KR101549428B1 - 태양전지모듈 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전을 수행하는 태양전지판에 배열되는 태양전지모듈의 고장 진단을 전압 및 전류의 검출이 아닌 발열 정보를 이용하여 수행할 수 있도록 하는 태양전지모듈 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로,
상기 태양전지모듈 모니터링 장치는, 개별적인 통신 기능과 온도 센서를 구비하여 자체의 온도변화를 검출하여 전송하는 태양전지모듈들이 격자 상으로 배치되는 다수의 태양전지판; 및 상기 태양전지모듈과 통신을 수행하는 서버통신부를 구비하여, 상기 태양전지판으로부터 전송된 상기 태양전지모듈별 온도변화를 수신하여 기 설정된 기준 온도변화에 대하여 일정 온도 범위의 고장범위를 벗어난 경우 고장 상태로 판단하는 관리서버;를 포함하여 구성되어,
온도 변화에 따라 고장 유무를 판단할 수 있도록 하여, 종래기술에서의 전압 또는 전류를 측정하는 방식에 비해 태양전지판의 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 유지 보수를 용이하게 하며, 유지 보수 비용을 절감시켜, 단위 비용 당 태양광발전의 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
상기 태양전지모듈 모니터링 장치는, 개별적인 통신 기능과 온도 센서를 구비하여 자체의 온도변화를 검출하여 전송하는 태양전지모듈들이 격자 상으로 배치되는 다수의 태양전지판; 및 상기 태양전지모듈과 통신을 수행하는 서버통신부를 구비하여, 상기 태양전지판으로부터 전송된 상기 태양전지모듈별 온도변화를 수신하여 기 설정된 기준 온도변화에 대하여 일정 온도 범위의 고장범위를 벗어난 경우 고장 상태로 판단하는 관리서버;를 포함하여 구성되어,
온도 변화에 따라 고장 유무를 판단할 수 있도록 하여, 종래기술에서의 전압 또는 전류를 측정하는 방식에 비해 태양전지판의 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 유지 보수를 용이하게 하며, 유지 보수 비용을 절감시켜, 단위 비용 당 태양광발전의 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 수행하는 태양전지판에 배열되는 태양전지모듈의 고장 진단을 전압 및 전류의 검출이 아닌 발열 정보를 이용하여 수행할 수 있도록 하는 태양전지모듈 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
근래의 화석연료의 부족 및 과도한 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 발생에 의한 온실 효과의 문제의 심각성 제기 등으로 대체 에너지 개발이 활발하게 수행되어 왔다. 이러한 대체에너지의 대표적인 예로는 자연 에너지로서의 풍력, 파력, 태양에너지를 이용하는 발전을 들 수 있다.
이 중 태양에너지를 이용한 발전은, 최근 들어 신재생에너지 보급정책 및 태양전지 셀 가격하락 등의 영향으로 경쟁력을 확보하고 있으며 지속적으로 보급이 확대되고 있다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 제 10- 2000- 2864호, 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-11979호에 개시된 종래기술의 태양에너지를 이용한 발전 시스템의 예로서, 도 1과 같이, 셀 형태의 태양전지모듈(a1~an.....d1~dn....)이 다수개로 형성된 태양전지판을 하나의 그룹(a,....,d,.....,e,....)으로 지정하고, 해당 그룹마다 통신장치(4)를 구비하여, 상기 통신 장치(4)를 이용하여 원거리의 중앙서버(5)가 그룹형태의 태양전지모듈에 대한 제어, 관리 및 감시를 수행할 수 있도록 하였다.
그러나 태양전지모듈의 고장(단락, 개방(단선) 등...)은 육안으로 확인하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 시스템 초기에는 고장이 거의 발생하지 않는다. 그리고 인버터 단에서 스트링별로 전압, 전류, 전력을 모니터링하고 있으나, 일부 셀이 동작하지 않을 경우 바이패스다이오드 동작으로 시스템 고장여부가 쉽게 판단되지 않는다.
이러한 태양전지모듈의 고장 진단의 문제점을 해결하기 위한 태양전지모듈의 고장 진단을 위한 종래기술의 예로서, 도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면이다.
