KR101478019B1 - 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광발전장치기 설치되어 있는 지역의 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량을 감지하고, 감지된 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량 정보와 함께 태양광 발전량을 제공하여 기상 데이터와 태양광 발전량과의 상관관계를 분석하여 태양광발전장치의 작동상태를 모니터링하고 이상여부를 관리하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템에 관한 것으로, 태양광발전장치와 근접한 거리에 설치되며, 상기 태양광발전장치의 주변 기상 상태를 감지하여 출력하는 기상상태 감지부, 기상상태 감지부로부터 출력되는 태양광발전장치의 주변 기상상태 감지정보를 수신받아 태양광발전장치의 발전량과 함께 출력하는 중앙처리장치 및 중앙처리장치에서 출력되는 기상상태 감지정보 및 발전량을 저장하고, 미리 저장되어 있는 기상상태에 따른 발전량과 비교하여 태양광발전장치를 이루는 복수개의 태양광 모듈의 발전효율을 분석하며, 분석결과로 복수개의 태양광 모듈의 작동상태 이상유무를 알려주는 모니터링 시스템을 포함한다. 이에 따라 태양광 발전량을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 태양광 발전장비의 이상 유무확인을 신속하게 할 수 있으며, 태양광 발전장비에 이상이 발생하는 관리자를 통해 신속하게 수리할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템{PV monitoring and control management system}

본 발명은 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템에 관한 것으로, 특히 태양광발전장치기 설치되어 있는 지역의 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량을 감지하고, 감지된 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량 정보와 함께 태양광 발전량을 제공하여 기상 데이터와 태양광 발전량과의 상관관계를 분석하여 태양광발전장치의 작동상태를 모니터링하고 이상여부를 관리하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템에 관한 것이다.

태양광 발전 (photovoltaic power generation)은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 발전 방법으로서, 여러개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생산하게 된다.

재생가능 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 태양 전지와 태양전지 어레이의 생산도 크게 늘어나고 있는 추세이며, 현재는 계통연계형으로 태양광 발전 시스템을 구축하고 있는 실정이다.

나아가서 태양광 전기에 대한 특혜적인 기준가격 의무구매제와 요금상계제 같은 재정적인 장려 정책을 호주, 독일, 이스라엘, 일본 및 미국을 포함한 많은 나라에서 지원함으로써 태양광 발전 설비의 설치를 확대하고 있다.

이와 같은 태양광 발전은, 반영구적으로 활용할 수 있고, 태양 전지를 사용해서 유지 보수가 간편하며, 무공해ㆍ무진장의 태양 에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체 에너지원으로 각광받고 있다.

도 1은 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 태양광 발전 시스템은 복수개의 태양광 전지셀이 모여 하나의 태양광 전지모듈(PVmodule)(10a, 10b,...10n)을 형성하고 복수개의 태양광 전지모듈이(10a,10b,...10n)이 직렬로 연결되어 하나의 태양전지 어레이(PV array)(10)를 형성한다. 복수개의 태양광 전지모듈(10a, 10b,...10n)이 직렬 연결되어 형성된 태양전지 어레이(10, 20)는 접속반(40a, 40b,...40n)에 연결되며, 각각의 태양전지 어레이(10, 20)에 연결된 접속반(40a, 40b,...40n)들은 다시 인버터(50)로 연결된다.

태양광 발전 시스템에서 각각의 태양광 전지 모듈(10a,10b,...10n)에서 생산된 DC 전력은 접속반(40a)에서 통합되며, 인버터(50)에서 DC 전력이 AC 전력으로 변환되고 변압기/배전반(미도시)에서 승압되어 배전선(미도시)을 통해 생산된 전력이 수용가로 전달된다.

이와 같은 태양광 발전 모니터링 시스템은 현재 태양광 발전 시스템에서 더욱 중요한 요소로 인식되고 있는데, 이는 세부적인 모니터링 없이는 태양광 발전이 적합한 성능으로 작동하고 있는지 또는 문제발생으로 태양광 발전의 효율성이 떨어지고 있는지 등을 파악할 수 없기 때문이다. 따라서 효과적인 태양광 발전 시스템의 효율적인 운영을 보장하기 위해서는 실시간으로 태양광 발전 시스템의 인버터에서의 직류 전압/전류, 교류 각 상의 전압/전류 및 그 외에 일사량, 온도 등을 측정하여 실시간 운전 데이터를 저장하고 태양광 발전 시설의 상태를 파악하여 사고 분석 및 사고 위험의 사전 예방이 가능해야 한다.

