KR101479020B1 - 태양 전지용 진단 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양 전지용 진단 장치는, 태양 전지 스트링에 연결될 수 있는 스트링 접속 단자를 구비하는 태양 전지 접속부; 전력 라인에 각각 연결될 수 있는 라인 접속 단자를 구비하는 라인 접속부; 상기 태양 전지 접속부에 연결된 태양 전지 스트링의 발전 상태에 따라, 상기 연결된 태양 전지 스트링의 전부 또는 일부의 경로를 바이패스시키는 바이패스 소자; 상기 태양 전지 접속부에 접속된 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하는 태양 전지 모니터링부; 및 무선 또는 유선 통신 수단을 이용하여 상기 태양 전지 모니터링부에서 모니터링한 정보를 외부의 제어 시스템으로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 스트링에 대한 태양광 모듈 일체형 출력 감시 및 고장 진단을 수행할 수 있는 태양 전지용 진단 장치에 관한 것으로, 특히, 태양전지 모듈용 정션 박스에 내장될 수 있는 형태의 태양 전지용 진단 장치에 관한 것이다.
또는, 본 발명은 모니터링 모듈을 구비한 태양전지 모듈용 정션 박스에 관한 것으로, 특히, 태양전지 스트링에 대한 모니터링을 수행할 수 있는 정션 박스에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지 모듈은 복수 개의 태양전지가 배치된 패널이 다수 포함되어 이루어진다. 각 패널은 다수의 태양전지들을 구비하고, 패널 내의 태양전지들은 직렬 또는 병렬로 연결되며, 이들 패널이 직렬로 연결되어 하나의 태양전지 모듈을 형성하게 된다.
이와 같은 태양전지 모듈은 낙엽, 먼지, 조류 등의 이물질로 인해 태양전지가 손상되거나 그림자로 인해 차단된 태양전지가 포함된 패널에서는 전력전달 용량이 감소된다.
따라서, 패널과 직렬로 연결된 다른 패널들로부터의 출력이 손상 또는 차단된 태양전지들을 향해 역방향 회로가 형성되어 발전 자체가 중단될 수 있다.
한편, 각 태양전지모듈의 뒷면에는 각 태양전지모듈로부터 인출된 전극 리본과 터미널 일단이 연결되어 태양전지에서 발생된 전기에너지를 외부로 전달하는 정션박스가 각각 설치된다.
각 정션박스에는 역류 방지용 다이오드가 구비되어 전력전달 용량이 감소된 부분의 태양전지모듈에 걸리는 부하를 정방향으로 바이패스 회로를 구성하여 발전을 안정되게 유도할 수 있다.
아울러, 터미널은 정션박스를 이용하여, 태양전지 모듈로부터 인출된 전극 리본과 별도의 체결수단에 의해 물리적으로 접촉되어 전기적으로 연결된다. 현재 실시 중인 정션박스는 단순한 전기적 접속 기능 및 태양 음영에 위치하는 일부 태양전지를 바이패스시키는 역할만을 수행할 뿐이었다.
그런데, 보다 안정적이고 효율적인 태양전지 발전을 위해서는, 태양전지모듈에 대한 적극적이고 구체적인 모니터링 수단이 필요하다.
종래 기술에 의한 모니터링 수단은, 중대형 발전소에서 MJB의 스트링 단위로 전압 및 전류를 측정하여 모니터링하는 구조로 되어 있거나, 50~250kW 인버터 단위로 측정하는 시스템이 제시될 뿐이었다. 이러한 종래의 모니터링 수단에서는 시스템에서 출력이 저하된 특정 모듈을 찾아내기 위해 해당 어레이 전체를 점검해야 ㅎ하는 문제가 있었다..