도 2의 태양광 발전장치(50)는, 전지모듈(10)이 다수가 배치되는 전지모듈조(20)와 전지모듈조(20)와 통신을 수행하는 관리서버(30)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 전지모듈(10)은 내부에 태양전지셀 어레이, 통신부, 전압감시부, 제어부, 전원부 및 충전부를 포함하여 구성된다. 상술한 구성의 전지모듈(10)은 통신부를 통해 인접된 전지모듈(10)들과 통신을 수행하도록 구성되어, 인접된 전지모듈(10)이 고장 난 경우, 고장 난 전지모듈(10)을 건터 띄어 다음 전지모듈로 자신의 작동상태와 고장 난 전지모듈의 작동상태를 동시에 전송하는 것을 순차적으로 수행한 후, 최 일측의 전지모듈이 일정시간 간격으로 각각의 전지모듈의 작동 상태를 관리서버(30)로 전송하도록 구성된다. 상술한 구성을 가지는 도 2의 태양광 발전장치(50)는 충전부의 전원으로 구동되는 전압감지부가 태양전지셀 어레이에서 발생되는 전기 에너지의 전압을 감지하여, 감지된 전압이 일정 기준 값의 범위를 벗어나는 경우, 고장으로 판단하여 인접된 전지모듈(10)로 고장신호를 전송하며, 전송된 신호는 관리서버(30)로 전송되어, 수작업의 개별적인 확인 절차 없이 고장 난 전지모듈을 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
그러나 도 2와 같이, 전지모듈별로 전압, 전류 등을 측정할 경우 고장여부를 판단하기는 쉬우나 초기 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있으며, 소비자의 입장에서는 이러한 고장진단 기능을 가지는 태양광 발전시스템을 선호하지 않게 되므로, 상업성 및 대체에너지 생산 측면의 효율성이 저하되는 문제점을 가진다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호에는 태양전지모듈에 트래킹검출부, 전력생산량 검출부, 온도검출부, 로컬제어부 및 통신부를 설치하여, 온도검출부에서 검출된 온도가 기 설정 범위를 벗어나는 경우 트래킹 오류 등으로 판단하는 태양전지모듈의 고장진단을 수행할 수 있도록 하는 태양광 발전 모니터링 시스템을 개시한다. 즉 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호 발명은 전지모듈이 아닌 태양전지판의 태양 추종 트래킹의 오류를 검출하는 것이다.
그러나 상술한 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호의 온도검출부의 온도 검출에 의한 고장 진단은 트래킹 오류 등을 검출하는 것으로서, 태양전지셀 자체의 손상 등의 고장을 검출하지 못하고 있으며, 태양전지 셀 자체의 고장 진단은 종래기술의 도 2와 같이, 전압 또는 전류 검출을 수행하는 것에 의해 이루어지게 되므로, 도 2의 종래기술에서 발생하는 문제점이 동일하게 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지모듈의 고장을 검출함에 있어, 태양전지모듈의 정상적인 동작 상태에서의 온도변화를 기준 온도변화 정보로 저장한 후, 동작 중 인 태양전지모듈에서의 온도변화정보를 동작 온도변화 정보로서 주기적으로 수신하여 서로 비교함으로써, 동작 온도변화가 기준 온도변화를 중심으로 일정 범위 이상 벗어나는 경우, 해당 태양전지모듈이 고장 난 것으로 판단하는 것에 의해, 저비용으로 용이하게 개별적인 태양전지모듈의 고장을 진단할 수 있도록 하는 태양전지 모듈 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지모듈 모니터링 장치는, 개별적인 통신 기능과 온도 센서를 구비하여 자체의 온도변화를 검출하여 전송하는 태양전지모듈들이 격자 상으로 배치되는 다수의 태양전지판; 및, 상기 태양전지모듈과 통신을 수행하는 서버통신부를 구비하여, 상기 태양전지판으로부터 전송된 상기 태양전지모듈별 온도변화를 수신하여 기 설정된 기준 온도변화에 대하여 일정 온도 범위의 고장범위를 벗어난 경우 고장으로 판단하는 관리서버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지판은 고유의 식별자가 부여되고, 상기 태양전지판 별 상기 태양전지모듈들도 고유의 식별자가 부여되는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 온도 변화는, 정상적인 태양전지모듈들이 태양열에 의해 발전을 수행하는 정상동작 상태에서 일정 시간 동안 측정된 상기 태양전지모듈의 온도 변화이고, 상기 기준 온도 변화 산출을 위한 일정 시간 동안의 기간은, 일, 월, 또는 계절 중 어느 하나의 기간으로 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 동작 온도 변화는, 상기 태양전지모듈들이 태양전지판으로 설치된 상태에서 발전을 위해 동작하는 상태에서 상기 태양전지모듈별의 온도 변화인 것을 특징으로 한다.
