KR101684679B1 - 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템을 개시한다. 본 발명에서 접속함은 단자볼트 텐션상태 감시, 불꽃 상태 감시, 온도 상태 감시 및 팬 상태 감시의 조합에 의하여 태양광 발전시스템의 접속함 내부에서 화재가 발생하는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있고, 또한 화재가 발생하기 전에 점검의 긴급성을 진단할 수 있어 관리 효율성 및 경제성을 향상시킨다.

Description

접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템{Solar Power Plant With Fire-Protection Function By Detecting The State Of Node Bolt's Tension In The Junction Box}
본 발명은 화재방지를 위하여 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 단자볼트 텐션상태 감시, 불꽃 상태 감시, 온도 상태 감시 및 팬 상태 감시의 조합에 의하여 태양광 발전시스템의 접속함 내부에서 화재가 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라 화재가 발생하기 전에 점검의 긴급성을 진단함으로써 관리 효율성이 향상된 태양광 발전시스템의 접속함에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양전지 패널(10), 접속함(20), 인버터(30)를 포함한다. 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 태양전지 패널에 의하여 생산된 직류 전력을 인버터(30)에 공급하는 역할을 한다. 인버터(30)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력이 필요한 가정, 산업용시설 등에 공급하고, 경우에 따라서는 전력계통에 공급하기도 한다.
일반적인 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 태양전지 패널(10)로부터의 전력 입력을 위하여 단자대(100)를 포함한다. 단자대(100)는 양극 단자대(110)와 음극 단자대(120)로 구분된다. 양극 단자대(110)는 퓨즈(210)와 다이오드(220)를 포함하는 보호회로 기판(200)에 연결되어 형성된다. 양극 단자대(110)는 편의에 따라 보호회로 기판(200)과는 분리된 구조로 형성될 수도 있고, 보호회로 기판(200)에 일체로 된 구조로 형성될 수도 있으며, 필요한 경우 그러한 두 개의 구조를 모두 구성할 수도 있다. 도 1에는 그러한 두 개의 구조 모두가 도시되어 있다.
보호회로 기판(200)은 서지보호기(Surge Protection Device: SPD)(300) 및 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker: MCCB)(400)를 통하여 인버터(30)와 연결된다. 음극 단자대(120)는 퓨즈와 다이오드를 포함하는 보호회로를 거치지 않고 곧바로 서지보호기(300) 및 배선용 차단기(400)를 통하여 인버터(30)에 연결된다.
태양광 발전시스템의 접속함(20)은 일반적으로 옥외에 설치되는데, 내부에서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위하여 또는 내부에 열이 축적되는 것을 방지하기 위하여 팬(500')을 가진다. 팬(500')에는 배선용 차단기(No Fuse Breaker: NFB)(510')가 설치되는 것이 보통이다.
도 2에는 일반적인 태양광 발전시스템의 접속함의 한 실제 사례가 도시되어 있다. 이러한 태양광 발전시스템의 접속함은 설치후 사용기간이 지날수록 내부에 먼지가 쌓이게 되고 전기에 의한 불꽃으로 인하여 화재의 위험에 노출된다. 태양광 발전시스템의 접속함이 화재에 의하여 피해를 입는다면 태양광 발전시스템을 가동할 수 없게 되어 경제적 손실을 입게 되므로 지금까지 화재방지를 위한 연구개발이 수행되어 왔다.
특허등록 제10-1491013호(2015. 02. 02. 등록)는 누설전류 및 화재 징후 감시 기능을 갖는 태양광 접속반을 포함하는 태양광 발전 시스템을 개시한다. 개시된 발명은 아크센서에 의한 아크 발생을 검출하고 온도센서에 의하여 온도를 감지하여 접속반 내부에서 화재가 발생하는 것을 방지하는 것이다.
특허등록 제10-1554145호(2015. 09. 14. 등록)는 태양광발전장치용 접속반을 개시한다. 개시된 발명은 접속반 내부의 온도 또는 열을 감지하는 열감지센서와 연기를 감지하는 연기감지센서에 의하여 접속반 내부에서 화재가 발생하는 것을 방지하는 것이다.
특허공개 제10-2016-0006885호(2016. 01. 20. 공개)는 화재감지 기능을 구비하는 태양광 발전 설비를 개시한다. 개시된 발명은 온도센서에 의하여 검출된 온도가 일정온도 이상인 경우에는 냉각팬을 작동시키고, 냉각팬이 작동중인 상태에서 설정된 화재온도에 도달하면 냉각팬으로 공급되는 전원을 차단하고 또한 태양전지 어레이와 전력변환기 사이에 구비된 차단기를 동작시켜 연결을 차단하는 것이다.