또한, 전압과 전류의 차이가 미비할 경우 고장구간 및 출력 저하 요인을 판단하기에 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링할 수 있는 태양 전지용 진단 장치를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 태양 전지를 모듈 단위로 출력을 계측하여 실시간 상태 감시를 통하여 부분적 파손, 오염 등의 출력 저하요인 및 고장구간을 정확히 판별하는 것을 지원하는 태양 전지용 진단 장치를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 내부 회로의 간소화를 통하여 소형화가 가능하고 낮은 소비전력으로 태양광 발전에 미치는 영향을 최소화하는 태양 전지용 진단 장치를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 별도의 선로 구축이 필요없고, 개별 ID가 부여되어 데이터 중첩을 방지할 수 있는 태양 전지용 진단 장치를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 장치 상호간 데이터 전송 방식을 통하여 거리와 장애받지 않고 통신이 가능한 태양 전지용 진단 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 태양 전지용 진단 장치는, 태양 전지 스트링에 연결될 수 있는 스트링 접속 단자를 구비하는 태양 전지 접속부; 전력 라인에 각각 연결될 수 있는 라인 접속 단자를 구비하는 라인 접속부; 상기 태양 전지 접속부에 연결된 태양 전지 스트링의 발전 상태에 따라, 상기 연결된 태양 전지 스트링의 전부 또는 일부의 경로를 바이패스시키는 바이패스 소자; 상기 태양 전지 접속부에 접속된 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하는 태양 전지 모니터링부; 및 무선 또는 유선 통신 수단을 이용하여 상기 태양 전지 모니터링부에서 모니터링한 정보를 외부의 제어 시스템으로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 태양 전지 모니터링부는, 상기 태양 전지 스트링의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비하는 센서부; 및 상기 온도 센서의 센싱 값이 상기 외부의 제어 시스템으로 전송되도록, 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 태양 전지 모니터링부는, 상기 태양 전지 스트링의 출력 전압을 측정하는 전압 센서를 구비하는 센서부; 및 상기 전압 센서의 센싱 값이 상기 외부의 제어 시스템으로 전송되도록, 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 태양 전지 스트링으로부터 상기 모니터링부 및 상기 통신부를 위한 구동 전원을 추출하기 위한 전원 생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전원 생성부는, 상기 태양 전지 스트링에서 출력되는 전원을 입력받아 안정된 정전압 전원을 생성하는 전압 레귤레이터; 및 상기 전압 레귤레이터의 스위칭 잡음이 상기 태양 전지 스트링 쪽으로 이동하는 것을 억제하기 위한 잡음 억제 커패시터부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전원 생성부는, 상기 전압 레귤레이터의 출력 전원을 안정시키기 위한 안정화 인덕터와 안정화 커패시터; 및 역기전력으로 인한 상기 전압 레귤레이터의 파손을 방지하기 위한 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 잡음 억제 커패시터부는, 억제하려는 잡음들의 특성에 따라 2개 이상의 서로 다른 용량의 커패시터를 병렬 연결한 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 전원 생성부는, 상기 태양 전지 스트링으로의 역방향 전류를 차단하기 위한 역전류 차단 다이오드 또는 과전류에 따라 상기 태양 전지 스트링과의 전류를 차단하기 위한 과전류 차단 수단을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 통신부는, 무선 통신 신호를 송출하고 수신하는 안테나를 더 포함하고, 내부에서 발생된 열이 상기 안테나를 통해 방출될 수 있도록, 상기 진단 장치(정션 박스)의 열전도 라인과 상기 안테나가 전기 비전도성 및 열 전도성 재질로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 정션 박스용 기능 모듈은, 접속된 각 태양 전지 스트링의 온도 및 전압 등을 센싱하는 센서부; 상기 태양 전지 스트링과의 접속 노드로부터 구동 전원을 생성하는 전원 생성부; 외부의 제어 시스템과 유선 또는 무선 데이터 통신을 수행하는 통신부; 및 상기 센서부로부터 전송받은 센싱 정보들로부터 상기 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하고, 상기 통신부를 이용하여 모니터링된 정보를 상기 외부의 제어 시스템으로 전송하는 프로세서를 포함할 수 있다.
