KR101509536B1 - 태양광 발전 모니터링시스템 - Google Patents

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KR101509536B1
KR101509536B1 KR20140192412A KR20140192412A KR101509536B1 KR 101509536 B1 KR101509536 B1 KR 101509536B1 KR 20140192412 A KR20140192412 A KR 20140192412A KR 20140192412 A KR20140192412 A KR 20140192412A KR 101509536 B1 KR101509536 B1 KR 101509536B1
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diodes
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김대호
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주식회사 대경산전
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

본 발명은 태양광 발전 모니터링시스템에 관한 것으로서, 태양광 발전상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 특히 태양전지 어레이와 접속함을 구성하는 구성부품의 접속불량 등을 정밀하게 검출하여 감시할 수 있는 태양광 발전 모니터링시스템에 관한 것으로서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 복수의 태양전지 어레이와; 상기 복수의 태양전지 어레이에 직렬로 연결되는 복수의 퓨즈와, 상기 복수의 퓨즈와 직렬로 연결되는 복수의 다이오드와, 상기 복수의 다이오드에 병렬로 연결되는 차단기를 포함하여 이루어진 접속함과; 상기 접속함을 통해 입력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터와; 상기 복수의 태양전지 어레이, 상기 접속함 및 상기 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 감시부;를 포함하여 이루어지고, 상기 접속함에는 상기 복수의 태양전지 어레이와 상기 복수의 퓨즈 사이의 라인에 연결되어 상기 복수의 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류전력에 특정 주파주를 가진 직류성분의 기준펄스신호를 입력하는 펄스입력부와, 상기 복수의 다이오드의 출력단 또는 입력단의 직류전력으로부터 출력펄스신호를 검출하는 펄스검출부와, 상기 기준펄스신호와 상기 펄스검출부로부터 검출된 출력펄스신호를 비교하여 상기 출력펄스신호의 왜곡여부를 판단하여 라인별 구성부품의 접촉불량상태을 판단하는 제어부가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 모니터링시스템{Monitoring system for solar light generation}
본 발명은 태양광 발전 모니터링시스템에 관한 것으로서, 태양광 발전상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 특히 태양전지 어레이와 접속함을 구성하는 부품의 접속불량 등을 정밀하게 검출하여 감시할 수 있는 태양광 발전 모니터링시스템에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다.
화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 여러 종류가 있는바, 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 생성하는 조력, 파도를 이용하여 에너지를 생성하는 파력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 생성하는 풍력, 그리고 땅속의 열을 이용하여 에너지를 생성하는 지열, 그리고 이들 에너지의 근원이 되는 태양 에너지가 있다.
이러한 태양 에너지를 생산하는 태양광 발전은 태양 및 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 시스템을 말하며, 발전된 직류 전기 에너지는 전력 변환 장치(인버터)를 통하여 교류 전기에너지로 변환된다.
생산된 전기는 한전계통과 연계되어 부하 측에 공급하게 되며, 나머지 전력은 한전계통으로 역 전송된다. 여기서 부족한 전기는 한전으로부터 공급받게 된다.
이와 같이 계통과 연계되어 시스템이 구축될 경우, 태양전지모듈을 어레이 형태로 사용하게 되며, 접속함에는 태양전지모듈과 연결하기 위한 회로 군을 내장하고, 접속함과 전력 변환 장치인 인버터 간에는 전력선을 이용하여 접속하게 된다.
그러나 이러한 일반적인 태양광 발전 시스템은, 복수의 태양전지모듈을 접속함에서 묶어서 2선을 통해 인버터로 전력을 송신하게 되는 데, 이때 어느 태양전지모듈에 접촉 불량이 발생했는지를 감시하지 못하는 단점이 있으며, 발전량 등에 문제가 발생한 경우에는 일일이 태양전지모듈을 개별적으로 확인해야하기 때문에 보수 시간도 많이 걸리고 보수도 어려운 단점이 있다.
여기서 특정 회로에 접촉 불량이 발생한 경우, 단시간에는 시스템에 별반 문제가 없으나, 장기적으로 보면 화재라든지 단선 등의 고장을 일으키게 된다.