특허등록 제10-1470348호(2014. 12. 02. 등록)는 화재방지 장치를 구비한 태양광 발전 시스템을 개시한다. 개시된 발명은 전압측정부, 전류측정부 및 온도측정부를 구비하고, 이것들에 의하여 측정된 전압, 전류 및 온도 중에서 어느 하나가 기준값을 초과하는 경우 태양전지 어레이로부터 인버터로의 전력공급을 차단함으로써 화재를 방지하는 것이다.
특허등록 제10-1572988호(2015. 11. 24. 등록)는 화재감지기능을 갖는 접속유닛을 구비한 태양광 발전시스템을 개시한다. 개시된 발명은 불꽃감지센서 및 연기감지기에 의하여 화재를 방지하는 것이다.
상기한 종래기술은 태양광 발전시스템의 접속함 내부에서 불꽃감지센서, 온도감지센서, 연기감지센서, 전압측정, 전류측정 등에 의하여 이 중 어느 하나의 신호가 기준값을 초과하는 경우 화재발생으로 간주하고 배선용 차단기를 작동시키는 것이다. 그러나, 불꽃감지센서, 온도감지센서 등의 신호 하나만으로는 화재발생 여부를 정확하게 진단하기 어렵다는 문제점이 있으며, 실제로 화재가 발생하지 않았음에도 불구하고 화재발생으로 간주하여 태양전지 모듈에 의한 전력생산을 중단한다면 경제적 손실을 크게 입을 수밖에 없다. 따라서, 더욱 정확한 화재방지를 위한 시스템 구성이 요구된다.
이에, 본 발명의 목적은 종래기술에서는 태양광 발전시스템의 접속함에 적용된 적이 없는 단자볼트 텐션상태 감지수단을 기본으로 하고, 이에 더하여 불꽃감지센서, 온도감지센서 및 FG 팬의 신호를 조합함으로써 태양광 발전장치 접속함 내부에서 화재가 발생하는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있어 관리 효율성 및 경제성이 향상된 태양광 발전시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템은 태양전지 패널로부터의 전력 입력을 위하여 단자볼트와 너트가 결합되어 형성되는 입력단자를 포함하고, 상기 태양전지 패널에서 생산한 직류 전력을 인버터에게 전달하는 보호회로 기판; 단자볼트 텐션감지기 회로기판; 슬라이드 저항기 부착 회로기판; 및 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판을 포함하는 접속함을 포함한다.
상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판에는 슬라이드 저항기가 부착되어 있고 상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판의 단자들은 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판에 연결된다. 상기 보호회로 기판에 설치되는 상기 단자볼트는 상기 보호회로 기판을 관통하여 아래로 연장되고, 또한 상기 단자볼트는 상기 슬라이드 저항기의 슬라이드와 결합하는 가이드 금구에 결합한다. 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판 상에는 스프링 지지부가 형성되어 있고, 상기 스프링 지지부 상에 슬라이드 받침 스프링이 상기 가이드 금구를 지지하도록 배치되며, 그리하여 상기 단자볼트의 죄임이 느슨해짐에 따라 상기 슬라이드 받침 스프링의 탄성에 의하여 상기 가이드 금구가 이동함으로써 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값이 변화된다. 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판은 상기 단자볼트의 죄임 정도에 따라 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값에 대응하는 전압값을 산출하고, 그렇게 산출한 전압값을 상기 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판에 배치된 메인 콘트롤러에게 전송한다. 상기 메인 콘트롤러는 수신한 상기 전압값을 메모리에 미리 저장된 기준전압값과 비교하거나 또는 수신한 상기 전압값으로부터 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값을 산출하고 그것을 메모리에 미리 저장된 기준저항값과 비교하여 상기 접속함 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단한다.
상기 보호회로 기판 및 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판은 상하로 평행하게 배치되고, 상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판은 상기 보호회로 기판 및 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판 각각에 수직하게 배치되고 결합하는 것이 바람직하다.
상기 접속함은 불꽃감지 센서, 온도감지 센서 및 FG(Frequency Generator) 팬을 더 포함하고, 상기 불꽃감지 센서, 상기 온도감지 센서 및 상기 FG 팬의 신호는 상기 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판에 입력되며, 상기 메인 콘트롤러는 상기 가변저항값에 더하여, 상기 불꽃감지 센서, 상기 온도감지 센서 및 상기 FG 팬으로부터 수신되는 데이터에 의하여 상기 접속함 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단하는 것이 바람직하다.
