KR101679829B1 - 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 태양광 어레이(10); 인버터(20); 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 설치되는 태양광 접속반(30)을 포함하여 구성되며, 인버터(20) 및 태양광 접속반(30) 중 적어도 어느 하나에는 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43), 트립제어부(44) 및 컨트롤러부(45)가 구비된다. 이에 따라 태양광 발전 시스템의 운영 과정에서 발생될 수 있는 각종 전기적인 원인에 의한 화재를 간편하고 효율적으로 예방할 수 있다.

Description

태양광 발전 시스템 {PHOTOVOLTAICS SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 전기적인 원인에 의해 발생될 수 있는 화재를 예방할 수 있는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템(Photovoltaics System)은 발전기의 도움없이 태양전지를 이용하여 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 발전방식을 이용한 시스템이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 재생에너지가 중요시되고 있는 시대적 흐름에 따라 그 수요가 증가하고 있다.
그리고 태양광 발전 시스템은 그 운영 과정에서 각종 전기적인 문제로 인해 발생되는 화재의 빈도가 점차 늘어남에 따라 이에 대한 예방책이 다양하게 제기되고 있다.
종래의 태양광 발전 시스템은‘특허문헌 1’에 개시되어 있다. 이와 같은 태양광 발전 시스템은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 다수의 태양광 패널(1); 다수의 태양광 패널(1)로부터 출력되는 전류를 인버터(2)에서 변환하여 수요처에 제공하는 태양광 접속반을 포함하여 구성된다. 특히 태양광 접속반에는 아크 신호를 감지하는 아크센서(3), 온도를 감지하는 온도센서(4), 아크센서(3) 및 온도센서(4)로부터 제공된 신호를 분석하여 화재징후경보를 울리는 화재징후감지부(5)가 구비되어, 태양광 접속반 내부에서 발생될 수 있는 아크나 가열에 의한 화재를 예방하고 있다.
그러나 위와 같은 태양광 발전 시스템은 아크센서(3) 및 온도센서(4)만을 이용하여 태양광 접속반 내부의 화재징후를 감지함으로 인해, 아크 또는 온도 외의 다른 원인에 의해 발생될 수 있는 화재 예방에 효율적으로 대처할 수 없다는 문제점이 있다.
또한 아크센서(3) 및 온도센서(4)를 통한 화재징후 감지 시 단순히 화재징후감지부(5)를 통해 경보만 울림으로써 화재 발생을 적극적으로 예방하는 데에는 한계가 있다.
이는 결국, 태양광 발전 시스템의 기능성 및 사용성을 저하시키는 결과를 초래한다.
KR 10-1491013 B1 (2015. 02. 02.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각종 전기적인 원인에 의해 발생되는 화재를 간편하고 효율적으로 예방할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양광 어레이; 인버터; 상기 태양광 어레이 및 상기 인버터 사이에 설치되는 태양광 접속반을 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 인버터 및 상기 태양광 접속반 중 적어도 어느 하나에는, 아크 신호를 검출하는 아크검출부; 누설 전류를 검출하는 누설전류검출부; 연기 발생을 검출하는 연기발생검출부; 상기 태양광 어레이 및 상기 인버터 사이의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 트립제어부; 상기 아크검출부, 상기 누설전류검출부 및 상기 연기발생검출부로부터 검출된 신호에 따라 상기 트립제어부를 작동시키는 컨트롤러부가 구비되어 있는데 그 기술적 특징이 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 아크발생부, 누설전류검출부, 연기발생부를 통해 각각 전기적 화재의 원인을 검출함으로써 화재 발생을 간편하고 효율적으로 예방할 수 있다.
또한, 컨트롤러부를 통해 화재 원인이 검출되는 즉시 트립제어부를 통해 태양광 어레이 및 인버터 사이의 전류 흐름을 차단함으로써 화재 예방에 적극적으로 대처할 수 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제1 실시예를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제1 실시예를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제2 실시예를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제3 실시예를 도시한 블럭도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템을 첨부된 도면을 통해 자세히 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이(10); 인버터(INVERTER)(20); 태양광 접속반(30)을 포함하여 구성된다.
태양광 어레이(10)는 다수의 태양광 모듈(12)을 서로 연결하여 용도에 맞게 설치한 것으로, 이러한 태양광 어레이(10)는 태양광 접속반(30)을 통해 직류를 인버터(20)로 전송한다. 태양광 어레이(10)는 다수 개의 태양광 모듈(12)이 직렬로 연결되는 모듈을 포함하며, 이러한 모듈이 다수 개가 구비되어 병렬로 연결될 수 있다.
태양광 모듈(12)은 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 기능을 수행하며, 인버터(20)는 태양광 어레이(10)로부터 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 역할을 수행한다.
그리고 태양광 접속반(30)의 외부에는 디스플레이가 구비되며, 이러한 디스플레이를 통해 태양광 접속반(30)의 화재징후를 포함한 동작상태를 육안으로 실시간 감지하여 화재 예방에 적극적으로 대처할 수 있다.
한편, 태양광 어레이(10) 및 인버터(20)는 공지기술을 적용하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다
태양광 접속반(30)은 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 설치된다. 이러한 태양광 접속반(30)은 태양광 어레이(10)에서 최대 출력을 얻으며, 태양광 발전 시스템이 최적화된 상태로 운전될 수 있도록 전기적인 감시 또는 보호 기능 등을 한다.
그리고 태양광 접속반(30)에는 화재 예방을 위한 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43), 트립제어부(44), 컨트롤러부(45) 및 다이오드온도검출부(46)가 구비되며, 이 외 퓨즈 및 다이오드 등과 같은 기술적 구성이 적용됨은 물론이다.
아크검출부(41)는 아크(Arc)에 의한 화재를 예방하기 위하여 아크 신호를 실시간으로 검출하며, 실시간으로 검출된 아크 신호는 아크검출부(41)의 밴드패스필터(Band-pass filter)를 거쳐 컨트롤러부(45)에 입력된다. 밴드패스필터는 입력신호에서 어느 주파수 이하의 성분과 어느 주파수 이상의 성분을 제거하여 출력하는 필터를 말한다.
그리고 아크검출부(41)로는 로고스키(Rogowskii coil) 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 로고스키 코일은 전류의 변화에 의해 생기는 자기속의 변화를 이용하여 전류를 측정하기 위한 코일로서, 아크 발생을 정확하고 신속하게 검출하는 데 매우 효율적이다.
특히, 아크검출부(41)로 로고스키 코일을 사용할 경우 부스바(Bus bar)나 전력케이블을 로고스키 코일의 중앙홀을 관통하여 스트링 전류가 흐르도록 설치해 주기만 하면 루프 상의 어느 지점에 설치해도 아크 신호를 검출할 수 있다는 장점이 있다. 또한 로고스키 코일은 스트링당 하나씩 설치하여 스트링별 아크를 감시할 수 있으며, 스트링이 합쳐진 태양광 어레이(10)의 출력단에 설치하여 태양광 어레이(10)의 특정 스트링의 아크 발생 시에도 검출 가능하므로 아크검출부(41)의 설치개수를 줄일 수 있다.
누설전류검출부(42)는 태양광 접속반(30) 내부에서 발생되는 누설 전류를 실시간으로 검출하기 위한 것이다. 이러한 누설전류검출부로(42)는 ZCT(Zero Current Transformer)가 사용된다. 예컨대, ZCT에 태양광 어레이(10)의 출력라인(+, -) 두 개를 관통시킨 후 스위치(47)에 연결시키게 되면 누설전류검출부(42)에 누설전류가 인가되고, 컨트롤러부(45)는 A/D 컨버터에 의해 변환된 디지털값을 누설전류값으로 변환하여 설정된 전류값보다 측정된 전류값이 높으면 누설전류 경보를 발생시킴과 아울러 트립제어부(44)를 통해 스위치(47)를 트립시킨다.
연기발생검출부(43)는 태양광 접속반(30)의 내부에서 발생되는 연기를 실시간으로 검출하기 위한 것이다. 연기발생검출부(43)는 전기적인 원인 등에 의해 태양광 접속반(30)의 내부에 연기가 발생될 경우 컨트롤러부(45)에 신호를 보내고, 컨트롤러부(45)는 트립제어부(44)를 통해 스위치(47)를 트립(TRIP)시켜 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 흐르는 전류를 차단함으로써 화재 발생을 효율적으로 예방할 수 있다.
이와 같은 연기발생검출부(43)로는 연기감지센서가 사용되며, 특히 이온식 연기감지센서를 사용하는 것이 바람직하다. 이온식 연기감지센서는 방사선의 전리 작용을 이용하며, 연기에 의한 전리 전류의 변화를 감지하는 방식으로 다른 방식보다 감지 효율이 뛰어나다.
트립제어부(44)는 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 설치되어 있는 스위치(47)의 트립 동작을 제어하여, 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 역할을 수행한다. 이러한 트립제어부(44)는 컨트롤러부(45)와 연결된다.
컨트롤러부(45)는 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43) 및 다이오드온도검출부(46)로부터 검출된 신호에 따라 트립제어부(44)를 작동시키는 역할을 한다. 즉, 아크검출부(41)와 누설전류검출부(42), 연기검출부(43) 및 다이오드온도검출부(46)를 통해 아크, 누설전류, 연기, 온도를 실시간으로 검출하여 화재 징후가 발생되면 트립제어부(44)에 신호를 보내 스위치(47)를 트립시켜 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이의 전류 흐름을 신속하게 차단함으로써 화재 발생을 예방한다.
다이오드온도검출부(46)는 태양광 접속반(30) 내부의 다이오드의 온도를 실시간으로 검출하는 역할을 수행하며, 이를 통해 다이오드의 온도 상승에 의한 화재 발생을 예방할 수 있다.
예컨대, 다이오드의 고장에 의해 태양광 접속반(30)의 내부온도가 상승할 경우 이를 장시간 방치하게 되면 화재가 발생될 가능성이 충분히 있으며, 이에 따라 다이오드온도검출부(46)를 통해 실시간으로 검출하여 검출된 온도가 설정된 온도보다 높으면 컨트롤러부(45)를 통해 트립제어부(44)에 신호를 보내 스위치(47)를 트립시킴으로써 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 전류가 더 이상 흐르지 못하게 한다.
한편, 다이오드온도검출부(46)로는 다이오드의 온도를 실시간으로 정확하고 신속하게 검출할 수 있는 범위 내에서 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있음은 물론이다.
위에서 설명한 태양광 발전 시스템을 통한 화재 예방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 태양광 발전 시스템의 동작 시에는 태양광 접속반(30) 내부에 위치하고 있는 스위치(47)가 온(ON) 상태가 되어 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이에 전류가 흐르게 된다.
이 때, 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43), 다이오드온도검출부(46)는 각각 동작되어 태양광 발전 시스템의 운영 과정에서 발생될 수 있는 화재의 원인, 즉 아크 신호, 누설전류, 연기 또는 온도를 실시간으로 검출하여 컨트롤러부(45)에 제공한다. 그리고 컨트롤러부(45)는 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43), 다이오드온도검출부(46)로부터 제공된 신호를 분석하여 화재가 발생될 가능성이 있을 경우 트립제어부(44)를 통해 스위치(47)를 트립시켜 태양광 어레이(10) 및 인버터(20) 사이의 전류 흐름을 차단함으로써 화재 발생을 예방할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제2 실시예를 도시한 블럭도이고, 도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 제3 실시예를 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이(10), 인버터(20) 및 태양광 접속반(30)을 포함하며 구성되며, 특히 화재 발생을 예방하기 위한 구성, 즉 아크검출부(41), 누설전류검출부(42), 연기발생검출부(43), 트립제어부(44), 컨트롤러부(45) 및 다이오드온도검출부(46)가 도 4에서와 같이 인버터(20)에 구비되거나, 도 5에서와 같이 인버터(20) 및 태양광접속반(30) 각각에 구비되는 데 그 기술적 특징이 있다.
이에 따라, 인버터(20)에서 발생될 수 있는 각종 전기적인 화재는 물론이고 인버터(20) 및 태양광 접속반(30)에서 발생될 수 있는 각종 전기적인 원인에 의한 화재를 동시에 예방할 수 있다.
한편, 화재 발생을 예방하기 위한 기술적 구성의 설치 위치를 제외하면 도 2 및 도 3을 통해 설명한 태양광 발전 시스템과 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
10 : 태양광 어레이 20 : 인버터
30 : 태양광 접속반 41 : 아크검출부
42 : 누설전류검출부 43 : 연기발생검출부
44 : 트립제어부 45 : 컨트롤러부
46 : 다이오드온도검출부

Claims (8)

  1. 태양광 어레이(10); 인버터(20); 상기 태양광 어레이(10) 및 상기 인버터(20) 사이에 설치되는 태양광 접속반(30)을 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
    상기 인버터(20) 및 상기 태양광 접속반(30) 중 적어도 어느 하나에는,
    로고스키 코일로 이루어져 아크 신호를 검출하는 아크검출부(41);
    누설 전류를 검출하는 누설전류검출부(42);
    이온식 연기 센서로 이루어져 연기 발생을 검출하는 연기발생검출부(43);
    상기 태양광 어레이(10) 및 상기 인버터(20) 사이의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 트립제어부(44);
    상기 아크검출부(41), 상기 누설전류검출부(42) 및 상기 연기발생검출부(43)로부터 검출된 신호에 따라 상기 트립제어부(44)를 작동시키고, 경보를 발생시키는 컨트롤러부(45);
    상기 태양광 접속반(30)의 외부에 설치되어 상기 태양광 접속반(30)의 화재징후를 포함한 동작상태를 육안으로 실시간 감시하도록 하는 디스플레이가 구비되고,
    상기 태양광 어레이(10)는 다수 개의 모듈로 이루어지되 상기 모듈은 다수 개의 태양광 모듈(12)이 직렬로 연결됨으로써 이루어지고,
    상기 아크검출부(41)는 상기 태양광 어레이(10)의 출력단에 설치되며,
    상기 인버터(20) 및 상기 태양광 접속반(30) 중 적어도 어느 하나에는 다이오드의 온도를 검출하는 다이오드온도검출부(46)가 더 구비되며, 상기 컨트롤러부(45)는 상기 다이오드온도검출부(46)로부터 검출된 신호에 따라 상기 트립제어부(44)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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