KR101720669B1 - 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양광 추적부를 원격으로 제어하고 모니터링할 수 있도록 구성함으로써 태양전지 어레이의 위치조정상태를 관리자가 설치 현장에 직접 방문할 필요 없이 원격으로 관리할 수 있도록 하고, 일몰 또는 기상악화로 인하여 일정량의 입사각 확보가 어려운 경우 전원공급부에 기 저장된 상시전원을 이용하여 전력을 공급함으로써 태양광 추적부에 별도의 전력선로를 배치할 필요가 없도록 하고, 배선은 장치 내부로 연결함으로써 외부 배선을 최소화하고, 장치 내부 사용 환경의 온도 및 습도를 제어하여 사용 환경을 향상시켜 시스템의 수명을 연장할 수 있도록 하는 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템{omitted}

본 발명은 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양광 추적부를 원격으로 제어하고 모니터링할 수 있도록 구성함으로써 태양전지 어레이의 위치조정상태를 관리자가 설치 현장에 직접 방문할 필요 없이 원격으로 관리할 수 있도록 하고, 일몰 또는 기상악화로 인하여 일정량의 입사각 확보가 어려운 경우 전원공급부에 기 저장된 상시전원을 이용하여 전력을 공급함으로써 태양광 추적부에 별도의 전력선로를 배치할 필요가 없도록 하고, 배선은 장치 내부로 연결함으로써 외부 배선을 최소화하고, 장치 내부 사용 환경의 온도 및 습도를 제어하여 사용 환경을 향상시켜 시스템의 수명을 연장할 수 있도록 하는 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 태양광발전장치는 태양으로부터 조사되는 태양광을 한 곳으로 집적하여 전기에너지로 변환하여 활용하는 기기이다. 태양의 고도 변화에 따라 입사효율이 최적화될 수 있도록 태양광발전장치의 각도를 조절하여 발전효율이 최대치가 될 수 있도록 한다.

최근 들어 태양광발전장치가 각광을 받으면서 이와 관련된 연구 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 이와 관련된 선행기술문헌으로서 대한민국 등록특허공보 제1264846호(2013.5.8 등록), 태양광 트랙커 및 태양광 발전장치가 개시되어 있다.

태양광 발전패널을 태양의 위치에 따라 이동시킬 수 있는 태양광 트랙커에 있어서, 지면에 설치되는 하부 포스트부와, 하부 포스트부와 분리가 가능하도록 결합되며 내부 공간을 갖는 상부 포스트부로 구성된 포스트, 태양광 발전패널을 지지하는 지지 프레임, 포스트의 상부에 배치되는 지지판과 지지판과 마주보도록 배치되어 태양광 발전패널과 힌지 결합되는 회전판, 지지판과 회전판 상에 소정 간격 이격되어 배치된 복수의 롤러들과, 상부 포스트부 내부에 수용되도록 회전판과 연결되어 태양광 발전패널의 방위각을 조절하도록 회전판을 회전시키는 구동유닛으로 구성된 방위각 조절모듈, 방위각 조절모듈에 연결되는 고도 지지부와 지지프레임과 고도 지지부에 힌지 결합되어 길이가 단축 또는 연장됨으로써 태양광 발전패널의 고도각을 조절하는 고도 조절부로 구성된 구도각 조절모듈을 포함하여 이루어진다.