상기 고장범위는, 상기 기준 온도변화에서 상기 태양전지모듈의 고장 상태에서 일정 시간 동안 측정된 고장 온도변화의 각 동일 시간대에서의 차이의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 고장 상태는 상기 관리서버가 상기 태양전지모듈의 동작 온도변화 정보가 수신되지 않는 경우 해당 태양전지모듈을 고장으로 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고장 온도변화는, 상기 태양전지모듈의 개방 또는 단락 상태 중 하나 이상을 포함하는 상태에서 측정되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지모듈은, 태양전지셀이 격자상으로 배치되는 태양전지셀어레이부; 상기 태양전지셀어레이부에서 출력되는 전원을 충전지 충전 전원 또는 외부장치로 공급하기 위한 전원으로 변환하여 출력하는 전원부; 상기 태양전지셀어레이부에서 발생하는 온도변화를 동작 온도변화로 검출하는 온도센서부; 및, 상기 온도센서부에서 검출된 동작 온도변화를 관리서버로 전송하는 태양전지모듈통신부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 온도센서부와 태양전지모듈통신부는 상기 태양전지모듈에 장탈착 가능하도록 상기 태양전지모듈과 분리 구성되는 독립적인 온도감지센서 내장형 송신장치로 구성될 수 있다.
상기 관리서버는, 상기 태양전지모듈을 상기 태양전지판의 배열 위치에 대응하도록 태양전지모듈영역을 할당한 후, 각각의 태양전지모듈영역에 대응되는 태양전지모듈의 식별자와 고장유무를 출력하는 표시부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지모듈 모니터링 방법은, 온도센서부 및 태양전지모듈통신부를 포함하는 태양전지모듈의 어레이로 구성되는 태양전지판과 상기 태양전지모듈통신부와 각각 통신을 수행하는 관리서버를 포함하는 태양전지모듈 모니터링 장치에 의한 태양전지모듈 모니터링 방법에 있어서, 정상 상태의 상기 태양전지모듈들 내의 온도센서부가 일정 시간 동안 각각의 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여 기준 온도변화로 저장하는 기준온도 측정과정; 오동작 태양전지모듈에 대하여 상기 일정 시간 동안 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여, 동일 시간대의 기준 온도변화와의 차이를 고장범위로 설정하는 고장범위 설정과정; 상기 태양전지판의 각각의 태양전지모듈 내의 온도센서부들이, 상기 일정 시간 동안 각각의 태양광 발전을 수행하는 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여 동작온도변화로 전송하는 동작온도 측정과정; 및, 상기 관리서버가 동일 시간대별 상기 기준 온도변화와 상기 동작 온도변화의 차가 상기 고장범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 고장진단과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 온도변화와 상기 고장범위와 상기 동작 온도변화는 상기 태양전지모듈통신부와 관리서버통신부를 통해 상기 관리서버로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 온도 변화 산출을 위한 일정 시간 동안의 기간은, 일, 월 또는 계절 중 어느 하나의 기간으로 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 고장 온도변화는 상기 태양전지모듈의 개방 또는 단락된 상태 중 하나 이상의 상태에서 측정되는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단과정은, 동작 온도변화 정보가 수신되지 않는 태양전지모듈을 고장으로 판단하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단과정 이후, 고장으로 판단된 태양전지모듈을 표시부의 대응되는 태양전지모듈영역에 태양전지모듈의 식별자와 고장상태를 표시하여 고장을 표시하는 고장표시과정;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 다수의 태양전지모듈로 구성된 다수의 태양전지판들을 이용한 태양광 발전을 수행하는 과정에서, 각각의 태양전지모듈의 정상 상태의 온도와 고장 상태의 온도 변화를 검출하여 고장범위를 산출한 후, 태양광 발전을 위한 동작 중 온도변화를 상기 고장범위와 비교하는 것에 의해 태양전지 모듈의 고장을 용이하게 판단할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 종래기술에서와 같이 모든 태양전지모듈에 전압 및 전류 검출부를 구성하여, 각각의 태양전지모듈의 출력 전압 또는 전류를 검출하는 것에 의해 고장을 진단하는 방법의 경우 고가의 부품을 사용하여 비용이 많이 소요되고, 부피가 커지는 문제가 있으나, 본 발명의 태양전지모듈에 온도센서와 무선통신부를 추가하는 것으로 태양전지모듈의 모니터링을 수행할 수 있으므로, 모니터링 기능을 가지는 태양전지모듈의 가격을 현저히 낮추고, 부피 또한 줄일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 가격을 낮추고 부피를 줄이는 것에 의해, 단위 비용 당의 발전 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공하며, 이에 따라, 상업성을 현저히 향상시키는 효과를 더 제공한다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 제 10- 2000- 2864호, 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-11979호에 개시된 종래기술의 태양에너지를 이용한 발전 시스템의 구성도.
