KR101642682B1 - 단계별 태양광 발전 진단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전을 진단하는 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 판단하는 스트링판단부와 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단부를 포함하여, 모듈 진단 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치에 대한 것이다.

Description

단계별 태양광 발전 진단장치{Device for diagnosing photovoltaic generation step by step}
본 발명은 태양광 발전을 진단하는 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 판단하는 스트링판단부와 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단부를 포함하여, 모듈 진단 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치에 대한 것이다.
태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로, 태양의 빛에너지로부터 전기를 발생시키는 셀(전기를 일으키는 최소단위), 상기 셀의 조합이며 각 셀에서 발생된 전기를 외부로 송출하는 모듈(전기를 꺼내는 최소단위), 상기 모듈의 조합으로 정의되는 어레이로 구성된다.
여기서, 본원발명의 배경이 되는 태양광발전장치의 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0455250호(2004. 10. 22), 제10-1028159호(2011. 04. 01) 및 제10-1049786호(2011. 07. 11) 등에 개시되어 있는데, 태양광발전장치(시스템)는 상기와 같이 전기를 발생시키는 태양전지로 구성된 모듈 및 전력변환 인버터 등을 포함하여 구성되게 된다.
이러한, 태양광 발전장치의 운영과정에서 음영, 고장, 노화 등의 다양한 원인으로 특정 모듈에 이상이 발생하게 되면 이를 진단하고 유지보수하는 것이 중요한데, 현재는 모듈별 이상 여부 진단을 하는 방식도 생소할 뿐더러 모듈별 진단을 실시하고자 하더라도 그 진단의 신속성과 정확성을 담보하기가 어려웠다.
<특허문헌 1>
일본공개특허공보 JP2011-119579호(2011. 06. 16. 공개) "태양광 발전 시스템"
<특허 문헌 2>
등록특허공보 KR10-0930132호(2009. 11. 27. 등록) "모니터링 기능이 구비된 태양광 접속반"
상기 특허문헌 1에 개시된 내용은 태양전지 스트링에 흐르는 전류를 검출하여 이를 송신하는 구성이 개시되어 있고, 상기 특허문헌 2에 개시된 내용은 출력전류값과 출력전압값을 측정하고 이를 진단모니터링에 활용하는 구성이 개시되어 있으나, 이는 단순히 이상 모듈에 대한 판단의 변수로 전압값 내지 전류값을 활용하겠다는 개념적인 수준에 불과하다.
또한, 기존에는 어레이에 포함되는 각 모듈별로 실측되는 실측 출력값(전압값 내지 전류값)을 일일이 기준치 내지 평균치와 대비하여 그 이상 여부를 판별하는 방식이므로, 이를 연산하고 일일이 체크하는 과정이 복잡하므로 신속하고 정확한 진단이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 모듈 각각에 설치되어 있는 센서들을 선택적으로 작동시켜 얻은 한정된 데이터를 가지고 모듈의 진단이 가능하므로, 모듈 진단 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지하고 스트링단에서 센싱하는 구성 등을 별도로 구비할 필요가 없어 경제성을 향상시킬 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 먼저 판단하고, 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하므로, 모듈 진단에 사용되는 데이터의 양을 줄일 수 있어 정확성 및 신속성을 향상시킬 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엠피피티 제어에 의해 발생하는 모듈에 대한 센싱값 변화량을 상대 비교하여, 스트링 및/또는 모듈의 이상 여부를 간편하게 진단할 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스트링의 이상 여부 판단시 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 크거나 작은 경우 해당 스트링에 이상이 있다고 판단하고, 이상이 있는 스트링에서 모듈의 이상 여부 판단시 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 작은 경우 해당 모듈에 이상이 있는 것으로 판단하고 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 경우 해당 모듈에 이상이 없는 것을 판단하여, 스트링 내 이상이 있는 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스트링에서 모듈의 이상 여부를 판단함에 있어서, 스트링 내에 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈이 이격되어 2 이상인 경우, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 있는 모듈로 특정함으로써, 이상 발생 모듈을 더욱 정확하게 진단할 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치는 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 복수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이와; 상기 모듈 각각의 작동 상태를 센싱하는 센서와; 상기 센서를 선택적으로 작동시켜 얻은 센싱값을 분석하여 스트링의 이상 여부를 먼저 