특허등록 제10-1061220호 (2011.08.25.) 특허공개 제10-1366874호 (2014.02.18.)

본 발명은 태양광발전장치기 설치되어 있는 지역의 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량을 감지하고, 감지된 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량 정보와 함께 태양광 발전량을 제공하여 기상 데이터와 태양광 발전량과의 상관관계를 분석하여 태양광발전장치의 작동상태를 모니터링하고 이상여부를 관리하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 감시용 카메라를 태양광발전장치에 근접하에 설치하여 태양광발전장치에 이상이 발생하는 경우 태양광발전장치를 촬영하여 제공받아 이상유무를 영상으로 확인할 수 있도록 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템은, 태양광발전장치와 근접한 거리에 설치되며, 상기 태양광발전장치의 주변 기상 상태를 감지하여 출력하는 기상상태 감지부, 기상상태 감지부로부터 출력되는 태양광발전장치의 주변 기상상태 감지정보를 수신받아 태양광발전장치의 발전량과 함께 출력하는 중앙처리장치 및 중앙처리장치에서 출력되는 기상상태 감지정보 및 발전량을 저장하고, 미리 저장되어 있는 기상상태에 따른 발전량과 비교하여 태양광발전장치를 이루는 복수개의 태양광 모듈의 발전효율을 분석하며, 분석결과로 복수개의 태양광 모듈의 작동상태 이상유무를 알려주는 모니터링 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 기상상태 감지부는 일사량센서, 온도센서, 조도센서, 빗물센서 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 태양광발전장치와 근접한 위치에 설치되어 있으며, 외부로부터 입력되는 촬영제어신호에 응하여 상기 태양광발전장치를 촬영하고, 촬영된 영상을 출력하는 촬영부를 더 포함하며, 중앙처리장치는 복수의 태양광모듈 각각 또는 일정 영역에 구분된 태양광모듈 존에 대해서 발전효율의 이상유무를 판단하고, 발전효율에 이상이 있는 경우로 인지되면 촬영부로 촬영제어신호를 출력하며, 촬영부에 의해 촬영된 영상을 기반으로 발전효율 이상의 원인을 분석한 후 모니터링 시스템으로 출력하며, 모니터링 시스템은 임의의 태양광모듈 또는 임의의 태양광모듈 존에 이상원인정보가 입력되면 이를 미리 설정된 관리자 단말기로 전송할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 중앙처리장치는 이상이 발생된 태양광모듈 또는 태양광모듈 존의 위치에 따라 촬영부를 일정방향으로 회전시키기 위한 회전제어신호를 촬영부로 출력하고, 촬영부의 줌기능을 제어하기 위한 줌제어신호를 촬영부로 출력하며, 촬영부는 회전제어신호에 응하여 회전하고, 줌제어신호에 응하여 줌기능을 작동시킨 후 태양광모듈 또는 태양광모듈 존을 촬영하여 출력할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 중앙처리장치는 태양광모듈 또는 태양광모듈 존에 이상이 발생하여 전기적인 이상신호가 감지되는 경우 접속반 및 인버터로 공급되는 전력을 차단시킬 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 중앙처리장치는 접속반 및 인버터로 공급되는 전력을 차단시킬 때 차단정보를 모니터링 시스템에 전송하고, 모니터링 시스템은 상기 중앙처리장치에 의해 제어된 접속반 및 인버터의 상태를 체크하여 정상적으로 제어된 상태인지를 판단하고 이를 저장시켜 관리할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 중앙처리장치는 기상상태 감지부에서 출력되는 기상상태정보 중 조도정보를 추출하여 태양광발전장치의 발전시점인지의 여부를 판단한 후 발전시점에 인버터가 작동되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 태양광발전장치기 설치되어 있는 지역의 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량을 감지하고, 감지된 일기, 일출, 일몰, 온도 및 일사량 정보와 함께 태양광 발전량을 제공하여 기상 데이터와 태양광 발전량과의 상관관계를 분석하여 태양광발전장치의 작동상태를 모니터링하고 이상여부를 관리함으로써, 태양광 발전량을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 태양광 발전장비의 이상 유무확인을 신속하게 할 수 있으며, 태양광 발전장비에 이상이 발생하는 관리자를 통해 신속하게 수리할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 감시용 카메라를 태양광발전장치에 근접하에 설치하여 태양광발전장치에 이상이 발생하는 경우 태양광발전장치를 촬영하여 제공받아 이상유무를 영상으로 확인할 수 있도록 함으로써, 태양광발전장치에서 이상발생의 원인을 쉽게 파악할 수 있도록 하여 수리하는데 도움을 줄 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템에 대하여 도 2를 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