여기서, 외부의 전기적 충격으로부터 내부 회로를 보호하는 보호 회로, 정션 박스의 고유 번호를 기록하는 ID 설정부, 동작 중의 정보를 저장하기 위한 저장부 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 구성에 따른 본 발명의 태양 전지용 태양 전지용 진단 장치를 실시하면, 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링할 수 있는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 태양 전지용 진단 장치는, 부분적 파손, 오염 등의 출력 저하요인 및 고장구간을 정확히 판별하게 하는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 태양 전지용 진단 장치는, 내부 회로의 간소화를 통하여 소형화가 가능하고, 제작비가 저렴한 이점이 있다.
또는, 본 발명의 태양 전지용 진단 장치는, 별도의 선로 구축이 필요없고, 개별 ID가 부여되어 데이터 중첩을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정션 박스 일체형 진단 장치 및 이와 연결된 태양 전지 스트링의 구조를 도시한 회로도.
도 2는 도 1의 기능 모듈(120)의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 3은 도 2의 태양 전지 스트링으로부터 구동 전원을 추출하기 위한 전원 생성부의 일 실시예를 도시한 회로도.
도 4는 기능 모듈을 종래기술의 태양 전지용 정션 박스에 부가될 수 있는 형태로 제작한 것을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 기능 모듈(120)의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 3은 도 2의 태양 전지 스트링으로부터 구동 전원을 추출하기 위한 전원 생성부의 일 실시예를 도시한 회로도.
도 4는 기능 모듈을 종래기술의 태양 전지용 정션 박스에 부가될 수 있는 형태로 제작한 것을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정션 박스 일체형 진단 장치 및 이와 연결된 태양 전지 스트링의 구조를 도시한 회로도이다.
도시한 진단 장치는, 태양 전지 스트링에 각각 연결될 수 있는 스트링 접속 단자를 구비하는 태양 전지 접속부(190); 전력 라인에 각각 연결될 수 있는 라인 접속 단자를 구비하는 라인 접속부(E+, E-); 상기 태양 전지 접속부(190)에 연결된 태양 전지 스트링의 발전 전위에 따라, 상기 연결된 태양 전지 스트링의 전부 또는 일부의 경로를 바이패스시키는 바이패스 소자(112, 114, 116); 및 상기 각 스트링 단자에 접속된 각 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하여 외부의 제어 시스템으로 전송하는 기능 모듈(120)을 포함할 수 있다.
상기 태양 전지 접속부(190)는, 다수개의 직렬 연결된 태양 전지들로 이루어진 태양 전지 스트링(10)을 접속하는데, 상기 태양 전지 스트링(10)에 연결된 리본을 체결하기 위한 접속 단자들을 구비할 수 있다. 상기 태양 전지 접속부(190)는 적어도 2개 이상의 접속 단자들을 구비할 수 있으며, 구비된 접속 단자들 중 2개는 태양 전지 스트링(10)의 양단에 연결되며, 나머지 단자들은 태양 전지 스트링을 구성하는 직렬 연결 태양 전지들 사이에 연결될 수 있다.
도시한 정션 박스는 4개의 접속 단자들(191, 192, 193, 194)을 구비하여, 하나의 태양 전지 스트링(10)에 연결하였다. 이에 의해, 하나의 태양 전지 스트링을 3부분으로 분할하여 바이패스를 수행할 수 있다.
상기 라인 접속부(E+, E-)는, 태양 전지 스트링의 발전 전력을 송출하기 위해 전력 변환하는 외부 장치(예: 컨버터, 인버터)에 연결될 수 있다. 상기 라인 접속부(E+, E-)는, + 라인 접속 단자(E+) 및 - 라인 접속 단자(E-)로 이루어질 수 있다. 도 1에서, 상기 + 라인 접속 단자(E+)와 상기 태양 전지 스트링(10)의 + 단에 연결되는 접속 단자(191)는 직접 연결되고, 상기 - 라인 접속 단자(E-)와 상기 태양 전지 스트링(10)의 - 단에 연결되는 접속 단자(194)는 직접 연결되었다. 다른 구현에서는, 상기 + 라인 접속 단자(E+)와 상기 접속 단자(191)의 사이 및/또는 상기 - 라인 접속 단자(E-)와 상기 접속 단자(194)의 사이에, 소정의 임피던스 부여 소자가 배치되거나, 소정의 스위칭 소자가 배치되거나, 회로 보호 소자가 배치될 수 있다.
