있는 릴레이를 제어하는 제어기로 이루어진 제어모듈; 내부에 제어모듈이 실장되고, 관통홀에 수직으로 관통하는 관통스크류로 결합되는 상/하케이스; 상기 상/하케이스의 일측부에 형성되어 상기 제어모듈에 전기적으로 연결되는 단자접점을 포함하고, 상기 단자접점을 보호하기 위해 상기 상/하케이스에 힌지연결되는 "ㄱ" 형상의 커버를 포함하며, 상기 단자접점을 관통하여 외부 단자선을 고정 결합할 수 있는 단자스크류로 이루어진 단자함; 상기 제어모듈의 통신기와 컨버터를 외부로 연장 연결시키기 위하여 상기 상/하케이스의 일측부에 관통되어 형성되는 측면홀; 및 상기 측면홀에 삽입되며, 전단부에 테이퍼진 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 형성되어 커버와 회전결합되고, 중단부에는 일체로 스토퍼부가 형성되며, 후단부는 상기 측면홀의 내측에서 패킹 및 내부조임너트를 조여 체결하고, 통신홀에는 통신 케이블이, 파워홀에는 파워 케이블이 상기 케이블 연장 보호관에 삽입된 후 커버를 회전 결합시키면 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 상기 통신 케이블 및 파워 케이블의 외연부를 막아 방수, 방습 및 방진시키는 케이블 연장 보호관;을 포함하여 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 측면홀에는 방수/방습홀이 더 형성되어 상기 커버의 관통홀에는 멤브레인 처리된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단자함의 커버는 외부 단자선이 통과할 수 있는 터널부가 형성된다.
본 발명에 따르면 직렬로 연결된 복수의 태양전지모듈 중 일부의 태양전지모듈에 오류가 발생하는 경우에도 다른 태양전지모듈의 전력을 충전기에 충전할 수 있도록 함으로써, 전력생산성의 향상을 가져오는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 방수, 방습 설계로 제작되어 설치된 자연 환경에 제한받지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치의 전체적인 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d 는 도 1의 정면도, 평면도, 배면도, 우측면도를 보여주는 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 케이블 연장 보호관의 분해 사시도와 결합도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커버의 형상을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 릴레이컨트롤러의 회로도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 내지 도 2d에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치는 상/하케이스(210, 215)와 단자함(220)으로 구성되어 내부에 방수/방습/방진 처리를 하여 이하에서 설명하는 제어모듈(미도시)을 포함한다.
또한 상/하케이스(210, 215) 내부에는 소정의 제어모듈을 구성하는 각 부품이 실장된 PCB 판이 고정 결합된다.
그리고 상기 상/하케이스(210, 215)는 케이스 관통홀(211)에 수직으로 관통하는 관통스크류(212)로 결합되며, 측면에는 측면홀(241, 242, 243)이 형성된다.
단자함(220)은 상기 상/하케이스(210, 215)의 일측부에 형성되어 상기 제어모듈의 충전기와 제어기 등에서 생성되는 제어 신호 등을 전달 받기 위해 전기적으로 연결되는 단자접점을 포함하고, 상기 단자 접점에 소정의 외부 단자선(L) 등이 연결된다.
또한 상기 단자함(220)은 상기 단자접점을 보호하기 위해 상기 상/하케이스(210, 215)에 힌지연결되는 "ㄱ" 형상의 커버(221)를 포함하며, 상기 단자접점을 관통하여 외부 단자선(L)을 고정 결합할 수 있는 단자스크류(225)로 이루어진다.
상기 측면홀(241, 242, 243)은 상기 제어모듈의 통신기와 컨버터 등에서 전송되는 통신 신호와 전력 신호를 외부로 연장 연결시키기 위하여 상기 상/하케이스(210, 215)의 일측부에 관통되어 형성되는 홀이다.
도 3a와 도 3b에서 보는 바와 같이 케이블 연장 보호관(250)은 상기 측면홀(241, 242, 243)에 내부조임너트(255)를 조여 삽입 고정되도록 나사산이 형성되며, 전단부, 중단부, 및 후단부로 크게 나누어 구성된다.
상기 케이블 연장 보호관(250)은 전단부에 테이퍼진 다수개의 날개부(253a)가 일방향으로 모아져 형성되어 커버(252)와 회전결합되고, 후단부는 상기 측면홀의 내측에서 패킹(254) 및 내부조임너트(255)를 조여 체결하며, 중단부에는 일체로 스토퍼부(253)가 형성되어, 상기 스토퍼부(253)까지만 상기 커버(252)와 내부조임너트(255)가 끼워질 수 있다.
