KR101646936B1 - 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것으로서, 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 미세 전류의 도통을 통해 마이크로크랙이 발생된 태양전지를 갖는 해당 태양전지모듈을 검출하기 위한 마이크로크랙 검출디바이스(100)와; 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 태양전지모듈별로 나타나는 출력패턴을 정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인함으로써 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 체크하고 태양전지모듈별 출력이 저하된 경우 이를 바이패스하기 위한 서브디바이스(200);를 포함하되, 개별적으로 구성하거나 또는 함께 구성할 수 있으며, 이를 통해 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 마이크로크랙 검출기능 및/또는 음영 감시기능을 갖도록 구성함으로써 태양광발전 채널별 감시장치의 기능을 확장하는 새로운 구성의 태양광 발전시스템을 구축할 수 있으며, 발전효율을 향상 및 극대화시킬 수 있는 고효율 태양광발전을 구현할 수 있다.

Description

기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템{SOLAR PHOTOVOLTAIC SYSTEM WITH EACH CHANNEL SURVEILLANCE DEVICE OF PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION FOR FUNCTIONAL EXPANSION}
본 발명은 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로크랙 검출 및 음영 감시기능을 갖도록 하는 등 태양광발전 채널별 감시장치의 기능을 확장함으로써 고효율 태양광발전을 구현할 수 있도록 한 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양전지들이 스트링 결선에 의해 어레이(array)된 태양전지모듈을 이용하여 전기를 대규모로 생산하는 발전시스템이다.
이러한 태양광 발전시스템은 태양의 빛을 받아 직류전기를 발생시키는 태양전지가 어레이된 태양전지모듈과, 상기 태양전지모듈에서 발생된 직류 전기를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 연결되는 접속반과, 상기 접속반에 모인 전체 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 전력변환장치를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 상기 전력변환장치가 발전 동작을 개시하면, 각각의 단위 스트링에서 전류가 흐르게 되고 이와 동시에 접속반에서는 각각의 단위 스트링별로 전류를 감시하여 상위 장치인 수집서버와의 통신을 통해 데이터를 전송하게 된다.
이에 의해, 사용자는 접속반을 통하여 수집서버로 전송된 각 스트링별 전류와 전체 전류 등을 모니터링하게 된다.
한편, 상기 태양전지모듈은 태양전지의 어레이에 의해 이루어지는 것인데, 이 태양전지는 태양광을 받아 대전하여 전기를 생산해내는 반도체 패널로서 직달일사량(DNI; Direct Normal Irradiance)을 받아 100% 출력을 나타내지 못하고 각각 저마다의 효율을 가지고 제한된 출력을 나타내고 있으며, 세계최고의 기술수준이 25%의 선에 머물고 있는 실정에 있다.
또한, 태양전지의 제한된 출력양상 패턴을 좌우하는 주된 요소 역시 이 직달일사량(DNI)이다.
참고로, 이 직달일사량(DNI)은 지표면에 미치는 태양광 에너지의 단위면적당 총 에너지 량을 말하는 것으로서, 표준일사량으로 삼는 850W/M2은 단위 평방미터에 미치는 태양광에너지의 총량이 850W가 되는 것을 의미하며, 이러한 직달일사량은 태양의 고도, 일기 등의 요소에 의해 시간 및 계절에 따라 그 특성이 모두 다르게 나타난다.
이와 같이, 직달일사량에 의한 출력을 나타내는 태양전지가 각각 저마다의 효율을 가지고 제한된 출력을 나타내는 이유의 하나는 반도체 패널인 웨이퍼의 파손이 주요 요인이라 할 수 있다.
특히, 태양전지를 구성하는 웨이퍼의 미세한 균열, 즉 마이크로크랙(Micro-crack)에 기인한다 할 수 있는데, 외형으로는 쉽게 확인이 되지 않는 것으로서, 이러한 결함을 갖고 있을 경우 작은 충격에 의해서도 균열이 전파되어 웨이퍼의 파손으로까지 연결될 수 있는 치명적인 불량이라 할 수 있으며, 제조시 검수공정을 필수적으로 수행하고 있다.
하지만, 제조 이후에 현장으로의 이송 또는 설치과정과 사용과정에서 외부적인 요인에 의해 발생되는 마이크로 크랙은 쉽게 검출하기 힘들 뿐만 아니라 정확한 검출지점의 지정 및 대응에 관련된 데이터를 찾기도 쉽지 않은 실정에 있다.
이와 더불어, 태양광 발전시스템에는 태양전지모듈의 각 채널별 모니터링을 위한 채널별 감시장치를 접속반 등에 구비하여 사용하고 있는데, 현재 사용되고 있는 대부분은 주로 기본적인 전압 및 전류의 송배전을 다루는 전기적인 기능과, 과전류와 과전압 및 단락 또는 개방 등을 판단하여 전기적인 안전성을 보장하는 안전관리 기능과, RF통신 등을 사용한 송배전량 정보 전송을 하는 데이터송신 기능을 수행토록 하고 있다.
즉, 종래의 태양광 발전시스템에 있어서는 각각의 태양전지 내 마이크로크랙을 현장에서 검출하고 감시하는 기술 접목이 없는 실정에 있으며, 채널별 단순 감시기능만을 이용하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1434803호
본 발명은 상술한 종래의 문제점 등을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 마이크로크랙 검출기능 및/또는 음영 감시기능을 갖도록 하는 등 태양광발전 채널별 감시장치의 기능을 확장함으로써 고효율 태양광발전을 구현할 수 있도록 한 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 단순 채널별 감시기능에 더하여 태양광 출력 패턴을 분석 및 관리하는 기능을 구비토록 확장함으로써 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있도록 하면서 효율적으로 관리할 수 있도록 한 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템은, 다수의 태양전지가 스트링 결선에 의해 어레이된 태양전지모듈(10)이 단위 채널별로 다수 설치되는 태양광발전 시스템에 있어서, 상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 미세 전류의 도통을 통해 태양전지를 갖는 태양전지모듈의 마이크로크랙 발생여부를 검출하기 위한 마이크로크랙 검출디바이스(100);를 포함하되, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 태양광으로부터 발생되는 일사량을 감지하기 위한 일사량 감지센서(101)로부터 현재 일사량 값을 입력받는 일사량 입력부(110); 태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시킬 수 있도록 연결되고 미세 전류의 도통에 의해 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는 입출력 단자부(120); 마이크로크랙 검출디바이스(100)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하는 내부전원 공급부(130); 태양전지모듈(10)의 전기적 특성값과 입력되는 현재 일사량 값 대비 정규출력치에 대한 기준 데이터값이 저장되는 테이터 버퍼부(140); 미세 전류의 도통에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해내고, 이러한 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 이상 여부를 판단하는 마이크로컨트롤부(150); 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 디스플레이 및 경고하는 디스플레이부(160); 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 외부와 통신할 수 있도록 하는 통신인터페이스부(170);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 태양전지모듈별로 나타나는 출력패턴을 정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인함으로써 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 체크하고 태양전지모듈별 출력이 저하된 경우 이를 바이패스하기 위한 서브디바이스(200);를 포함하되, 상기 서브디바이스(200)는 정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인할 수 있도록 연결되는 전류 지시계(210); 서브디바이스(200)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하기 위한 컨버터부(220); 주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지 및 주변의 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득하기 위한 무선통신부(230); 주변의 서브디바이스로부터 취득한 통신 데이터를 저장하기 위한 내부 데이터버퍼를 가지며, 전류 지시계로부터 입력되는 전류값에 따라 저전력 채널인 경우 스위칭에 의해 바이패스시키고, 주변의 서브디바이스와의 전류값 편차를 통해 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 판단하는 컨트롤러(240); 컨트롤러에서의 판단에 따라 저전력 채널의 접점을 스위칭하는 스위칭소자(250);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
여기에서, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 초기화 이후, 태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시키고 이로부터 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는 과정; 상기 태양전지모듈로부터 출력 전압값에 대한 응답이 있는지 여부를 확인하는 과정; 상기 태양전지모듈로부터 출력 응답이 있으면, 미세 전류의 도통에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 일사량 감지센서(101)로부터 입력된 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해내는 과정; 상기 산출된 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 여부를 판단하는 과정; 상기 마이크로크랙에 의한 전기적 이상으로 판단되면, 이를 디스플레이 및 경고 출력하거나 또는 외부와 통신하여 외부 출력되게 하는 과정;을 순차 실행하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 휴대용 장비로 구비하여 상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 필요시 연결 사용할 수 있도록 구성하며; 태양전지모듈(10)의 일부 채널에 이상 출력 검출시 전선커넥터를 이용하여 해당 정션박스(20)에 연결 사용하되, 이상 출력이 검출된 해당 채널에 연결된 퓨즈를 차단하고 태양전지모듈을 암차단시킨 후 연결하여 미세 전류를 도통시킴으로써 태양전지 내부 전도대역의 미세 크랙 유무를 체크할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 초기화 이후, 주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지하기 위해 무선채널 동기화를 수행하는 과정; 상기 무선채널 동기화가 수행되면, 무선통신을 통해 주변 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득하는 과정; 상기 주변의 서브디바이스가 아닌 자신의 서브디바이스에 연결된 정션박스(20)로부터 태양전지모듈(10)의 출력되는 전류값을 입력받는 과정; 상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 큰지를 판단하는 과정; 상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 작으면, 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시키는 과정; 상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 크면, 무선통신에 의해 취득한 주변의 서브디바이스들이 갖는 전류값과 편차를 비교하는 과정; 상기 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치보다 작은지를 판단하는 과정; 상기 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치보다 작으면 원 접점상태인 "a"를 그대로 유지하고, 그렇지 않으면 저전력 채널로 판단하여 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시키는 과정;을 순차 실행하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 무선통신부(230)는 주변의 다른 서브디바이스로부터 용이한 통신 데이터를 취득하도록 이더넷 통신을 가능하게 하는 시리얼통신용 modbus프로토콜에 이더넷통신인 TCP프로토콜을 결합한 modbus TCP로 구성하고; 상기 스위칭 소자(250)는 MOSFET, 포토커플러, 반도체릴레이(SSR) 중에서 어느 1종으로 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양광 발전시스템의 발전효율을 향상 및 극대화시킬 수 있으며, 고효율 태양광발전을 구현할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 마이크로크랙 검출기능 및/또는 음영 감시기능을 갖도록 구성함으로써 태양광발전 채널별 감시장치의 기능을 확장하는 새로운 구성의 태양광 발전시스템을 구축할 수 있으며, 이를 통해 단순 채널별 감시기능에 더하여 태양광 출력 패턴을 분석 및 관리할 수 있어 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있고 태양광 발전시스템을 보다 효율적으로 관리 및 운용할 수 있으며, 고효율 태양광발전을 가능하게 하는 유용함을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템에 있어 마이크로크랙 검출디바이스의 동작을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전시스템에 있어 마이크로크랙 검출디바이스의 휴대형 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템을 설명하기 위해 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전시스템에 있어 서브디바이스의 동작을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 다수의 태양전지가 스트링 결선에 의해 어레이된 태양전지모듈(10)이 단위 채널별로 다수 설치되는 구성을 갖는다.
상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 크랙 검출용 미세 전류를 도통시킴으로써 태양전지를 갖는 태양전지모듈의 마이크로크랙 발생여부를 검출하기 위한 마이크로크랙 검출디바이스(100)를 포함한다.
상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 다수 설치되는 태양전지모듈(10) 각각에 연결 설치된다.
이때, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 태양광으로부터 발생되는 일사량을 감지하기 위한 일사량 감지센서(101)와, 일사량 감지센서(101)로부터 현재 일사량 값을 입력받는 일사량 입력부(110)와, 태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시킬 수 있도록 연결되고 크랙 검출용 미세 전류를 도통시킬 때 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는 입출력 단자부(120)와, 마이크로크랙 검출디바이스(100)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하는 내부전원 공급부(130)와, 태양전지모듈(10)의 전기적 특성값과 일사량 입력부(110)를 통해 입력되는 현재 일사량 값 대비 정규출력치에 대한 기준 데이터값이 저장되어있는 테이터 버퍼부(140)와, 크랙 검출용 미세 전류를 태양전지모듈 측으로 도통시킴에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해내고 이러한 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 이상 여부를 판단하는 마이크로컨트롤부(150)와, 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 디스플레이 및 경고하는 디스플레이부(160)와, 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 중앙서버 등의 외부와 통신할 수 있도록 하는 통신인터페이스부(170)를 포함한다.
여기에서, 태양전지모듈(10)의 전기적 특성값은 태양전지모듈의 사이즈(면적)와 출력효율 및 출력전력을 나타낸다.
여기에서, 상기 통신인터페이스부(170)는 중앙서버 등의 외부와 유선 또는 무선 통신할 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 휴대용 장비로 구비하여 상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 필요시 연결하여 사용할 수 있도록 구성할 수도 있다.
즉, 태양전지모듈(10)의 일부 채널에 이상 출력이 검출되는 경우에 해당 태양전지모듈 측에 연결하여 마이크로크랙에 의한 전기적 이상인지 여부를 검출하게 하는 구성으로서, 설치비용이나 운용효율을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이렇게 휴대용 장비로 구성하는 경우에는, 태양전지모듈(10)의 일부 채널에 이상 출력 검출시 전선커넥터를 이용하여 해당 태양전지모듈(10)이 갖는 정션박스(20)에 연결 사용하되, 이상 출력이 검출된 해당 채널에 연결된 퓨즈를 차단하고 태양전지모듈을 암차단시킨 후 연결하여 미세 전류를 도통시킬 수 있도록 하며, 이를 통해 태양전지 내부 전도대역의 미세 크랙 유무를 체크할 수 있도록 함이 바람직하다.
여기에서, 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)를 휴대용 장비로 구성하는 경우에는 태양전지모듈의 사이즈(면적)와 출력효율 및 출력전력 등 태양전지모듈(10)의 전기적 특성값을 사용자가 직접 입력할 수 있도록 데이터 입력부(180)를 구비할 수 있으며, USB 지원이 가능하도록 USB포트를 구비할 수 있다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)에 대한 동작을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
초기화한다(S11).
상기 초기화 이후, 마이크로컨트롤부(150)의 제어를 통해 연결된 태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시키고 이로부터 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는다(S12).
상기 마이크로컨트롤부(150)는 연결된 태양전지모듈(10)로부터 미세 전류 도통에 의해 출력 전압값에 대한 응답이 있는지 여부를 확인한다(S13).
상기 마이크로컨트롤부(150)는 연결된 태양전지모듈(10)로부터 미세 전류 도통에 대해 출력 응답이 있으면, 미세 전류의 도통에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 일사량 감지센서(101)로부터 입력된 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해낸다(S14).
이때, 상기 마이크로컨트롤부(150)는 일사량 입력부(110)로부터 현재 일사량 값을 입력받고 이와 동시에 데이터 버퍼부(140)로부터 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값(정규화된 출력치)을 입력받는다.
상기 마이크로컨트롤부(150)는 산출된 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 여부를 판단한다(S15).
상기 마이크로컨트롤부(150)는 비교 연산에 의해 마이크로크랙에 의한 전기적 이상으로 판단되면, 이를 디스플레이 및 경고 출력하거나 또는 중앙서버 등의 외부와 통신하는 등 외부로의 출력을 수행한다(S16).
이때, 산출된 표준 출력값이 기준 데이터값 대비 일정 기준치(예를 들면, 10% 이하)의 효율을 나타낼 경우 해당 태양전지모듈을 마이크로크랙에 의한 전기적 이상으로 판단하고, 이를 외부로 출력한다.
여기에서, 마이크로크랙에 의한 전기적 이상의 판단 기준치는 사용자에 따라 변동이 가능한 것으로서, 일정 기준치는 5~20%의 범주 내에서 가변할 수 있다.
이에 따라, 마이크로크랙에 의한 전기적 이상을 현장에서 판단할 수 있는 등 태양광 발전시스템 내 채널별 감시장치의 기능을 확장 및 분석기능을 갖게 할 수 있어 고효율 태양광발전을 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템은 도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며 태양전지모듈별로 나타나는 출력 패턴을 정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인함으로써 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 체크하고 태양전지모듈별 출력이 저하된 경우 이를 바이패스하기 위한 서브디바이스(200)를 포함하는 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 서브디바이스(200)는 상술한 마이크로크랙 검출디바이스(100)와 함께 구비하여 구성할 수 있고, 때로는 개별 구성을 갖게 할 수도 있다.
상기 서브디바이스(200)는 태양전지의 스트링 결선으로 이루어지는 태양전지모듈(10) 각각에 연결 설치된다.
이때, 상기 서브디바이스(200)는 정션박스(20) 측, 즉 태양전지모듈(10)의 출력라인의 전류값을 확인할 수 있도록 연결되는 전류 지시계(210)와, 서브디바이스(200)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하기 위한 컨버터부(220)와, 주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지 및 주변의 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득하기 위한 무선통신부(230)와, 주변의 서브디바이스로부터 취득한 통신 데이터를 저장하기 위한 내부 데이터버퍼를 가지며 전류 지시계(210)로부터 입력되는 전류값에 따라 저전력 채널인 경우 스위칭에 의해 바이패스시키고 주변의 서브디바이스와의 전류값 편차를 체크하여 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 판단하는 컨트롤러(240)와, 컨트롤러(240)에서의 판단에 따라 저전력 채널의 접점을 바이패스하도록 스위칭하는 스위칭소자(250)를 포함한다.
여기에서, 상기 컨버터부(220)는 무선통신부(230)와 컨트롤러(240) 및 스위칭소자(250)에 필용한 DC전원을 공급할 수 있도록 구성한다.
여기에서, 상기 무선통신부(230)는 서브디바이스 간 데이터통신이 가능하도록 하고 그 효율성을 높일 수 있도록 하기 위하여 구성함이 바람직하다.
이를 위해, 주변의 다른 서브디바이스로부터 용이한 통신 데이터를 취득하도록 이더넷 통신을 가능하게 하는 시리얼통신용 modbus프로토콜에 이더넷통신인 TCP프로토콜을 결합한 modbus TCP로 구성함이 바람직하다.
여기에서, 상기 스위칭 소자(250)는 빠른 반응 및 정확한 스위칭을 가능하게 하는 등 스위칭효율을 높일 수 있도록 MOSFET, 포토커플러, 반도체릴레이(SSR) 중에서 어느 1종으로 구성함이 바람직하다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 상기 서브디바이스(200)에 대한 동작을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
초기화한다(S21).
상기 초기화 이후, 컨트롤러(240)의 제어를 통해 주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지하기 위해 무선채널 동기화를 수행한다(S22).
상기 컨트롤러(240)는 무선채널 동기화가 수행되면, 무선통신을 통해 주변 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득한다(S23).
이때, 서브디바이스 간에는 주변의 서브디바이스가 취득하는 해당 태양전지모듈의 전류값에 대한 감지를 시작한다.
또한, 상기 컨트롤러(240)는 주변의 서브디바이스가 아닌 자신의 서브디바이스에 연결된 정션박스(20)로부터 태양전지모듈(10)의 출력되는 전류값을 입력받는다(S24).
상기 컨트롤러(240)는 입력된 태양전지모듈(10)의 출력 전류값이 "0"보다 큰지를 판단한다(S25).
상기 컨트롤러(240)는 입력된 태양전지모듈(10)의 출력 전류값이 "0"보다 작으면, 이를 저전력 채널로 인지하고 출력 접점을 바이패스접점인 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시킨다(S26).
이를 통해, 접점을 변경함으로써 해당 채널의 저전류를 무시하고, 초기화 과정으로 돌아가 루틴을 다시 시작토록 한다.
상기 컨트롤러(240)는 입력된 태양전지모듈(10)의 출력 전류값이 "0"보다 크면, 무선통신에 의해 취득한 주변의 서브디바이스들이 갖는 전류값과 편차를 비교한다(S27).
이때, 상기 컨트롤러(240)는 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치(예를 들면, 20%)보다 작은지를 판단한다(S28).
그리고, 상기 컨트롤러(240)는 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치보다 작으면 원 접점상태인 "a"를 그대로 유지하여 출력되게 하고, 그렇지 않으면 저전력 채널로 판단하여 출력 접점을 바이패스접점인 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시킨다(S29).
여기에서, 접점 "b"로 변경을 통해서는 해당 채널의 저전류를 무시하고, 초기화 과정으로 돌아가 루틴을 다시 시작토록 한다.
여기에서, 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차에 따른 저전력 채널 판단 기준치는 사용자에 따라 변동이 가능한 것으로서, 5~20%의 효율 범주 내에서 가변할 수 있다.
이에 따라, 태양전지모듈별로 출력 전류값을 통해 출력 패턴을 확인할 수 있고, 이를 통해 저전력 채널의 요인이 음영이나 파손 또는 선로차단의 영향인지 확인할 수 있으며, 태양광 발전시스템 내 채널별 감시장치의 기능을 확장 및 분석기능을 갖게 하므로 고효율 태양광발전을 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서의 실시예는 본 발명의 바람직한 예시를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의해 수정과 치환이 이루어질 수 있다 할 것이다.
10: 태양전지모듈 20: 정션박스
100: 마이크로크랙 검출디바이스 101: 일사량 감지센서
110: 일사량 입력부 120: 입출력 단자부
130: 내부전원 공급부 140: 데이터 버퍼부
150: 마이크로컨트롤부 160: 디스플레이부
170: 통신인터페이스부 200: 서브디바이스
210: 전류 지시계 220: 컨버터부
230: 무선통신부 240: 컨트롤러
250: 스위칭소자

Claims (7)

  1. 다수의 태양전지가 스트링 결선에 의해 어레이된 태양전지모듈(10)이 단위 채널별로 다수 설치되는 태양광발전 시스템에 있어서,
    상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 크랙 검출용 미세 전류를 태양전지모듈로 흘려보내 도통시킴으로써 태양전지를 갖는 태양전지모듈에서의 마이크로크랙 발생여부를 검출할 수 있도록 한 마이크로크랙 검출디바이스(100); 를 포함하되,
    상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는,
    태양광으로부터 발생되는 일사량을 감지하기 위한 일사량 감지센서(101);
    일사량 감지센서(101)로부터 현재 태양광에 대한 일사량 값을 입력받는 일사량 입력부(110);
    태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시킬 수 있도록 연결되고, 크랙 검출용 미세 전류를 도통시킬 때 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는 입출력 단자부(120);
    마이크로크랙 검출디바이스(100)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하는 내부전원 공급부(130);
    태양전지모듈(10)의 전기적 특성값과 일사량 입력부(110)를 통해 입력되는 현재 일사량 값 대비 정규출력치에 대한 기준 데이터값이 저장되어있는 테이터 버퍼부(140);
    크랙 검출용 미세 전류를 태양전지모듈 측으로 도통시킴에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해내고, 이러한 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 이상 여부를 판단하는 마이크로컨트롤부(150);
    마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 디스플레이 및 경고하는 디스플레이부(160);
    마이크로크랙에 의한 전기적 이상 판단시 이를 외부와 통신할 수 있도록 하는 통신인터페이스부(170); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 연결 설치되며, 태양전지모듈별로 나타나는 출력패턴을 정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인함으로써 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 체크하고 태양전지모듈별 출력이 저하된 경우 이를 바이패스하기 위한 서브디바이스(200); 를 포함하되,
    상기 서브디바이스(200)는,
    정션박스(20) 측 출력라인의 전류값을 확인할 수 있도록 연결되는 전류 지시계(210);
    서브디바이스(200)에서 사용하기 위한 내부 전원을 공급하기 위한 컨버터부(220);
    주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지 및 주변의 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득하기 위한 무선통신부(230);
    주변의 서브디바이스로부터 취득한 통신 데이터를 저장하기 위한 내부 데이터버퍼를 가지며, 전류 지시계로부터 입력되는 전류값에 따라 저전력 채널인 경우 스위칭에 의해 바이패스시키고, 주변의 서브디바이스와의 전류값 편차를 통해 음영이나 출력이상 또는 선로차단 상태인지 여부를 판단하는 컨트롤러(240);
    컨트롤러에서의 판단에 따라 저전력 채널의 접점을 스위칭하는 스위칭소자(250); 를 포함하며,
    상기 무선통신부(230)는,
    주변의 다른 서브디바이스로부터 용이한 통신 데이터를 취득하도록 이더넷 통신을 가능하게 하는 시리얼통신용 modbus프로토콜에 이더넷통신인 TCP프로토콜을 결합한 modbus TCP로 구성하고;
    상기 스위칭 소자(250)는,
    MOSFET, 포토커플러, 반도체릴레이(SSR) 중에서 어느 1종으로 구성하는 것을 특징으로 하는 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는,
    초기화 이후, 태양전지모듈(10)로 크랙 검출용 미세 전류를 흘려보내 도통시키고 이로부터 출력되는 태양전지모듈(10)의 전압값을 입력받는 과정;
    상기 태양전지모듈로부터 출력 전압값에 대한 응답이 있는지 여부를 확인하는 과정;
    상기 태양전지모듈로부터 출력 응답이 있으면, 미세 전류의 도통에 의해 태양전지모듈로부터 응답되는 전압값에 대해 일사량 감지센서(101)로부터 입력된 현재 일사량 값을 기준으로 현재 일사량 값 대비 기준 데이터값 및 태양전지모듈의 전기적 특성값과 비교 연산하여 표준 출력값을 산출해내는 과정;
    상기 산출된 표준 출력값을 기준 데이터값과 다시 비교하여 마이크로크랙에 의한 전기적 이상 여부를 판단하는 과정;
    상기 마이크로크랙에 의한 전기적 이상으로 판단되면, 이를 디스플레이 및 경고 출력하거나 또는 외부와 통신하여 외부 출력되게 하는 과정; 을 순차 실행하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로크랙 검출디바이스(100)는,
    휴대용 장비로 구비하여 상기 태양전지모듈(10)에 장착된 정션박스(20) 측에 필요시 연결 사용할 수 있도록 구성하며;
    태양전지모듈(10)의 일부 채널에 이상 출력 검출시 전선커넥터를 이용하여 해당 정션박스(20)에 연결 사용하되, 이상 출력이 검출된 해당 채널에 연결된 퓨즈를 차단하고 태양전지모듈을 암차단시킨 후 연결하여 미세 전류를 도통시킴으로써 태양전지 내부 전도대역의 미세 크랙 유무를 체크할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 서브디바이스(200)는,
    초기화 이후, 주변의 서브디바이스와 무선통신 채널의 동기를 유지하기 위해 무선채널 동기화를 수행하는 과정;
    상기 무선채널 동기화가 수행되면, 무선통신을 통해 주변 서브디바이스로부터 통신 데이터(전류값)를 취득하는 과정;
    상기 주변의 서브디바이스가 아닌 자신의 서브디바이스에 연결된 정션박스(20)로부터 태양전지모듈(10)의 출력되는 전류값을 입력받는 과정;
    상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 큰지를 판단하는 과정;
    상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 작으면, 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시키는 과정;
    상기 입력된 태양전지모듈의 출력 전류값이 "0"보다 크면, 무선통신에 의해 취득한 주변의 서브디바이스들이 갖는 전류값과 편차를 비교하는 과정;
    상기 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치보다 작은지를 판단하는 과정;
    상기 자신의 서브디바이스와 주변의 서브디바이스 간 전류값 편차가 일정 기준치보다 작으면 원 접점상태인 "a"를 그대로 유지하고, 그렇지 않으면 저전력 채널로 판단하여 접점 "b"로 스위칭하여 바이패스시키는 과정; 을 순차 실행하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 기능 확장형 태양광발전 채널별 감시장치를 구비하는 태양광 발전시스템.
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