상기 바이패스 소자(112, 114, 116)는, 3개의 다이오드들로 구성될 수 있으며, 각 다이오드는 이와 병렬 연결된 태양 전지 스트링(10)의 부분들의 발전 상태에 이상이 있어 발전 전압이 낮은 경우에 턴온되어 바이패스 경로를 형성한다.
상기 기능 모듈(120)은, 상기 각 스트링 단자에 접속된 각 태양 전지 스트링의 운전 상태를 센싱하고 모니터링하는 모듈, 상기 외부의 제어 시스템으로 필요한 정보를 전송하는 모듈, 구동 전원을 생성하는 모듈 등을 구비할 수 있다.
상기 기능 모듈(120)은 본 발명의 사상이 구현된 것으로서, 종래기술의 태양 전지용 정션 박스에 부가될 수 있는 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 기 설치되거나 제작된 정션 박스에 상기 기능 모듈(120)을 부가하는 방식으로 본 발명을 실시할 수 있어, 비용 절감의 효과가 있다.
도 2는 도 1이 기능 모듈(120)의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도시한 기능 모듈(120)은, 접속된 각 태양 전지 스트링의 온도 및 전압 등을 센싱하는 센서부(128); 태양 전지 스트링과의 접속 노드(PV+, PV-)로부터 구동 전원을 생성하는 전원 생성부(200); 외부의 제어 시스템과 유/무선 데이터 통신을 수행하는 통신부(124); 상기 센서부(128)로부터 전송받은 센싱 정보들로부터 상기 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하고, 상기 통신부(124)를 이용하여 모니터링된 정보를 상기 외부의 제어 시스템으로 전송하는 프로세서(126)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 기능 모듈(120)은, 정션 박스 외부의 전기적 충격으로부터 내부 회로를 보호하는 보호 회로(132), 정션 박스의 다른 부분과 연결되는 접속 수단(131), 각 정션 박스의 고유 번호를 기록하는 ID 설정부(138), 시간을 카운트하는 타이머(137), 및 동작 중의 정보를 저장하기 위한 저장부(136) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 센서부(128)는 센싱하려는 각 파라미터들을 감지하는 개별 센서들로 구성될 수 있다. 예컨대, 도면에서는 온도를 감지하는 온도 센서(예 : 서미스터) 및 전압을 감지하는 회로(예: voltage divider)를 구비할 수 있다. 다른 구현의 상기 센서부(128)는 션트 저항를 이용한 전류 검출 회로, 검출 대상 라인을 감는 형태의 전류 검출 코일을 이용한 전류 검출 회로, 고저항 소자를 이용한 전류 분류 회로를 이용한 전류 검출 회로 등 전류 검출 수단을 구비할 수 있다.
예컨대, 상기 센서부(128)는 상기 태양 전지 스트링의 출력 전압 및 온도를 실시간적으로 측정하여 상기 프로세서(126)로 전달할 수 있다. 상기 온도는 태양 전지 스트링 자체의 온도를 측정하는 것이 바람직하지만, 비용측면에서 정션 박스의 내부 온도를 측정하는 것으로 대체하도록 구현하는 것이 유리하다.
상기 통신부(124)는, 상기 통신부(124)와 통신을 수행하는 외부의 제어 시스템의 위치나 정책에 따라 적합한 방식의 통신을 수행하는 장치일 수 있으며, 구현에 따라 안테나(129)를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 통신부(124)는 지그비 통신이나 와이파이 통신과 같은 근거리 통신을 수행하는 지그비 통신 모듈 또는 와이파이 통신 모듈일 수 있다. 또는, 상기 통신부(124)는 전력선 통신을 수행하기 위한 전력선 통신 모듈일 수 있다.
예컨대, 상기 통신부(124)는, 2.4Ghz 무선통신 칩을 통하여 측정된 데이터 전송을 담당하고, 통신 기능의 이상 발생 시 강제 리셋이 가능한 스위치를 구비할 수 있다.
