KR101632831B1 - 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치 - Google Patents

태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치 Download PDF

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김도완
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Abstract

본 발명은 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템에 포함된 복수의 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 대하여 출력 전압을 검출하는 전압 검출부, 상기 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 각각 연산하고 상기 편차값의 크기에 따라 상기 태양광 모듈의 고장을 판단하는 제어부 및 고장으로 판단된 태양광 모듈을 외부로 알리는 표시부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면 태양광 모듈의 고장 위치를 신속하고 정확하게 알려주기 때문에 태양광 발전 시스템에 문제가 발생했을 때 조속한 수리 및 관리가 가능하여 태양광 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.
또한 설비 용량 대비 발전 효율이 떨어져 전력 생산의 수급에 차질이 생기는 문제를 감소시키므로 경제적인 효과를 기대할 수 있다.

Description

태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치{Apparatus for fault location detection of the photovoltaic module}
본 발명은 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 시스템에 포함된 태양광 모듈에 고장이 발생한 경우 해당 모듈의 위치를 알려줄 수 있는 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 관한 것이다.
태양광 기술은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템 기술이다. 태양광 발전시스템은 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 과정에서 변환 과정에 기계적, 화학적 작용이 없으므로 시스템의 구조가 단순하여 유지 보수가 거의 요구가 되지 않고 수명이 길며 안전하고 환경 친화적인 장점을 가지고 있다. 또한 발전 규모를 주택용에서부터 대규모 발전용까지 다양하게 할 수 있다. 이러한 장점들 때문에 태양광 산업은 지난 6년간 연평균 30%이상 성장하였고 특히 최근 2~3년간은 약 40%이상의 성장률을 보인다.
하지만, 태양광 발전은 이렇게 많은 수의 태양전지 셀을 직병렬로 연결하여 사용할 수밖에 없는 구조이기 때문에 만약 태양전지 셀이나 모듈에서 불량이 생기면, 태양광 모듈이 포함된 어레이는 전압이 떨어져, 발전되는 전기를 사용 가능한 출력 에너지로 변환할 수가 없어서 전체 설비용량대비 발전효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
즉, 각 태양광 모듈의 성능이 전체 발전기의 성능에 직접적으로 영향을 미치기 때문에, 최근에는 태양광발전에서 태양광 모듈의 불량 유무를 찾아내는 다양한 방법이 연구되고 있다.
하지만, 종래에는 다수의 태양광 모듈에 각각에 대하여, 현장 인원이 투입되어 육안 또는 직접 불량 유무를 찾아내는 진단을 하는 방법으로 고장 여부를 판단하는데, 이는 많은 인력의 낭비일 뿐 아니라 이로 인한 시간 및 비용 등이 많이 소요되어 더욱이 태양광 모듈의 고장 진단에 대한 정확성이 떨어지는 것이 가장 큰 문제이다.
따라서 태양광 모듈이 문제없이 유지되고 있는지 자동으로 확인하며 표시할 수 있는 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내등록특허 제10-0973541호(2010.08.02 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양광 발전 시스템에 포함된 태양광 모듈에 고장이 발생한 경우 해당 모듈의 위치를 알려줄 수 있는 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 태양광 발전 시스템에 포함된 복수의 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 대하여 출력 전압을 검출하는 전압 검출부, 상기 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 각각 연산하고 상기 편차값의 크기에 따라 상기 태양광 모듈의 고장을 판단하는 제어부 및 고장으로 판단된 태양광 모듈을 외부로 알리는 표시부를 포함한다.
상기 전압 검출부는, 상기 검출된 태양광 모듈의 출력 전압을 상기 제어부의 허용범위의 전압으로 조정하여 상기 제어부에 전달할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 다음 수학식을 통해 연산할 수 있다.
Figure 112015018177903-pat00001
Figure 112015018177903-pat00002
Figure 112015018177903-pat00003
번째 태양광 모듈과
Figure 112015018177903-pat00004
번째 태양광 모듈 사이의 편차를 나타내는 값이고,
Figure 112015018177903-pat00005
,
Figure 112015018177903-pat00006
는 각각
Figure 112015018177903-pat00007
번째 태양광 모듈의 출력 전압과
Figure 112015018177903-pat00008
번째 태양광 모듈의 출력 전압을 나타낸다.
상기 제어부는, 상기 N-1개의 다른 태양광 모듈 중에서 m 개의 태양광 모듈과의 출력 전압과의 전압 편차 값이 기 설정된 임계치
Figure 112015018177903-pat00009
보다 크거나 같으면 해당되는 태양광 모듈은 고장이 발생한 것으로 간주할 수 있다.
상기 표시부는, 복수의 LED를 포함하며, 상기 복수의 LED를 이용하여 상기 고장으로 판단된 태양광 모듈의 일련 번호를 표시할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 태양광 모듈의 고장 위치를 신속하고 정확하게 알려주기 때문에 태양광 발전 시스템에 문제가 발생했을 때 조속한 수리 및 관리가 가능하여 태양광 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.
또한 설비 용량 대비 발전 효율이 떨어져 전력 생산의 수급에 차질이 생기는 문제를 감소시키므로 경제적인 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치의 고장 검출의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 i번째 태양광 모듈의 출력전압을 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 인가하는 전압 검출 회로이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치의 제어부와 표시부의 인터페이스 회로도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치의 흐름도를 나타낸다.
태양광 발전 시스템에 포함된 복수의 태양광 모듈(PV-1, PV-2, PV-3)에 대해서 각각 출력 전압을 검출한다.
태양광 모듈 1(PV-1)에 대해서 출력 전압을 측정하는 지점은 L1, 측정된 전압을 V1, 태양광 모듈 2(PV-2)에 대해서 출력 전압을 측정하는 지점을 L2, 측정된 전압을 V2, 태양광 모듈 3(PV-3)에 대해서 출력 전압을 측정하는 지점을 L3, 측정된 전압을 V3이라고 한다.