상기 보호회로 기판 및 상기 인버터 사이에 또는 상기 보호회로 기판의 전단에 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker: MCCB)가 배치되어 있고, 상기 접속함 내부에는 상기 FG팬은 배선용 차단기(No Fuse Breaker: NFB)를 통하여 상용전원에 연결되고, 상기 FG팬과 상기 NFB 사이에 마그네트 콘택터(Mignet Contactor: M/C)가 배치되어 있고, 상기 메인 콘트롤러는 상기 단자볼트의 죄임이 느슨해져서 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값이 허용된 범위를 벗어나는 경우 단자볼트 텐션 상태를 비정상 상태로 판단하고, 상기 불꽃감지 센서에 의하여 불꽃이 감지되는 경우 불꽃 상태를 비정상 상태로 판단하며, 상기 온도감지 센서에 의하여 감지된 온도가 허용된 온도를 초과하는 경우 온도 상태를 비정상 상태로 판단하고, 상기 FG 팬의 주기 또는 주파수가 허용된 범위를 벗어나는 경우 팬 상태를 비정상 상태로 판단하며, 상기 메인 콘트롤러가 상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 모두를 비정상 상태로 판단한 경우 상기 메인 콘트롤러는 상기 배선용 차단기(MCCB) 및 상기 마그네트 콘택터를 제어하여 상기 태양전지 패널로부터 상기 인버터로의 전력 공급 및 상기 FG 팬의 동작을 차단하게 하는 것이 바람직하다.
상기 단자볼트 텐션 상태 및 상기 불꽃 상태가 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 긴급 점검 상황으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 중 3개 항목이 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 긴급 점검 상황으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 단자볼트 텐션 상태 및 상기 불꽃 상태의 둘 모두가 비정상 상태가 아니면서, 상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 중 2개 항목 또는 1개 항목이 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 일반 점검 상황으로 판단하는 것이 바람직하다.
상기 메인 콘트롤러는 상기 배선용 차단기(MCCB)를 제어하여 상기 태양전지 패널로부터 상기 인버터로의 전력 공급을 차단하게 한 경우에 태양광발전 모니터링장치 또는 관리자 단말기에게 화재 경보를 통지하고, 상기 긴급 점검 상황 또는 상기 일반 점검 상황으로 판단한 경우에는 그러한 상황을 상기 태양광발전 모니터링장치 또는 상기 관리자 단말기에게 통지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템은 단자볼트 텐션상태 감지수단을 기본으로 하고, 이에 더하여 불꽃감지센서, 온도감지센서 및 FG 팬의 신호를 조합함으로써 태양광 발전시스템의 접속함 내부에서 화재가 발생하는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있고, 또한 화재가 발생하기 전에 점검의 긴급성을 진단할 수 있어 관리 효율성 및 경제성을 향상시킨다.
도 1은 일반적인 태양광 발전시스템의 접속함에 대한 개략적인 회로도이다.
도 2는 일반적인 태양광 발전시스템의 접속함의 한 실제 사례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에 대한 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에 적용되는 단자볼트 텐션감지 수단의 개략적 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 단자볼트 텐션감지 수단을 상부에서 바라본 사시도이다.
도 6은 도 4의 단자볼트 텐션감지 수단을 하부에서 바라본 사시도이다.
도 7은 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에 적용되는 보호회로 기판에 구현된 너트를 도시한 도면이다. 도 7에서 위의 것은 보호회로 기판을 위에서 바라본 도면이고, 아래의 것은 보호회로 기판을 아래에서 바라본 도면이다.
도 8은 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에 적용되는 일반적인 슬라이드 저항기의 한 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에서 슬라이드 저항기에 의하여 단자볼트의 텐션을 감지하는 원리를 설명하기 위한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 접속함의 외형을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예로서 태양광 발전시스템의 접속함이 복수개로 형성되는 경우 마스터 접속함과 슬레이브 접속함 간의 작동관계를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함에 의하여 구현되는 내용을 요약한 표이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 도 10에 도시한 바와 같이, 하우징(22) 내부에 아래에서 설명하는 부품들이 배치되어 형성된다. 구체적으로, 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 태양전지 패널(10) 및 인버터(30) 사이에 배치되고 그것들에 연결된다.
본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)에서 음극 단자대(120)는 통상적인 구조로 형성되지만, 양극 단자대(110)는 보호회로 기판(200)에 설치되며 아래에서 설명하는 바와 같이 단자볼트 텐션상태 감지를 위하여, 통상적인 구조와는 약간 다른 형태로 형성된다.
구체적으로, 보호회로 기판(200)에 설치되는 양극 단자대(110)는 단자볼트(112)와 너트(114)로 이루어진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보호회로 기판(200)에 너트(114)의 크기에 맞는 구멍이 형성되고 이러한 구멍에 너트(114)가 결합함으로써 너트(114)는 보호회로 기판(200)과 일체로 형성된다. 한편으로 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 보호회로 기판(200)에는 너트(114)의 구멍 크기와 일치하는 구멍이 형성되고 너트(114)는 보호회로 기판(200) 상에 너트(114)의 구멍과 보호회로 기판(200)의 구멍이 일치되도록 결합되는 것도 가능하다. 단자볼트(112)는 볼트머리가 보호회로 기판(200) 상부에 위치하고 볼트몸체가 너트(114)에 결합하면서 보호회로 기판(200)을 관통하여 아래로 연장되고 슬라이드 저항기(610)의 가이드 금구(618)에 결합하는 구조로 배치된다.
