KR101631266B1 - 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템에 있어서 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서 이상이 발생한 모듈의 주변 모듈에서의 실측 출력전압값이 상승하는 것을 이용하여, 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단함으로써, 스트링단에서의 이상 모듈 발생 여부를 정확하게 진단할 수 있으며, 또한 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상으로 이격된 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하거나 또는 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정함으로써, 스트링 내 이상 발생 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법{A Module of Abnormal Condition Diagnosis System in a serially connected photovoltaic module string and Method thereof}
본 발명은 태양광 발전시스템에 있어서 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서 이상이 발생한 모듈의 주변 모듈에서의 실측 출력전압값이 상승하는 것을 이용하여, 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단함으로써, 스트링단에서의 이상 모듈 발생 여부를 정확하게 진단할 수 있으며, 또한 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상으로 이격된 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하거나 또는 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정함으로써, 스트링 내 이상 발생 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 태양전지는 태양광의 빛에너지로부터 전기를 발생시키는 셀(전기를 일으키는 최소단위, 이하 '셀'이라 한다), 상기 셀의 조합이며 각 셀에서 발생된 전기를 외부로 송출하는 셀모듈(전기를 꺼내는 최소단위, 이하 '모듈'이라 한다), 상기 모듈의 조합으로 정의되는 셀어레이(이하, '어레이'라 한다)로 구성된다.
여기서, 본원발명의 배경이 되는 태양광발전장치의 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0455250호(2004.10.22), 10-1028159호(2011,04,01) 및 제10-1049786호(2011,07,11)에 기재되어 있다. 즉, 태양광발전장치는 상기와 같이 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식에 태양전지로 구성된 모듈과 축전지 및 전력변환 인버터 등을 더 포함하면 태양광 발전장치(시스템)를 구성하게 된다.
이러한 태양광 발전장치의 가동 운영과정에서 음영, 고장, 노화 등의 다양한 원인으로 수많은 모듈들 중에서 특정 모듈에 이상이 발생하게 되면, 이상이 발생한 해당 모듈에 대한 진단은 물론 교체 등이 이루어지는 유지보수가 무엇보다 중요해지고 있으나, 현재는 이상이 발생한 특정 모듈별 이상여부 진단을 하는 방식도 생소할 뿐더러 모듈별 진단을 실시하고자 하더라도 그 정확성을 담보하기가 어려웠다.
(특허 문헌 1)
일본등록특허공보 JP 5462821호(2014. 1. 24. 등록) "태양전지 이상 판정장치 및 태양전지 이상 판정방법"
(특허 문헌 2)
공개특허공보 KR2013-0017874호(2013. 2. 20. 공개) "태양전지판의 발전전압 감시장치"
상기 (특허문헌 1)에 개시된 내용은 태양전지의 단락전류값, 개방전압값, 최대출력 동작전압치, 최대출력 동작전류치로부터 태양전지의 이상을 판정하는 것에 관해 기재하고 있고, 상기 (특허문헌 2)에 개시된 내용은 직병렬로 연결된 다수의 태양전지판 각각의 발전전압을 서로 상대비교하여 고장유무를 판단하는 내용이 개시되어 있으나, 이는 단순히 기준 전류 전압 특성과 실측 전류 전압 특성을 단순 비교하는 것 내지 각 전지판별 측정전압을 상대비교하는 것에 불과함은 물론, 그 진단 대상도 이상 여부의 존부에 있을 뿐 이상이 발생한 모듈을 정확히 특정해내는 것과는 무관하다.