먼저 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템은 태양광발전장치(100), 기상상태 감지부(200), 중앙처리장치(300), 모니터링 시스템(400), 접속반(500), 인버터(600), 수용가(700), 촬영부(800)로 이루어진다.

기상상태 감지부(200)는 태양광발전장치(100)와 근접한 거리에 설치되며, 태양광발전장치의 주변 기상 상태를 감지하여 출력한다. 기상상태 감지부(200)는 일사량센서(210), 온도센서(220), 조도센서(230), 빗물센서(240) 등으로 이루어진다. 즉 기상상태 감지부(200)의 일사량 센서(210)는 주기적으로 태양광발전장치(100)의 일사량을 실시간으로 감지하여 일사량 감지정보를 중앙처리장치(300)로 출력하고, 온도센서(220)는 태양광발전장치(100)의 주변온도를 실시간으로 감지하여 중앙처리장치(300)로 출력하고, 조도센서(230)는 태양광발전장치(100)의 주변조도를 실시간으로 감지하여 중앙처리장치(300)로 출력하고, 빗물센서(240)는 태양광발전장치(100) 주변에 비가 오는지 비가 오는 경우 어느 정도 내리고 있는지를 실시간으로 감지하여 중앙처리장치(300)로 출력한다.

중앙처리장치(300)는 기상상태 감지부(100)로부터 출력되는 태양광발전장치(100)의 주변 기상상태 감지정보를 수신받아 태양광발전장치(100)의 발전량과 함께 출력한다.

모니터링 시스템(400)은 중앙처리장치(300)에서 출력되는 기상상태 감지정보 및 발전량을 저장하고, 미리 저장되어 있는 기상상태에 따른 발전량과 비교하여 태양광발전장치(100)를 이루는 복수개의 태양광 모듈의 발전효율을 분석하며, 분석결과로 복수개의 태양광 모듈의 작동상태 이상유무를 관리자 단말기(900)로 알려준다. 이에 관리자 단말기(900)의 소유주는 태양광모듈 또는 태양광모듈 존의 이상상태를 쉽게 알 수 있도록 하고, 후처리가 이루어지도록 하여, 태양광발전장치(100)의 발전효율을 극대화시킨다.

촬영부(800)는 카메라로서, 태양광발전장치(100)와 근접한 위치에 설치되어 있으며, 중앙처리장치(300)로부터 입력되는 촬영제어신호에 응하여 태양광발전장치(100)를 촬영하고, 촬영된 영상을 중앙처리장치(300)로 출력한다. 이때 중앙처리장치(300)는 복수의 태양광모듈 각각 또는 일정 영역에 구분된 태양광모듈 존에 대해서 발전효율의 이상 유무를 판단하고, 발전효율에 이상이 있는 경우로 인지되면 촬영부(800)로 촬영제어신호를 출력하며, 촬영부(300)에 의해 촬영된 영상을 기반으로 발전효율 이상의 원인을 분석한 후 모니터링 시스템(400)으로 출력하며, 모니터링 시스템(400)은 임의의 태양광모듈 또는 임의의 태양광모듈 존에 이상원인정보가 입력되면 이를 미리 설정된 관리자 단말기(900)로 전송한다.