상기 외부의 제어 시스템이 태양 전지 스트링이 설치된 지역과 떨어진 이격지에 위치하는 경우에도, 상기 통신부(124)를 이용하여 상기 태양 전지 스트링이 설치된 지역에 위치한 소정의 중계기와 통신을 수행하고, 상기 중계기가 다른 유무선 통신 수단(예: 전화선, 전력선, 셀룰러 통신 등)을 이용하여 상기 이격지에 위치한 제어 시스템과 통신을 중계하도록 구현할 수 있다.
상기 프로세서(126)는, 상기 전원 생성부(200)로부터 구동 전원을 공급받으며, 상기 기능 모듈(120)의 전체 구성 요소들을 제어할 수 있다. 상기 프로세서(126)는 본 발명의 사상에 따른 모니터링 및 통신 과정에 대한 알고리즘을 반영한 프로그램을 실행할 수 있다.
예컨대, 상기 프로세서(126)는 프로그램 입력부를 구비한 마이크로 컨트롤러일 수 있으며, 상기 센서부(128)에서 측정된 전압 및 온도 데이터를 연산 처리하여 무선통신 통해 데이터를 전송할 수 있다. 상기 마이크로 컨트롤러에 대한 구동 프로그램은 상기 프로그램 삽입단자를 통해 입력될 수 있다.
상기 보호 회로(132)는, 정션 박스 외부의 태양 전지 스트링 쪽이나 계통 쪽에서 발생된 전기적 충격이 전파되는 것을 차단할 수 있다. 도시한 보호 회로(132)는 상기 전기적 충격이 상기 기능 모듈(120) 내부로 전달되는 것을 차단하기 위한 것이다.
상기 접속 수단(131)은 특히, 상기 기능 모듈(120)이 정션 박스의 다른 부분들과 부가될 수 있는 형태를 가지는 경우에 유용하다. 예컨대, 상기 접속 수단(131)은, 기 설치되거나 제작된 일반적인 정션 박스에 상기 기능 모듈(120)을 부가될 때, 상기 PV+ 노드 및 PV- 노드가 도 1의 접속 단자(191, 194)에 전기적으로 접속될 수 있는 구조(예: 용수철 접속 구조)일 수 있다.
상기 ID 설정부(138)는 각 정션 박스의 고유 번호를 기록하는 논리 회로나, 딥스위치 또는 저장장치일 수 있다. 상기 통신부(124)가 데이터를 외부의 제어 시스템으로 전송할 때 상기 ID 설정부(138)에 기록된 ID값을 함께 전송할 수 있다. 그러면, 상기 제어 시스템은 제어 대상인 복수 개의 정션 박스들 중 어느 정션 박스에서 전송된 데이터인지를 알 수 있다.
상기 전원 생성부(200)는 상기 태양 전지 스트링(10)의 발전 전력 중 일부를 이용하여 상기 기능 모듈(120)을 위한 구동 전원을 생성한다. 그런데, 상기 태양 전지 스트링(10)은 낮시간대에만 발전하고 밤시간대에는 발전이 정지된다.
구현에 따라서는, 낮시간대에 발전 전력으로 충전하여, 밤시간대에도 상기 기능 모듈(120)을 위한 구동 전원을 공급할 수 있도록 상기 전원 생성부(200)의 내부에 충전 수단을 구비할 수도 있다. 그러나, 발전을 수행하지 않는 밤시간대에는 태양 전지 스트링의 모니터링의 필요성이 떨어지며, 상기 충전 수단을 구비함에 따라 제작 비용이 증대되고, 충전 수단으로 인해 정션 박스의 사용 기한이 제한되며, 충전 수단으로 인한 공간 차지의 단점이 발생한다. 이를 감안하면 상기 전원 생성부(200)는 상기 태양 전지 스트링(10)이 발전하는 낮시간대에만 구동 전원을 생성하도록 구현할 수 있다.
그런데, 이 경우 상기 태양 전지 스트링(10)은 밤시간대가 아닌 경우에도, 일시적으로 발전을 중지할 수 있으며, 상기 외부 제어 시스템과의 통신은 상기 기능 모듈이 구동 전원을 생성하지 못한 경우 뿐만 아니라, 통신 채널의 이상으로도 불능이 될 수 있다. 이를 감안하면, 상기 제어 시스템은, 상기 기능 모듈이 구동 전원을 공급받아 동작한 시간대에 대한 정보를 획득하는 것이 상황 판단에 유리하다.