도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지모듈 모니터링 장치(100)의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 태양전지모듈(111)의 기능 블록도.
도 5는 본 발명의 태양전지모듈 모니터링 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 6은 기준 온도변화(A)와 개방시 및 단락시의 고장 온도변화(B, C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프.
도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지모듈 모니터링 장치(100)의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 태양전지모듈(111)의 기능 블록도.
도 5는 본 발명의 태양전지모듈 모니터링 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 6은 기준 온도변화(A)와 개방시 및 단락시의 고장 온도변화(B, C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지모듈 모니터링 장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3의 태양전지모듈(111)의 기능 블록도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지모듈 모니터링 장치(100)는 태양전지모듈(111)들이 격자상의 어레이를 형성하며 배치된 태양전지판(110)과 관리서버통신부(170)와 표시부(160)를 포함하는 관리서버(150)를 포함하여 구성된다.
상기 태양전지판(110)은 다수의 태양전지모듈(111)이 격자 상으로 배치되고, 내부에 단일 태양전지판(110)의 제어를 위한 제어부와 태양 추적 기능을 가지는 경우 태양전지판(110)의 방향을 변경하는 구동모듈 및 전원 충전을 위한 충전지 등을 구비한다.
상기 관리서버(150)는 태양전지모듈(111)들로부터 각각의 태양전지모듈(111)들에서 일정 시간 동안 측정된 온도 변화를 동작 온도변화 정보로 수신한 후 기 설정 기준 온도변화와 비교하여 각각의 태양전지모듈(111)들의 고장 유무를 판단하도록 구성된다.
이를 위해 상기 각각의 태양전지모듈(111)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지셀이 격자 상으로 배치되는 태양전지셀어레이부(113), 태양전지셀어레이부(113)에서 생성된 전원을 정류 등을 수행하여 충전지 또는 전원제어부로 출력하는 전원부(115)와, 상기 태양전지모듈(111)의 온도변화를 검출하는 온도센서부(117) 및 온도센서부(117)에서 측정된 온도변화 정보를 관리서버통신부(170)로 송신하는 태양전지모듈통신부(119)를 포함하여 구성된다.
상기 태양전지셀어레이부(113)는 각각의 태양전지셀이 격자 상으로 배치되어 열별로 전기적으로 접속된다. 또한, 발전 효율의 향상을 위해 각각의 태양전지셀어레이부(113)가 적층되어 형성될 수도 있다. 상술한 바와 같이 태양전지셀들이 배열되어 전기적으로 접속된 후 태빙머신에 의해 태빙 작업이 수행됨으로서 각각의 태양전지모듈(111)로 제작된다.
상기 전원부(115)는 태양전지셀어레이부(113)의 각각의 태양전지셀에서 생성된 전원을 공급 받은 후, 파형 변환, 리플 제거, 정류, 직류 변환 등 안정된 전원으로 변환하는 전원처리를 수행하여 안정화 시킨 후, 충전지 또는 외부로 전력을 공급하는 전원제어부로 출력하도록 구성된다.
상기 온도센서부(117)는 광스펙트럼분석에 의한 온도 측정센서, 열전센서, 써모스텟 등의 온도센서를 구비하여, 태양전지모듈(111)의 온도 변화를 측정한다. 상기 온도 변화의 측정은 일정 시간, 일 예로 1일 동안 일정 주기로 또는 연속적으로 태양전지모듈(111)의 온도를 측정하여 연속적으로 태양전지모듈통신부(119)로 전송하거나, 내부의 메모리에 저장한 후 일정 시간에 저장된 정보를 태양전지모듈통신부(119)로 출력한다. 태양전지모듈통신부(119)는 태양전지모듈(111)의 일정 시간 동안의 온도변화를 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다.