한편, 태양광발전시스템의 접속함은 복수의 태양전지모듈에서 변환한 전기에너지를 결합하여 출력하는 부분으로서, 복수의 태양전지모듈에 각각 연결되는 퓨즈와 다이오드가 구비되고, 접속함의 출력단에는 메인 차단기 등이 구비된다. 상기 접속함에 있어, 상기 접속함의 태양광모듈과 접속함의 입력단의 접속부분, 휴즈의 접속부분 및 다이오드의 접속부분이 낮과 밤의 기온차 등에 의해 수축 및 팽창하게 되고, 접속부분에 크랙이 빈번히 발생하고, 크랙이 발생한 접속부분에 저항상승에 따른 열이 발생하여 화재 등이 발생할 우려가 있다. 이에 따라 접속함의 접촉불량을 사전에 검출할 필요성이 제기되고 있다.
이와 관련하여 자기점검 기능을 구비한 태양광 발전시스템이 특허문헌 1로 제안된 바 있다. 특허문헌 1은 자기점검 기능을 구비한 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 상세하게는 태양 전지 어레이의 출력단과 접속함의 입력단 및 출력단 그리고 인버터의 입력단과 출력단에 각각 저항 센서와 전압 센서를 설치하여 양쪽의 저항과 전압의 변동을 측정하면서 태양전지 모듈, 접속함, 인버터 그리고 선로의 이상 유무를 판단하면서 관리하도록 함으로써 최적의 발전이 가능하도록 유지할 수 있도록 한 자기점검 기능을 구비한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1은 저항 센서 및 전압 센서를 이용하여 고장을 검출하는 것으로서, 직류성분의 펄스신호를 입력하여 펄스신호의 왜곡여부를 검출하여 접속함의 접촉불량을 검출하는 본 발명과 검출방법이 다르다.
특허문헌 2는 화재방지 장치를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로,직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이; 상기 복수의 태양전지 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;를 포함하여 구성된다. 특허문헌 2의 경우 접속반 내의 부품들의 온도를 온도측정부를 이용하여 측정하여 부품들의 고정여부를 검출하는 것으로서, 직류성분의 펄스신호를 입력하여 펄스신호의 왜곡여부를 검출하여 접속함의 접촉불량을 검출하는 본 발명과 검출방법이 다르다.
공개특허 제2014-0087958호 등록특허 제10-1470348호
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 태양광 발전상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 특히 태양전지 어레이와 접속함을 구성하는 구성부품의 접속불량 등을 정밀하게 검출하여 감시할 수 있는 태양광 발전 모니터링시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 복수의 태양전지 어레이와;
상기 복수의 태양전지 어레이에 직렬로 연결되는 복수의 퓨즈와, 상기 복수의 퓨즈와 직렬로 연결되는 복수의 다이오드와, 상기 복수의 다이오드에 병렬로 연결되는 차단기를 포함하여 이루어진 접속함과;
상기 접속함을 통해 입력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터와;
상기 복수의 태양전지 어레이, 상기 접속함 및 상기 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 감시부;를 포함하여 이루어지고,
기 접속함에는 상기 복수의 태양전지 어레이와 상기 복수의 퓨즈 사이의 라인에 연결되어 상기 복수의 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류전력에 특정 주파주를 가진 직류성분의 기준펄스신호를 입력하는 펄스입력부와, 상기 복수의 다이오드의 출력단으로부터 출력되거나 상기 복수 다이오드의 입력단으로 입력되는 직류전력으로부터 출력펄스신호를 검출하는 펄스검출부와, 상기 기준펄스신호와 상기 펄스검출부로부터 검출된 출력펄스신호를 비교하여 상기 출력펄스신호의 왜곡여부를 판단하여 라인별 구성부품의 접촉불량상태를 판단하는 제어부가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템을 제공한다.
상기 접속함의 제어부는 상기 출력펄스신호의 왜곡발생주기가 미리 설정한 주기보다 긴 경우 정상상태로 판단하고, 짧은 경우 접촉불량상태로 판단하고, 라인별 구성부품의 접촉상태를 상기 감시부에 전송한다.