이를 위해, 상기 저장부(136)에는 상기 동작한 시간대를 유추할 수 있는 정보를 저장하고, 상기 프로세서(126)는 필요시 상기 저장부에 저장된 정보를 상기 외부의 제어 시스템으로 전송할 수 있다. 예컨대, 상기 프로세서(126)는 상기 타이머(137)로 체크한 주기에 따라 주기적으로 시간을 상기 저장부(136)에 기록하고, 상기 제어 시스템은 상기 저장부(136)에 기록된 값들을 전송받아, 상기 프로세서(126)가 작동한 시간대를 추정할 수 있다.
최근의 프로세서들은 EEPROM 등을 내장한 다기능 프로세서가 될 수 있는 바, 구현에 따라, 상기 타이머(137)는 상기 프로세서(126)가 내장된 타이머 수단으로 대체되고, 상기 저장부(136)는 상기 프로세서(126)에 내장된 비휘발성 메모리로 대체될 수 있다.
구현에 따라, 상기 ID 설정부(138)는 상기 프로세서의 내부 EEPROM이나, 상기 통신부의 식별값(예: MAC 어드레스)을 기록한 수단에 의해 대체될 수 있다.
구현에 따라, 상기 통신부(124)는, 무선 통신 신호를 송출하고 수신하는 안테나(129)를 더 포함하고, 정션 박스나 기능 모듈(120) 내부에서 발생된 열이 상기 안테나(129)를 통해 방출될 수 있도록, 상기 정션 박스의 열전도 라인과 상기 안테나가 전기 비전도성 및 열 전도성 재질로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 안테나(129)는 마이크로 스트립 형태의 금속판 형태로 제작될 수 있으며, 상기 안테나(129)는 상기 통신부(124)와는 도전적으로 연결되고, 상기 열전도 라인과는 전기 비전도적 및 열 전도성적으로 연결된다. 상기 열전도 라인은 정션 박스의 바이패스 다이오드 등에서 발생된 열을 이동시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 태양 전지 스트링(10)으로부터 기능 모듈(120)을 위한 구동 전원을 추출하기 위한 전원 생성부(200)의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도시한 전원 생성부(200)는, 상기 태양 전지 스트링에서 출력되는 전원을 입력받아 안정된 정전압 전원을 생성하는 전압 레귤레이터(206); 및 상기 전압 레귤레이터의 스위칭 잡음이 상기 태양 전지 스트링 쪽으로 이동하는 것을 억제하기 위한 잡음 억제 커패시터부(201, 202)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 전원 생성부(200)는, 상기 전압 레귤레이터(206)의 출력 전원을 안정시키기 위한 안정화 인덕터(207)와 안정화 커패시터(208); 및 역기전력으로 인한 상기 전압 레귤레이터의 파손을 방지하기 위한 제너 다이오드(205)를 더 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 전원 생성부(200)는, 상기 태양 전지 스트링으로의 역방향 전류를 차단하기 위한 역전류 차단 다이오드(D) 또는 과전류에 따라 상기 태양 전지 스트링과의 전류를 차단하기 위한 과전류 차단 수단으로서 퓨즈(FUSE)를 더 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 역전류 차단 다이오드(D) 및 퓨즈(FUSE)는 도 2에 도시한 기능 모듈(120)을 위한 보호 회로(132)가 될 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시한 접속부(131)도 도 2의 접속 수단(131)이 될 수 있다. 구현에 따라, 상기 보호 회로(132)는 오작동 방지를 위한 시스템 리셋 버튼을 더 구비할 수 있다.