또한 상기 온도센서부(117)와 태양전지모듈통신부(119)는 태양전지모듈(111)에 탈 장착 가능하도록 독립적인 온도감지센서 내장형 무선송신장치로 구성되어, 종래의 태양전지모듈에 장착되어 고장유무를 검출할 수 있도록 구성될 수도 있다.
상술한 온도센서부(117)의 태양전지모듈(111)에 대한 온도측정에 의한 온도 변화 정보의 생성은 일정 시간을 주기로 반복적으로 수행되거나, 온도 변화 정보 송신을 위한 전력 소모를 줄이기 위해 1회 측정하여 관리서버로 전송한 후 온도센서부(117)와 태양전지모듈통신부(119)가 슬립모드(sleep mode)로 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 태양전지모듈통신부(119)는 일반적인 RF 통신, 블루투스, 지그비 등의 다양한 원거리 또는 근거리 무선통신 방식이나, 직렬 또는 병렬 통신 채널을 이용한 유선 통신을 수행하여 상기 온도센서부(117)에서 측정된 태양전지모듈(111)의 온도 변화 정보를 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다.
상술한 구성의 태양전지모듈(111)은 각각의 태양전지모듈(111)을 식별할 수 있도록, 도 3에서와 같이, 각각의 태양전지모듈(111)에 1, 2, 3, 4, 5.....와 같은 일련번호 또는 다른 연속적인 기호 등으로 이루어지는 식별자가 부여된다.
상기 태양전지모듈(111)의 식별자는 도면에는 미 도시되어 있으나, 태양전지모듈(111)의 제어를 위한 제어부, 온도센서부 또는 태양전지모듈통신부 등의 비휘발성 메모리 등에 저장된다.
또한, 상술한 태양전지모듈(111)들이 격자상으로 배치된 후 라미네이팅공정에 의해 제작되는 상기 태양전지판(110)도 각각의 태양전지판들을 고유하게 식별할 수 있는 식별자가 부여된다. 상기 식별자는 전체 태양전지판(110)의 제어를 위한 제어부(미 도시)의 비휘발성 메모리에 부여되거나, 각각의 태양전지모듈(111)에 태양전지모듈 식별자에 부가되어 저장될 수 있다.
상술한 구성을 가지는 태양전지모듈 모니터링 장치(100)는 태양전지모듈(111) 별로 장착된 온도센서부(117)와 태양전지모듈통신부(119)를 통해 각각의 태양전지모듈(111)의 동작 상태에서의 온도변화가 태양전지판 식별자와 태양전지모듈식별자 정보와 함께 관리서버(150)로 전송된다. 관리서버(150)는 전송된 동작 온도변화를 기준 온도 변화 값과 비교하여 일정 범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단한 후, 표시부의 대응되는 태양전지모듈영역(161)에 고장임을 표시한다. 따라서 본 발명은 종래기술에서와 같이 태양전지모듈의 전압 또는 전류를 측정하기 위한 수단을 구비함이 없이 온도 정보만으로 용이하게 태양전지모듈(111)의 고장을 진단할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 태양전지모듈 모니터링 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 6은 기준 온도변화(A)와 개방 시 고장 온도변화(B) 및 단락시의 고장 온도변화(C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프이다.
