KR101470349B1 - 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템은 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이와 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하는 접속반과 상기 접속반에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터와 상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 장치를 포함하되, 상기 접속반은, 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 상기 인버터로 공급되는 입력전류와 상기 인버터를 통과하여 출력되는 출력전류를 비교하여 지락 및 누설 전류를 검출하는 누설전류 검출 센서와 지락 및 누설 전류 발생에 따라 유도되는 유기 전압을 증폭하는 증폭기 및 증폭된 유기 전압을 입력 신호로 하여 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치를 포함한다. 본 발명에 의하면 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 시스템에서 발생하는 지락 및 누설전류를 정확히 검출 할 수 있다. 또한, 지락 및 누설전류가 발생하면 태양광 발전 시스템 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있다.

Description

지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템{PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM EQUIPPED WITH APPARATUS HAVING A FUNCTION OF DETECTING GROUNDING OR THE LEAKAGE CURRENT}
본 발명은 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 발생하는 지락 및 누설 전류를 감지하여 태양광 발전 시스템을 자동으로 정지하는 장치와 이를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 산업이 증가함에 따라 태양광 발전 시스템의 안전한 운영과 더불어 효율적으로 관리하는 방법에 관한 연구가 증가 하고 있다.
이와 관련하여 한국등록특허 제10-0983236호(이하, '236호 특허'라고 함)는 태양광발전의 지락 및 누전 등의 이상 검출 및 보호 기능을 갖는 지능관리형 태양광 발전 시스템을 개시하고 있다.
236호 특허에 개시되어 있는 태양광발전의 지락 및 누전 등의 이상 검출 및 보호 기능을 갖는 지능관리형 태양광 발전 시스템은 태양 전지 어레이의 지락 및 누전을 검출하고, 낙뢰로부터 시스템을 보호하고, 시스템의 이상 여부를 실시간으로 진단할 수 있는 지능형 관리 시스템을 가짐으로서, 발전 효율을 증가시키는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 그러나 이러한 태양광발전의 지락 및 누전 등의 이상 검출 및 보호 기능을 갖는 지능관리형 태양광 발전 시스템은 각각의 태양 전지 어레이 스트링에서 전압을 검출하여 지락 및 누전 발생을 검출하기 때문에 태양 전지 어레이 스트링마다 전압검출기를 설치해야 한다. 따라서 상당한 설치비용과 관리비용이 발생한다. 또한, 전압 검출기를 통한 지락 및 누전 검출은 감도가 낮아 신속하고 정확한 검출이 어렵다. 따라서 지락 및 누전 발생시 빠른 안전성 확보가 어렵고 인명사고가 발생할 수 있다. 즉, 지락 및 누설 전류에 취약할 수밖에 없다.
한국등록특허 제10-0983236호.
따라서 본 발명은 태양광 발전 시스템에서 발생하는 지락 및 누설전류를 정확히 검출 할 수 있는 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 지락 및 누설전류가 발생하면 태양광 발전 시스템 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이와 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하는 접속반과 상기 접속반에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터와 상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템을 포함하되, 상기 접속반은, 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 상기 인버터로 공급되는 입력전류와 상기 인버터를 통과하여 출력되는 출력전류를 비교하여 지락 및 누설 전류를 검출하는 누설전류 검출 센서와 지락 및 누설 전류 발생에 따라 유도되는 유기 전압을 증폭하는 증폭기 및 증폭된 유기 전압을 입력 신호로 하여 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 누설전류 검출센서 및 증폭기는, 지락 및 누설전류 검출 감도를 높이기 위해, 적어도 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결되어 규정 값을 초과한 직류 전류가 인입되면 단락되는 퓨즈 및 상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 퓨즈의 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 역전압 방지부 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값과 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값과 상기 스위치의 동작 상태를 상기 모니터링 장치로 전송하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이와 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하는 접속반과 상기 접속반에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터와 상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템을 포함하되, 상기 접속반은, 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 상기 인버터로 공급되는 입력전류를 측정하는 입력전류 측정부와 상기 입력전류가 상기 인버터를 통과하여 상기 복수의 태양 전지 어레이로 흐르는 출력전류를 측정하는 출력전류 측정부와 상기 입력전류 측정부와 상기 출력전류 측정부에서 측정되는 측정값을 비교하여 지락 및 누설전류 발생 여부를 검출하는 비교기 및 지락 및 누설전류 발생할 경우, 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 과전류 차단스위치 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결되어 규정 값을 초과한 직류 전류가 인입되면 단락되는 퓨즈 및 상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 퓨즈의 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값과 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값과 상기 과전류 차단스위치의 동작 상태를 상기 모니터링 장치로 전송하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 시스템에서 발생하는 지락 및 누설전류를 정확히 검출 할 수 있다.