그리고 상기 접속함에는 상기 복수의 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부와, 상기 복수의 다이오드의 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부가 구비되고, 상기 접속함의 제어부는 상기 전압 측정부 및 상기 전류 측정부에 의해 측정된 값을 상기 감시부에 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접속함에는 상기 접속함의 내부 온도를 측정하는 온도 측정부가 구비되고, 상기 접속함의 제어부는 상기 온도 측정부에 의해 측정된 값을 상기 감시부에 전송하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제어부는 라인별 구성부품의 접촉상태가 불량, 측정 전압, 측정 전류 및 측정 온도 중 어느 하나 이상이 기준 값을 초과한 경우 경고신호를 생성하여 상기 감시부에 전송할 수 있다.
상기 감시부와 네트워크 망을 통해 연결되고, 접속하는 클라이언트에게 감시정보를 전달하는 관리서버가 구비될 수 있다.
본 발명의 태양광 발전 모니터링시스템은 태양광 발전상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 특히 직류성분의 펄스신호를 입력하여 펄스신호의 왜곡여부를 검출하여 접속함 내의 퓨즈 및 다이오드의 접속불량 등을 정밀하게 검출하여 감시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 태양광 발전 모니터링시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 접속함의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 펄스입력부에 의해 입력되는 기준펄스신호를 나타내는 도면이고,
도 4는 접속정상상태와 접속불량상태의 출력펄스신호를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 태양광 발전 모니터링시스템을 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 태양광 발전 모니터링시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 접속함(20)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 태양광 발전 모니터링시스템은 크게 복수의 태양전지 어레이(10), 접속함(20), 인버터(30), 감시부(40) 및 관리서버(50)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 태양전지 어레이(10)는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하고, 상기 복수의 태양전지 어레이(10)는 병렬로 연결된다. 각 태양전지 어레이(10)는 일정한 전압을 출력시키기 위해 복수의 태양전지 모듈이 직렬 연결된다. 상기 복수의 태양전지 모듈에는 복수의 태양전지와 정션박스(junction box)로 구성된다.
그리고 상기 접속함(20)은 복수의 태양전지 어레이(10)로부터 발전된 직류전압을 병합하여 인버터(30)에 공급하기 위한 것으로서, 복수의 태양전지 어레이에 직렬로 연결되는 복수의 퓨즈(210)와, 상기 복수의 퓨즈(210)와 직렬로 연결되는 복수의 다이오드(220)와, 상기 복수의 다이오드(220)에 병렬로 연결되는 차단기(230)(MCCB)를 포함하여 구성된다.
상기 접속함(20)에는 전압측정부(260), 전류측정부(270), 온도측정부(280), 펄스입력부(240), 펄스검출부(250) 및 제어부(290)가 더 포함되어 구성된다.
상기 전압측정부(260)는 상기 복수의 퓨즈(210)의 출력단의 전압을 측정하고, 상기 전류측정부(270)는 복수의 다이오드(220)의 출력단의 전류를 측정한다. 그리고 상기 온도측정부(280)는 상기 접속함(20) 내부의 온도를 측정한다. 상기 전압측정부(260), 전류측정부(270) 및 온도측정부(280)에 의해 측정된 값은 상기 제어부(290)를 통해 상기 감시부(40)로 전송된다.
상기 펄스입력부(240)는 상기 복수의 태양전지 어레이(10)과 상기 복수의 퓨즈(210) 사이의 라인에 연결되어 상기 복수의 태양전지 어레이(10)로부터 출력되는 직류전력에 도 3과 같은 특정 주파주를 가진 직류성분의 기준펄스신호를 입력한다. 즉 일정한 펄스 폭을 가지는 직류성분의 기준펄스신호를 입력한다. 상기 펄스입력부(240)는 상기 복수의 태양전지 어레이(10)과 상기 복수의 퓨즈(210) 사이의 라인에 각각 복수 구비되어 각 라인에 기준펄스신호를 입력할 수 있다. 또한 상기 펄스입력부(240)는 도 2와 같이 하나의 펄스입력부를 이용하여 각 라인에 기준펄스신호를 순차적으로 입력할 수 있도록 구성할 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 펄스검출부(250)는 상기 복수의 다이오드(220)의 출력단으로부터 출력되어 상기 차단기(230)(MCCB)에 입력되는 직류전력으로부터 출력펄스신호를 검출한다. 상기 펄스검출부(250)는 상기 복수의 다이오드(220)의 출력단으로부터 출력되는 라인에 각각 복수 구비될 수 있다. 또한, 상기 펄스검출부(250)는 도 2와 같이 하나의 펄스검출부를 이용하여 각 라인의 출력펄스신호를 순차적으로 검출할 수 있도록 구성할 수 있음은 물론이다. 그리고 도 2에서는 상기 펄스검출부(250)를 상기 복수의 다이오드(220)의 출력단으로부터 검출하는 것이 바람직하나, 상기 펄스검출부(250)를 상기 복수의 다이오드(220)의 입력단으로부터 검출할 수 있음은 물론이다.