판단하고 이상이 있다고 판단된 스트링을 구성하는 모듈들에 대해서만 이상 여부를 판단하는 진단서버와; 상기 센서와 진단서버의 사이에서 데이터를 중계하는 중계기;를 포함하며, 상기 진단서버는 상기 중계기와 정보를 송수신하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 진단서버는 상기 모듈에 대한 센싱값 변화량을 상대 비교하여 스트링 또는 모듈의 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 진단서버는 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 판단하는 스트링판단부와, 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 스트링판단부는 일부 모듈에 대해서만 수집된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 크거나 작은 경우 상기 스트링은 이상이 있는 것으로 판단하는 스트링판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 모듈판단부는 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단한 스트링을 구성하는 각 모듈에 설치된 센서를 작동시켜 모듈별 센싱값을 수집하여 출력하는 정보수집모듈과, 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값을 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 모듈판단모듈은 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 작은 경우 상기 모듈은 이상이 있는 것으로 판단하고, 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 경우 상기 모듈은 이상이 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 모듈판단모듈은 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈이 이격되어 2 이상인 경우, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상이 있는 모듈로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 스트링 판단부는 스트링을 구성하는 모듈 중 하나의 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 센서에서 출력되는 센싱값은 인버터의 최대 전력점 추적 제어에 의해 일정 주기와 진폭을 가지는 파의 형태로 나타내어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치에 있어서 상기 센서는 전압을 측정하는 센서, 전류를 측정하는 센서 및 전력을 측정하는 센서 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 상기 진단서버는 스트링 또는 모듈의 이상 여부 판단의 기준이 되는 설정값을 저장하는 있는 저장부를 추가로 포함하며, 상기 설정값은 인버터의 엠피피티 제어 중에 각각의 모듈에 대해 상기 센서가 출력하는 전체 센싱값의 평균을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 모듈 각각에 설치되어 있는 센서들을 선택적으로 작동시켜 얻은 한정된 데이터를 가지고 모듈의 진단이 가능하므로, 모듈 진단 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지하고 스트링단에서 센싱하는 구성 등을 별도로 구비할 필요가 없어 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 먼저 판단하고, 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하므로, 모듈 진단에 사용되는 데이터의 양을 줄일 수 있어 정확성 및 신속성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 엠피피티 제어에 의해 발생하는 모듈에 대한 센싱값 변화량을 상대 비교하여, 스트링 및/또는 모듈의 이상 여부를 간편하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스트링의 이상 여부 판단시 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 크거나 작은 경우 해당 스트링에 이상이 있다고 판단하고, 이상이 있는 스트링에서 모듈의 이상 여부 판단시 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 작은 경우 해당 모듈에 이상이 있는 것으로 판단하고 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 경우 해당 모듈에 이상이 없는 것을 판단하여, 스트링 내 이상이 있는 모듈을 정확하게 특정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스트링에서 모듈의 이상 여부를 판단함에 있어서, 스트링 내에 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈이 이격되어 2 이상인 경우, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상 있는 모듈로 특정함으로써, 이상 발생 모듈을 더욱 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전장치의 원격 모니터링 시스템의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치의 구성도.
도 3은 도 2의 진단서버의 세부 구성을 나타내는 블록도.
도 4 내지 6은 엠피피티 제어시 모듈의 상태에 따라 센서에서 출력되는 센싱값을 나타내는 그래프.
도 7 및 8은 일 스트링 내에서 이상이 있는 모듈을 특정하는 방법을 설명하기 위한 참고도.