이와 같이 측정된 전압(V1, V2, V3)은 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치(100)에 검출되고 고장 검출 알고리즘을 거쳐 고장 모듈을 외부로 알리게 된다.
여기에서, 고장 검출 알고리즘은 N-1개의 다른 태양광 모듈 중에서 m(m은 N-1 이하의 자연수)개의 태양광 모듈과의 출력 전압과의 전압 편차 값이 기 설정된 임계치
Figure 112015018177903-pat00010
보다 크거나 같으면 해당되는 태양광 모듈은 고장이 발생한 것으로 간주하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치의 구성도를 나타낸다.
태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치(100)는 전압 검출부(110), 제어부(120) 및 표시부(130)을 포함한다.
전압 검출부(110)는 복수의 태양광 모듈 각각에 대하여 출력 전압을 검출하고 검출된 태양광 모듈의 출력 전압을 제어부(120)의 허용범위(예를 들면, 5V)의 전압으로 조정하여 제어부(120)에 전달한다.
제어부(120)는 전압 검출부(110)로부터 전달받은 출력 전압에 대해서, 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 각각 연산하고 편차값의 크기에 따라 태양광 모듈의 고장을 판단한다.
제어부(120)는 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 다음의 수학식 1을 통해 연산한다.
Figure 112015018177903-pat00011
여기에서
Figure 112015018177903-pat00012
Figure 112015018177903-pat00013
번째 태양광 모듈과
Figure 112015018177903-pat00014
번째 태양광 모듈 사이의 편차를 나타내는 값이고,
Figure 112015018177903-pat00015
,
Figure 112015018177903-pat00016
는 각각
Figure 112015018177903-pat00017
번째 태양광 모듈의 출력 전압과
Figure 112015018177903-pat00018
번째 태양광 모듈의 출력 전압을 나타낸다.
또한, 제어부(120)는 제1 태양광 모듈, 제2 태양광 모듈, ..., 제N 태양광 모듈 중에서 제1 태양광 모듈과 나머지 N-1개의 태양광 모듈 각각에 대해 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차 값을 연산한다. 이때, m개 이상의 전압 편차값이 기 설정된 임계치 r보다 크다면, 제1 태양광 모듈은 고장이 발생한 것으로 간주한다.
여기에서, m 개 또는 기 설정된 임계치
Figure 112015018177903-pat00019
은 사용자에 의해 용이하게 설정 또는 변경될 수 있다.
또한, 제어부(120)는 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크 컨트롤러인 아두이노(Arduino) 또는 마이콤(one-chip microprocessor)으로 나타낼 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
표시부(130)는 복수의 LED를 포함하며, 상기 복수의 LED를 이용하여 상기 고장으로 판단된 태양광 모듈의 일련 번호를 외부로 표시한다.
표시부(130)는 7개의 LED를 위와 아래에 사각형 모양으로 두개의 가로 획과 두개의 세로 획이 배치되어 있고 위쪽 사각형의 아래 획과 아래쪽 사각형의 위쪽 획이 합쳐진 모양인 7-세그먼트 디스플레이(seven-segment display)를 이용하여 해당 태양광 모듈의 번호를 아라비아 숫자로 표시할 수 있다.
7-세그먼트 디스플레이는 7개의 LED를 각각 점등 또는 소등할 수 있어 이를 통해 아라비아 숫자로 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 i번째 태양광 모듈의 출력전압을 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 인가하는 전압 검출 회로이다.
i번째 태양광 모듈에서 태양광 모듈의 전압 검출부(110)는 Li 지점(Light 지점)에서 전압(Vi)을 측정하고, 제어부(120)의 허용 범위에 맞게 전압의 크기를 조절하여 제어부(120)에게 전달한다.
여기에서 Ri는 절연저항을 나타내는 것으로 준공 검사 때 절연 저항을 측정한 기록을 보관하였다가 정기정검 또는 문제가 발생했을 때 판단기준으로 사용한다. 절연저항(Ri)은 전원선 상호간, 전원선과 어레이의 가대 상호간, 전원선과 금속 외함 상호간에 측정한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부와 표시부의 인터페이스 회로도이다.
여기에서 제어부(120)는 아두이노 우노(Arduino UNO)를 사용하였으며, 각각의 태양광 모듈에서 측정된 전압(V1, V2, V3)을 전달받고, 공급되는 전압(VCC)과 0V 기준 레벨인 GND(Ground)를 포함하며, 7-세그먼트 LED를 통하여 숫자를 나타내는 표시부(130)와 연결되어 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 결과에 대한 표 1에 대하여 상세하게 설명한다.
Figure 112015018177903-pat00020
본 발명의 실시예에서는 하나의 태양광 모듈의 고장 발생 여부를 감지하는 것으로 제1 태양광 모듈, 제2 태양광 모듈, 제3 태양광 모듈로 이루어진 태양광 발전 시스템이 있다고 가정한다.
정상적인 태양광 모듈의 출력 전압은 5V이고 고장난 태양광 모듈의 출력 전압은 0v이며 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차 값은 수학식 1을 통해 연산한 값은 전압 편차라고 한다.
즉,
Figure 112015018177903-pat00021
는 제1 태양광 모듈과 제2 태양광 모듈의 출력 전압에 대해서 수학식 1을 통해 연산한 전압 편차를 나타낸다.
Case 2의 경우, 출력 전압에 대해 수학식 1을 적용하여
Figure 112015018177903-pat00022
=|0-5|= 5,
Figure 112015018177903-pat00023
=|0-5|=5,
Figure 112015018177903-pat00024
= |5-5|=0 과 같은 전압 편차를 구할 수 있다.
이때, 전압 편차 값이 5보다 크거나 같으면, 고장이 발생한 것으로 간주한다.
따라서, Case 2의 경우, 전압 편차 값이 5를 가지는
Figure 112015018177903-pat00025
Figure 112015018177903-pat00026
이 고장이 발생한것으로 간주된다. 제1 태양광 모듈, 제2 태양광 모듈, 제3 태양광 모듈 이중에서 두 전압 편차 값에 공통으로 속하는 제1 태양광 모듈에서 고장이 발생한 것을 의미한다.
Case 3의 경우,
Figure 112015018177903-pat00027
Figure 112015018177903-pat00028
의 전압 편차가 5V가 되며 공통으로 속하는 제2 태양광 모듈에서 고장이 발생한 것을 의미한다.
Case 4의 경우에도 마찬가지로 전압 편차가 5V인 공통으로 속하는 제3 태양광 모듈에서 고장이 발생한 것을 의미한다.
표 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 복수의 태양광 모듈 중에서 어느 1개의 태양광 모듈이 고장이 발생한 경우에 한하여 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 태양광 모듈의 고장 위치를 신속하고 정확하게 알려주기 때문에 태양광 발전 시스템에 문제가 발생했을 때 조속한 수리 및 관리가 가능하여 태양광 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.
또한 설비 용량 대비 발전 효율이 떨어져 전력 생산의 수급에 차질이 생기는 문제를 감소시키므로 경제적인 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치 110: 전압 검출부
120: 제어부 130: 표시부