따라서 상기 커버(252)의 관통홀(251)에 케이블이 외부에 노출되더라도 커버(252)를 회전 결합시키면 다수개의 날개부(253a)가 일방향으로 모아져 상기 통신홀(241)에 끼워진 통신 케이블과, 파워홀(242)에 끼워진 파워 케이블의 외연부를 감싸 방수, 방습 및 방진시킬 수 있다.
또한 상기 커버(252)의 관통홀(251)에는 멤브레인 처리된 방수/방습홀(243)이 형성되어 상기 상/하케이스(210, 215)에 침투하는 습기에 따른 PCB 부식 등을 방지할 수 있다.
또한 도 4에서 보는 바와 같이 상기 단자함(220)의 커버(221)는 외부 단자선의 지름과 동일한 크기의 터널부(230)가 형성되어, 힌지홀(221a)과 힌지축(221b)을 통해 상기 커버(221)를 닫으면 외부의 습기와 먼지 등이 차단된다.
한편 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치는 상술한 상/하케이스(210, 215) 내부에 제어모듈이 고정 결합되는 데, 상기 제어모듈에 대하여 이하 자세히 설명한다.
상기 제어모듈은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈(20)과 상기 각 태양전지모듈(20)의 고장여부를 검지하여 상기 태양전지모듈(20)과 병렬로 연결되어 고장된 태양전지모듈을 바이패스 연결하는 릴레이컨트롤러(25)와 상기 검지기(30)로부터 고장이 검지된 태양전지모듈에 대한 정보를 관리자에게 전송하는 통신기(60)와 상기 태양전지모듈(20)로부터 생산된 전기를 저장하는 충전기(70)와 제어기(100)의 신호에 의해 컨버터(90)로 전기 에너지를 공급하여 충전기(70)의 DC전력을 AC전력으로 변환하도록 하거나, 충전기(70)로 전기 에너지를 공급하여 축전하도록 하는 입출력선택스위치(80)와 상기 입출력선택스위치(80)에 연결되어 제어기(100)의 신호에 의해 충전기(70)의 DC전력을 AC전력으로 변환하여 콘센트에 공급하는 컨버터(90)와 유무선의 상기 통신기(60)를 이용하여 관리자에게 통지하며, 고장된 태양전지모듈에 연결된 상기 릴레이(40)를 구동하는 제어기(100)로 이루어진다.
여기에서 상기 통신기(60)와 컨버터(90)가 외부로 연결될 수 있는 신호선(A)과 전력선(B)은 상술한 측면홀 중 통신홀(241)과 파워홀(242)을 통하여 외부에 연결될 수 있다.
상기 태양전지모듈(20)은 태양으로부터 전송되는 에너지를 흡수하여 반도체로 구성된 태양전지를 이용하여 전기에너지를 생산하며, 고압의 전력을 얻기 위하여 직렬로 복수개가 연결되어 상기 제어기(100)로부터 구동신호에 따라 작동한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 릴레이컨트롤러(25)는 검지기(30)와 상기 릴레이(40)를 포함하고, 상기 태양전지모듈(20)과 상기 제어기(100)에 각각 연결되어 상기 태양전지모듈(20)로부터 전송된 전력을 검지기(30)와 릴레이(40)에 전송하고, 상기 검지기(30)로부터 검지된 신호를 상기 제어기(100)에 전송하며, 상기 제어기(100)의 구동신호를 상기 릴레이(40)에 전송한다.
상기 검지기(30)는 상기 태양전지모듈(20)의 고장 등으로 인한 문제를 검지하기 위하여 태양전지모듈에서 생산된 전기를 전송하는 전선에 병렬로 연결된 전압계(31) 및/또는 전선에 직렬로 연결된 전류계(32)를 설치하여 전압 및/또는 전류를 측정한다.
만약 상기 태양전지모듈(20)의 고장이 발생하거나 전선의 오류가 있는 경우에는 상기 전압계(31) 및/또는 전류계(32)로부터 전압 및/또는 전류가 측정되지 않으므로 그 고장여부를 확인할 수 있다.