온도센서부(117)와 태양전지모듈통신부(119)를 구비한 태양전지모듈(111)들이 격자 상으로 배치된 태양전지판(110)과, 표시부(160)와 관리서버통신부(170)를 구비한 관리서버(150)로 구성된 태양전지모듈 모니터링 장치의 태양전지 모듈 모니터링 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기준 온도 측정과정(S100), 고장범위 설정과정(S200), 동작 온도 측정과정(S300), 고장진단과정(S400) 및 고장표시과정(S500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기준 온도 측정과정(S100)에서, 정상 상태의 상기 태양전지모듈(111)들 내의 온도센서부(117)가 일정 시간 동안 각각의 태양전지모듈(111)의 온도변화를 측정하여 기준 온도변화 정보를 생성한 후 태양전지모듈통신부(119)를 통해 실시간으로 또는 저장 후 기 설정된 시간에 관리서버(150)로 전송한다. 관리서버(150)는 정상 상태의 태양전지모듈(111)들로부터 수신된 태양전지모듈(111)들의 일정 시간 동안의 온도 변화를 기준 온도 변화 정보로 저장한다. 이때, 상기 태양전지모듈(111)로부터 관리서버(150)로 전송되는 기준 온도변화 정보에는 태양전지모듈(111)의 일정 시간 동안의 온도변화 데이터와, 태양전지판 식별자 및 태양전지모듈 식별자를 포함한다. 그리고 상기 기준 온도 측정과정(S100)에서 측정되는 상기 기준 온도변화 정보는, 태양전지모듈(111)들의 일정 시간 동안의 온도 변화 정보를 수회 수집하여 평균 등의 보정을 수행하는 것에 의해 정확도를 높일 수 있다. 일예로. 상기 기준 온도변화는, 일별 평균, 월별 평균, 봄(3~5월), 여름(6~8월), 가을(9~11월), 겨울(12~2월)의 계절별 평균, 또는 년별 평균 값 등에서 선택적으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 기준 온도변화 값은, 365일별로 측정된 일별 평균 값, 또는 월 단위로 측정되어 평균된 월별 평균값, 계절 단위로 측정된 계절별 평균값을 산출한 후, 매일, 매월 또는 매 계절별로 산출된 값을 변경하여 적용할 수도 있다. 이에 의해 측정된 온도 변화의 정확성이 향상된다.
상기 고장범위 설정과정(S200)은 온도센서부(117)가 일정 시간 동안 오동작 태양전지모듈(111)의 온도변화를 측정하여 오동작 온도변화 정보로 관리서버(150)로 전송한다. 그리고 관리서버(150)는 동일 시간대의 기준 온도변화와 오동작 온도변화의 차이를 산출한 후 이를 고장범위로 설정한다. 이 후 태양전지모듈(111)의 동작 온도변화가 고장범위 내의 온도 변화를 가지는 경우 태양전지모듈(111)이 정상 동작하는 것으로 판단하고, 해당 범위를 벗어나는 경우 오작동하는 것으로 판단한다. 상기 고장범위 설정과정의 수행을 위해 전송되는 상기 오동작 태양전지모듈(111)의 오동작 온도변화 정보 또한 수회 관리서버(150)로 전송된 후 평균 등의 방법에 의해 보정되어 정확도를 높일 수 있다.
그리고 상술한 오동작은 상기 태양전지모듈(111)의 개방 또는 단락 상태를 포함한다. 이에 따라 상기 오동작 온도변화 또한 상기 태양전지모듈(111)의 개방 상태에서의 오동작 온도변화와 단락 상태에서의 오동작 온도변화를 포함한다.
도 6은, 시간별 정상 태양전지모듈의 기준 온도변화(A)와, 오동작의 하나인 개방 상태의 태양전지모듈의 개방 상태 오동작 온도변화(B)와, 오동작의 다른 상태인 단락 상태의 태양전지모듈의 단락 상태 오동작 온도변화(C)를 나타낸다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 새벽에는 정상 상태의 태양전지모듈의 기준 온도변화(A), 개방 또는 단락 상태의 오동작 온도변화(B, C) 값은 새벽에는 거의 유사한 값을 가지나, 해 뜨는 시각에서부터 점점 온도가 상승하면서 서로 다른 값을 가지게 되어, 오후 1시 내지 2시 사이에 최대 차이를 가지게 되며, 다시 오후로 될수록 서로 비슷한 값을 가지게 된다. 즉, 수회 동안 측정된 기준 온도변화(A), 개방 또는 단락 상태의 오동작 온도변화(B, C) 값의 차이를 산출하여 고장범위로 설정한다.
상기 동작 온도 측정과정(S300)은 기준 온도변화 및 고장범위가 설정된 후, 다수의 태양전지판(110)들이 설치되어 태양광 발전을 수행하는 상태에서의 각각의 태양전지모듈(111)들의 온도 변화를 측정하는 과정이다. 즉, 각각의 태양전지모듈(111) 내의 온도센서부(117)들은 태양광 발전을 수행하는 동작을 수행하는 각각의 태양전지모듈(111)의 동작 온도변화를 측정하여 실시간 또는 저장 후 일정 시간마다 태양전지판 식별자 및 태양전지모듈 식별자와 함께 관리서버(150)로 전송한다. 관리서버(150)는 이렇게 전송된 동작 상태의 태양전지모듈(111)들의 동작 온도변화를 태양전지판의 식별자-태양전지모듈식별자를 부가하여 저장한다.