이하에서는 본 발명에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치의 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 단계별 태양광 발전 진단장치를 도 2 내지 8을 참조하여 설명하면, 상기 단계별 태양광 발전 진단장치는 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 복수 개의 태양광 모듈(10)이 직렬로 연결된 스트링(20)을 하나 이상 포함하는 어레이(30)와, 상기 태양광 모듈(10)의 최대 전력점 추적 제어를 통해 발전전력을 송전하는 인버터(40)와, 상기 태양광 모듈(10)의 작동 상태를 센싱하는 센서(50)와, 상기 센서(50)들을 선택적으로 작동시켜 얻은 센싱값을 분석하여 스트링(20)의 이상 여부를 먼저 판단하고 이상이 있다고 판단된 스트링(20)을 구성하는 모듈(30)들에 대해서만 이상 여부를 판단하는 진단서버(60)와, 상기 센서(50)와 진단서버(60)의 사이에서 데이터를 중계하는 중계기(70)를 포함하여, 모듈 진단에 사용되는 데이터의 양을 줄일 수 있어 정확성 및 신속성을 향상시킬 수 있으며, 모듈 진단 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있고 스트링단에서 센싱하는 구성 등을 별도로 구비할 필요가 없어 경제성을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
상기 단계별 태양광 발전 진단장치를 구체적으로 설명하기에 앞서 종래의 태양광 발전장치 및 그 모니터링 시스템을 먼저 살펴보면, 상기 태양광 발전장치는 실제 발전된 전기를 외부로 송출하는 최소단위인 태양광 모듈(10')이 복수 개 모여 어레이(30')(어레이(30') 내에는 복수의 모듈(10')들이 직렬로 연결된 스트링(20')이 하나 이상 포함됨)를 이루며, 대규모 태양광 발전의 경우 적게는 수십 개 많게는 수백 개 이상의 어레이(30')가 설치되어 운영되게 된다(한편, 태양광 발전장치에서는 이외에도 상기 태양광 모듈(10')의 최대 전력점 추적 제어를 통해 발전전력을 송전하는 인버터(40') 등의 설비와, 모니터링을 위한 센서(80), 송수신을 위한 코디네이터(90) 등의 장치가 포함되게 된다). 이러한 태양광 발전장치를 운영하다 보면, 태양광 모듈(10')의 효율이 저하되게 되는데, 이때 효율의 저하가 발생한 모듈(10')을 정확하게 특정하여 운영자에게 고지하면 해당 모듈(10')에 대한 교체, 수리, 청소 등의 대응조치가 이루어지게 된다.
그러나, 종래에 태양광 발전장치의 모니터링 시스템은 단순히 어레이(30') 단에서 출력이 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(20')에서의 출력(전압) 저하를 진단하는 방식을 사용하여 왔으나, 모듈(10')들이 직렬로 연결된 스트링(20')에서는 어느 하나의 모듈(10')의 출력(전압)이 저하되는 경우 그 주위 다른 모듈(10')들의 전압이 상보적으로 상승하여 스트링(20')은 전체적으로 어느 정도 전압을 동일하게 유지하게 되므로, 이러한 종래 방식으로는 해당 어레이(30') 내지 스트링(20')에서 어느 모듈(10')에 이상이 발생하였는지를 정확하게 진단하고 특정하는 것이 어려웠다. 또한, 최근 각 모듈(10')별 실측 전류값을 계측하여 이를 토대로 모듈(10')별 이상 여부를 진단하는 기술들에 대한 개발도 진행되고는 있으나, 특정 모듈(10')별로 출력 전류값을 계측하는 것 자체가 비용적, 기술적으로 비효율적인 문제를 안고 있으며, 아울러 어레이(30') 내에 포함된 수많은 모듈(10')들에 대해 일일이 각각의 출력값(전류값 내지 전압값)을 계측하고 이를 기준값 내지 다른 모듈(10')들에서의 평균값과 대비하여 진단하는 방식은 진단의 신속성에 있어 문제를 안고 있었다. 이러한 문제점들을 근본적으로 해결하고자, 본 발명에서는 스트링(20)을 구성하는 모듈(10) 중 일부 모듈(10)에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링(20)의 이상 여부를 먼저 판단하고, 이상이 있다고 판단된 스트링(20)에 대해서만 각 모듈(10)별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈(10)을 특정하므로, 모듈 진단에 사용되는 데이터의 양을 줄일 수 있어 정확성 및 신속성을 향상시킬 수 있는 단계별 태양광 발전 진단장치를 제시하고자 하는 것이다. 