Claims (5)

  1. 태양광 발전 시스템에 포함된 복수의 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치에 있어서,
    상기 복수의 태양광 모듈 각각에 대하여 출력 전압을 검출하는 전압 검출부;
    상기 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 각각 연산하고 상기 편차값의 크기에 따라 상기 태양광 모듈의 고장을 판단하는 제어부; 및
    고장으로 판단된 태양광 모듈을 외부로 알리는 표시부를 포함하고,
    상기 전압 검출부는,
    상기 검출된 태양광 모듈의 출력 전압을 상기 제어부의 허용범위의 전압으로 조정하여 상기 제어부에 전달하며,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 태양광 모듈에 포함되는 임의의 2개의 태양광 모듈 사이의 출력 전압의 편차값들을 다음 수학식을 통해 연산하고,
    Figure 112016009023319-pat00042

    Figure 112016009023319-pat00043
    Figure 112016009023319-pat00044
    번째 태양광 모듈과
    Figure 112016009023319-pat00045
    번째 태양광 모듈 사이의 편차를 나타내는 값이고,
    Figure 112016009023319-pat00046
    ,
    Figure 112016009023319-pat00047
    는 각각
    Figure 112016009023319-pat00048
    번째 태양광 모듈의 출력 전압과
    Figure 112016009023319-pat00049
    번째 태양광 모듈의 출력 전압을 나타내며,
    상기 N-1개의 다른 태양광 모듈 중에서 m 개의 태양광 모듈과의 출력 전압과의 전압 편차 값이 기 설정된 임계치
    Figure 112016009023319-pat00050
    보다 크거나 같으면 해당되는 태양광 모듈은 고장이 발생한 것으로 간주하는 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는,
    복수의 LED를 포함하며, 상기 복수의 LED를 이용하여 상기 고장으로 판단된 태양광 모듈의 일련 번호를 표시하는 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치.
KR1020150025768A 2015-02-24 2015-02-24 태양광 모듈의 고장 위치 검출 장치 KR101632831B1 (ko)

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