상기 고장진단 판단과정(S400)은 동작온도 측정과정(S300)에서 전송된 태양전지모듈(111)의 동작 온도변화를 고장범위와 비교하여, 동작 온도변화가 고장범위를 벗어나지 않는 경우 각각의 태양전지모듈(111)들을 정상으로 판단하고, 고장범위를 벗어난 경우에는 고장으로 판단한다.
상기 고장표시과정(S500)은 고장진단 판단과정(S400)에서 고장으로 판단된 태양전지판(110)의 태양전지모듈(111)들과 정상으로 판단된 태양전지판(110)의 태양전지모듈(111)들을, 도 3과 같이, 표시부(160)에서 각각의 태양전지판(110)에 및 태양전지모듈(111)에 대응하는 태양전지모듈영역(161)에 표시하는 과정이다. 이에 의해 관리자는 태양전지판(110) 별로 고장된 태양전지모듈(111)을 용이하게 식별할 수 있어, 태양전지판(110)의 유지 보수를 현저히 용이하게 수행할 수 있게 된다.
대형 태양광발전단지의 경우 종래기술에서는, 전압, 전류 등을 측정한 후 분석하는 방법으로 태양전지모듈(111) 별로 상태를 판단하였으나, 이는 초기설비투자 금액이 과도하게 소비되는 문제점 및 전압 범위에 따라서 다른 제품이 들어가는 것에 의해 측정의 정확도가 낮아지는 문제점을 가짐은 종래기술에서 설명한 바와 같다.
종래기술의 경우 대단위 발전단지에서 태양전지(약 250W, 35V-모듈1기)가 동작 중 단선 또는 단락 등의 고장이 발생할 경우 태양전지모듈에 설치되어 있는 바이패스 다이오드의 동작으로 시스템이 고장을 발견하기까지는 2요소(태양전지 셀, 바이패스다이오드 등)가 고장 났을 때 인버터 단에서 고장검출이 가능하였다. 또한, 전압전력을 측정하는 장비는 1 스트링(string) 단위로 설치된다. 개별적 모듈에 설치시에는 초기투자비가 많이 소요되기 때문이다. 전압 측정의 경우 특정 모듈 전압렵로 다양하기에 동일한 전압 센싱이 어렵다.
그러나 본 발명과 같이, 온도센싱을 통한 고장검출은, 초기 설치 시 고장범위가 설정되고, 온도센서와 지그비 등의 무선 통신모듈을 탑재하므로, 종래기술에 비해가격이 낮아져 유지보수 대비 가격경쟁력을 확보할 수 있다. 또한 그리고 온도센서는 대기전력을 저감하기 위해 슬립모드를 장착하여 1일 1회 데이터 전송을 수행하도록 하는 것에 의해 동작 전력을 줄일 수 있다. 또한 슬립모드는 설치자에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 경우 태양전지의 온도가 -20 ~ 150 ℃의 센서를 이용하여 저가의 측정시스템의 구성이 가능하였다.
또한, 기존 태양전지 불량 유무 판단은 온도측정을 위한 적외선 측정계, 육안검사 등을 통하여 1차 확인 후 제품을 탈거하여 2차로 I-V 커브트레이서를 통하여 고장 유무를 확인하였다. 이러한 확인 절차에서 태양전지판의 식별자, 태양전지모듈의 식별자 및 통신 유무와 이상 온도 변화를 이용하여 태양전지모듈의 고장을 판단할 수 있었고, 별도의 유지관리에 있어서 높은 효율성이 제고되었다.