상기 펄스입력부(240)에 의해 입력되는 기준펄스신호는 상기 접속함의 퓨즈(210)를 거쳐 상기 펄스검출부에 검출될 뿐만 아니라 기준펄스신호는 상기 태양전지 어레이(10)를 구성하는 태양전지모듈의 복수의 태양전지와 정션박스를 거쳐 상기 펄스검출부에 검출될 수 있다. 따라서, 상기 펄스검출부(250)에 의해 태양전지 모듈의 태양전지 및 정션박스, 상기 접속함 내의 퓨즈, 다이오드, 터미널 단자 등의 구성부품의 접속불량상태를 검출할 수 있다.
상기 제어부(290)는 상기 펄스입력부(240)에 의해 상기 퓨즈(210)의 입력단에 입력된 기준펄스신호와, 상기 펄스검출부(250)에 의해 검출된 상기 다이오드(220)의 출력단(또는 입력단)의 출력펄스신호를 비교하여 라인별 구성부품의 접속불량여부를 판단한다. 즉, 상기 출력펄스신호가 상기 기준펄스신호와 달리 왜곡된 경우 해당 라인의 구성부품의 접속불량으로 판단한다.
상기 라인별 구성부품은 상기 복수의 태양전지 어레이의 각 라인별 태양전지모듈을 구성하는 복수의 태양전지, 정션박스 및 터미널 단자, 접속함 내의 퓨즈, 다이오드 및 터미널 단자 등의 부품을 포함한다.
해당 라인의 구성부품의 접속상태가 양호한 경우 상기 펄스검출부(250)로부터 검출되는 출력펄스신호가 도 4의 (a)와 같이 기준펄스신호와 동일하게 펄스 폭이 일정하나, 해당 라인의 구성부품의 접속상태가 불량할 경우 상기 출력펄스신호가 도 4의 (b)와 같이 펄스의 폭이 일정하지 않는 등의 왜곡현상이 발생한다.
이와 같이 상기 출력펄스신호의 펄스의 폭과 상기 기준펄스신호의 펄스의 폭을 대비하여 해당 라인의 구성부품의 접속불량을 판단할 수 있다. 나아가 상기 출력펄스신호의 진폭과 상기 기준펄스신호의 진폭을 대비하여 접속불량을 판단할 수 있다.
특히, 상기 제어부(290)는 상기 복수의 다이오드(220)의 출력단(또는 입력단)의 직류전력의 출력펄스신호의 왜곡여부를 실시간으로 판단하여, 복수의 태양전지 어레이(10)의 라인별 구성부품의 접속상태 데이터를 생성한다. 그리고 상기 출력펄스신호에 왜곡현상이 발생한 경우 그 발생주기를 연산하고, 그 발생주기와 미리 설정된 주기와 비교하여 접속불량의 진행상태를 판단할 수 있다.
즉, 주기를 제1 주기, 제2 주기, 제 3주기로 미리 설정하고, 그 발생주기가 제1 주기 미만인 경우 접속상태를 정상으로 판단하고, 제1 주기와 제2 주기 사이인 경우 접속불량 초기상태로 판단하고, 제2 주기와 제3주기 사이인 경우 접속불량 중기상태로 판단하며, 제3주기 이상인 경우 접속불량 심각상태로 판단한다.
상기 미리 설정된 주기, 즉 제1 주기, 제2 주기, 제3 주기는 실험, 시뮬레이션 등의 방법에 의해 정할 수 있다.