상기 단계별 태양광 발전 진단장치의 모듈(10), 스트링(20), 어레이(30) 및 인버터(40)는 앞서 설명한 종래의 태양광 발전장치의 모듈(10'), 스트링(20'), 어레이(30') 및 인버터(40')와 동일한 기능을 수행하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 센서(50)는 상기 태양광 모듈(10)의 작동 상태를 센싱하는 구성으로, 상기 태양광 모듈(10) 각각에 설치되어 상기 진단서버(60)의 제어의 의해 선택적으로 작동하여 센싱값을 출력한다. 상기 센서(50)에서 출력된 센싱값(데이터)은 중계기(70)를 통해 상기 진단서버(60)에서 전송된다. 상기 인버터(40)의 최대 전력점 추적(Maximum power point tracking, MPPT) 제어에 의해 상기 센서(50)에서 출력된 센싱값은 시간에 따라 일정하게 변화하는 형태를 가지게 되는데, 구체적으로 일정 주기(T)와 진폭(A)을 가지는 파(wave)의 형태로 나타내어지게 된다. 상기 센서(50)는 전압을 측정하는 센서, 전류를 측정하는 센서, 전력을 측정하는 센서 등이 사용될 수 있으며, 하나의 스트링(20)을 형성하는 모듈(10)들이 모두 이상이 없는 경우 각 센서(50)에 출력되는 센싱값은 동일하게 된다. 예를 들어, 인버터(40)가 300 ~ 260V의 범위에서 엠피피티 제어를 수행하며 6초 동안 한 사이클(cycle)의 엠피피티 제어가 수행되고(상기 엠피피티 제어란 300V에서 점차 전압을 줄여(이때 전류는 증가함) 260V가 되면 다시 전압을 300V까지 점차 증가시켜(이때 전류는 감소함) 최대전력을 발생시키는 지점을 찾는 것을 의미하며, 엠피피티 제어의 한 사이클이란 300V에서 시작해 전압을 점점 줄여 260V에 이르게 한 다음 다시 전압을 점점 늘여 300V에 도달할 때를 의미함), 전압을 측정하는 센서가 사용되며, 하나의 스트링(20)은 10개의 모듈(10)로 구성된다면, 각각의 센서(50)에서 출력되는 센싱값은 도 4에 도시된 바와 같이 일정한 주기((n+6)-n=6초)와 일정한 진폭(최대변위(전압) 30-최소변위(전압) 26=2V)을 가지는 파(wave)의 형태로 나타내어지게 된다. 또한, 이상이 없는 스트링(20)을 구성하는 모듈(10)들에 대해 도 4에 도시된 바와 같은 센싱값(하기의 설정값에 해당)이 출력되는 상황 중, 상기 스트링(20)을 구성하는 모듈(10) 중에 일부 모듈(예컨대, 하나의 모듈)에서 이상(고장, 음영, 얼룩 등)이 있는 경우, 이상이 있는 모듈(10)에 대해 센서(50)가 출력하는 센싱값은 설정값과 동일한 주기(6초)를 가지나 최하변위(전압)(MIN, 예컨대 17V)이 현저히 낮아져 진폭((30-17)/2=6.5V)이 커진 도 5에 도시된 바와 같은 파의 형태로 나타나게 되며, 이상이 있는 모듈과 함께 하나의 스트링을 구성하는 이상이 없는 모듈은 이상이 있는 모듈에서 낮아진 최하변위(전압)(MIN)을 보상하기 위해 동일한 주기(6초)를 가지나 최하변위(전압)(MIN, 예컨대 27V)이 상승하여 진폭((30-27)/2=1.5V)이 줄어든 도 6에 도시된 바와 같은 파의 형태로 나타내어지게 된다. 따라서, 이상이 없는 스트링(20)을 구성하는 모듈(10)에 대한 센싱값의 최하변위(예컨대, 26), 이상이 있는 스트링(20)을 구성하는 이상이 있는 모듈(10)에 대한 센싱값의 최하변위(예컨대, 17), 이상이 있는 스트링(20)을 구성하는 이상이 없는 모듈(10)의 대한 센싱값의 최하변위(예컨대, 27)은 서로 달라져, 이를 이용하여 스트링 및/또는 모듈의 이상 여부를 판단하게 되는데 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 진단서버(60)는 상기 센서(50)들을 선택적으로 작동시켜 얻은 센싱값을 분석하여 스트링(20)의 이상 여부를 먼저 판단하고 이상이 있다고 판단된 스트링(20)을 구성하는 모듈(30)들에 대해서만 이상 여부를 판단하는 구성으로, 송수신부(610), 저장부(620), 스트링판단부(630), 모듈판단부(640), 제어부(650) 등을 포함한다. 상기 진단서버(60)는 엠피피티 제어에 의해 발생하는 모듈에 대한 센싱값 변화량을 상대 비교하여 스트링 및/또는 모듈의 이상 여부를 판단하게 된다.
상기 송수신부(610)는 상기 중계기(70)와 연결되어 모듈(10)의 이상 여부 판단에 사용되는 정보를 송수신한다.