상기 전압 레귤레이터(206)는 스위칭 동작으로, 비교적 넓은 범위로 유동적인 태양 전지 발전 전력으로부터 안정적인 전압 전원을 생성하기 위한 것으로, 별도의 전용칩이 될 수 있다. 예컨대, LM2575칩이 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 전압 레귤레이터(206)는 약 5V에서 40V의 전력을 3.3V의 안정적인 정전압 전원으로 변환한다. 일반적으로 태양 전지 스트링은 날씨가 나쁘더라도 낮시간대에는 5V이상의 발전 전력을 생성하므로, 상기 전압 레귤레이터(206)는 낮시간대에 상기 기능 모듈을 위한 구동 전원을 안정적으로 생성할 수 있다.
그런데, 스위칭 방식의 상기 전압 레귤레이터(206)의 동작은 스위칭 잡음을 생성하는데, 이 스위칭 잡음이 태양 전지 스트링으로 흘러가면 문제를 발생시킬 수 있다. 상기 잡음 억제 커패시터부(201, 202)는 상기 스위칭 잡음을 바로 접지로 이동시켜, 태양 전지 스트링으로의 이동을 방지한다.
상기 잡음 억제 커패시터부(201, 202)는, 억제하려는 스위칭 잡음들의 특성에 따라 2개 이상의 서로 다른 용량의 커패시터를 병렬 연결한 구조를 가질 수 있으며, 도시한 구조의 경우, 2개의 커패시터를 구비하였다.
도 4는 상기 기능 모듈(120)을 종래기술의 태양 전지용 정션 박스에 부가될 수 있는 형태로 제작한 것을 도시한다.
도시한 정션 박스(100)는 전면에 태양 전지 스트링과 접속될 수 있는 4개의 접속 단자들(191, 192, 193, 194)이 위치하며 도시한 기능 모듈(120)이 도시한 정션 박스(100)에 결합될 때, 상기 기능 모듈(120)의 접속 수단(131)은, 상기 접속 단자들의 외곽 접속 단자쪽의 도체 부분에 전기적으로 접촉될 수 있다.
도시한 PCB 기판으로 형성된 기능 모듈(120)은, 별도의 케이블 없이 정션 박스의 태양 전지 접속부에 직접 접촉하도록 체결되어, 기 설치되거나 제작된 정션 박스에 부가하는 방식으로 실시될 수 있다.
도 4의 정션 박스를 실시하면, 효율측정 시스템의 간소화하여 소형화 및 저전력화하여 모듈 발전에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
살펴본 바와 같은 본 발명의 사상에 따른 모니터링 기능이 있는 정션 박스는 외부의 태양 전지 감시/제어 시스템과 무선 통신으로 모니터링 데이터를 전송할 수 있다. 상기 외부의 태양 전지 감시/제어 시스템으로 전송된 데이터는, 중앙 관제실의 관리자가 실시간 모니터링을 통하여 모듈의 상태를 감시하고 고장구간을 정확히 판단하는데 도움을 줄 수 있으며, 이에 따라 중대형 발전소의 원활한 유지보수가 가능하게 된다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 태양 전지 스트링
112, 114, 116 : 바이패스 소자
120 : 기능 모듈
124 : 통신부
126 : 프로세서
128 : 센서부
132 : 보호 회로
136 : 저장부
190 : 태양 전지 접속부
191, 192, 193, 194 : 접속 단자
200 : 전원 생성부
112, 114, 116 : 바이패스 소자
120 : 기능 모듈
124 : 통신부
126 : 프로세서
128 : 센서부
132 : 보호 회로
136 : 저장부
190 : 태양 전지 접속부
191, 192, 193, 194 : 접속 단자
200 : 전원 생성부
Claims (11)
- 태양 전지 스트링에 연결될 수 있는 스트링 접속 단자를 구비하는 태양 전지 접속부;
전력 라인에 각각 연결될 수 있는 라인 접속 단자를 구비하는 라인 접속부;
상기 태양 전지 접속부에 연결된 태양 전지 스트링의 발전 상태에 따라, 상기 연결된 태양 전지 스트링의 전부 또는 일부의 경로를 바이패스시키는 바이패스 소자;
상기 태양 전지 접속부에 접속된 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하는 태양 전지 모니터링부;
무선 또는 유선 통신 수단을 이용하여 상기 태양 전지 모니터링부에서 모니터링한 정보를 외부의 제어 시스템으로 전송하는 통신부;및
상기 태양 전지 스트링으로부터 상기 모니터링부 및 상기 통신부를 위한 구동 전원을 추출하기 위한 전원 생성부; 를 포함하되,
상기 전원 생성부는,
상기 태양 전지 스트링에서 출력되는 전원을 입력받아 안정된 정전압 전원을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
상기 전압 레귤레이터의 스위칭 잡음이 상기 태양 전지 스트링 쪽으로 이동하는 것을 억제하기 위한 잡음 억제 커패시터부;를 포함하는, 태양 전지용 진단 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지 모니터링부는,
상기 태양 전지 스트링의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비하는 센서부; 및
상기 온도 센서의 센싱 값이 상기 외부의 제어 시스템으로 전송되도록, 상기 통신부를 제어하는 제어부
를 포함하는 태양 전지용 진단 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지 모니터링부는,
상기 태양 전지 스트링의 출력 전압을 측정하는 전압 센서를 구비하는 센서부; 및
상기 전압 센서의 센싱 값이 상기 외부의 제어 시스템으로 전송되도록, 상기 통신부를 제어하는 제어부
를 포함하는 태양 전지용 진단 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전원 생성부는,
상기 전압 레귤레이터의 출력 전원을 안정시키기 위한 안정화 인덕터와 안정화 커패시터; 및
역기전력으로 인한 상기 전압 레귤레이터의 파손을 방지하기 위한 제너 다이오드
를 더 포함하는 태양 전지용 진단 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 잡음 억제 커패시터부는,
억제하려는 잡음들의 특성에 따라 2개 이상의 서로 다른 용량의 커패시터를 병렬 연결한 구조를 가지는 태양 전지용 진단 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전원 생성부는,
상기 태양 전지 스트링으로의 역방향 전류를 차단하기 위한 역전류 차단 다이오드 또는 과전류에 따라 상기 태양 전지 스트링과의 전류를 차단하기 위한 과전류 차단 수단
을 더 포함하는 태양 전지용 진단 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 통신부는,
무선 통신 신호를 송출하고 수신하는 안테나를 더 포함하고,
내부에서 발생된 열이 상기 안테나를 통해 방출될 수 있도록, 상기 진단 장치 내 열전도 라인과 상기 안테나가 전기 비전도성 및 열 전도성 재질로 연결된 것을 특징으로 하는 태양 전지용 진단 장치.
- 접속된 각 태양 전지 스트링의 온도 및 전압 등을 센싱하는 센서부;
상기 태양 전지 스트링과의 접속 노드로부터 구동 전원을 생성하는 전원 생성부;
외부의 제어 시스템과 유선 또는 무선 데이터 통신을 수행하는 통신부; 및
상기 센서부로부터 전송받은 센싱 정보들로부터 상기 태양 전지 스트링의 운전 상태를 모니터링하고, 상기 통신부를 이용하여 모니터링된 정보를 상기 외부의 제어 시스템으로 전송하는 프로세서;를 포함하되,
상기 전원 생성부는,
상기 태양 전지 스트링에서 출력되는 전원을 입력받아 안정된 정전압 전원을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
상기 전압 레귤레이터의 스위칭 잡음이 상기 태양 전지 스트링 쪽으로 이동하는 것을 억제하기 위한 잡음 억제 커패시터부;를 포함하는, 정션 박스용 기능 모듈
- 제 10 항에 있어서,
외부의 전기적 충격으로부터 내부 회로를 보호하는 보호 회로,
정션 박스의 고유 번호를 기록하는 ID 설정부,
동작 중의 정보를 저장하기 위한 저장부 중 하나 이상을 더 포함하는 정션 박스용 기능 모듈.
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|---|---|---|---|
| KR1020140029101A KR101479020B1 (ko) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | 태양 전지용 진단 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140029101A KR101479020B1 (ko) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | 태양 전지용 진단 장치 |
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|---|---|
| KR101479020B1 true KR101479020B1 (ko) | 2015-01-07 |
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| KR (1) | KR101479020B1 (ko) |
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