또한, 기존에는 각 모듈별로 실측되는 실측 출력값(전압값)을 기준으로, 특정 모듈의 실측 출력값(전압값)이 현저히 떨어지는 특정 모듈을 감지하여 이를 이상 모듈로 판단하는 방식을 적용하고자 하였으나, 이 경우 모듈들이 직렬로 연결된 스트링단에서 출력이 떨어지는 특정 모듈에 대한 보상 특성에 의해 다른 모듈들에서의 실측 출력값(전압값)이 갑자기 상승하여 전체적으로 스트링단 전체의 출력값은 유지되는 현상으로 인해 정확한 이상 발생 모듈에 대한 특정이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서 이상이 발생한 모듈의 주변 모듈에서의 실측 출력전압값이 상승하는 것을 이용하여, 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단함으로써, 스트링단에서의 이상 모듈 발생 여부를 정확하게 진단할 수 있는 이상 모듈 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상으로 이격된 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하거나 또는 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정함으로써, 스트링 내 이상 발생 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 이상 모듈 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치를 초과하는 초과비율에 따라 스트링 내 음영 또는 오염 발생이나 고장 발생을 분별하여 판별할 수 있는 이상 모듈 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이; 상기 어레이의 각 모듈별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지부; 및 상기 출력전압감지부에서 측정된 각 모듈별 출력전압값을 바탕으로 스트링 내 특정 모듈에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단부;를 포함하며, 상기 이상진단부는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 이상진단부는, 각 모듈별 출력전압값을 해당 모듈의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈이 위치한 스트링 내 이상 발생 모듈의 존재를 진단하는 이상스트링진단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 이상진단부는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상인 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 이상진단부는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템에 있어서 상기 이상스트링진단모듈은, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치의 10%를 초과하는 경우 스트링 내 음영 또는 오염 발생 모듈의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치의 30%를 초과하는 경우 스트링 내 고장 발생 모듈의 존재를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법은 하나 이상의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이의 각 모듈별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지단계; 및 상기 출력전압감지단계에서 측정된 각 모듈별 출력전압값을 바탕으로 스트링 내 특정 모듈에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단단계;를 포함하며, 상기 이상진단단계는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 진단 방법에 있어서 상기 이상진단단계는, 각 모듈별 출력전압값을 해당 모듈의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈이 위치한 스트링 내 이상 발생 모듈의 존재를 진단하는 이상스트링진단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 진단 방법에 있어서 상기 이상진단단계는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상인 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 진단 방법에 있어서 상기 이상진단단계는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 진단 방법에 있어서 상기 이상스트링진단단계는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치의 10%를 초과하는 경우 스트링 내 음영 또는 오염 발생 모듈의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치의 30%를 초과하는 경우 스트링 내 고장 발생 모듈의 존재를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링에서 이상이 발생한 모듈의 주변 모듈에서의 실측 출력전압값이 상승하는 것을 이용하여, 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링 내 어느 하나의 모듈 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링 내에 이상 발생 모듈이 발생한 것으로 진단함으로써, 스트링단에서의 이상 모듈 발생 여부를 정확하게 진단할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상으로 이격된 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하거나 또는 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정함으로써, 스트링 내 이상 발생 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치를 초과하는 초과비율에 따라 스트링 내 음영 또는 오염 발생이나 고장 발생을 분별하여 판별할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 태양광 발전장치의 원격 모니터링 시스템을 도시한 참고도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템의 구성을 도시한 블록도
도 3은 일 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 이격되어 2 이상 측정된 경우를 도시한 참고도
도 4는 일 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우를 도시한 참고도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법을 도시한 블록도
이하에서는 본 발명에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 태양광 발전장치의 원격 모니터링 시스템을 도시한 참고도이다. 도 1을 참조하면, 태양광 발전장치는, 실제 발전(발생)된 전기를 외부로 송출하는 최소단위인 태양광 모듈(10)이 복수개 모여 어레이(20)(어레이 내에는 복수의 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)이 하나 이상 포함됨)를 이루며, 대규모 태양광 발전의 경우 적게는 수십 개 많게는 수백 개 이상의 어레이(20)가 설치되어 운영되게 된다(한편, 태양광 발전장치에서는 이외에도 접속반(30), 인버터(40) 등의 설비와, 모니터링을 위한 센서(50), 송수신을 위한 코디네이터(60) 등의 장치가 포함되게 된다). 이러한 태양광 발전장치를 운영하다 보면, 태양광 모듈(10)의 전압이 저하(달리 표현하면, 해당 모듈의 효율이 저하)되게 되는데, 이때 전압 저하가 발생한 해당 모듈(10)을 정확하게 특정하고 해당 전압 저하의 원인을 운영자에게 고지시키게 되면 해당 모듈(10)에 대한 교체, 수리, 청소 등의 대응조치를 취하게 된다.
그러나, 종래에 태양광 발전장치의 모니터링 시스템은, 단순히 어레이(20) 단에서 출력(전압)이 저하되는 것을 진단한 다음 해당 어레이에서는 점검자가 일일이 수동으로 해당 어레이의 각 모듈별로 계측하여 이상이 발생한 모듈을 특정하는 방식을 사용하여 왔거나, 또는 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)에서의 출력(전압) 저하를 진단하는 방식을 사용하여 왔으나, 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)에서는 어느 하나의 모듈(10) 출력(전압)이 저하되는 경우 그 주위 다른 모듈(10)들의 출력(전압)이 상보적으로 상승하여 스트링(12) 전체적으로는 어느 정도 출력(전압)을 동일하게 유지시키게 되므로, 이러한 종래 방식으로는 해당 어레이(20) 내지 스트링(12)에서 어느 모듈(10)에 이상이 발생하였는지를 정확하게 진단하고 특정하는 것이 어려웠다.