상기 저장부(620)는 스트링(20) 및/또는 모듈(10)의 이상 여부 판단의 기준이 되는 설정값을 저장하는 있는 구성으로, 상기 설정값은 인버터(40)의 엠피피티 제어 중에 각각의 모듈(10)에 대해 상기 센서(50)가 출력하는 전체 센싱값의 평균을 의미한다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 설정값이 나타내어지게 되며, 위 경우 상기 설정값의 최하변위(MIN)는 26(V)에 해당하게 된다.
상기 스트링판단부(630)는 스트링(20)을 구성하는 모듈(10) 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링(20)의 이상 여부를 판단하는 구성으로, 정보획득모듈(631), 스트링판단모듈(632) 등을 포함한다.
상기 정보획득모듈(631)은 스트링(20)을 구성하는 모듈(10) 중 일부 모듈(바람직하게는 하나의 모듈)에서 출력된 센싱값을 실시간으로 수집하여 출력하는 구성으로, 상기 정보획득모듈(631)은 특정 모듈에서 출력된 센싱값을 수집하는 것뿐만 아니라 스트링(20)을 구성하는 임의의 모듈에 일정 주기로 센싱값을 전송하도록 지시하는 것도 가능하다.
상기 스트링판단모듈(632)은 상기 정보획득모듈(631)에서 출력된 센싱값을 분석하여 해당 스트링(20)의 이상 유무를 판단하는 구성으로, 상기 정보획득모듈(631)에서 출력된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 크거나 작은 경우 상기 스트링(20)은 이상이 있는 것으로 판단하게 된다. 예컨대, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 설정 및 측정된 상태에서, 일정 범위가 0.1이라고 하면, 상기 정보획득모듈(631)이 수집하여 출력한 특정 모듈에 대한 센싱값의 최하변위가 26인 경우 상기 스트링판단모듈(632)은 상기 스트링은 이상이 없는 것으로 판단하게 되며, 상기 정보획득모듈(631)이 수집하여 출력한 특정 모듈에 대한 센싱값의 최하변위가 17 또는 27인 경우 상기 스트링판단모듈(632)은 상기 스트링은 이상이 있는 것으로 판단하게 된다.
상기 모듈판단부(640)는 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 구성으로, 정보수집모듈(641), 모듈판단모듈(642) 등을 포함한다.
상기 정보수집모듈(641)은 상기 스트링판단부(630)에서 이상이 있다고 판단한 스트링(20)을 구성하는 각 모듈(10)에 설치된 센서(50)를 작동시켜 모듈(10)별 센싱값을 수집하여 출력한다. 상기 정보수집모듈(641)은 상기 센싱값의 수집시 동일 모듈을 반복적으로 측정하도록 제어하여 센서의 성능을 증가시키지 않고서도 센서의 샘플링 레이트(sampling rate)를 증가시켜, 엠피피티의 주파수의 두 배, 바람직하게는 네 배 이상의 샘플링 레이트를 획득하는 것이 가능하게 된다. 구체적으로, 10개의 모듈에 대해 1초 간격으로 측정한다고 가정시, 종래의 상기 모듈들을 순차적으로 측정하는 방식의 경우(1 모듈, 2 모듈, 3 모듈, 4 모듈, 5 모듈, 6 모듈, 7 모듈, 8 모듈, 9 모듈, 10 모듈, 1 모듈, 2 모듈, 3 모듈, ~~~ 순으로 측정), 샘플링 레이트는 0.1Hz이나, 상기 모듈들을 반복적으로 측정하는 경우(1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 1 모듈, 2 모듈, 2 모듈, 2 모듈, ~~~ 순으로 측정), 샘플링 레이트는 1Hz에 해당하게 된다.
상기 모듈판단모듈(642)은 상기 정보수집모듈(641)에서 출력된 센싱값을 분석하여 일 스트링(20)에서 이상이 있는 하나 이상의 모듈(10)을 특정하는 구성으로, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 작은 경우 상기 모듈(10)은 이상이 있는 것으로 판단하고, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 경우 상기 모듈(10)은 이상이 없는 것으로 판단하게 된다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 특정 모듈(10-5)에 대한 센싱값의 최하변위(17)가 설정값의 최하변위(26)보다 일정 범위(예컨대, 0.1) 이상 작으면 이상이 있는 모듈로 판단하고, 특정 모듈(10-1 내지 10-4 및 10-6 내지 10-10))에 대한 센싱값의 최하변위(27)이 설정값의 최하변위(26)보다 일정 범위(예컨대, 0.1) 이상 큰 경우 이상이 없는 모듈로 판단하게 된다.
다른 예로, 상기 모듈판단모듈(642)은 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈이 이격되어 2 이상인 경우, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상이 있는 모듈로 판단하게 된다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 특정 모듈(10-4 및 10-7)에 대한 센싱값의 최하변위(28.25)가 설정값의 최하변위(26)보다 일정 범위(예컨대, 0.1) 이상 크고, 상기 모듈(10-4 및 10-7)이 이격되어 있는 경우, 상기 모듈(10-4 및 10-7)들 사이에 위치한 모듈(10-5 및 10-6)은 이상이 있는 모듈로 판단하게 된다.
상기 제어부(650)는 상기 진단서버(60)의 구성하는 각 부의 제어를 담당하며, 모듈(10)의 이상 여부 판단에 사용되는 정보의 송수신을 제어한다.
상기 중계기(70)는 상기 센서(50)와 진단서버(60) 사이에서 데이터를 중계하는 구성으로, 상기 진단서버(60)에서 출력된 센서(50)의 제어신호를 수신하여 특정 센서를 작동시키는 신호를 센서(50)에서 전송하고 상기 센서(50)가 측정하여 전송하는 센싱값을 수신하여 상기 진단서버(60)에 전송한다.
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 20: 스트링 30: 어레이
40: 인버터 50: 센서 60: 진단서버
70: 중계기
610: 송수신부 620: 저장부 630: 스트링판단부
640: 모듈판단부 650: 제어부 631: 정보획득모듈
632: 스트링판단모듈 641: 정보수집모듈 642; 모듈판단모듈

Claims (10)

  1. 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 복수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 하나 이상 포함하는 어레이와; 상기 모듈 각각의 작동 상태를 센싱하는 센서와; 상기 센서를 선택적으로 작동시켜 얻은 센싱값을 분석하여 스트링의 이상 여부를 먼저 판단하고 이상이 있다고 판단된 스트링을 구성하는 모듈들에 대해서만 이상 여부를 판단하는 진단서버;를 포함하며,
    상기 진단서버는 스트링을 구성하는 모듈 중 일부 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하고 분석하여 스트링의 이상 여부를 판단하는 스트링판단부와, 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단된 스트링에 대해서만 각 모듈별로 센싱값을 수집하고 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단부와, 상기 스트링판단부 및 모듈판단부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 모듈판단부는 상기 스트링판단부에서 이상이 있다고 판단한 스트링을 구성하는 각 모듈에 설치된 센서를 작동시켜 모듈별 센싱값을 수집하여 출력하는 정보수집모듈과, 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값을 분석하여 이상이 있는 모듈을 특정하는 모듈판단모듈을 포함하며,
    상기 모듈판단모듈은 상기 정보수집모듈에서 출력된 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈이 이격되어 2 이상인 경우, 센싱값의 최하변위가 설정값의 최하변위보다 일정 범위 이상 큰 모듈들 사이에 위치한 모듈을 이상이 있는 모듈로 판단하는 것을 특징으로 하는 단계별 태양광 발전 진단장치.
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  8. 제1항에 있어서,
    상기 스트링 판단부는 스트링을 구성하는 모듈 중 하나의 모듈에 대해서만 센싱값을 수집하는 것을 특징으로 하는 단계별 태양광 발전 진단장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서에서 출력되는 센싱값은 인버터의 최대 전력점 추적 제어에 의해 일정 주기와 진폭을 가지는 파의 형태로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 단계별 태양광 발전 진단장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 전압을 측정하는 센서, 전류를 측정하는 센서 및 전력을 측정하는 센서 중 어느 하나가 사용될 수 있으며,
    상기 진단서버는 스트링 또는 모듈의 이상 여부 판단의 기준이 되는 설정값을 저장하는 있는 저장부를 추가로 포함하며,
    상기 설정값은 상기 설정값은 인버터의 엠피피티 제어 중에 각각의 모듈에 대해 상기 센서가 출력하는 전체 센싱값의 평균을 의미하는 것을 특징으로 하는 단계별 태양광 발전 진단장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015103699A (ja) * 2013-11-26 2015-06-04 ネクストエナジー・アンド・リソース株式会社 太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置
JP2015102998A (ja) * 2013-11-25 2015-06-04 日立アプライアンス株式会社 太陽光発電システム及び太陽電池モジュールの診断方法

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