또한 중앙처리장치(300)는 이상이 발생된 태양광모듈 또는 태양광모듈 존의 위치에 따라 촬영부를 일정방향으로 회전시키기 위한 회전제어신호를 촬영부(800)로 출력하고, 촬영부(800)의 줌기능을 제어하기 위한 줌제어신호를 촬영부(800)로 출력하며, 촬영부(800)는 회전제어신호에 응하여 회전하고, 줌제어신호에 응하여 줌기능을 작동시킨 후 태양광모듈 또는 태양광모듈 존을 촬영하여 중앙처리장치(300)로 출력한다.

중앙처리장치(300)는 태양광모듈 또는 태양광모듈 존에 이상이 발생하여 전기적인 이상신호가 감지되는 경우 접속반(500) 및 인버터(600)로 공급되는 전력을 차단시킨다. 이때 접속반(500)는 태양광발전장치(100)에 의해 발전된 DC 전력을 모으는 장치이고, 인버터(500)는 DC 전력을 AC 전력으로 변환시켜 수용가(700)의 구동전력을 공급하는 장치로서, 태양광발전장치에는 반드시 구성되어야 하는 요소로서 널리 알려져 있는 기술이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

중앙처리장치(300)는 접속반(500) 및 인버터(600)로 공급되는 전력을 차단시킬 때 차단정보를 모니터링 시스템(400)에 전송하고, 모니터링 시스템(400)은 중앙처리장치(300)에 의해 제어되는 접속반(500) 및 인버터(600)의 상태를 체크하여 정상적으로 제어된 상태인지를 판단하고 이를 저장시켜 관리한다.

중앙처리장치(300)는 기상상태 감지부(200)에서 출력되는 기상상태정보 중 조도정보를 추출하여 태양광발전장치(100)의 발전시점인지의 여부를 판단한 후 발전시점에 인버터(600)가 작동되도록 제어한다.

이와 구성된 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템의 운영방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저 태양광발전장치(100)의 일측에 설치된 기상상태 감지부(200)의 일사량센서(210) 및 온도센서(220)는 태양광발전장치(100)의 주변의 일사량, 온도를 측정하여 중앙처리장치(300)로 출력한다. 이때 중앙처리장치(300)는 일사량과 온도를 입력받을 때 각각의 태양광발전장치(100)의 발전량을 체크한다.

한편 기상상태 감지부(200)의 조도센서(230)는 태양광발전장치(100)의 주변 지역의 조도를 감지하여 출력하고, 빗물센서(240)는 태양광발전장치(100)의 주변에 비가 오는 경우 이를 감지하고 빗물의 양을 감지하여 출력하고 중앙처리장치(300)는 이때에도 태양광발전장치(100)의 발전량을 체크한다.

즉, 중앙처리장치(300)는 기상상태 감지부(200)를 통해 태양광발전장치(100)의 주변 기상상태를 정확하게 파악하고, 이때의 발전량도 체크함으로써 발전량이 기상상태에 따라 어떻게 달라지는지의 여부를 확인할 수 있게 된다.

이러한 정보들은 중앙처리장치(300)를 통해 모니터링 시스템(400)으로 전송되고, 모니터링 시스템(400)은 이러한 정보들을 지속적으로 저장시켜 둔 후 일정 간격으로 통계자료를 생성시켜 태양광발전장치(100)가 정상적으로 동작하여 전력생산을 하고 있는지의 여부를 판단할 수 있도록 한다.

만약 태양광발전장치(100)의 발전량이 급격히 떨어지게 되는 경우 태양광발전장치(100)에 이상이 있는 것으로 판단하고 중앙처리장치(300)로 이를 알리게 된다. 그러면 중앙처리장치(300)는 하나 이상의 카메라로 이루어진 촬영부(800)로 촬영제어신호를 출력하고, 촬영부(800)는 태양광발전장치(100)를 촬영하고, 촬영 영상을 중앙처리장치(300)로 전송하고 중앙처리장치(300)는 모니터링 시스템(400)으로 전송한다. 그러면 모니터링 시스템(400)은 촬영영상을 통해 태양광발전장치(100)를 이루고 있는 태양광모듈에 이물질 또는 눈 등 기타 상황으로 정상적인 발전에 지장이 발생하였는지의 여부를 확인한다. 이때 모니터링 시스템(400)은 중앙처리장치(300)의 촬영위치 등을 지정하여 재촬영요청을 할 수 있으며, 중앙처리장치(300)는 촬영위치 지정 등 재촬영요청신호에 응하여, 촬영부(800)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜 원하는 위치를 촬영할 수 있도록 하고 촬영부(800)의 줌 기능을 작동시켜 태양광발전장치(100)의 소정 부위를 확대하여 촬영시킨 후 촬영영상을 입력받아 모니터링 시스템(400)으로 전송한다.

그러면 모니터링 시스템(400)은 촬영 영상을 데이터베이스에 저장시키는 한편, 관리자 단말기(900)로 전송하여 이상이 발생한 태양광모듈을 확인하여 수리할 수 있도록 한다.

이때 중앙처리장치(300)는 접속반(500) 및 인버터(600)의 전력을 차단시켜 보호하게 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 태양광발전장치 200 : 기상상태 감지부
300 : 중앙처리장치 400 : 모니터링 시스템
500 : 접속반 600 : 인버터
700 : 수용가 800 : 촬영부
900 : 관리자 단말기

Claims (7)

1. 태양광발전장치와 근접한 거리에 설치되며, 상기 태양광발전장치의 주변 기상 상태를 감지하여 출력하는 기상상태 감지부;
   상기 기상상태 감지부로부터 출력되는 상기 태양광발전장치의 주변 기상상태 감지정보를 수신받아 상기 태양광발전장치의 발전량과 함께 출력하는 중앙처리장치; 및
   상기 중앙처리장치에서 출력되는 기상상태 감지정보 및 발전량을 저장하고, 미리 저장되어 있는 기상상태에 따른 발전량과 비교하여 상기 태양광발전장치를 이루는 복수개의 태양광 모듈의 발전효율을 분석하며, 분석결과로 상기 복수개의 태양광 모듈의 작동상태 이상유무를 알려주는 모니터링 시스템;을 포함하며,
   상기 태양광발전장치와 근접한 위치에 설치되어 있으며, 외부로부터 입력되는 촬영제어신호에 응하여 상기 태양광발전장치를 촬영하고, 촬영된 영상을 출력하는 촬영부를 더 포함하며,
   상기 중앙처리장치는 상기 복수의 태양광모듈 각각 또는 일정 영역에 구분된 태양광모듈 존에 대해서 발전효율의 이상유무를 판단하고, 발전효율에 이상이 있는 경우로 인지되면 상기 촬영부로 촬영제어신호를 출력하며, 상기 촬영부에 의해 촬영된 영상을 기반으로 발전효율 이상의 원인을 분석한 후 상기 모니터링 시스템으로 출력하며,
   상기 모니터링 시스템은 임의의 태양광모듈 또는 임의의 태양광모듈 존에 이상원인정보가 입력되면 이를 미리 설정된 관리자 단말기로 전송하며,
   상기 중앙처리장치는 태양광모듈 또는 태양광모듈 존에 이상이 발생하여 전기적인 이상신호가 감지되는 경우 접속반 및 인버터로 공급되는 전력을 차단시키는 것을 특징으로 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기상상태 감지부는 일사량센서, 온도센서, 조도센서, 빗물센서 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 중앙처리장치는 이상이 발생된 태양광모듈 또는 태양광모듈 존의 위치에 따라 상기 촬영부를 일정방향으로 회전시키기 위한 회전제어신호를 상기 촬영부로 출력하고, 상기 촬영부의 줌기능을 제어하기 위한 줌제어신호를 상기 촬영부로 출력하며,
   상기 촬영부는 상기 회전제어신호에 응하여 회전하고, 상기 줌제어신호에 응하여 줌기능을 작동시킨 후 태양광모듈 또는 태양광모듈 존을 촬영하여 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 중앙처리장치는 상기 접속반 및 상기 인버터로 공급되는 전력을 차단시킬 때 차단정보를 모니터링 시스템에 전송하고,
   상기 모니터링 시스템은 상기 중앙처리장치에 의해 제어된 접속반 및 인버터의 상태를 체크하여 정상적으로 제어된 상태인지를 판단하고 이를 저장시켜 관리하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 중앙처리장치는 상기 기상상태 감지부에서 출력되는 기상상태정보 중 조도정보를 추출하여 상기 태양광발전장치의 발전시점인지의 여부를 판단한 후 발전시점에 인버터가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 모니터링 및 제어 관리 시스템.

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