나아가 상기 제어부(290)는 상기 전압측정부(260), 전류측정부(270) 및 온도측정부(280)에 의해 측정된 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상이 기준값을 초과하거나, 상기 퓨즈(210) 또는 상기 다이오드(220)의 상태가 접속불량 심각상태 등의 이상 상태가 발생한 경우 상기 차단기(230)를 제어하여 단절시킬 수 있고, 또한, 경보신호를 경보 발생기에 출력할 수 있다. 상기 경보 발생기는 관리자가 경보신호를 인지할 수 있도록 시각적인 경보(경고등, 디스플레이) 또는 청각적 경보(스피커)의 방법으로 경보할 수 있는 수단이면 족하다.
그리고 상기 제어부(290)는 상기 전압측정부(260), 전류측정부(270) 및 온도측정부(280)에 의해 측정된 전압, 전류 및 온도, 라인별 구성부품의 접촉상태 등을 상기 감시부(40)에 전송한다.
상기 감시부(40)에는 네트워크망을 통해 관리서버(50)와 연결하기 위한 RTU(Remote Transfer Unit) 등의 통신모듈이 구비된다. 상기 감시부(40)에 전송된 발전량, 접속함(20)의 상태 등의 정보가 네트워크망을 통해 상기 관리서버(50)에 저장된다. 그리고 개인 PC, 스마트폰, 스마트패드 등의 클라이언트 단말기(60)를 통해 상기 관리서버(50)에 접속하여 태양광 발전장치의 발전량, 접속함(20)의 상태를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 원격제어할 수 있음은 물론이다.
10: 태양전지 어레이,
20: 접속반,
30: 인버터,
40: 감시부,
50: 관리서버,
60: 클라이언트 단말기

Claims (7)

  1. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 복수의 태양전지 어레이와;
    상기 복수의 태양전지 어레이에 직렬로 연결되는 복수의 퓨즈와, 상기 복수의 퓨즈와 직렬로 연결되는 복수의 다이오드와, 상기 복수의 다이오드에 병렬로 연결되는 차단기를 포함하여 이루어진 접속함과;
    상기 접속함을 통해 입력된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터와;
    상기 복수의 태양전지 어레이, 상기 접속함 및 상기 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 감시부;를 포함하여 이루어지고,
    상기 접속함에는 상기 복수의 태양전지 어레이와 상기 복수의 퓨즈 사이의 라인에 연결되어 상기 복수의 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류전력에 특정 주파주를 가진 직류성분의 기준펄스신호를 입력하는 펄스입력부와, 상기 복수의 다이오드의 출력단으로부터 출력되거나 상기 복수 다이오드의 입력단으로 입력되는 직류전력으로부터 출력펄스신호를 검출하는 펄스검출부와, 상기 기준펄스신호와 상기 펄스검출부로부터 검출된 출력펄스신호를 비교하여 상기 출력펄스신호의 왜곡여부를 판단하여 라인별 구성부품의 접촉불량상태를 판단하는 제어부가 포함되어 구성되고,
    상기 접속함의 제어부는 상기 출력펄스신호의 왜곡발생주기가 미리 설정한 주기보다 긴 경우 정상상태로 판단하고, 짧은 경우 접촉불량상태로 판단하며, 라인별 구성부품의 접촉상태를 상기 감시부에 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속함에는 상기 복수의 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부와, 상기 복수의 다이오드의 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부가 구비되고,
    상기 접속함의 제어부는 상기 전압 측정부 및 상기 전류 측정부에 의해 측정된 값을 상기 감시부에 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접속함에는 상기 접속함의 내부 온도를 측정하는 온도 측정부가 구비되고,
    상기 접속함의 제어부는 상기 온도 측정부에 의해 측정된 값을 상기 감시부에 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 라인별 구성부품의 접촉상태의 불량, 측정 전압, 측정 전류 및 측정 온도 중 어느 하나 이상이 기준 값을 초과한 경우 경고신호를 생성하여 상기 감시부에 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감시부와 네트워크 망을 통해 연결되고, 접속하는 클라이언트에게 감시정보를 전달하는 관리서버가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
KR20140192412A 2014-12-29 2014-12-29 태양광 발전 모니터링시스템 KR101509536B1 (ko)

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