또한, 최근에 개발되고 있는 모듈별 이상진단 시스템 역시, 각 모듈(10)별로 출력량(전압값)에 대한 계측은 하고는 있으나, 기존 방식 즉, 모듈(10)들 중의 실측 출력값(전압값)이 현저히 떨어지는 특정 모듈을 감지하여 이를 이상 모듈로 판단하는 방식의 적용에 있어서 이 경우 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)단에서 출력이 떨어지는 특정 모듈에 대한 보상 특성에 의해 다른 모듈들에서의 실측 출력값(전압값)이 갑자기 상승하여 전체적으로 스트링(12)단 전체의 출력값은 유지되는 현상으로 인해 정확한 이상 발생 모듈에 대한 특정이 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제점들을 근본적으로 해결하고자, 본 발명에서는 모듈(10)이 직렬로 연결된 스트링(12)에서 이상이 발생한 모듈의 주변 모듈에서의 실측 출력전압값이 상승하는 것을 이용하여 스트링(12) 내에서의 이상 발생 모듈(10)의 정확한 진단과 특정을 할 수 있게 하는 새로운 진단 시스템 및 방법을 제시하고자 하는 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템은, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈(10)이 직렬로 연결된 스트링(12)을 하나 이상 포함하는 어레이(20)의 각 모듈(10)별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지부(70); 및 상기 출력전압감지부(70)에서 측정된 각 모듈(10)별 출력전압값을 바탕으로 스트링(12) 내 특정 모듈(10)에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단부(80);를 포함하며, 상기 이상진단부(80)는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링(12) 내 어느 하나의 모듈(10) 출력전압값이 실효전압(이하, 본 발명에서 '실효전압'이란, 일반적인 모듈(10)의 정상작동 상태에서 측정되는 전압치를 의미하는 것으로, 일 예로 특정 모듈(10)의 정격전압이 35V인 경우 실효전압은 대략 15~20V 정도로 측정됨)을 초과하는 경우에 해당 스트링(12) 내에 이상 발생 모듈(10)이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력전압감지부(70)는 어레이(20) 내에 위치한 복수의 모듈(10)들에 대해 각 모듈(10)별로 출력전압값을 측정하여 제공하는 구성으로, 각 모듈(10)별로 장착된 전압센서 등이 활용될 수 있다. 상기 출력전압감지부(70)에서 측정된 데이터는 유,무선 통신수단을 통해 후술할 이상진단부(80)에 제공된다.
상기 이상진단부(80)는 상기 출력전압감지부(70)에서 측정된 각 모듈(10)별 출력전압값을 바탕으로 스트링(12) 내 특정 모듈(10)에의 이상 발생 여부를 진단하는 구성으로, 이를 위해 구체적으로 상기 이상진단부(80)는, 각 모듈(10)별 출력전압값을 해당 모듈(10)의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈(10)이 위치한 스트링(12) 내 이상 발생 모듈(10)의 존재를 진단하는 이상스트링진단모듈(810)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 이상스트링진단모듈(810)은 앞서 설명한 바와 같이, 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)에서 특정 모듈(10)에 이상이 발생한 경우, 이상 발생 모듈(10)에서의 출력전압값이 떨어지는 것을 감지하고 이를 기준값과 대비하여 판단하고자 하는 종래의 방식(이런 종래 방식은 정확도가 떨어지는 단점을 보임)에서 탈피하여, 오히려 이상이 발생한 모듈(10)의 주변 모듈(10)에서의 실측 출력전압값이 정상적인 경우의 실효전압 대비 상승하는 것을 이용함으로써, 스트링(12) 내에서의 이상 발생 모듈(10)의 존부에 대한 정확한 진단이 가능하게 한다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 태양광 모듈(10)들이 직렬로 연결된 하나의 스트링(12) 내에서 정상적인 경우 각 모듈(10)에서 측정되는 실측전압값은 모두 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도) 내에서 나타나는 반면에, 도 3에 도시된 바와 같이 스트링(12) 내 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)에서 이상(고장, 음영, 얼룩 등)이 발생한 경우 오히려 그 주변 모듈들(10-1, 10-2, 10-6 ~ 10-9)에서 측정되는 실측전압값이 실효전압보다 높게 측정되게 되는바, 상기 이상스트링진단모듈(810)에서는 이를 이용하여 스트링(12) 내에서 모듈(10)별 출력전압값을 해당 모듈(10)의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우가 나타나게 되면 해당 모듈(10)이 위치한 스트링(12) 내 이상 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하게 된다.
또한, 상기 이상진단부(80)는 이상 발생 모듈(10)의 존재가 감지된 해당 스트링(12) 내에서 이상이 발생한 모듈(10)의 위치를 특정할 수 있는 이상모듈특정모듈(820)을 포함할 수 있다.
상기 이상모듈특정모듈(820)은 일 예로, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)이 이격되어 2 이상인 경우에 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)들 사이에 위치한 모듈(10)을 이상 발생 모듈(10)로 특정하게 된다. 즉, 도 3을 참조하면, 스트링(12) 내 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)을 사이에 두고 그 좌우로 이격되어 있는 모듈들(10-1 ~ 10-2, 10-6 ~ 10-9)에서 측정되는 실측전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도)보다 높게 측정되는 경우에, 상기 이상모듈측정모듈(10)에서는 그 사이에 있는 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)을 이상이 발생한 모듈로 특정하여 이상 발생 모듈의 위치도 정확하게 제시할 수 있게 한다.
상기 이상모듈특정모듈(820)에서는 다른 예로, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)이 특정 모듈(10)에서부터 연속적으로 나타나는 경우에 해당 특정 모듈(10) 바로 전단의 모듈(10)을 이상 발생 모듈(10)로 특정하게 된다. 즉, 도 4를 참조하면, 스트링(12) 내 특정 모듈(10-5)에서부터 그 이후로 연속적으로 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도)보다 높게 측정되는 경우에, 상기 이상모듈측정모듈(10)에서는 상기 특정 모듈(10-5) 바로 전단에 있는 10-4 모듈을 이상이 발생한 모듈로 특정하여 이상 발생 모듈(10-4)의 위치를 정확하게 제시할 수 있게 한다. 이는 상기 스트링(12)에 모듈(10)들이 직렬로 연결되어 있는 상태이기 때문에, 실제 실측되어 나타나는 실측전압값은 이상이 발생한 모듈(10)의 좌우에서 높게 나타나는 경우 이외에도 이상이 발생한 모듈(10)의 후단부터 높게 나타나는 경우도 발생하게 되는바, 상기 이상모듈특정모듈(820)에서는 이와 같은 경우에도(경우도 반영하여) 이상 발생 모듈(10)의 위치를 정확하게 특정할 수 있게 한다.
한편, 상기 이상스트링진단모듈(810)은, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V)을 초과하는 모듈(10)의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치(일 예로, 20V)의 10%를 초과하는 경우에는 스트링(12) 내 음영 또는 오염 발생 모듈(10)의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치(일 예로, 20V)의 30%를 초과하는 경우 스트링(12) 내 고장 발생 모듈(10)의 존재를 진단할 수 있다. 즉, 상기 이상스트링진단모듈(810)은 스트링(12) 내 특정 모듈(10)의 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V)을 초과하는 비율의 차이에 따라, 해당 출력전압값이 실효전압 범위를 과도하게 초과하여 정격전압에 가깝게 나타나는 경우에는 스트링(12) 내 고장이 발생한 모듈(10)의 존재(이 경우, 고장 발생 모듈(10)의 출력전압값은 거의 0에 가까움)로 인해 그 주변 모듈(10)의 출력전압값이 과도하게 상승하는 경우이므로 고장 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하고, 이와 달리 해당 출력전압값이 실효전압 범위를 약소하게 초과하는 정도인 경우에는 스트링(12) 내 상대적으로 약하게 출력이 저하된 모듈(10)의 존재(이 경우, 해당 모듈(10)은 음영이나 얼룩 등으로 인해 출력이 저하된 것으로 볼 수 있음)로 인해 그 주변 모듈(10)의 출력전압값이 약간 상승하게 되는 경우이므로 음영 또는 오염 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하게 된다.
이하에서는, 앞서 설명한 시스템이 구현되는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법은, 하나 이상의 태양광 모듈(10)이 직렬로 연결된 스트링(12)을 하나 이상 포함하는 어레이(20)의 각 모듈(10)별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지단계(S10); 및 상기 출력전압감지단계(S10)에서 측정된 각 모듈(10)별 출력전압값을 바탕으로 스트링(12) 내 특정 모듈(10)에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단단계(S30);를 포함하며, 상기 이상진단단계(S30)는 직렬 연결된 태양광 모듈(10) 스트링(12) 내 어느 하나의 모듈(10) 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우에 해당 스트링(12) 내에 이상 발생 모듈(10)이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력전압감지단계(S10)는 어레이(20) 내에 위치한 복수의 모듈(10)들에 대해 각 모듈(10)별로 출력전압값을 측정하여 제공하는 단계로, 각 모듈(10)별로 장착된 전압센서 등을 활용하여 측정하며, 출력전압감지부(70)에서 측정된 데이터는 유,무선 통신수단을 통해 이상진단부(80)에 제공된다.
상기 이상진단단계(S30)는 상기 출력전압감지단계(S10)에서 측정된 각 모듈(10)별 출력전압값을 바탕으로 스트링(12) 내 특정 모듈(10)에의 이상 발생 여부를 진단하는 단계로, 보다 구체적으로 상기 이상진단단계(S30)는 각 모듈(10)별 출력전압값을 해당 모듈(10)의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈(10)이 위치한 스트링(12) 내 이상 발생 모듈(10)의 존재를 진단하는 이상스트링진단단계(S31)와, 이상 발생 모듈(10)의 존재가 감지된 해당 스트링(12) 내에서 이상이 발생한 모듈(10)의 위치를 특정하는 이상모듈특정단계(S32)를 포함할 수 있다.
상기 이상스트링진단단계(S31)는 앞서 설명한 바와 같이, 모듈(10)들이 직렬로 연결된 스트링(12)에서 특정 모듈(10)에 이상이 발생한 경우, 이상 발생 모듈(10)에서의 출력전압값이 떨어지는 것을 감지하고 이를 기준값과 대비하여 판단하고자 하는 종래의 방식(이런 종래 방식은 정확도가 떨어지는 단점을 보임)에서 탈피하여, 오히려 이상이 발생한 모듈(10)의 주변 모듈(10)에서의 실측 출력전압값이 정상적인 경우의 실효전압 대비 상승하는 것을 이용함으로써, 스트링(12) 내에서의 이상 발생 모듈(10)의 존부에 대한 정확한 진단이 가능하게 하는 것이다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 태양광 모듈(10)들이 직렬로 연결된 하나의 스트링(12) 내에서 정상적인 경우 각 모듈(10)에서 측정되는 실측전압값은 모두 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도) 내에서 나타나는 반면에, 도 3에 도시된 바와 같이 스트링(12) 내 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)에서 이상(고장, 음영, 얼룩 등)이 발생한 경우 오히려 그 주변 모듈들(10-1, 10-2, 10-6 ~ 10-9)에서 측정되는 실측전압값이 실효전압보다 높게 측정되게 되는바, 이상스트링진단단계(S31)에서는 이를 이용하여 스트링(12) 내에서 모듈(10)별 출력전압값을 해당 모듈(10)의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우가 나타나게 되면 해당 모듈(10)이 위치한 스트링(12) 내 이상 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하게 된다.
상기 이상모듈특정단계(S32)는 일 예로, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)이 이격되어 2 이상인 경우에 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)들 사이에 위치한 모듈(10)을 이상 발생 모듈(10)로 특정하게 된다. 즉, 도 3을 참조하면, 스트링(12) 내 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)을 사이에 두고 그 좌우로 이격되어 있는 모듈들(10-1 ~ 10-2, 10-6 ~ 10-9)에서 측정되는 실측전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도)보다 높게 측정되는 경우에, 상기 이상모듈특정단계(S32)에서는 그 사이에 있는 특정 모듈(10-3, 10-4, 10-5)을 이상이 발생한 모듈로 특정하여 이상 발생 모듈의 위치도 정확하게 제시할 수 있게 한다.
다른 예로, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈(10)이 특정 모듈(10)에서부터 연속적으로 나타나는 경우에 해당 특정 모듈(10) 바로 전단의 모듈(10)을 이상 발생 모듈(10)로 특정할 수도 있다. 즉, 도 4를 참조하면, 스트링(12) 내 특정 모듈(10-5)에서부터 그 이후로 연속적으로 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V 정도)보다 높게 측정되는 경우에, 상기 이상모듈측정모듈(10)에서는 상기 특정 모듈(10-5) 바로 전단에 있는 10-4 모듈을 이상이 발생한 모듈로 특정하여 이상 발생 모듈(10-4)의 위치를 정확하게 제시할 수 있게 한다. 이는 상기 스트링(12)에 모듈(10)들이 직렬로 연결되어 있는 상태이기 때문에, 실제 실측되어 나타나는 실측전압값은 이상이 발생한 모듈(10)의 좌우에서 높게 나타나는 경우 이외에도 이상이 발생한 모듈(10)의 후단부터 높게 나타나는 경우도 발생하게 되는바, 상기 이상모듈특정단계(S32)에서는 이와 같은 경우에도(경우도 반영하여) 이상 발생 모듈(10)의 위치를 정확하게 특정할 수 있게 한다.
한편, 상기 이상스트링진단단계(S31)에서는, 하나의 스트링(12) 내에서 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V)을 초과하는 모듈(10)의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치(일 예로, 20V)의 10%를 초과하는 경우에는 스트링(12) 내 음영 또는 오염 발생 모듈(10)의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치(일 예로, 20V)의 30%를 초과하는 경우 스트링(12) 내 고장 발생 모듈(10)의 존재를 진단할 수 있다. 즉, 스트링(12) 내 특정 모듈(10)의 출력전압값이 실효전압 범위(일 예로, 15~20V)을 초과하는 비율의 차이에 따라, 해당 출력전압값이 실효전압 범위를 과도하게 초과하여 정격전압에 가깝게 나타나는 경우에는 스트링(12) 내 고장이 발생한 모듈(10)의 존재(이 경우, 고장 발생 모듈(10)의 출력전압값은 거의 0에 가까움)로 인해 그 주변 모듈(10)의 출력전압값이 과도하게 상승하는 경우이므로 고장 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하고, 이와 달리 해당 출력전압값이 실효전압 범위를 약소하게 초과하는 정도인 경우에는 스트링(12) 내 상대적으로 약하게 출력이 저하된 모듈(10)의 존재(이 경우, 해당 모듈(10)은 음영이나 얼룩 등으로 인해 출력이 저하된 것으로 볼 수 있음)로 인해 그 주변 모듈(10)의 출력전압값이 약간 상승하게 되는 경우이므로 음영 또는 오염 발생 모듈(10)이 존재하는 것으로 진단하게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 모듈 12: 스트링
20: 어레이 30: 접속반
40: 인버터 50: 센서
60: 코디네이터 70: 출력전압감지부
80: 이상진단부 810: 이상스트링진단모듈
820: 이상모듈특정모듈

Claims (10)

  1. 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이;
    상기 어레이의 각 모듈별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지부; 및
    상기 출력전압감지부에서 측정된 각 모듈별 출력전압값을 바탕으로 스트링 내 특정 모듈에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단부;를 포함하며,
    상기 이상진단부는 각 모듈별 출력전압값을 해당 모듈의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈이 위치한 스트링 내 이상 발생 모듈의 존재를 진단하는 이상스트링진단모듈과, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상인 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상진단부는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상스트링진단모듈은, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치의 10%를 초과하는 경우 스트링 내 음영 또는 오염 발생 모듈의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치의 30%를 초과하는 경우 스트링 내 고장 발생 모듈의 존재를 진단하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 시스템.
  6. 하나 이상의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이의 각 모듈별 출력전압값을 측정하는 출력전압감지단계; 및
    상기 출력전압감지단계에서 측정된 각 모듈별 출력전압값을 바탕으로 스트링 내 특정 모듈에의 이상 발생 여부를 진단하는 이상진단단계;를 포함하며,
    상기 이상진단단계는 각 모듈별 출력전압값을 해당 모듈의 실효전압과 대비하여 출력전압값이 실효전압을 초과하는 경우 해당 모듈이 위치한 스트링 내 이상 발생 모듈의 존재를 진단하는 이상스트링진단단계와, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 2 이상인 경우 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 이상진단단계는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈이 특정 모듈에서부터 연속적으로 나타나는 경우 해당 특정 모듈 전단의 모듈을 이상 발생 모듈로 특정하는 이상모듈특정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 이상스트링진단단계는, 하나의 스트링 내에서 출력전압값이 실효전압을 초과하는 모듈의 측정된 출력전압값이 실효전압 최대치의 10%를 초과하는 경우 스트링 내 음영 또는 오염 발생 모듈의 존재를 진단하고, 실효전압 최대치의 30%를 초과하는 경우 스트링 내 고장 발생 모듈의 존재를 진단하는 것을 특징으로 하는 직렬 연결된 태양광 모듈 스트링에서의 이상 모듈 진단 방법.
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