상기 릴레이(40)는 상기 각 태양전지모듈(20)에 각각 병렬로 연결되어 상기 검지기(30)로부터 상기 태양전지모듈(20)의 일부에 고장이 발생한 경우, 상기 제어기(100)로부터 제어에 의해 구동되어 고장이 발생한 태양전지모듈(20)을 직렬회로에서 제외시킴으로서, 다른 태양전지모듈(20)로부터 생산된 전기를 상기 입출력선택스위치(80)의 선택 전송으로 충전기에 축전시킨다.
이상에서 설명된 본 발명의 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
210 : 상측 케이스 211 : 케이스 관통홀
212 : 관통스크류 215 : 하측 케이스
220 : 단자함 221 : 커버
221a : 힌지홀 221b : 힌지축
230 : 터널부 241 : 통신홀
242 : 파워홀 243 : 방수/방습홀
225 : 단자스크류 250 : 케이블 연장 보호관
253a : 날개부 252 : 커버
253 : 스토퍼부 254 : 패킹
255 : 내부조임너트 251 : 관통홀
20 : 태양전지모듈 25 : 릴레이컨트롤러
30 : 검지기 31 : 전압계
32 : 전류계 40 : 릴레이
60 : 통신기 70 : 충전기
80 : 입출력선택스위치 90 : 컨버터
100 : 제어기

Claims (3)

  1. 태양에너지를 흡수하여 전기에너지를 생산하는 직렬로 연결된 복수의 태양전지모듈, 상기 각 태양전지모듈과 직렬로 연결된 전류계로부터의 전류값 및 상기 각 태양전지모듈과 병렬로 연결된 전압계로부터의 전압값을 측정하여 고장여부를 검지하는 검지기, 상기 각 태양전지모듈과 각각 병렬로 연결되어 상기 검지기로부터 상기 각 태양전지모듈의 고장여부에 따라 발생한 제어기의 구동신호에 의해 고장된 태양전지모듈을 전체 회로구성에서 격리하도록 바이패스 연결하는 릴레이, 일출 후에는 상기 태양전지모듈로부터 생산된 전기를 저장하고 일몰 후에는 축전된 전기의 사용을 위해서 DC전력을 제공하는 충전기, 상기 제어기로부터 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치에 관한 정보를 전송하는 통신기, 제어기의 신호에 의해 주간에는 생산된 전기를 상기 충전기에 공급하고, 야간에는 상기 충전기로부터 컨버터에 전기를 공급하는 입출력선택스위치, 상기 검지기로부터 고장이 검지된 태양전지모듈을 바이패스하여 전기를 상기 충전기에 충전하도록 정상상태에서는 태양전지모듈에 연결된 상기 각 릴레이내 NC단자와 COM단자를 연결시키고, 이상상태에서는 고장이 발생한 태양전지모듈에 연결된 릴레이내 NO단자와 COM단자를 연결시키도록 구동하며, 상기 태양전지모듈 각각에 병렬로 연결되어 있는 릴레이를 제어하는 제어기로 이루어진 제어모듈;
    내부에 제어모듈이 실장되고, 관통홀에 수직으로 관통하는 관통스크류로 결합되는 상/하케이스;
    상기 상/하케이스의 일측부에 형성되어 상기 제어모듈에 전기적으로 연결되는 단자접점을 포함하고, 상기 단자접점을 보호하기 위해 상기 상/하케이스에 힌지연결되는 "ㄱ" 형상의 커버를 포함하며, 상기 단자접점을 관통하여 외부 단자선을 고정 결합할 수 있는 단자스크류로 이루어진 단자함;
    상기 제어모듈의 통신기와 컨버터 연결선을 외부로 연장시키기 위하여 상기 상/하케이스의 일측부에 관통되어 형성되는 측면홀; 및
    상기 측면홀에 삽입되며, 전단부에 테이퍼진 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 형성되어 커버와 회전결합되고, 중단부에는 일체로 스토퍼부가 형성되며, 후단부는 상기 측면홀의 내측에서 패킹 및 내부조임너트를 조여 체결하고, 통신홀에는 통신 케이블이, 파워홀에는 파워 케이블이 상기 케이블 연장 보호관에 삽입된 후 커버를 회전 결합시키면 다수개의 날개부가 일방향으로 모아져 상기 통신 케이블 및 파워 케이블의 외연부를 막아 방수, 방습 및 방진시키는 케이블 연장 보호관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면홀에는 방수/방습홀이 더 형성되어 상기 커버의 관통홀에는 멤브레인 처리가 되는 것을 특징으로 하는 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단자함의 커버는 외부 단자선이 통과할 수 있는 터널부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모니터링 및 컨트롤 장치.
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