본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)에서 보호회로 기판(200)은 퓨즈(210)와 다이오드(220)를 포함하며, 서지보호기(Surge Protection Device: SPD)(300) 및 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker: MCCB)(400)를 통하여 인버터(30)와 연결된다. 음극 단자대(120)는 퓨즈와 다이오드를 포함하는 보호회로를 거치지 않고 곧바로 서지보호기(300) 및 배선용 차단기(400)를 통하여 인버터(30)에 연결된다.
본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500), 슬라이드 저항기 부착 회로기판(600) 및 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)을 포함한다.
슬라이드 저항기 부착 회로기판(600)에는 슬라이드 저항기(610)가 부착되어 있다. 도 8에는 통상적인 슬라이드 저항기의 한 형태가 예시되어 있는데, 본 발명은 통상적인 슬라이드 저항기를 약간 변형하여 사용한다. 구체적으로, 통상적인 슬라이드 저항기(610)는 슬라이드 저항기 몸체(612), 슬라이드 저항기 단자(614) 및 슬라이드(616)를 가지는 가변저항기이다. 슬라이드 저항기 단자(614)는 3개로 구성된다. 슬라이드(616)는 움직일 수 있는 것인데, 슬라이드(616)의 이동에 따라 슬라이드 저항기(610)에 형성되는 저항값이 변화된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 3개의 슬라이드 저항기 단자(614)는 저항체의 양 말단(제1 및 제2 단자) 및 중간(제3 단자)에 연결되는 것인데, 저항체의 양 말단에 형성되는 제1 및 제2 단자들은 고정된 것인 반면에 저항체의 중간에 연결되는 제3 단자는 저항체의 양 말단 사이에서 자유롭게 움직일 수 있다. 저항체의 제1 단자 및 제2 단자는 전원의 양극단자 및 음극단자에 각각 연결되며, 저항체의 제2 단자는 접지되는 것이 보통이다. 이때, 슬라이드 저항기 단자(614)는 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)에 연결된다.
여기에서, 제1 단자와 제3 단자 사이에 형성되는 저항값을 R1으로 표시하고 제3 단자와 제2 단자 사이에 형성되는 저항값을 R2로 표시한다면, R1과 R2의 합은 저항체 전체의 저항값이 된다. 그리하여 저항체 전체의 저항값은 일정하며, 제1 단자와 제3 단자 사이에 형성되는 저항값(R1) 및 제3 단자와 제2 단자 사이에 형성되는 저항값(R2)는 가변되는 저항값을 형성하게 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 저항체에 직류 전압 V1을 가지는 전원이 공급된다면, 가변저항 R2 부분에 걸리는 전압 V2는 전압분배의 법칙에 따라 (V1 x R2)/(R1 + R2)가 된다. 이러한 전압 V2의 값은 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)에서 산출된다.
본 발명에 적용되는 슬라이드 저항기(610)는 이에 더하여 가이드 금구(618)를 더 포함한다. 가이드 금구(618)는 상기에서 언급한 바와 같이, 단자볼트(112)에 결합하는 것이다. 가이드 금구(618)는 또한 슬라이드(616)와 일체로 형성되거나 슬라이드(616)에 결합된다. 따라서, 아래에서 설명하는 바와 같이, 가이드 금구(618)가 이동하면 그에 따라 슬라이드(616)가 이동하게 되어 슬라이드 저항기(610)의 가변저항값이 변화하게 된다.
단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)에는 스프링 지지부(510)가 형성된다. 스프링 지지부(510) 상에는 슬라이드 받침 스프링(520)이 가이드 금구(618)를 지지하도록 배치된다. 그리하여 단자볼트(112)의 죄임이 느슨해짐에 따라 슬라이드 받침 스프링(520)의 탄성에 의하여 가이드 금구(618)가 이동함으로써 슬라이드 저항기(610)에 형성된 가변저항값이 변하게 된다.
본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)에서 단자볼트(112)의 죄임은 시간이 경과함에 따라 느슨해지는데, 그러한 단자볼트(112) 죄임의 정도에 따라, 상기한 구성에 의하여, 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)은 상기에서 설명한 바와 같이, 슬라이드 저항기(610)에 형성된 가변저항값에 대응하는 전압값을 산출하게 된다. 그렇게 산출한 전압값은 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에 배치된 메인 콘트롤러(710)에게 전송된다. 이를 위하여, 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)에는 신호 출력단자(530)가 마련되며 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에도 전압값 입력단자(771)가 마련되어 있다.
화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에 배치된 메인 콘트롤러(710)는 수신한 전압값으로부터 슬라이드 저항기(610)에 형성된 가변저항값을 산출하고, 그것을 메모리에 미리 저장된 기준저항값과 비교하여 접속함 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단한다. 메인 콘트롤러(710)는 가변저항값을 산출하는 대신에 메모리에 미리 저장된 기준전압값과 비교하여 접속함(20) 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단할 수도 있다. 여기에서, 화재 발생 가능성에 대한 판단기준은 산출된 가변저항값이 초기에 설정된 가변저항값으로부터 허용된 범위를 벗어나는지 여부가 된다. 단자볼트(112)의 죄임이 느슨해짐에 따라 가변저항값이 초기에 설정된 가변저항값으로부터 허용된 범위를 벗어나는 것의 의미는 단자볼트(112)에서 전기적 접촉이 불안전해지고 그에 따라 불꽃이 발생할 가능성이 생기게 된다는 것이다. 불꽃이 발생하면 접속함(20) 내부의 상황 내지 환경에 따라 화재가 발생할 가능성이 높아지게 된다. 특히 사용기간이 길어짐에 따라 접속함(20) 내부에 먼지가 쌓이고, 그렇게 쌓인 먼지가 불꽃에 의하여 화재를 촉발하는 요인으로 작용할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)에서 보호회로 기판(200)에 배치되는 단자볼트(112), 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500) 및 슬라이드 저항기 부착 회로기판(600) 등이 결합된 구성은 단자볼트 텐션상태 감지수단이 된다. 이러한 단자볼트 텐션상태 감지수단은 도 4에 도시된 바와 같이, 보호회로 기판(200) 및 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500)이 상하로 평행하게 배치되고, 슬라이드 저항기 부착 회로기판(600)은 보호회로 기판(200) 및 단자볼트 텐션감지기 회로기판(500) 각각에 수직하게 배치되고 결합하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)에서, 단자볼트(112)의 느슨해진 정도는 화재발생에 대한 중요한 요인이 될 수 있지만, 그것만에 의하여 화재발생 가능성을 완벽하게 판단할 수는 없다. 위에서 언급한 바와 같이, 화재발생의 추가적인 원인은 접속함(20) 내부에 쌓이는 먼지, 불꽃 및 온도가 포함될 수 있다.
이에, 본 발명의 태양광 발전시스템의 접속함(20)은 화재발생 가능성을 더욱 정확하게 판단하기 위하여, 상기에서 언급한 단자볼트 텐션상태 감지수단에 더하여, 온도감지 센서(800), 불꽃감지 센서(900) 및 FG(Frequency Generator) 팬(1000)을 더 포함한다.
본 발명에서 온도감지 센서(800)는 접속함(20) 내부의 온도를 측정하여 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에게 전송한다. 접속함(20) 내부의 온도가 너무 높은 경우에는 화재발생 가능성을 높이기 때문에 화재발생 가능성을 진단하는 요소가 된다. 접속함(20) 내부의 온도가 임계온도를 초과하면 화재발생 위험이 있는 것으로 평가할 수 있다. 통상적으로, 그러한 임계온도는 80℃로 설정할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 반드시 그러한 임계온도를 80℃로 설정하여야 하는 것은 아니며, 경우에 따라서는 그보다 낮은 온도로 설정할 수도 있다. 그러한 임계온도는 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)의 메모리에 저장된다.
본 발명에서 불꽃감지 센서(900)는 접속함(20) 내부에서 특히 단자볼트(112) 주변에서 불꽃이 발생하는지 여부를 감시하고, 불꽃이 발생하는 경우 그러한 사실을 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에게 전송한다. 접속함(20) 내부에서 불꽃이 발생한다는 것은 그 자체가 반드시 화재로 연결되는 것은 아니지만, 불꽃이 발생한 곳에 먼지와 같은 인화물질이 존재한다면 화재발생 위험이 높아진다. 또한 접속함(20) 내부의 온도가 임계온도를 초과한 상태에서 불꽃이 발생한다면 먼지와 같은 인화물질이 없더라도 화재발생 위험이 있다고 평가할 수 있다.
한편, 일반적으로, FG 팬(1000)은 팬이 동작할 때 팬이 회전하는 주기를 감시하는 기능을 가지는 팬이다. FG 팬(1000)은 처음에는 빠르게 동작하지만, 시간이 경과할수록 그 주기가 조금씩 느려지게 된다. 팬은 접속함(20) 내부에 먼지가 쌓이는 것을 방지하고 또한 접속함(20) 내부의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 역할을 제공한다. 만약 FG 팬(1000)의 능력이 한계치 이하로 떨어지게 되면 접속함(20) 내부에 먼지가 쌓이는 것을 방지하지 못하며, 결과적으로 접속함(20) 내부에는 먼지가 조금씩 쌓이게 된다. 이에, 본 발명은 팬 성능에 대한 FG 팬(1000)의 이러한 감시기능을 활용하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 FG 팬(1000)이 접속함(20) 내부의 온도를 냉각시킬 뿐만 아니라 접속함(20) 내부에 먼지가 실질적으로 쌓이지 않게 하는 능력의 임계치를 설정하고 그러한 임계치는 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)의 메모리에 저장된다. 그러한 임계치는 FG 팬(1000)의 주기 또는 주파수로 설정된다.
온도감지 센서(800)에 의해 측정된 온도신호, 불꽃감지 센서(900)에 의해 검출된 불꽃발생 신호 및 FG 팬(1000)에 의해 검출된 FG 팬(1000)의 주기 또는 주파수에 관한 정보는 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)의 메인 콘트롤러(710)로 전송되어 메인 콘트롤러(710)가 슬라이드 저항기(610)의 가변저항값과 조합하여 접속함(20) 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단하는 데이터로 사용된다. 이를 위하여, 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)에는 신호입력단자(770)가 마련되어 있다. 신호입력단자(770)는 온도신호 입력단자(773), 불꽃신호 입력단자(775), FG 팬신호 입력단자(777)을 포함하며, 또한 상기에서 언급한 전압값 입력단자(771)도 포함한다.
메인 콘트롤러(710)는 단자볼트의 죄임이 느슨해져서 슬라이드 저항기(610)에 형성된 가변저항값이 허용된 범위를 벗어나는 경우 단자볼트 텐션 상태을 비정상 상태로 판단하고, 불꽃감지 센서(900)에 의하여 불꽃이 감지되는 경우 불꽃 상태를 비정상 상태로 판단하며, 온도감지 센서(800)에 의하여 감지된 온도가 허용된 온도, 즉 임계온도를 초과하는 경우 온도 상태를 비정상 상태로 판단하고, FG 팬(1000)의 주기 또는 주파수가 허용된 범위를 벗어나는 경우 팬 상태를 비정상 상태로 판단한다. 메인 콘트롤러(710)는 도 12에 도시된 바와 같이, 단자볼트 텐션 상태, 불꽃 상태, 온도 상태 및 팬 상태 모두가 비정상 상태로 판단한 경우 화재가 발생할 것으로 간주한다. 그리하여 메인 콘트롤러(710)는 배선용 차단기(400)를 제어하여 태양전지 패널(10)로부터 인버터(30)로의 전력 공급을 차단하게 하고, 또한 마그네트 콘택터(410)를 차단하여 FG 팬(1000)의 동작을 중지시킨다. 즉, 메인 콘트롤러(710)는 이러한 조치를 취하지 않으면 화재가 발생할 것으로 판단하는 것이다. 도 12에서 ○는 해당 항목에 이상이 있음을 의미하고 또한 판단결과를 의미한다.
다음으로, 메인 콘트롤러(710)는 텐션 상태 및 불꽃 상태가 비정상 상태이고 온도 상태 및 FG 팬 상태가 정상 상태인 경우, 긴급 점검 상황으로 판단한다. 여기에서, 긴급 점검 상황이라 함은 당장 화재가 발생할 것으로 판단되지는 않으나 최대한 빠른 시간 내에, 예를 들어 12 시간 이내에 접속함(20)을 점검하여 단자볼트(112)를 너트(114)에 새롭게 견고하게 결합시키고, 접속함(20) 내부의 상황을 살펴서 필요한 경우 부품을 교체하는 작업을 요하는 상황을 의미한다. 단자볼트 텐션 상태가 비정상 상태에서 불꽃이 발생하였다면 접속함 내부에 먼지가 없고 온도가 낮더라도 경우에 따라서는 화재발생 위험은 상대적으로 높다고 평가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 그러한 상황을 긴급 점검 상황으로 설정하는 것이다.
다음으로, 메인 콘트롤러(710)는 단자볼트 텐션 상태, 불꽃 상태, 온도 상태 및 팬 상태 중 3개 항목이 비정상 상태인 경우에도 긴급 점검 상황으로 판단한다. 3개 항목의 상태가 비정상 상태라면 화재가 당장 발생하지는 않는다고 하더라도 화재발생 위험이 상당히 높은 상태이므로 긴급 점검 상황으로 설정하는 것은 합리적이다.
다음으로, 메인 콘트롤러(710)는 단자볼트 텐션 상태 및 불꽃 상태의 둘 모두가 비정상 상태인 경우는 제외하고, 단자볼트 텐션 상태, 불꽃 상태, 온도 상태 및 팬 상태 중 2개 항목 또는 1개 항목이 비정상 상태인 경우에는 일반 점검 상황으로 판단한다. 여기에서, 일반 점검 상황이라 함은 긴급 점검 상황보다는 급박하지 않은 상황으로서, 예를 들어 1주일 이내에 접속함(20)을 점검하고, 해당 부품 및 필요한 경우 다른 부품을 교체하는 작업을 요하는 상황을 의미한다.
메인 콘트롤러(710)는 상기한 제어 및 판단을 한 경우, 그러한 제어 및 판단에 관한 사항을 태양광발전 모니터링장치(1100) 또는 관리자 단말기(1200)에게 통지할 필요가 있다. 이를 위하여, 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)은 이동통신에 의하여 관리자 단말기(1200)에게 통지하기 위하여 예를 들어 LTE 통신모뎀(720)을 포함할 수 있고, 또한 태양광발전 모니터랑장치(1100)에게 통지하기 위하여 예를 들어 LAN 통신모뎀(730)을 포함할 수 있다. 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)은 또한 접속함(20)에도 그러한 통지를 표시하기 위하여 LED 램프(750)를 포함할 수 있다. 그러한 LED 램프(750)는 예를 들어 정상, 일반점검, 긴급점검 및 화재경보의 4개 항목으로 구분된 4개의 램프로 구성될 수 있다. 상황에 맞는 LED 램프(750)는 점등되거나 점멸되고, 나머지 LED 램프(750)는 소등되는 방식으로 작동한다.
화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)은 또한 관리자가 메모리에 필요한 데이터, 예를 들어 기준저항값, 임계온도, FG 팬(1000)에 대한 임계값 그리고 그 밖에 필요한 데이터를 입력하기 위하여 키입력부(760)를 포함하고, 관리자의 키입력을 위하여 LCD 화면표시장치(740)를 포함한다.
한편, 태양광 발전시스템이 다수개의 접속함(20)을 가지는 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이, 하나의 마스터 접속함(20)과 하나 또는 복수개의 슬레이브 접속함(20)으로 구분할 수 있다. 즉, 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판(700)은 마스터 접속함(20)에 배치되는 하나의 마스터 콘트롤러 회로기판(700)과 슬레이브 접속함(20)에 배치되는 하나 또는 복수개의 슬레이브 콘트롤러 회로기판(700)으로 구분할 수 있다. 이때, 마스터 콘트롤러 회로기판(700)은 외부와 통신하기 위하여 상기에서 언급한 LTE 통신모뎀(720) 및 LAN 통신모뎀(730)을 가지지만 슬레이브 콘트롤러 회로기판(700)은 외부와 통신하기 위한 LTE 통신모뎀(720) 및 LAN 통신모뎀(730)을 가지지 않고, 마스터 콘트롤러 회로기판(700)과 통신하기 위한 수단만을 가지도록 구성할 수 있다. 그러면, 슬레이브 접속함(20)의 슬레이브 콘트롤러 회로기판(700)은 화재경보, 긴급 점검 상황, 일반 점검 상황 및 정상 상황에 관한 정보를 마스터 접속함(20)의 마스터 콘트롤러 회로기판(700)에게 전송하고, 마스터 접속함(20)의 마스터 콘트롤러 회로기판(700)은 자신의 정보와 슬레이브 콘트롤러 회로기판(700)의 정보를 태양광발전 모니터링장치(1100) 및 관리자 단말기(1200)에게 전송한다. 마스터 콘트롤러 회로기판(700)과 슬레이브 콘트롤러 회로기판(700) 간의 통신은 예를 들어 RS485 또는 RS 422 통신일 수 있다.
10: 태양전지 패널 20: 태양광 발전장치 접속함
22: 하우징 30: 인버터
100: 단자대 110: 양극 단자대
112: 단자볼트 114: 너트
120: 음극 단자대 200: 보호회로 기판
210: 퓨즈 220: 다이오드
300: 서지보호기 400: 배선용 차단기(MCCB)
410: 마그네트 콘택터(M/C)
500: 단자볼트 텐션감지기 회로기판 510: 스프링 지지부
520: 슬라이드 받침 스프링 530: 신호 출력단자
600: 슬라이드 저항기 부착 회로기판 610: 슬라이드 저항기
612: 슬라이드 저항기 몸체 614: 슬라이드 저항기 단자
616: 슬라이드 618: 가이드 금구
700: 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판
710: 메인 콘트롤러 720: LTE 통신모뎀
730: LAN 통신모뎀 740: LCD 화면표시장치
750: LED 램프 760: 키입력부
770: 신호입력단자 800: 온도감지 센서
900: 불꽃감지 센서 1000: FG 팬
1100: 태양광발전 모니터링장치 1200: 관리자 단말기

Claims (8)

  1. 태양전지 패널로부터의 전력 입력을 위하여 단자볼트와 너트가 결합되어 형성되는 입력단자를 포함하고, 상기 태양전지 패널에서 생산한 직류 전력을 인버터에게 전달하는 보호회로 기판; 단자볼트 텐션감지기 회로기판; 슬라이드 저항기 부착 회로기판; 및 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판을 포함하는 접속함을 포함하는 태양광발전시스템이고,
    상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판에는 슬라이드 저항기가 부착되어 있고 상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판의 단자들은 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판에 연결되며,
    상기 보호회로 기판에 설치되는 상기 단자볼트는 상기 보호회로 기판을 관통하여 아래로 연장되고, 또한 상기 단자볼트는 상기 슬라이드 저항기의 슬라이드와 결합하는 가이드 금구에 결합하며,