하지만 이러한 태양광발전장치는 장치의 특성 상 태양광에 직접 노출되어 일정한 입사광을 확보하여야 하므로 옥외에 설치되거나 입사광 확보가 용이한 장소에 설치되는 것이 일반적이므로 관리자가 수시로 해당 장치를 제어하고 모니터링하는 것이 쉽지 않은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 관리자가 설치 현장에 직접 방문할 필요 없이 태양광 추적부를 원격으로 제어하고 태양전지 어레이의 위치조정상태를 모니터링할 수 있도록 함으로써 관리의 편의성과 효율성을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템은 태양전지 어레이에서 생성된 자체 전력으로 양방향 DC-DC 컨버터를 통해 전원을 공급받아 경사각, 방위각을 조정하여 태양전지 어레이를 이동시키는 적어도 하나 이상의 태양광 추적부; 일사량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 중 적어도 어느 하나의 기상 데이터를 측정하여 특정 값으로 변환하여 변환한 값을 통합 제어부로 이동시키는 기상관측센서부; 태양광 추적부, 기상관측센서부, 모니터링부와 무선통신으로 연동하고, 태양전지 어레이의 실시간 입사량에 따라 최대치의 입사량을 확보할 수 있는 위치로 이동하도록 태양광 추적부를 제어하는 통합 제어부; 및 통합 제어부로 입출력되는 전압값을 실시간으로 모니터링하고, 태양광 추적부에서 생성한 발전량 데이터와 기상관측센서부에서 생성한 기상 데이터를 실시간으로 전달받아 데이터베이스에 저장하고 축적된 데이터를 토대로 일별, 월별로 통계화하여 관리자 단말기로 전송하는 모니터링부를 포함할 수 있다.

또한, 통합 제어부는 기상관측센서부에서 측정한 기상 데이터를 수신하여 일몰 또는 기상악화로 인해 태양전지 어레이의 입사효율이 기 저장된 임계값 미만으로 떨어질 경우, 상시전원을 통하여 태양광 추적부로 전력을 임시로 공급하도록 명령하고, 모니터링부는 태양광 추적부에서 전송되는 발전량 데이터와 기상관측센서부에서 전달되는 기상 데이터를 데이터베이스로 전달하여 저장하여 일정 기간동안 보관하고, 축적된 데이터베이스를 토대로 태양광 추적부의 특정 구성 요소에 오류가 발생할 경우, 고장 원인을 파악하기 위하여 데이터베이스를 불러와 표준값과 차이가 있는 부분을 추출하여 고장원인을 진단할 수 있다.

본 발명에 의하면 태양광 추적부를 원격으로 제어하여 태양전지 어레이의 경사각 및 방위각을 조정하고, 태양전지 어레이의 위치조정상태를 모니터링함으로써 관리자가 설치 현장에 직접 방문할 필요 없도록 관리의 편의성과 효율성을 제공하는 데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 모니터링부는 기상관측센서부가 생성한 기상 데이터와 태양전지 어레이가 생성한 발전량 데이터를 수신하여 데이터베이스에 기 저장된 기준 데이터와 비교분석하여 적정값의 발전효율이 산출되었는지 모니터링할 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 태양추적부에서 사용되는 전력은 태양전지 어레이에서 생성된 자체 전력으로 공급하되, 일몰 또는 기상악화로 인하여 태양전지 어레이가 일정량의 입사각 확보가 어려운 경우 전원공급부에 기 저장된 상시전원을 이용하여 전력을 공급함으로써 태양추적부에 필요한 별도의 전력선로를 구성할 필요가 없도록 하는 데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 개별적으로 설치되어 옥외환경에 노출되어 유지 및 보수 관리에 불편함이 있었던 기존의 제어 장치를 일괄적으로 관리할 수 있도록 통합화된 형태로 제작하되, 배선은 장치 내부로 연결함으로써 외부 배선을 최소화하고, 장치 내부 사용 환경의 온도 및 습도를 제어하여 사용 환경을 향상시켜 시스템의 수명을 연장할 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템의 태양광 추적부의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템의 태양광 추적부의 구성도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템은 태양광 추적부(100), 통합 제어부(200), 모니터링부(300), 기상관측센서부(400), 태양전지 어레이(500), 및 무선 통신부(600)를 포함하여 이루어진다.

태양광 추적부(100)는 옥외나 입사량을 확보하기 적합한 장소에 설치되어 전원공급부(10)로부터 구동에 필요한 전력을 공급받아 태양전지 어레이(500)의 입사각 확보가 최적화된 위치로 실시간 이동시킨다. 태양광 추적부(100)는 태양전지 어레이(500) 당 하나씩 설치될 수 있다.

전원 공급부(10)는 태양전지 어레이(500)에서 확보한 전력의 일부는 태양광 추적부(100)의 구동에 필요한 전력으로 공급된다.

보다 상세하게는 태양전지 어레이(500)에서 발전된 전력을 최대 전력 발생지점(Maximum Power Tracking, MPPT)을 추적하여 정격전압으로 공급하고 양방향 DC-DC 컨버터에서 공급되는 전력을 태양광 인버터를 거쳐 최적의 발전량이 생성되는 전압으로 공급한다.

전원 공급부(10)는 일몰 또는 기상악화로 인하여 태양광 추적부(100)가 태양전지 어레이의 자체 전력을 공급받기 어려운 경우, 양방향 DC-DC 컨버터를 통하여 기 저장된 상시전원을 공급한다. 이러한 방식은 태양광 추적부에 별도의 전력선로를 필요치 않도록 하는 효과가 있다.

태양광 추적부(100)는 태양전지 어레이의 효율을 발전효율을 높이기 위하여 태양전지 어레이(500)의 경사각을 조정하는 경사각 센서부(20), 태양 전지의 방위각을 조정하는 방위각 센서부(30)를 포함하여 이루어진다.

기상관측센서부(400)는 일사량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 중 적어도 어느 하나의 기상 데이터를 측정하여 특정 값으로 변환하여 통합 제어부(200)에 전송한다.

통합 제어부(200)는 태양광 추적부(100), 모니터링부(300), 및 기상관측센서부(400)와 무선통신으로 연동되어 현재 태양전지 어레이의 위치에서 최대 입사량을 확보할 수 있는 각도 및 방향을 연산하여 태양광 추적부(100)로 전송한다.

보다 상세하게는 태양전지 어레이(500)의 현재 시간과 현재 위치값을 기준으로 최대로 도달가능한 입사량을 분석하여 최대치의 입사량 확보가 가능한 위치로의 변경을 진단할 수 있다.

통합 제어부(200)는 일몰 또는 기상악화로 인해 저장된 기준치의 입사량보다 임계값 이하로 떨어질 경우, 태양광 추적부(100)에 공급하고자 하는 전원 공급부(10)의 방향을 변경하여 DC-DC 컨버터(40)에 전력을 공급하도록 명령한다.

모니터링부(300)는 통합 제어부(200)로 입출력되는 전압 및 전류값을 검출하여 적정값이 송수신되고 있는지 감시하고 분석하여 관리자 단말기로 전송한다.

모니터링부(300)는 복수개의 태양광 추적부(100) 중 특정 위치에 배치된 태양전지 어레이(500)의 방위각과 경사각을 개별적으로 조절할 수 있도록 태양광 추적부(100) 별 별도의 넘버링(numbering)이 저장되어 관리자가 기재된 번호 별로 관리할 수 있도록 한다.

일례로, 1번 태양전지 어레이, 2번 태양전지 어레이, 3번 태양전지 어레이, ... n번 태양전지 어레이가 배열되어 있다면, 각도 및 방향을 조정하고자 하는 태양전지 어레이의 태양광 추적장치를 선택하여 각각의 센서부의 동작 여부를 확인하고 일정 시간동안 동작이 원활하게 이루어지고 있는지 모니터링한다.

모니터링부(300)는 관리자가 실시간으로 태양광 추적부(100)로 송수신되는 입출력값을 모니터링하여 이상이 없는지 지속적으로 체크할 수 있도록 한다. 보다 상세하게는 모니터링부(300)는 태양광 인버터(50), 기상관측센서부(400)와 무선 통신으로 데이터를 송수신하고 태양광 추적부(100)에서 전송되는 발전량 데이터와 기상관측센서부(400)에서 전달되는 기상 데이터를 데이터베이스로 전달하여 저장하여 일정 기간동안 보관하고, 축적된 데이터베이스를 토대로 태양광 추적부(100)의 특정 구성 요소에 오류가 발생할 경우, 고장 원인을 파악하기 위하여 데이터베이스를 불러와 표준값과 차이가 있는 부분을 추출하여 고장원인을 진단한다.

또한, 모니터링부(300)는 태양전지 어레이(500)에서 생성되는 발전량을 실시간으로 출력하고, 월별 발전량을 토대로 년 간 평균 발전량을 산출할 수 있다.

통합 제어부(200)와 모니터링부(300)는 기존의 제어 장치들이 개별적으로 별도로 설치되어 있거나 옥외환경에 노출되어 있어 배선 및 배관이 많고 유지, 보수, 관리의 불편함이 있었던 점을 보완하여 외부 배선을 최소화하고 통합 제어 장치(200)의 내부 환경을 적정한 온도 및 습도로 설정하여 사용환경을 향상시켜 수명을 연장할 수 있도록 한다.

무선 통신부(600)는 태양광 추적부(100), 통합 제어부(200), 및 모니터링부(300) 간 생성된 데이터를 무선 통신으로 송수신한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 - 전원 공급부 20 - 경사각 센서부
30 - 방위각 센서부 100 - 태양광 추적부
200 - 통합 제어부 300 - 모니터링부
400- 기상관측센서부 500 - 태양전지 어레이
600 - 무선 통신부

Claims (2)

1. 태양전지 어레이에서 발전된 전력을 최대 전력 발생지점(Maximum Power Tracking, MPPT)을 추적하여 양방향 DC-DC 컨버터를 통해 정격전압으로 공급받고, 일몰 또는 기상악화로 인하여 태양전지 어레이의 자체 전력을 공급받기 어려운 경우, 전원공급부로부터 양방향 DC-DC 컨버터를 통하여 역방향으로 전력을 공급받아, 경사각, 방위각을 조정하여 태양전지 어레이를 이동시키는 적어도 하나 이상의 태양광 추적부;
   일사량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 중 적어도 어느 하나의 기상 데이터를 측정하여 특정 값으로 변환하여 변환한 값을 통합 제어부로 전송하는 기상관측센서부;
   태양광 추적부, 기상관측센서부, 모니터링부와 무선통신으로 연동하고, 태양전지 어레이의 실시간 입사량에 따라 최대치의 입사량을 확보할 수 있는 위치로 이동하도록 태양광 추적부를 제어하는 통합 제어부; 및
   통합 제어부로 입출력되는 전압값을 실시간으로 모니터링하고, 태양광 추적부에서 생성한 발전량 데이터와 기상관측센서부에서 생성한 기상 데이터를 실시간으로 전달받아 데이터베이스에 저장하고 축적된 데이터를 토대로 일별, 월별로 통계화하여 관리자 단말기로 전송하고, 복수개의 태양광 추적부 중 방위각과 경사각을 개별적으로 조절할 수 있도록 태양광 추적부 별 별도의 넘버링(numbering)이 저장되어 관리자가 기재된 번호 별로 관리될 수 있도록 하는 모니터링부
   를 포함하고,
   통합 제어부는
   기상관측센서부에서 측정한 기상 데이터를 수신하여 일몰 또는 기상악화로 인해 태양전지 어레이의 입사효율이 기 저장된 임계값 미만으로 떨어질 경우, 전원공급부를 통하여 태양광 추적부로 전력을 임시로 공급하도록 명령하고,
   모니터링부는
   태양광 추적부에서 전송되는 발전량 데이터와 기상관측센서부에서 전달되는기상 데이터를 데이터베이스로 전달하여 저장하여 일정 기간동안 보관하고, 축적된데이터베이스를 토대로 태양광 추적부의 특정 구성 요소에 오류가 발생할 경우, 고장 원인을 파악하기 위하여 데이터베이스를 불러와 표준값과 차이가 있는 부분을 추출하여 고장원인을 진단하고, 태양전지 어레이에서 생성되는 발전량을 실시간으로 출력하고, 월별 발전량을 토대로 년 간 평균 발전량을 산출할 수 있는 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
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