또한, 본 발명은 지락 및 누설전류가 발생하면 태양광 발전 시스템 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 지락 및 누설전류 검출장치의 동작 양상을 설명하기 위한 간략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 6 및 도 7은 지락 및 누설전류 검출에 따른 태양광 발전 시스템 작동을 중단시키는 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템(100)의 구성도이며, 도 2 및 도 3은 지락 및 누설전류 검출장치의 동작 양상을 설명하기 위한 간략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템(100)은 병렬로 연결된 복수의 태양 전지 어레이(110), 각각의 태양 전지 어레이(110)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(130)로 공급하는 접속반(120), 공급받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(130) 및 태양광 발전 시스템(100)의 전체 동작 상태를 모니터링 하는 모니터링 장치(140)를 포함한다.
도 1에 따르면, 복수의 태양 전지 어레이(110)는 병렬로 연결된다. 이 태양 전지 어레이(110)는 소정의 출력전압을 만족하기 위해 복수의 태양전지 모듈이 직렬 연결되고 하나로 합쳐진 회로이다. 또한 각각의 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀들이 직렬로 연결되어 있다.
태양 전지 어레이(110)는 직류 전압을 생성하고 전류를 발생 시킨다. 발생된 전류는 태양 전지 어레이(110), 접속반(120) 및 인버터(130) 사이의 폐회로를 따라 흐른다. 태양 전지 어레이(110)에서 발생된 전류는 인버터(130)로 공급되는 입력전류 및 인버터(130)를 통과하여 출력되는 출력전류로 구분할 수 있다.
접속반(120)은 복수의 태양 전지 어레이(110)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(130)로 공급한다. 접속반(120)은 태양 전지 어레이(110)의 각 출력단마다 직렬로 연결된 퓨즈(121), 각 퓨즈(121)에 직렬로 연결된 역전압 방지부(122), 역전압 방지부(122)의 출력단에 연결된 누설전류 검출센서(125), 누설전류 검출센서(125)에 유도된 유기 전압을 증폭하는 증폭기(126), 누설전류 검출센서(125)의 출력단에 연결된 스위치(128)을 포함한다.
또한, 접속반(120)은 퓨즈(121)와 역전압 방지부(122) 사이의 전압을 측정하는 전압 측정부(123), 역전압 방지부(122)의 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부(124), 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130) 사이의 상태를 외부의 모니터링 장치(140)로 전송하는 제어 장치(127)를 포함 한다.
퓨즈(121)는 복수의 태양 전지 어레이(110)의 각 출력단에 직렬로 연결된다. 퓨즈(121)는 규정 값을 초과한 직류 전류가 인입되면 단락될 것이다. 따라서 퓨즈(121)는 과전류가 접속반(120)에 인입되는 것을 방지하여 접속반(120)의 회로를 보호한다.
역전압 방지부(122)는 태양 전지 어레이(110)를 개별적으로 보호하기 위해서 각각의 퓨즈(121)에 직렬로 연결된다. 역전압 방지부(122)는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하고 역 방향으로는 흐르지 못하게 한다. 따라서 역전압 방지부(122)는 비정상적인 전류의 흐름으로부터 태양 전지 어레이(110)를 보호한다.
전압 측정부(123)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 퓨즈(121)와 역전압 방지부(122) 사이의 개별 전압을 측정한다. 전압 측정부(123)에서 측정된 각각의 전압 값은 제어 장치(127)를 통해 모니터링 장치(140)로 전송된다. 관리자는 모니터링 장치(140)로 전송된 각각의 전압 값을 모니터링 하여 각 태양 전지 어레이(110)별 발전량을 감시할 수 있다. 따라서 태양광 발전 시스템(100)의 이상 여부 및 발전량을 실시간으로 확인할 수 있다. 또한 각각의 퓨즈(121)의 단락 여부와 각각의 역전압 방지부(122)의 이상 여부도 판단 할 수 있다.
전류 측정부(124)는 역전압 방지부(122)의 출력단 전류를 측정한다. 전류 측정부(124)에서 측정된 전류 값은 제어 장치(127)를 통해 모니터링 장치(140)로 전송된다.
누설전류 검출센서(125)는 인버터(130)로 공급되는 입력전류와 인버터(130)를 통과하여 출력되는 출력전류간의 전류차이에 따라 발생하는 자속을 측정하여 지락 및 누설전류를 검출한다. 도 2의 지락 및 누설전류 검출장치의 동작 양상을 설명하기 위한 간략도를 통해 구체적으로 설명하자면, 태양 전지 어레이(110)는 직류 전압을 생성하고 전류를 발생 시킨다. 발생된 전류는 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130) 사이의 폐회로를 따라 흐른다. 발생된 전류는 인버터(130)로 공급되는 입력전류 및 인버터(130)를 통과하여 출력되는 출력전류로 구분할 수 있다.
여기서, 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130) 사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 없다면 입력전류와 출력전류는 동일하고 누설전류 검출센서(125)의 주위에 자속이 발생하지 않는다. 그러나 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130)사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 있다면 입력전류와 출력전류는 다르고 누설전류 검출센서(125)의 주위에 자속이 발생한다. 따라서 누설전류 검출센서(125)는 이 자속의 발생 여부로 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130)사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 발생한 것을 검출한다.
누설전류 검출센서(125)는 누설전류 검출센서(125)의 주위에 발생한 자속을 통해 유기 전압을 유도한다. 증폭기(126)는 유도된 유기 전압을 증폭한다. 증폭된 전압은 제어 장치(127)를 통해 스위치(128)를 단절시켜 폐회로를 차단한다. 또한 제어 장치(127)는 지락 및 누설전류 발생에 따라 스위치(128)를 단절시킨 정보를 모니터링 장치(140)로 전송한다. 따라서 지락 및 누설 전류발생시 태양광 발전 시스템(100)을 신속하게 정지하여 안전성 확보가 가능하다. 또한, 태양광 발전 시스템(100)을 지락 및 누설전류로부터 보호할 수 있다.
제어 장치(127)는 전압 측정부(123)에서 측정된 전압 값, 전류 측정부(124)에서 측정된 전류 값, 스위치(128)의 동작 상태 등의 정보를 외부의 모니터링 장치(140)로 전송한다. 도시 되지는 않았지만 접속반(120) 내부에 화재발생 경보기, 동작 감지센서 등을 추가하여 모니터링 장치(140)에서 감시하는 것도 가능할 것이다. 또한 제어 장치(127)는 모니터링 장치(140)의 제어 신호에 따라 스위치(128)의 온오프 동작을 제어한다.
인버터(130)는 접속반(120)을 통해 복수의 태양 전지 어레이(110)로부터 생성된 직류 전압을 공급 받는다. 인버터(130)는 공급받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다. 인버터(130)에서 변환된 교류 전압은 교류 전압을 사용하는 부하에 공급된다.
모니터링 장치(140)는 외부에서 태양광 발전 시스템(100)의 동작 상태 및 이상 유무를 모니터링 한다. 모니터링 장치(140)는 접속반(120)에 설치된 제어장치(127)로부터 전송되는 정보와 인버터(130)로부터 전송되는 정보를 종합하여 감시하고 관리자가 원격으로 파악할 수 있게 해준다. 즉, 태양광 발전 시스템(100)의 전반적인 동작 상태를 감시한다.
모니터링 장치(140)는 복수개로 구성된 접속반(120)과 복수개로 구성된 인버터(130)를 광범위하게 관리하는 것도 가능하다. 모니터링 장치(140)는 현재의 발전량, 누적량, 각 접속반(120)의 동작정보, 각 인버터(130)의 동작 정보, 비정상 상황 발생 신호 등과 같은 정보를 관리자에게 제공한다. 관리자는 제공되는 정보로 현재 동작 상태를 파악하고 관리할 수 있다. 따라서 관리자는 비정상 동작에 따른 신속한 복구와 유사 사고 재발을 예방할 수 있다.
모니터링 장치(140)는 무선 단말과 통신망을 통해 연결되어 있다(미도시). 관리자는 무선 단말을 통해 태양광 발전 시스템(100)의 실시간 상태를 외부에서도 체크할 수 있다. 또한 지락 및 누설전류가 발생하여 태양광 발전 시스템(100)이 운전을 멈추면, 모니터링 시스템(140)은 관리자의 무선 단말에 이상 발생 메시지를 통보한다.
상기와 같은 구성으로 지락 및 누전 발생시 태양광 발전 시스템(100) 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있다. 또한 태양광 발전 시스템(100)의 이상 여부를 신속하게 판단하여 관리하므로 태양광 발전 시스템(100)의 관리 효율을 향상할 수 있다.
본 실시예에서는 누설전류 검출센서(125)와 증폭기(126)로 이루어진 일단을 단일로 구성하였다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 지락 및 누설전류 검출 감도를 높이기 위해 누설전류 검출센서(125)와 증폭기(126)로 이루어진 일단을 적어도 하나 이상으로 구성할 수 있다. 또한, 누설전류 검출센서(125)와 증폭기(126)로 이루어진 일단을 일정거리 이격하여 복수개 설치하되, 필요에 따라 설치된 복수개중 어느 일단만 사용하여 스위치(128)를 단절시켜 폐회로를 차단하거나, 복수개 모두 사용하여 스위치(128)를 단절시켜 폐회로를 차단하는 것도 가능하다. 따라서 누설전류 검출센서(125)의 고장 또는 오작동을 방지하는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 감지하여 보호기능을 갖는 태양광 발전 시스템(200)의 구성도이다. 도 4에서 도시된 구성에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템(200)은 병렬로 연결된 복수의 태양 전지 어레이(210), 각각의 태양 전지 어레이(210)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(230)로 공급하는 접속반(220), 공급받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(230) 및 태양광 발전 시스템(200)의 전체 동작 상태를 감시하는 모니터링 장치(240)를 포함한다.
접속반(220)은 복수의 태양 전지 어레이(210)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(230)로 공급한다. 접속반(220)은 태양 전지 어레이(210)의 각 출력단마다 직렬로 연결된 퓨즈(221), 각 퓨즈(121)에 직렬로 연결된 역전압 방지부(222), 인버터(230)로 공급되는 전류를 측정하는 입력전류 측정부(224), 인버터(230)를 통과하여 태양 전지 어레이(210)로 흐르는 전류를 측정하는 출력전류 측정부(225), 입력전류 측정부(224)와 출력전류 측정부(225)의 측정값을 비교하는 비교기(226), 인버터(230)의 전단에 연결된 과전류 차단스위치(228)를 포함한다.
또한, 접속반(120)은 퓨즈(221)와 역전압 방지부(222) 사이의 각 전압을 측정하는 전압 측정부(223), 태양 전지 어레이(210)와 인버터(230) 사이의 상태를 외부의 모니터링 장치(240)로 전송하는 제어 장치(227)를 포함 한다.
태양 전지 어레이(210)에서 발생된 전류는 태양 전지 어레이(210), 접속반(220) 및 인버터(230) 사이의 폐회로를 따라 흐른다. 발생된 전류는 인버터(230)로 공급되는 입력전류 및 인버터(230)를 통과하여 출력되는 출력전류로 구분할 수 있다.
입력전류 측정부(224)는 태양 전지 어레이(210)에서 인버터(230)로 공급되는 입력전류를 측정하고, 출력전류 측정부(225)는 인버터(230)를 통과하여 복수의 태양 전지 어레이(210)로 흐르는 출력전류를 측정한다.
비교기(226)는 입력전류 측정부(224)와 출력전류 측정부(225)에서 측정되는 측정값을 비교하여 지락 및 누설전류 여부를 검출한다. 구체적으로 설명하자면, 태양 전지 어레이(210)에서 발생된 전류는 태양 전지 어레이(210), 접속반(220) 및 인버터(230) 사이의 폐회로를 따라 흐른다. 이 폐회로에서 누설되는 전류가 없다면 입력전류와 출력전류는 동일해야 한다. 그러나 이 폐회로에서 누설되는 전류가 있다면 입력 전류와 출력전류는 동일하지 않게 된다. 따라서 비교기(226)는 입력전류와 출력전류를 비교하여 동일하지 않으면 제어 장치(227)로 지락 및 누설전류 발생 신호를 전송한다. 또한, 제어 장치(227)은 과전류 차단스위치(228)를 단절하여 폐회로를 차단한다.
과전류 차단스위치(228)는 태양 전지 어레이(210), 접속반(220) 및 인버터(230) 사이의 폐회로에 규정 값을 초과한 전류가 흐르면 자동으로 폐회로를 차단한다. 또한 과전류 차단스위치(228)는 제어 장치(227)의 단절 신호에 따라 폐회로를 차단할 수 있다.
제어 장치(227)는 비교기(226)와 연결되어 있다. 비교기(226)로부터 지락 및 누설전류 발생 신호를 전송받으면, 제어 장치(227)는 과전류 차단스위치(228)를 즉각 단절시켜 폐회로를 차단한다. 따라서 지락 및 누설 전류발생시 태양광 발전 시스템(200)을 신속히 정지하여 안전성 확보가 가능하다. 또한, 태양광 발전 시스템(200)을 지락 및 누설전류로부터 보호할 수 있다.
또한 제어 장치(227)는 전압 측정부(223)에서 측정된 전압, 입력전류 측정부(224)에서 측정된 입력전류, 출력전류 측정부(225)에서 측정된 출력 전류 및 과전류 차단스위치(228)의 동작 상태를 외부의 모니터링 장치(240)로 전송한다.
모니터링 장치(240)는 태양광 발전 시스템(200)의 동작 상태 및 이상 유무를 모니터링 한다. 모니터링 장치(240)는 제어장치(227)로부터 전송되는 정보와 인버터(230)로부터 전송되는 정보를 종합하여 감시하고 관리자가 원격으로 파악할 수 있게 해준다. 즉, 태양광 발전 시스템(200)의 전반적인 동작 상태를 감시한다.
모니터링 장치(240)는 복수개로 구성된 접속반(220)과 복수개로 구성된 인버터(230)를 광범위하게 관리하는 것도 가능하다. 모니터링 장치(240)는 현재의 발전량, 누적량, 각 접속반(220)의 동작정보, 각 인버터(230)의 동작 정보, 비정상 상황 발생 신호 등과 같은 정보를 관리자에게 제공한다. 관리자는 모니터링 장치(240)에서 제공되는 정보로 동작 상태를 파악하고 관리할 수 있다. 따라서 관리자는 비정상 동작에 따른 신속한 복구와 유사 사고 재발을 예방할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 지락 및 누전 발생시 태양광 발전 시스템(200)을 신속하게 정지하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있다. 또한 태양광 발전 시스템(200)의 이상 여부를 신속하게 판단하여 관리하므로 태양광 발전 시스템(200)의 관리 효율을 향상할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지락 및 누설전류를 감지하여 보호기능을 갖는 태양광 발전 시스템(300)의 구성도이다. 도 5에서 도시된 구성에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 태양광 발전 시스템(300)은 병렬로 연결된 복수의 태양 전지 어레이(310), 각각의 태양 전지 어레이(310)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(330)로 공급하는 접속반(320), 공급받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(330), 외부의 기상 상태를 관측하는 기상 관측반(340) 및 태양광 발전 시스템(300)의 전체 동작 상태를 감시하는 모니터링 장치(350)을 포함한다.
접속반(320)은 복수의 태양 전지 어레이(310)에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터(330)로 공급한다. 접속반(320)은 복수의 태양 전지 어레이(310) 출력단에 연결된 역전압 방지부(321), 역전압 방지부(321)의 출력단에 연결된 누설전류 검출센서(323), 누설전류 검출센서(323)에 유도된 유기 전압을 증폭하는 증폭기(324), 누설전류 검출센서(323)의 출력단에 연결된 과전류 차단스위치(325)를 포함한다.
또한, 접속반(320)은 역전압 방지부(321)의 입력단과 출력단에서 각각의 전압과 전류를 측정하는 전압 전류 측정부(322), 태양 전지 어레이(310)와 인버터(330) 사이의 상태를 외부의 모니터링 장치(350)로 전송하는 제어장치(326)를 포함 한다.
전압 전류 측정부(322)는 역전압 방지부(321)의 입력단과 출력단의 각각의 전압과 전류를 측정한다. 측정된 전압 값과 전류 값은 제어장치(326)를 통해 모니터링 장치(350)로 전송된다. 관리자는 모니터링 장치(350)로 전송된 전압 값과 전류 값을 통해 태양광 발전 시스템(300)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
누설전류 검출센서(323)는 인버터(330)로 공급되는 입력전류와 인버터(330)를 통과하여 출력되는 출력전류간의 전류차를 비교하여 지락 및 누설전류 여부를 검출한다. 태양 전지 어레이(310)는 직류 전압을 생성하고 전류를 발생 시킨다. 발생된 전류는 태양 전지 어레이(310)와 인버터(330) 사이의 폐회로를 따라 흐른다. 발생된 전류는 인버터(330)로 공급되는 입력전류 및 인버터(330)를 통과하여 출력되는 출력전류로 구분할 수 있다.
여기서, 태양 전지 어레이(310)와 인버터(330) 사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 없다면 입력전류와 출력전류는 동일하고 누설전류 검출센서(323)의 주위에 자속이 발생하지 않는다. 그러나 태양 전지 어레이(310)와 인버터(330)사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 있다면 입력전류와 출력전류는 다르고 누설전류 검출센서(323)의 주위에 자속이 발생한다. 따라서 누설전류 검출센서(323)는 이 자속의 발생 여부로 태양 전지 어레이(310)와 인버터(330)사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 발생한 것을 검출한다.
누설전류 검출센서(323)의 주위에 발생한 자속은 유기 전압을 유도한다. 증폭기(324)는 유도된 유기 전압을 증폭한다. 증폭된 전압은 제어 장치(326)을 통해 과전류 차단스위치(325)를 단절시켜 폐회로를 차단한다. 또한 제어 장치(326)는 지락 및 누설전류 발생에 따라 과전류 차단스위치(325)를 단절시킨 정보를 모니터링 장치(350)로 전송한다. 따라서 지락 및 누설 전류발생시 태양광 발전 시스템(300)을 신속하게 정지하여 안전성 확보가 가능하다. 또한, 태양광 발전 시스템(300)을 지락 및 누설전류로부터 보호할 수 있다.
본 실시예에서는 누설전류 검출센서(323)와 증폭기(324)로 이루어진 일단을 단일로 구성하였다. 그러나, 지락 및 누설전류 검출 감도를 높이기 위해 누설전류 검출센서(323)와 증폭기(324)로 이루어진 일단을 적어도 하나 이상으로 구성할 수 있다. 또한, 누설전류 검출센서(323)와 증폭기(324)로 이루어진 일단을 일정거리 이격하여 복수개 설치하되, 필요에 따라 설치된 복수개중 어느 일단만 사용하여 과전류 차단스위치(325)를 단절시켜 폐회로를 차단하거나, 복수개 모두 사용하여 과전류 차단스위치(325)를 단절시켜 폐회로를 차단하는 것도 가능하다. 따라서 누설전류 검출센서(323)의 고장 또는 오작동을 방지하는 효과가 있다.
기상 관측반(340)은 태양 전지 어레이(310)가 설치된 지역 주변에 설치된다. 바람직하게는 복수의 태양 전지 어레이(310)가 설치된 장소의 중심부가 될 것이다. 기상 관측반(340)은 내부에 온도 센서(341)와 일사량 센서(342)를 포함한다. 또한 필요에 따라 다양한 센서를 포함할 수 있다.
기상 관측반(340)은 실시간 기상 정보를 취득하고, 취득된 정보를 데이터화 하여 모니터링 장치(350)로 전송한다. 예를 들면 온도 정보 데이터, 일사량 정보 데이터 등이 될 수 있다. 또한 영상 장비를 추가하여 태양 전지 어레이(310)가 설치된 지역을 실시간 영상으로 확인 할 수도 있다.
모니터링 장치(350)는 태양 전지 어레이(310), 접속반(320),인버터(330) 및 기상관측반(340)의 동작 상태 및 이상 유무를 모니터링 한다. 모니터링 장치(350)는 제어장치(326)로부터 전송되는 정보와 인버터(330)로부터 전송되는 정보를 종합하여 감시하고 관리자가 원격으로 파악할 수 있게 해준다. 즉, 태양광 발전 시스템(300)의 전반적인 동작 상태를 감시한다.
상기와 같은 구성으로 지락 및 누전 발생시 태양광 발전 시스템(300)을 신속하게 정지하여 안전성 확보가 가능하고 이에 따라 인명사고의 위험을 사전에 예방할 수 있다. 또한 모니터링 장치(350)을 통해 태양광 발전 시스템(300)의 이상 여부를 신속하게 판단하여 관리하므로 태양광 발전 시스템(300)의 관리 효율을 향상할 수 있다. 또한, 외부의 기상정보를 수집하여 외부 기상 변동에 따른 태양 전지 어레이(310)에서 생성되는 직류 전압량을 산정하고 비교함으로써 태양광 발전 시스템(300)의 이상 여부를 판단 할 수도 있다.
도 6 및 도 7은 지락 및 누설전류 검출에 따른 태양광 발전 시스템 작동을 중단시키는 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 흐름도로서, 누설전류 검출센서(125)는 주위에 발생하는 자속을 측정한다(S100). 누설전류 검출센서(125)는 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130) 사이의 폐회로에서 발생하는 자속을 측정한다. 구체적으로 설명하자면, 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130) 사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 없다면 입력전류와 출력전류는 동일하고 누설전류 검출센서(125)의 주위에 자속이 발생하지 않는다. 그러나 태양 전지 어레이(110)와 인버터(130)사이의 폐회로에서 지락 및 누설전류가 있다면 입력전류와 출력전류는 다르고 누설전류 검출센서(125)의 주위에 자속이 발생한다.
누설전류 검출센서(125)를 통해 측정된 자속으로부터 유기 전압이 유도된 경우(S110), 증폭기(126)는 유도된 유기 전압을 증폭한다(S120).
제어 장치(127)는 증폭된 전압에 의해 스위치(128)를 단절시켜 폐회로를 차단한다(S130). 따라서 지락 및 누설 전류발생시 태양광 발전 시스템(100) 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동작 흐름도로서, 입력전류 측정부(224)는 태양 전지 어레이(210)에서 인버터(230)로 공급되는 입력전류를 측정하고, 출력전류 측정부(225)는 인버터(230)를 통과하여 복수의 태양 전지 어레이(210)로 흐르는 출력전류를 측정한다(S200).
다음으로, 비교기(226)는 입력전류 측정부(224)와 출력전류 측정부(225)에서 측정되는 측정값을 비교하여 측정된 입력전류 및 출력전류가 동일한지 판단한다(S210). 측정된 입력전류 및 출력전류가 동일하지 않으면, 비교기(226)는 제어 장치(227)로 지락 및 누설전류 발생 신호를 전송한다(S220).
제어 장치(227)는 전송 받은 신호를 토대로 과전류 차단스위치(228)를 단절하여 태양광 발전 시스템(200)의 폐회로를 차단한다(S230). 따라서 지락 및 누설 전류발생시 태양광 발전 시스템(200) 작동을 신속하게 중단하여 안전성 확보가 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100
110 : 태양 전지 어레이 120 : 접속반
121 : 퓨즈 122 : 역전압 방지부
123 : 전압 측정부 124 : 전류 측정부
125 : 누설전류 검출센서 126 : 증폭기
127 : 제어 장치 128 : 스위치
130 : 인버터 140 : 모니터링 장치
200
210 : 태양 전지 어레이 220 : 접속반
221 : 퓨즈 222 : 역전압 방지부
223 : 전압 측정부 224 : 입력전류 측정부
225 : 출력전류 측정부 226 : 비교기
227 : 제어 장치 228 : 과전류 차단스위치
230 : 인버터 240 : 모니터링 장치
300
310 : 태양 전지 어레이 320 : 접속반
321 : 역전압 방지부 322 : 전압 전류 측정부
323 : 누설전류 검출센서 324 : 증폭기
325 : 과전류 차단스위치 326 : 제어 장치
330 : 인버터 340 : 기상 관측반
341 : 온도 센서 342 : 일사량 센서
350 : 모니터링 장치

Claims (12)

  1. 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이;
    상기 복수의 태양 전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하는 접속반;
    상기 접속반에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터;
    상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 장치;
    을 포함하되,
    상기 접속반은, 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 상기 인버터로 공급되는 입력전류와 상기 인버터를 통과하여 출력되는 출력전류를 비교하여 지락 및 누설 전류를 검출하는 누설전류 검출 센서;
    지락 및 누설 전류 발생에 따라 유도되는 유기 전압을 증폭하는 증폭기; 및
    증폭된 유기 전압을 입력 신호로 하여 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누설전류 검출센서 및 증폭기는,
    지락 및 누설전류 검출 감도를 높이기 위해, 적어도 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결되어 규정 값을 초과한 직류 전류가 인입되면 단락되는 퓨즈;
    상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 퓨즈의 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 역전압 방지부 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값과 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값과 상기 스위치의 동작 상태를 상기 모니터링 장치로 전송하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  7. 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이;
    상기 복수의 태양 전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하는 접속반;
    상기 접속반에서 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터;
    상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 장치;
    을 포함하되,
    상기 접속반은, 상기 복수의 태양 전지 어레이에서 상기 인버터로 공급되는 입력전류를 측정하는 입력전류 측정부;
    상기 입력전류가 상기 인버터를 통과하여 상기 복수의 태양 전지 어레이로 흐르는 출력전류를 측정하는 출력전류 측정부;
    상기 입력전류 측정부와 상기 출력전류 측정부에서 측정되는 측정값을 비교하여 지락 및 누설전류 발생 여부를 검출하는 비교기; 및
    지락 및 누설전류가 발생할 경우, 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 과전류 차단스위치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결되어 규정 값을 초과한 직류 전류가 인입되면 단락되는 퓨즈;
    상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 퓨즈의 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압 값과 상기 전류 측정부에서 측정된 전류 값과 상기 과전류 차단스위치의 동작 상태를 상기 모니터링 장치로 전송하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 어레이 주변에 설치되어 기상 정보를 취득하고, 취득된 정보를 데이터화 하여 상기 모니터링 장치로 전송하는 기상 관측반을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기상 관측반을 통해 취득하는 정보는,
    온도 정보와 일사량 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 및 누설 전류를 검출하는 장치를 구비한 태양광 발전 시스템.
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