    상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판 상에는 스프링 지지부가 형성되어 있고, 상기 스프링 지지부 상에 슬라이드 받침 스프링이 상기 가이드 금구를 지지하도록 배치되며, 그리하여 상기 단자볼트의 죄임이 느슨해짐에 따라 상기 슬라이드 받침 스프링의 탄성에 의하여 상기 가이드 금구가 이동함으로써 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값이 변경되고,
    상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판은 상기 단자볼트의 죄임 정도에 따라 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값에 대응하는 전압값을 산출하고, 그렇게 산출한 전압값을 상기 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판에 배치된 메인 콘트롤러에게 전송하며,
    상기 메인 콘트롤러는 수신한 상기 전압값을 메모리에 미리 저장된 기준전압값과 비교하거나 또는 수신한 상기 전압값으로부터 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값을 산출하고, 그것을 메모리에 미리 저장된 기준저항값과 비교하여 상기 접속함 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단하는 것임을 특징으로 하는 접속반내의 단자볼트 텐션상태 검출을 통한 화재방지기능을 가지는 태양광발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호회로 기판 및 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판은 상하로 평행하게 배치되고, 상기 슬라이드 저항기 부착 회로기판은 상기 보호회로 기판 및 상기 단자볼트 텐션감지기 회로기판 각각에 수직하게 배치되고 결합하는 것임을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접속함은 불꽃감지 센서, 온도감지 센서 및 FG(Frequency Generator) 팬을 더 포함하고, 상기 불꽃감지 센서, 상기 온도감지 센서 및 상기 FG 팬의 신호는 상기 화재방지 메인 콘트롤러 회로기판에 입력되며, 상기 메인 콘트롤러는 상기 가변저항값에 더하여, 상기 불꽃감지 센서, 상기 온도감지 센서 및 상기 FG 팬으로부터 수신되는 데이터에 의하여 상기 접속함 내부에서 화재가 발생할 가능성을 판단하는 것임을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호회로 기판 및 상기 인버터 사이에 또는 상기 보호회로 기판의 전단에 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker: MCCB)가 배치되어 있고, 상기 접속함 내부에는 상기 FG팬은 배선용 차단기(No Fuse Breaker: NFB)를 통하여 상용전원에 연결되고, 상기 FG팬과 상기 NFB 사이에 마그네트 콘택터(Mignet Contactor: M/C)가 배치되어 있고,
    상기 메인 콘트롤러는 상기 단자볼트의 죄임이 느슨해져서 상기 슬라이드 저항기에 형성된 가변저항값이 허용된 범위를 벗어나는 경우 단자볼트 텐션 상태를 비정상 상태로 판단하고, 상기 불꽃감지 센서에 의하여 불꽃이 감지되는 경우 불꽃 상태를 비정상 상태로 판단하며, 상기 온도감지 센서에 의하여 감지된 온도가 허용된 온도를 초과하는 경우 온도 상태를 비정상 상태로 판단하고, 상기 FG 팬의 주파수가 허용된 범위를 벗어나는 경우 팬 상태를 비정상 상태로 판단하며,
    상기 메인 콘트롤러가 상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 모두를 비정상 상태로 판단한 경우 상기 메인 콘트롤러는 상기 배선용 차단기(MCCB) 및 상기 마그네트 콘택터를 제어하여 상기 태양전지 패널로부터 상기 인버터로의 전력 공급 및 상기 FG 팬의 동작을 차단하게 하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단자볼트 텐션 항목 및 상기 불꽃 상태가 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 긴급 점검 상황으로 판단하는 것임을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 중 3개 항목이 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 긴급 점검 상황으로 판단하는 것임을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 단자볼트 텐션 상태 및 상기 불꽃 상태의 둘 모두가 비정상 상태가 아니면서, 상기 단자볼트 텐션 상태, 상기 불꽃 상태, 상기 온도 상태 및 상기 팬 상태 중 2개 항목 또는 1개 항목이 비정상 상태인 경우 상기 메인 콘트롤러는 일반 점검 상황으로 판단하는 것임을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 콘트롤러는 상기 배선용 차단기(MCCB)를 제어하여 상기 태양전지 패널로부터 상기 인버터로의 전력 공급을 차단하게 한 경우에 태양광발전 모니터링장치 또는 관리자 단말기에게 화재 경보를 통지하고, 상기 긴급 점검 상황 또는 상기 일반 점검 상황으로 판단한 경우에는 그러한 상황을 상기 태양광발전 모니터링장치 또는 상기 관리자 단말기에게 통지하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
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