100: 태양전지모듈 모니터링 장치
110: 태양전지판
111: 태양전지모듈 113: 태양전지셀어레이부
115: 전원부 119: 태양전지모듈통신부
150: 관리서버 160: 표시부
161; 태양전지모듈 영역 170: 관리서버통신부
110: 태양전지판
111: 태양전지모듈 113: 태양전지셀어레이부
115: 전원부 119: 태양전지모듈통신부
150: 관리서버 160: 표시부
161; 태양전지모듈 영역 170: 관리서버통신부
Claims (16)
- 개별적인 통신 기능과 온도 센서를 구비하여 자체의 온도변화를 검출하여 전송하는 태양전지모듈들이 격자 상으로 배치되는 다수의 태양전지판; 및,
상기 태양전지모듈과 통신을 수행하는 서버통신부를 구비하여, 상기 태양전지판으로부터 전송된 상기 태양전지모듈별 동작 온도 변화를 수신하여 기 설정된 기준 온도 변화에 대하여 일정 온도 범위의 고장범위를 벗어난 경우 고장 상태로 판단하는 관리서버;를 포함하여 구성되고,
상기 기준 온도 변화는 정상적인 태양전지모듈들이 태양열에 의해 발전을 수행하는 정상동작 상태에서 일정 시간 동안 측정된 상기 태양전지모듈의 온도 변화인 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양전지판과 상기 태양전지모듈 각각에는 고유의 식별자가 부여되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 기준 온도 변화 산출을 위한 일정 시간은, 일, 월, 또는 계절 중 어느 하나의 기간으로 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 동작 온도 변화는,
상기 태양전지모듈들이 태양전지판으로 설치된 상태에서 발전을 위해 동작하는 상태에서 일정 시간 동안 측정된 상기 태양전지모듈별 온도 변화인 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고장범위는,
상기 기준 온도변화에서 상기 태양전지모듈의 고장 상태에서 일정 시간 동안 측정된 고장 온도변화의 각 동일 시간대에서의 차이의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 고장 온도변화는,
상기 태양전지모듈의 개방 또는 단락 상태 중 하나 이상을 포함하는 상태에서 측정되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고장 상태는,
상기 관리서버가 상기 태양전지모듈의 동작 온도변화 정보가 수신되지 않는 경우 해당 태양전지모듈을 고장으로 판단하는 것을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 태양전지모듈은,
태양전지셀이 격자상으로 배치되는 태양전지셀어레이부;
상기 태양전지셀어레이부에서 출력되는 전원을 충전지 충전 전원 또는 외부장치로 공급하기 위한 전원으로 변환하여 출력하는 전원부;
상기 태양전지셀어레이부에서 발생하는 온도변화를 동작 온도변화로 검출하는 온도센서부; 및,
상기 온도센서부에서 검출된 동작 온도변화를 관리서버로 전송하는 태양전지모듈통신부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 9에 있어서, 상기 온도센서부와 상기 태양전지모듈통신부는,
상기 태양전지모듈에 장 탈착 가능하도록 온도감지센서 내장형 송신장치로 독립 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 관리서버는,
상기 태양전지모듈을 상기 태양전지판의 배열 위치에 대응하도록 태양전지모듈영역을 할당한 후, 각각의 태양전지모듈영역에 대응되는 태양전지모듈의 식별자와 고장유무를 출력하는 표시부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 장치.
- 온도센서부 및 태양전지모듈통신부를 포함하는 태양전지모듈의 어레이로 구성되는 태양전지판과 상기 태양전지모듈통신부와 각각 통신을 수행하는 관리서버를 포함하는 태양전지모듈 모니터링 장치에 의한 태양전지모듈 모니터링 방법에 있어서,
정상 상태의 상기 태양전지모듈들 내의 온도센서부가 일정 시간 동안 태양광 발전을 수행하는 각각의 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여 기준 온도변화로 저장하는 기준온도 측정과정;
오동작 태양전지모듈에 대하여 상기 일정 시간 동안 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여, 동일 시간대의 기준 온도변화와의 차이를 고장범위로 설정하는 고장범위 설정과정;
상기 태양전지판의 각각의 태양전지모듈 내의 온도센서부들이, 상기 일정 시간 동안 각각의 태양광 발전을 수행하는 태양전지모듈의 온도변화를 측정하여 동작온도변화로 전송하는 동작온도 측정과정; 및,
상기 관리서버가 동일 시간대별 상기 기준 온도변화와 상기 동작 온도변화의 차가 상기 고장범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 고장진단과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 기준 온도 변화 산출을 위한 일정 시간 동안의 기간은, 일, 월 또는 계절 중 어느 하나의 기간으로 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 방법.
- 청구항 12에 있어서,
고장 온도변화는 상기 태양전지모듈의 개방 또는 단락된 상태 중 하나 이상의 상태에서 측정되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 고장진단과정은,
동작 온도변화 정보가 수신되지 않는 태양전지모듈을 고장으로 판단하는 것을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 고장진단과정 고장으로 판단된 태양전지모듈을 표시부의 대응되는 태양전지모듈영역에 태양전지모듈의 식별자와 고장상태를 표시하는 고장표시과정;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 모니터링 방법.
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|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |