KR101656697B1 - 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법 - Google Patents

휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법 Download PDF

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강신영
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Abstract

본 발명은 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 이를 이용한 태양광모듈 노화 계측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 연결된 입력단자를 통해 인입된 각 태양광모듈에서 생산된 전력으로 충전이 이루어지는 콘덴서가 구비된 콘덴서 충전부와, 상기 콘덴서 충전부에 충전이 이루어지는 동안 각 태양광모듈에서 생산된 전압 및 전류를 검출하는 한 개 이상의 전압 및 전류검출부와, 상기 전압 및 전류검출부를 통해 검출된 각각의 태양광모듈에서 생산된 전력을 상호 비교 분석하여 그 데이터를 전송하는 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부를 포함하는 마이컴이 구비된 계측기 본체; 상기 계측기 본체의 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부에서 검출된 각 태양광모듈의 전력량 데이터를 전송받아 저장된 프로그램 또는 어플(App)의 실행을 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전력량이 디스플레이부에 표시되어 태양광모듈의 노화정도를 판별하도록 하는 휴대용 표시장치;를 포함하여 구성되는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 이를 이용한 태양광모듈 노화계측방법을 제공한다.

Description

휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법{Portable measuring apparatus for Solar module deterioration and measuring method thereof}
본 발명은 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광발전소의 핵심구성인 태양광모듈 중심의 노화상태를 현장에서 계측, 확인할 수 있는 포터블 형태의 계측기를 제공함은 물론 스마트폰과의 통신을 통해 측정데이터의 이용 및 관리가 가능하도록 구성되는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법에 관한 것이다.
갈수록 증가되고 있는 대기환경오염 문제 및 온실가스를 감축하기 위한 목표로 1997년 12월에 교토의정서가 채택되었고, 2005년 2월에 공식 발효되면서 주요 국가들은 온실가스 저감을 위해 다양한 노력을 기울이고 있으며, 이를 위해 종래의 온실가스 주범이었던 화석연료의 사용을 줄이기 위해 새로운 신재생에너지에 대한 기술개발과 상용화에 박차를 가하고 있다.
특히, 전기를 생산하기 위해 대규모 화석연료를 사용하는 종래의 화력발전소를 대체할 수 있는 새로운 수단으로 태양광발전장치가 도입되어 국내뿐만 아니라 세계 각국에서 꾸준하게 그 설치량이 증가되고 있다.
태양광 발전장치는 환경을 오염시키는 배출가스의 배출이 없고, 별도의 동력설비가 구비되지 않으면서 무한에 가까운 태양광을 이용하기 때문에 비교적 고장이 적고, 보수나 점검 및 설치가 용이한 장점을 가지고 있어서 그 설치량이 빠르게 증가하고 있다.
이러한, 태양광 발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 대지나 공장, 옥상 등에 설치되는 태양전지패널 및 정션박스를 포함하는 복수의 태양광 모듈로 구성되는 태양전지 어레이와, 태양전지 어레이에서 생산된 전기를 한 곳으로 모아 상용전력으로 변환하는 인버터와 계통연계보호장치가 포함된 파워컨디셔너와, 이들을 접속하는 배선 및 교류측에 설치되는 전력량계와 감시용 통신장치 등이 포함된 구성으로 이루어져 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 태양광 발전장치는 일정 주기별로 관리 및 점검이 이루어지게 되어 발전효율이 저감되거나 고장이 발생되어 전력생산이 중단되는 위험을 회피하고 있다.
하지만, 태양광 발전장치의 설치가 성장 및 성숙기에 접어들면서 기존에 설치된 각종 설비가 노후화되거나 작은 고장이 발생됨에 따라 시간이 지날수록 발전량이 줄고 전력 판매단가가 떨어지면서 발전사업자들의 수익성이 떨어지고, 유지 및 보수에 많은 비용부담이 발생되는 문제점이 현실화되고 있다.
따라서, 기 설치된 태양광 발전장치의 노후화에 따른 발전량 저하나 모듈의 이상 발생 등 주요고장이 발생되기 전에 태양광 발전장치의 유지 및 관리와 점검의 중요성이 부각되면서 기 설치된 태양광 발전장치에 대한 효율적인 관리 및 유지보수의 기술개발이 필요하게 되었다.
태양광 발전장치의 주요 고장원인은 태양광패널의 발전량 저하, 파워컨디셔너 측의 부품불량이나 단선, 전력량계 및 통신장치측의 부품불량, 노후화, 단선, 오작동 및 통신모듈의 성능 저하 등이 있다.
본 발명은 전기를 생산하는 태양광패널 측에서 규정된 전력생산이 이루어지지 않은 이상상황이 발생되는 것을 파악하여 성능저하 및 노후화된 태양광패널을 수리 및 교체하여 정상적인 전력생산이 이루어지도록 하기 위해 개발된 태양광 모듈 노화 계측장치에 관한 것이다.
태양광 모듈의 경우, 제작사에서 생산시 정격 전압 및 전류가 생산되는지 확인한 후 현장에 설치되는데, 한번 현장에 설치된 후에는 각각의 태양광 모듈에 대한 자체 결함여부는 쉽게 파악하기 어렵게 된다.
즉, 전체 설치된 태양광모듈에서 생산된 전력 총량을 기준으로 전력생산량의 적합여부를 판단하기 때문에, 비록 기준에 미치지 못하는 전력생산이 이루어질 경우 그 원인이 태양광발전장치의 전체 구성 중 어느 부위에서 이상이 발생되고 있는지 파악하기란 쉽지가 않다.
따라서, 태양광발전장치의 주요 구성부에 별도의 고장발생감시장치를 추가로 설치하여 해당 부위에 대한 고장 및 이상(異常) 상황발생을 실시간 감지할 수 있도록 하는 다양한 감시장치가 개발되고 있다.
특히, 태양광모듈측에서의 고장 및 이상발생은 전력생산에 직접적인 영향을 미칠뿐만 아니라 쉽게 파악하기 어려운 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위해 매우 다양한 형태의 고장진단 및 감시시스템이 개발되거나 안출되고 있는 상황이다.
이러한 태양광모듈 설비에 대한 고장진단 및 계측 시스템은 크게 원격감시형 시스템과 현장진단형 시스템으로 크게 구분할 수 있으며, 원격감시형시스템의 일 실시예가 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 종래의 태양광모듈 설비에 대한 고장진단 및 계측시스템은 복수의 태양광모듈 각각에 각 태양광모듈에서 생산되는 전력을 감시하기 위한 전력감시모듈을 설치하고, 각각의 전력감시모듈에 고유인식코드를 부여하고 지그비(Zigbee) 통신모듈을 탑재하여 인터넷과 연결된 관제센터에서 복수의 태양광모듈에 설치된 지그비 통신모듈과 상호 통신을 통해 실시간 각 태양광모듈에서 생산되는 전력, 즉 전압을 모니터링하도록 구성되어 특정 태양광모듈과 주변 태양광모듈 상호간 전압데이터를 상호 비교하여 상대평가를 통해 각 태양광모듈의 상태를 파악할 수 있도록 구성되었다.
그러나, 이러한 종래의 실시예에 따른 태양광모듈 고정진단 및 계측시스템은 각각의 태양광모듈에 전력감시모듈 및 지그비 통신모듈을 장착해야 하므로 그 설치단가가 높을 뿐만 아니라 기존에 설치된 태양광발전장치에는 설치하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 각 태양광모듈에 설치된 전력감시모듈 및 통신모듈의 구동을 위한 구동전력이 필요하여 전력소모가 발생되는 문제점이 있었고, 설치과정이 복잡하며 지그비 통신의 전파지향성으로 인해 관제센터의 설치장소에 따른 제약이 발생되었다.
이와 같이, 종래의 원격감시형 시스템 이외에도 한국 특허등록 제10-1064113호(태양광발전 시스템의 태양전지 스트링 출력성능 분석장치 및 그 방법), 한국 특허등록 제10-1024930호(태양전지의 개별 전압 측정장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템), 한국 특허등록 제10-1026139호(태양광발전 시스템에서 있어서 PV모듈의 개별적인 진단이 가능한 PV진단장치), 한국 특허등록 제10-1201863호(단위모듈 감시가 가능한 태양광 진단시스템) 등 매우 다양한 태양광발전 고장진단 및 감시장치가 안출된 바 있다.
하지만, 이러한 원격감시형 시스템은 태양광발전장치의 기본 구성에 추가적으로 별도의 감시장치 및 다양한 모듈이 추가로 구성됨으로 인해서 그 설치비용이 더욱 상승하고, 이로 인해 태양광발전사업자의 경제적 부담을 가중시키는 요인으로 작용하였으며, 다수의 장치가 추가로 설치됨으로 인해 여러 감시장치의 잦은 고장, 에러발생, 이에 대한 고장 수리 등과 같은 또 다른 문제점이 발생될 수 밖에 없는 상황이 반복된고 있다.
한편, 현장진단형 시스템은 관리자가 직접 태양광 발전장치가 설치된 현장에 직접 방문하여 태양광 발전장치의 고장여부를 파악할 수 있는 시스템으로, 한국 특허등록 제10-1014269호(자가진단형 태양광 발전장치)와 같이 다수의 태양전지패널(상술한 태양광모듈과 같은 의미로 해석됨)에 각각 연결 설치되어 해당 태양전지패널의 동작에 관련된 동작신호, 즉 해당 태양전지패널의 전력을 검지하여 검지신호를 발생하여 무선으로 그 동작신호를 송신하는 다수의 동작신호발생기를 설치하고, 상기 동작신호발생기에 발생된 경고신호를 수신하여 알람신호를 발생시키는 이상동작경보발생기를 설치하여 이상동작경보발생기를 통해 다수의 태양전지패널의 이상동작상태를 파악할 수 있도록 구성되었다.
그러나, 이러한 자가진단형 태양광 발전장치 또한 자체 필요한 전력이 소요되어야 하는 단점과, 다수의 태양전지패널에 동작신호발생기를 각각 설치해야 하는 어려움과, 동작신호발생기와 이상동작경보발생기 사이의 통신시스템을 구축해야 하는 어려움, 설치된 동작신호발생기의 고장발생 등 다양한 어려움이 발생될 수 있었다.
또 다른 현장진단형 시스템으로 현장에 설치된 태양광모듈에 별도의 장치를 설치하지 않고 각각의 태양광모듈의 출력단에 계측장치를 연결하여 전력생산량을 분석하여 고장진단 및 이상상태를 파악할 수 잇는 휴대용 계측장치가 있다.
이러한 휴대용 계측장치는 일정한 크기로 구성되어 현장에 설치된 각각의 태양광모듈의 출력단에 케이블을 직접 연결하여 태양광모듈에서 생산된 전력을 분석하고, 분석된 데이터는 계측장치와 연결된 별도의 노트북컴퓨터 화면에 표시되도록 하여 적정 전력이 생산되는지를 파악할 수 있도록 구성되었다.
이러한 휴대용 계측장치는 다수의 태양광모듈에 별도의 센서 및 감시용 모듈 등을 설치할 필요가 없고, 별도의 통신시스템을 구축해야 하는 번거로움 없이 일정 주기별로 현장을 방문하여 각각의 태양광모듈에 대한 고장진단 및 이상상태를 파악할 수 있어서 종래의 원격감시형 태양광발전시스템의 감시 및 고장진단 시스템에 비해 비용이 저렴하고, 관리가 편하다는 장점을 제공하였다.
그러나, 이러한 종래의 휴대용 계측장치는 비록 휴대용으로 개발되었지만 그 중량이 무거워 현장에 설치된 다수의 태양광모듈 검사를 위해 매번 들고 이동해야하는 불편함이 있었고, 설치된 태양광모듈의 표면에 그늘이 지거나 날씨가 흐릴 경우 태양광모듈 표면에 입사되는 태양광의 광량 차이로 인해 계측데이터가 정확하게 산출되지 못하는 단점이 있었다.
또한, 비록 휴대용이지만 그 가격이 비교적 고가여서 태양광발전 사업자들이나 태양광 유지보수업체에서 이를 직접 구입하여 사용하는데 역시 경제적 부담이 발생될 수 있었다.
- 특허등록 제10-0861499호(등록일:2008.09.26, 발명의 명칭: 태양광 발전효율 계측장치) - 특허등록 제1014269호(등록일:2011.02.07, 발명의 명칭: 자가진단형 태양광 발전장치) - 특허등록 제10-1064113호(등록일:2011.09.04, 발명의 명칭: 태양광 발전시스템의 태양전지 스트링 출력 성능 분석장치 및 그 방법)
본 발명은 상술한 종래의 현장 진단형 계측장치의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 그 크기가 휴대폰과 유사한 초소형으로 구성되어 현장 진단시 이용자의 사용편리성을 향상시키고, 구입자의 경제적 비용부담을 낮출 수 있도록 하는 보급형이면서 휴대가 편리한 휴대용 태양광 모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외부 기상환경에 관계없이 태양광모듈의 진단과 노화상태를 파악할 수 있도록 하여 현장 적응성이 뛰어난 휴대용 태양광 모듈 노화 계측장치 및 그 계측방법을 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 휴대용 태양광 모듈 노화 계측장치는 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 연결된 입력단자를 통해 인입된 각 태양광모듈에서 생산된 전력으로 충전이 이루어지는 콘덴서가 구비된 콘덴서 충전부; 상기 콘덴서 충전부에 충전이 이루어지는 동안 각 태양광모듈에서 생산된 전압 및 전류를 검출하는 한 개 이상의 전압 및 전류검출부; 상기 전압 및 전류검출부를 통해 검출된 각각의 태양광모듈에서 생산된 전력을 상호 비교 분석하여 그 데이터를 전송하는 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부와, 상기 콘덴서충전부의 완충시 콘덴서로 공급되는 전력이 스위치부에 의해 차단된 상태에서 콘덴서충전부와 폐순환회로를 구성하여 콘덴서충전부에 충전된 전력을 폐순환회로를 통해 반복 순환시키면서 방전시키기 위한 한 개 이상의 저항부를 포함하는 마이컴이 구비된 계측기 본체; 상기 계측기 본체의 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부에서 검출된 각 태양광모듈의 전력량 데이터를 전송받아 저장된 프로그램 또는 어플(App)의 실행을 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전력량이 디스플레이부에 표시되어 태양광모듈의 노화정도를 판별하도록 하는 휴대용 표시장치;를 포함하여 구성되되, 상기 저항부에는 인덕터가 포함된 구성으로 이루어져 상기 콘덴서충전부에서 방전된 전력이 인덕터에 충전되면서 인덕터의 충전전력을 이용하여 계측기 본체 구동용 배터리를 자가 충전시킬 수 있도록 하는 배터리충전부가 더 포함된 구성으로 이루어진다.
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이와 더불어, 상기 계측기 본체에는 각 태양광모듈에서 인입되어 검출된 전력량 데이터 또는 계측모드가 표시되는 간이 디스플레이부와, 각 태양광모듈의 전력을 계측하는 계측상태가 복수의 단계로 표시되는 계측상태표시부가 더 구비된 구성으로 이루어진다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치를 계측방법은 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 동시에 연결된 하나의 계측기 본체를 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되는 태양광모듈 전력 인입단계; 각 태양광모듈에서 인입된 전력이 계측 회로상에 구비된 콘덴서충전부를 통해 충전이 이루어지는 콘덴서 충전단계; 상기 콘덴서충전부에 전력이 충전되는 동안 각 태양광모듈에서 생산된 전력을 전압/전류검출부를 통해 검출하는 전력량 검출단계; 상기 전력량 검출단계에서 검출된 각 태양광모듈의 전력량 데이터를 비교 검출 및 데이터 변환하여 계측기 본체와 별도로 구성된 휴대용 표시장치로 전송하는 전력량데이터 비교검출 및 전송단계; 상기 계측기 본체에서 전송된 전력량 테이터를 수신하여 기 설정된 프로그램 또는 어플(App)을 통해 설정된 모드(Mode)로 상기 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 표시되는 전력량 검출데이터 표시단계;를 포함하여 이루어짐으로써 상기 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 표시되는 복수의 태양광모듈 전력량 검출데이터의 상대 비교를 통해 계측된 각 태양광모듈의 노화 정도를 계측할 수 있도록 구성되되, 상기 태양광모듈 전력 인입단계와 상기 전력량 검출단계 사이에는 상기 콘덴서충전부의 충방전 여부를 미리 판단하는 콘덴서방전 판별단계가 더 포함되고, 상기 콘덴서방전 판별단계에서 콘덴서에 저장된 전력이 방전되지 않은 것으로 판단된 경우 내장된 배터리의 충방전여부를 판별하는 배터리방전 판별단계가 더 수행되고, 상기 배터리방전 판별단계에서 배터리 전력이 충전된 것으로 판단된 경우 계측회로상에 구비된 저항부를 통해 콘덴서 충전전력을 방전시키는 콘덴서 충전전력 방전단계가 수행되도록 구성된다.
삭제
또한, 상기 태양광모듈 전력 인입단계와 상기 전력량 검출단계 사이에는 상기 콘덴서 충전부의 충방전 여부를 미리 판단하는 콘덴서방전 판별단계가 더 포함되고, 상기 콘덴서방전 판별단계에서 콘덴서에 저장된 전력이 방전되지 않은 것으로 판단된 경우 내장된 배터리의 충방전여부를 판별하는 배터리방전 판별단계가 더 수행되며, 상기 배터리방전 판별단계에서 배터리의 전력이 방전된 것으로 판단된 경우 상기 콘덴서의 충전전력이 계측기 본체에 내장된 배터리로 충전되면서 콘덴서 충전전력을 방전시키는 배터리 충전단계;가 더 포함되어 태양광모듈 노화상태를 계측할 수 있도록 한다.
상술한 본 발명에 따른 휴대용 태양광 모듈 노화 계측장치 및 방법은 현장에서 관리자가 계측기 본체와 휴대용 표시장치를 휴대하고 다니면서 각각의 태양광모듈에서 생산된 전력의 검출을 통해 각 태양광모듈의 노화 정도를 손쉽게 판별할 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 종래와 같이 휴대가 불편한 중량물의 계측기 및 휴대용 노트북 컴퓨터 등을 준비하여 각 태양광모듈 검침을 위해 무거운 장비를 이동시키면서 태양광모듈을 점검하는 불편함을 해결할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 노화된 태양광모듈을 판별하는데 고가의 장비를 구입, 임대하여 사용할 필요가 없이 저렴한 보급형 계측기를 사용하여 태양광발전장치를 유지, 보수하는데 이용할 수 있어서 태양광발전 사업자 뿐만 아니라 유지 및 보수업체의 경제적 비용부담을 한층 줄일 수 있는 유용한 장점을 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 태양광모듈에 각종 통신모듈이나 전력계측모듈을 설치하고, 별도의 관제센터 등을 설치하여 원격으로 태양광모듈을 감시, 계측하도록 구성된 종래의 태양광모듈 감시 시스템을 고가의 비용을 들여 설치하지 않고도 주기적으로 현장을 방문하여 현장에서 직접 태양광모듈을 확인 및 관리할 수 있는 현장 적응형 계측장치를 제공하여 종래에 기 설치된 태양광발전장치의 유지, 관리가 더욱 용이하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 계측장치는 태양광모듈의 전력량 검출시 충전된 콘덴서 충전전력을 이용하여 내장된 배터리가 자가 충전되도록 구성되어 배터리 교체 에 따른 불편과 원격지의 현장에서 배터리가 방전되어 계측작업이 지연되는 불편함을 없애고, 잦은 배터리 교체에 따른 비용 손실을 줄일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치의 본체 내부 주요구성 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치의 주요 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치의 동작구성을 나타낸 플로우차트,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 태양광모듈 노화 계측장치의 동작상태에 따른 동작회로도,
도 9은 본 발명에 따른 태양광모듈 노화 계측장치의 사용상태도,
도 10은 계측된 태양광모듈의 전력생산량이 휴대용 표시장치에 표시된 상태도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 휴대용 태양광 모듈 노화 계측장치(이하, ‘계측장치’로 약칭함) 및 이를 이용한 태양광모듈 노화 계측방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 계측장치의 전체 구성도이고, 도 2는 계측기 본체의 내부에 구성되는 주요구성 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계측장치는 계측자가 목에 차고 다닐 수 있도록 소형으로 이루어진 계측기 본체(10)와, 상기 계측기 본체(10)에서 전송된 전력검출 데이터가 디지털 형태로 디스플레이되는 디스플레이부(42)가 구비되어 계측자가 휴대하기 편리하도록 구성되는 휴대용 표시장치(40)로 구성된다.
상기 계측기 본체(10)는 태양광모듈의 출력단에 연결되어 태양광모듈에서 생상된 전기, 즉 전압/전류를 검출하기 위한 복수의 입력단자(30,31)가 연결된 구성으로 이루어져 두 개 이상의 태양광모듈에 대해 동시에 전력/전류를 검출할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 계측기 본체(10)의 상면에는 필요에 따라 각 태양광모듈에서 검출된 전력데이터 또는 계측모드 등이 표시되는 간이 디스플레이부(14)가 구비되고,상기 간이 디스플레이부(14)의 일측에는 설정된 프로그램에 의해 태양광모듈의 전력검출 단계를 표시하여 계측자가 육안으로 쉽게 판별할 수 있도록 하는 계측상태표시부(16)가 구비된다.
상기 계측상태표시부(16)를 통해 표시되는 전력검출단계는 상기 입력단자가 태양광모듈의 출력단에 연결되어 계측기 본체(10)로 전력이 인입되면서 계측이 이루어지는 계측 진행상태, 계측이 완료된 경우 계측 완료상태, 계측기 내부의 계측회로 상에 구성된 콘덴서 충전전력이 모두 방전되어 다음 태양광모듈 계측이 가능하도록 표시하는 계측 대기상태 등이 엘이디 등을 통해 각각 점등되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 계측기 본체(10)의 일 측면에는 태양광모듈의 전력 검출을 위해 계측기 본체(10)의 전원을 온(on) 또는 오프(off) 시키는 전원스위치(15)와, 상기 계측기 본체(10)를 계측자의 신체에 착용할 수 있도록 고리나 끈 등을 연결할 수 있는 고정구(12)가 구비된 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 계측기 본체(10)의 내부에는 상기 입력단자(30,31)가 각 태양광모듈의 출력단에 연결되면서 각 태양광모듈에서 인입되는 전력의 검출, 전력량 산출, 전력검출 데이터 비교 및 전송, 전력량 검출시 이용된 콘덴서 충전전력 방전을 수행하는 마이컴과 소정의 통신모듈이 내장된 구성으로 이루어진다.
한편, 상기 계측기 본체(10)와 별도로 구성되어 계측자가 손으로 휴대할 수 있는 크기로 구성되는 휴대용 표시장치(40)에는 상기 계측기 본체(10)와 통신을 통해 계측기 본체(10)에서 검출된 전력량데이터를 수신하여 내장된 프로그램 또는 앱(App)을 통해 다양한 형태로 데이터를 표출하는 디스플레이부(40)가 구비된다.
상기 휴대용 표시장치(40)는 계측기 본체(10)와 통신을 위한 통신모듈과, 수신된 전력량테이터를 내장된 프로그램 또는 어플(App)을 통해 그래프로 표출시키기 위한 그래픽유저인터페이스(GUI)와 메모리수단 등을 포함한 구성으로 이루어지는데, 통상의 스마트폰으로 이를 대체할 수 있다.
즉, 현재의 스마트폰은 퍼스널컴퓨터에 버금가는 고기능, 고사양으로 구성되어 있어 실질적으로 계측기 본체(10)에서 검출되어 송신된 전력량데이터를 수신하여 일정한 가공단계를 통해 전력량 데이터를 표시할 수 있도록 개발된 실행 어플(App)을 스마트폰에 설치하여 이를 실행 사용할 수 있도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
따라서, 상기 휴대용 표시장치(40)에 표시되는 전력량데이터는 탑재된 실행 어플의 내용에 따라 다양한 형태로 표출 가능하며, 계측자가 실행 어플의 조작 및 제어명령을 통해 필요한 형태로 전력량데이터를 가공, 볼 수 있도록 구성된다.
도 2는 상술한 계측기 본체(10)에 탑재되어 각 태양광모듈에서 인입된 전력을 검출 및 계측하기 위한 마이컴(20)의 주요 구성이 블럭도로 간략하게 도시되어 있고, 도 3에는 태양광모듈에서 인입된 전력을 검출하는 회로도가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 계측장치는 복수의 태양광모듈의 출력단에 계측기 본체(10)가 연결되어 각 태양광모듈의 출력단에서 인입되는 전력을 동시에 검출할 수 있도록 상기 마이컴(20)에 복수의 전압/전류검출부(22)가 구비되며, 특히 본 발명의 계측장치는 마이컴의 계측회로상에 구비되는 콘덴서충전부(21)의 충전과정에서 전압/전류의 검출이 이루어지도록 복수의 콘덴서충전부(21)가 구비된 특징으로 이루어진다.
상기 마이컴(20)의 주요 구성 및 기능을 좀 더 상술하면, 복수의 태양광모듈 출력단에 연결된 연결단자(30,31)를 통해 계측기 본체(10)로 전기가 유입되면, 유입된 전기는 계측회로상에 구비된 콘덴서측으로 전류가 흐르면서 콘덴서의 정격용량만큼 충전이 이루어지는 콘덴서충전부(21)가 구성된다.
상기 콘덴서충전부(21)에 충전이 이루어지는 동안 각 태양광모듈에서 인입되는 전압/전류를 검출하도록 전압/전류검출부(22)가 구비되어, 상기 콘덴서충전부(21)로 유입되는 전기를 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전압/전류를 검출하게 된다.
상기 전압/전류검출부(22)에 검출된 전압/전류데이터를 전력으로 산출하도록 각각 전력산출부(23)가 구성되며, 상기 각 전력산출부(23)를 통해 산출된 각 태양광모듈의 전력량은 비교검출 및 데이터변환부(24)에서 계측된 복수의 태양광모듈에서 생산된 전력량값을 상호 비교하고, 비교된 데이터를 전송가능한 형태로 변환하여 통신모듈이 구비된 데이터전송부(25)로 전송, 계측기 본체(10)에서 외부로 계측된 전력량데이터를 전송하게 된다.
이와 같이, 복수의 태양광모듈, 즉 제1태양광모듈과 제2태양광모듈에 대한 전력량을 동시에 검출 및 계측한 후에 제1태양광모듈에 연결된 연결단자를 분리하여 그 다음, 즉 제3태양광모듈의 출력단에 연결단자를 연결하여 제2태양광모듈과 제3태양광모듈의 전력량 검출, 계측이 이루어지는 형태로 전체 태양광보듈에 대한 노화정도를 계측하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 계측장치는 제1태양광모듈↔제2태양광모듈, 제2태양광모듈↔제3태양광모듈, 제3태양광모듈↔제4태양광모듈, … 제n-1태양광모듈↔제n태양광모듈 상호간을 연속적, 릴레이방식으로 생산된 전력량을 검출 및 계측하여 서로 계측되는 두 개의 태양광모듈 상호간의 전력량 데이터를 상대평가하여 노후화된 태양광모듈을 판별할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 계측장치는 태양광모듈에 입사되는 태양광의 입사량 및 입사강도에 따른 별도의 구분없이, 즉 외부적 환경에 관계없이 단지 각 태양광모듈에서 생산된 전력량을 인접하는 다른 태양광모듈에서 생산된 전력량과 상대 비교를 통해 간단하게 태양광모듈의 노화 정도를 판별할 수 있도록 구성된다.
따라서, 계측기 본체(10)에 계절, 날씨, 지역에 따른 광범위한 기상데이터와 태양광의 입사량에 관련된 데이터베이스를 구축하거나 탑재할 할 필요가 없어 계측장치의 구성을 매우 간단하게 구성할 수 있는 장점이 있는 것이다.
한편, 상기 마이컴(20)에는 선행 태양광모듈에 대한 전력량 계측시 충전이 이루어진 콘덴서충전부(21)의 충전 전력을 방전시켜 그 다음 태양광모듈에 대한 전력량 계측이 가능하도록 콘덴서충전부(21)에 충전된 전력을 방전시키기 위한 저항부(28a)와, 방전된 전력을 이용하여 내장된 배터리의 방전된 전력을 충전시키는 배터리충전부(27) 및 이들 각부를 제어하는 복수개의 스위치(26a~26d)와, 상기 배터리충전부(27)에 충전된 전압을 검출하기 위한 전압검출부(29)가 추가로 구성된다.
상술한 본 발명에 따른 계측장치는 콘덴서충전부(21)의 충전시 각 태양광모듈에서 인입되는 전력량을 검출, 산출하도록 구성되므로, 콘덴서충전부(21)의 충전이 이루어진 후에는 다시 이를 방전시켜야 다음 태양광모듈에 대한 전력검출이 가능하다.
따라서, 상기 저항부(28a)와 배터리충전부(27)는 상기 콘덴서충전부(21)에 충전된 전력을 스스로 소모시키고, 계측기 본체의 구동을 위한 배터리의 전력을 콘덴서충전부(21)에서 방전되는 전력을 이용함으로써 배터리의 자가충전이 동시에 이루어지는 시스템으로 구성된다.
도 3에는 상술한 본 발명에 따른 계측장치에서 태양광모듈에서 인입된 전력을 검출하는 회로도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 태양광모듈(5)의 출력단에 입력단자(30,31)가 각각 연결되어 태양광모듈에서 생산된 전기가 제1스위치(S1)를 통해 콘덴서충전부(21)로 유입되어 태양광모듈이 갖는 용량만큼 충전이 이루어지게 된다.
상기 콘덴서충전부(21)에 충전이 이루어지는 동안 전압/전류검출부에서는 인입된 전기의 전압.전류를 검출하게 되고, 상기 콘덴서충전부의 충전이 완료됨과 동시에 전압/전류의 검출이 완료된다.
일련의 전압/전류검출이 완료된 후, 상기 콘덴서충전부에 충전된 콘덴서의 충전전력은 동일 회로상에서 스위치부로 연결되는 저항부(Rs)로 흘러가 소모되거나, 인덕터(Ls)에 연결된 배터리충전부(27)의 배터리를 충전하는데 소모되어 또 다른 태양광모듈의 전력을 검출하기 위한 대기상태, 즉 콘덴서충전부의 충전전력이 제로(zero) 상태가 유지되도록 하는 것으로, 계측회로상에 구비된 각각의 세부 구성에 대해서는 이하에서 별도로 상술한다.
한편, 도 4에는 상술한 계측장치를 이용하여 태양광모듈에 대한 전력량 검출 및 산출 과정이 플로우차트로 간단하게 도시되어 있고, 도 5 내지 도 8은 상기 계측장치의 주요 과정을 수행하는 회로도가 각각 도시되어 있다.
도 4 내지 도 8을 참조하면서 상술한 계측장치를 이용하여 태양광모듈에 대한 전력량 계측방법과, 전력량 계측이 이루어진 태양광모듈의 노화 상태를 판단하는 과정에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 계측장치를 이용한 태양광모듈에 대한 전력량 검출, 계측 및 노화 판단방법은 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 계측기 본체에 구비된 복수의 입력단자를 동시에 연결하여 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 계측기 본체로 인입되도록 하는 태양광모듈 생산전력 인입단계(S1)가 이루어진다.
계측기 본체로 복수의 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되면, 콘덴서 충전여부를 미리 판단(S2)하여 콘덴서가 방전이 이루어진 것으로 판단된 경우 각 태양광모듈에서 인입된 전력이 계측 회로상에 구비된 콘덴서충전부를 통해 충전이 이루어지는 콘덴서 충전단계(S3)가 수행된다.
상기 콘덴서충전단계(S3)에서 콘덴서에 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 충전되는 동안 각 태양광모듈에서 인입되는 전압/전류가 검출되어 전력량이 검출되는 전력량 검출단계(S4)가 이루어진다.
전력량 검출단계(S4)에서 검출된 각 태양광모듈의 전력은 설정된 프로그램에 의해 데이터 비교 및 변환과정을 거친 후에 휴대용 표시장치로 전송되는 검출데이터 비교 및 전송단계(S5)가 이루어진다.
휴대용 표시장치에서는 실행되는 프로그램 또는 어플을 통해 계측기 본체에서 전송된 태양광모듈의 전력량데이터가 기 설정된 방법으로 디스플레이부에 표시되고(S6), 계측자는 디스플레이부에 표시되는 전력량데이터를 상대비교를 통해 어느 태양광모듈이 노화되었는지를 판단하게 된다.
한편, 상기 콘덴서 충전여부를 판단하는 단계(S2)에서 콘데서에 충전된 전력이 방전되지 않은 경우, 배터리의 방전여부를 판단하는 과정을 더 수행하고(S7), 배터리의 전력이 방전된 경우 콘덴서 충전전력을 이용하여 방전된 배터리를 충전하는 과정이 수행되도록 하며(S8), 배터리의 전력이 방전되지 아니한 경우에는 회로상에 구비된 저항부를 통해 콘덴서 충전전력을 소모시키는 과정(S9)이 반복 수행되면서 콘덴서에 저장된 전력을 모두 방전시켜 다음 태양광모듈 계측을 위한 준비상태가 이루어지도록 구성된다.
이와 같이 복수의 태양광모듈에서 생산된 전력이 계측기 본체로 입력되어 소정의 계측회로를 통과하면서 콘덴서가 충전되는 과정에서 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 검출되는 상태의 회로도가 도 5에 도시되어 있다.
콘덴서(C1)의 충전시 콘덴서 전압은 제로(zero) 상태에서 시작하게 되고, 제1스위치(S1)가 통전 상태에서 태양광모듈에서 생산된 전력이 콘덴서(C1)측으로 유입되면서 콘덴서는 그 모듈전압까지 상승하게 되고, 콘덴서에 전력이 충전되는 과정에서 전압/전류가 고속으로 샘플링되면서 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 검출되게 된다.
따라서, 계측자는 휴대하고 있는 휴대용 표시장치에 표시되는 복수의 태양광모듈의 전력량 데이터를 상호 비교하여 정격전력 이하로 전력량이 계측되거나 상호 대비되는 복수의 태양광모듈 중 상대적으로 낮은 전력을 생산하는 태양광모듈을 노화된 태양광모듈로 판단하게 되며, 상술한 각 단계가 반복적으로 서로 다른 태양광모듈 사이의 전력량을 릴레이방식으로 연속적으로 검출, 비교를 통해 전체 태양광모듈에 대한 노화상태를 계측하게 된다.
도 6 및 도 7에는 태양광모듈의 전력량 검출과정에서 콘덴서(C1)에 충전된 충전전력을 자체 저항을 통해 소모시키면서 방전된 배터리를 충전시키는 회로도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 회로도를 참조하여 콘덴서의 충전전력을 방전시키면서 배터리의 방전된 전력을 충전하는 과정을 설명하면, 상기 배터리 방전여부 판단단계(S7)에서 배터리의 전력이 소모되어 방전상태 또는 완충상태가 아닌 경우, 상기 콘덴서에서 출력된 전력이 인덕터(Ls,28b)로 흘러가 방전되며, 이때 제1스위치(S1,26a) 및 제4스위치(S4,26d)는 오프상태가 되고 제3스위치(S3,26c)는 온(on)상태가 되어 저항부(Rs,28a)측으로는 전력이 흐르지 않게 된다(도 6 참조).
상기 인덕터(Ls,28b)는 리액턴스(reactance)로 콘덴서에서 출력된 전류가 통과하는 과정에서 그 흐름을 방해하면서 전자유도작용에 의해 생기는 기전력에 의해 일정량 전력이 충전상태가 되면서 콘덴서의 충전전력을 방전시키게 되며, 이때 제3스위치(S3,26c)가 오프된 상태에서 제4스위치(S4,26d)가 온(on)되고, 제4스위치(S4,26d)와 동일 회로상에 구비된 배터리충전부(27)와 일정한 폐순환회로를 구성하여 방전된 배터리를 충전하게 된다(도 7 참조).
그리고, 배터리가 충전 완료된 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 저항부(Rs, 28a)로 콘덴서의 충전전력을 유도하도록 제2스위치(S2,26b)는 온(on) 상태가 되고, 제3스위치(S3,26c)와 제4스위치(S4,26d)는 오프(off)상태가 유지되면서 콘덴서(C1)와 저항부(Rs)사이에 일정한 폐순환 회로가 구성되면서 콘덴서(C1,21)에 충전된 전력이 방전된다.
도 9는 상술한 본 발명에 따른 계측장치 및 이를 이용한 태양광모듈 노화 계측방법으로 다수의 태양광모듈을 계측하는 사용상태가 도시되어 있고, 도 10에는 계측기 본체(10)를 통해 복수의 태양광모듈에서 생산된 전력을 검출한 전력량 데이터가 계측자가 휴대하고 있는 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 그래프로 표시된다.
따라서, 계측자는 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 표시되는 두 개의 태양광모듈의 전력량(P1,P2) 그래프를 통해 두 개의 태양광모듈에 적정한 전력이 생산되는지 여부를 확인할 수 있고, 또한 두 개의 전력량 그래프 사이에 발생되는 차이(Pd)를 통해 전력생산량이 떨어지는 노화된 태양광모듈을 판별할 수 있게 된다.
5 : 태양광 모듈
10 : 계측기 본체 12 : 고정구
14 : 간이 디스플레이부 15 : 전원스위치
16 : 계측상태표시부 20 : 마이컴
21 : 콘덴서충전부 22 : 전압/전류검출부
23 : 전력산출부 24 : 비교검출/데이터변환부
25 : 데이터 전송부 26 : 스위치부
26a,26b,26c,26d : 제1~제4스위치 27 : 배터리충전부
28a : 저항부 28b : 인덕터
29 : 전압검출부
30,31 : 입력단자 40 : 휴대용 표시장치
42 : 디스플레이부 50 : 계측장치

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 연결된 입력단자를 통해 인입된 각 태양광모듈에서 생산된 전력으로 충전이 이루어지는 콘덴서가 구비된 콘덴서 충전부; 상기 콘덴서 충전부에 충전이 이루어지는 동안 각 태양광모듈에서 생산된 전압 및 전류를 검출하는 한 개 이상의 전압 및 전류검출부; 상기 전압 및 전류검출부를 통해 검출된 각각의 태양광모듈에서 생산된 전력을 상호 비교 분석하여 그 데이터를 전송하는 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부와, 상기 콘덴서충전부의 완충시 콘덴서로 공급되는 전력이 스위치부에 의해 차단된 상태에서 콘덴서충전부와 폐순환회로를 구성하여 콘덴서충전부에 충전된 전력을 폐순환회로를 통해 반복 순환시키면서 방전시키기 위한 한 개 이상의 저항부를 포함하는 마이컴이 구비된 계측기 본체; 상기 계측기 본체의 전력량 비교검출부 및 데이터 전송부에서 검출된 각 태양광모듈의 전력량 데이터를 전송받아 저장된 프로그램 또는 어플(App)의 실행을 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전력량이 디스플레이부에 표시되어 태양광모듈의 노화정도를 판별하도록 하는 휴대용 표시장치;를 포함하여 구성되되,
    상기 저항부에는 인덕터가 포함된 구성으로 이루어져 상기 콘덴서충전부에서 방전된 전력이 인덕터에 충전되면서 인덕터의 충전전력을 이용하여 계측기 본체 구동용 배터리를 자가 충전시킬 수 있도록 하는 배터리충전부가 더 포함된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계측기 본체에는 각 태양광모듈에서 인입되어 검출된 전력량 데이터 또는 계측모드가 표시되는 간이 디스플레이부와,
    각 태양광모듈의 전력을 계측하는 계측상태가 복수의 단계로 표시되는 계측상태표시부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치.
  5. 삭제
  6. 서로 다른 두 개의 태양광모듈의 출력단에 동시에 연결된 하나의 계측기 본체를 통해 각 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되는 태양광모듈 전력 인입단계; 각 태양광모듈에서 인입된 전력이 계측 회로상에 구비된 콘덴서충전부를 통해 충전이 이루어지는 콘덴서 충전단계; 상기 콘덴서충전부에 전력이 충전되는 동안 각 태양광모듈에서 생산된 전력을 전압/전류검출부를 통해 검출하는 전력량 검출단계; 상기 전력량 검출단계에서 검출된 각 태양광모듈의 전력량 데이터를 비교 검출 및 데이터 변환하여 계측기 본체와 별도로 구성된 휴대용 표시장치로 전송하는 전력량데이터 비교검출 및 전송단계; 상기 계측기 본체에서 전송된 전력량 테이터를 수신하여 기 설정된 프로그램 또는 어플(App)을 통해 설정된 모드(Mode)로 상기 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 표시되는 전력량 검출데이터 표시단계; 를 포함하여 이루어짐으로써 상기 휴대용 표시장치의 디스플레이부에 표시되는 복수의 태양광모듈 전력량 검출데이터의 상대 비교를 통해 계측된 각 태양광모듈의 노화 정도를 계측할 수 있도록 구성되되,
    상기 태양광모듈 전력 인입단계와 상기 전력량 검출단계 사이에는
    상기 콘덴서 충전부의 충방전 여부를 미리 판단하는 콘덴서 충방전 판별단계가 더 포함되고,
    상기 콘덴서 충방전 판별단계에서 콘덴서에 저장된 전력이 방전되지 않은 경우 내장된 배터리의 충전여부를 판별하는 배터리 충방전 판별단계가 더 수행되고,
    상기 배터리 충방전 판별단계에서 배터리 전력이 충전된 것으로 판단된 경우, 계측회로상에 구비된 저항부를 통해 콘덴서 충전전력을 방전시키는 콘덴서 충전전력 방전단계가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치를 이용한 태양광모듈 노화 계측방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 충방전 판별단계에서 배터리 전력이 방전된 것으로 판단된 경우, 상기 콘덴서의 충전전력이 계측기 본체에 내장된 배터리로 충전되면서 콘덴서 충전전력을 방전시키는 배터리 충전단계;가 더 수행되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 태양광모듈 노화 계측장치를 이용한 태양광모듈 노화 계측방법.
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