KR101745419B1 - A solar power system with the bypass circuit for defective photovoltaic modules - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전에 설치되는 PV 모듈에 대하여 불량모듈을 검출하여 태양광 발전이 정상적인 효율과 동작이 지속적으로 이루어지게 하는, PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 직렬로 연결되는 다수의 PV 모듈로 구성되는 태양전지 어레이; 상기 PV 모듈 각각에 설치되고, 상기 PV 모듈의 전류 또는 전압을 검출하고, 상기 PV 모듈을 우회시키는 센서모듈; 및, 상기 센서모듈로부터 검출값을 수신하여 검출값의 확률분포를 구하고, 상기 센서모듈의 검출값이 상기 확률분포에서 소정의 범위 이하이면 해당 센서모듈을 우회시켜 제외시키도록 상기 센서모듈로 명령을 전송하는 주제어기를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 태양광 발전 시스템에 의하여, 각 PV 모듈의 전압과 전류의 편차를 이용하여 불량모듈을 판정함으로써, 계절, 시간대, 구름과 같은 대기의 상태에 따라 태양광의 일조량이 급속하게 변동되더라도 불량모듈을 보다 강인하게 검출할 수 있다.
The present invention relates to a photovoltaic power generation system having a PV bad module bypass circuit for detecting a bad module for a PV module installed in a photovoltaic power generation so that the normal efficiency and operation of the photovoltaic power generation are continuously maintained, A plurality of PV modules connected to the solar cell array; A sensor module installed in each of the PV modules for detecting a current or a voltage of the PV module and bypassing the PV module; And receiving a detection value from the sensor module to obtain a probability distribution of detection values, and if the detection value of the sensor module is less than a predetermined range from the probability distribution, A configuration including a main control unit to be transmitted is prepared.
By determining the defective module by using the deviation of the voltage and the current of each PV module by the above-described PV system, even if the sunshine amount of the sunlight rapidly changes according to the state of the air such as the season, Can be detected more robustly.
Description
본 발명은 태양광 발전에 설치되는 PV 모듈에 대하여 불량모듈을 검출하여 태양광 발전이 정상적인 효율과 동작이 지속적으로 이루어지게 하는, PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system having a PV bad module bypass circuit for detecting a bad module for a PV module installed in a photovoltaic power generation so that normal efficiency and operation of the photovoltaic power generation are continuously performed.
또한, 본 발명은 전압과 전류의 표준편차를 이용하여 각 모듈의 편차가 다른 모듈의 편차와의 상대적인 차이를 판단하여 불량모듈임을 판정하는, PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention also relates to a photovoltaic power generation system including a PV bad module bypass circuit for determining a relative difference between a deviation of each module and a deviation of a module using a standard deviation of a voltage and a current, will be.
신재생 에너지에 대한 관심의 증가와 투자는 태양 에너지 산업의 급속한 발달을 초래했다. 즉, 지난 수십 년 동안, 신재생 에너지에 대한 수요는 화석 연료의 단점과 온실 효과 때문에 현저하게 증가되었다. 신재생 에너지원의 각종 유형 중 태양 에너지는 전력 전자 기술에서의 발전으로 인하여 가장 유망하고 매력적이게 되었다. 광전지(PV) 전원은 정비와 오염이 없다는 이점으로 현재 많은 응용에서 사용된다.Increased interest in and investment in renewable energy has led to the rapid development of the solar energy industry. In the last decades, the demand for renewable energy has increased significantly due to the disadvantages of fossil fuels and the greenhouse effect. Among various types of renewable energy sources, solar energy has become the most promising and attractive due to advances in power electronics technology. Photovoltaic (PV) power supplies are used in many applications today due to the advantages of no maintenance and no pollution.
태양광발전시스템은 통상 20년 이상 장기간에 걸친 자연환경 하에서 운용되는 발전설비이며, 이에 따라 장기 신뢰성을 유지하고 사고 리스크를 회피할 필요가 있게 된다. 특히, 이상상태가 발생하여도 즉시 조치가 이루어지지 않는 경우 발전량 저하 및 경제적 손실이 발생할 수 있으므로, 손실을 줄일 수 있는 기술을 개발할 필요성이 있다.Photovoltaic power generation system is a power generation facility that operates in a natural environment over a long period of time for 20 years or more, so it is necessary to maintain long-term reliability and avoid accident risk. In particular, if an abnormal condition occurs, if the measures are not taken immediately, there is a need to develop a technology capable of reducing the loss because the generation amount and the economic loss may occur.
그러나 PV 모듈의 높은 초기비용과 한정된 수명으로 인하여 그에 따른 지속적인 관리가 필요로 하지만 한정된 인적 물적 자원으로는 실시간으로 각 모듈 단위의 관리를 하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 실시간으로 각 모듈을 감시하여 불량모듈의 감시와 교체를 통한 관리가 필요로 하게 된다.However, due to the high initial cost and limited life span of the PV module, continuous management is required. However, it is practically impossible to manage each module in real time with limited human resources. Therefore, it is necessary to monitor each module in real time and to supervise and replace the defective module.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 불량모듈을 바이패스할 수 있는 태양광 발전 시스템이 개발되었다[특허문헌 1,2]. 상기 선행기술들은 태양전지 모듈 중에서 조도량 또는 전압 등을 감지하여 이들이 기준치 보다 작으면 불량모듈로 판정하여 바이패스한다.In order to solve the above problems, a solar power generation system capable of bypassing a defective module has been developed (
그러나 태양광 발전은 일조량에 따라 발생 전력에 큰 차이가 난다. 특히, 계절, 시간대, 구름과 같은 대기의 상태에 따라 태양광의 일조량이 급속하게 변동한다. 이와 같이 일조량이 변동되는 상황에서 기준치를 고정적으로 설정하면 너무 과도하게 또는 너무 적게 태양전지 모듈을 불량으로 검출하는 문제점이 있다.However, solar power varies greatly depending on the amount of sunshine. In particular, the amount of sunlight fluctuates rapidly depending on the atmospheric conditions such as seasons, time zones, and clouds. If the reference value is set to a fixed value in a situation where the amount of sunshine fluctuates, there is a problem that the solar cell module is detected as being excessively excessive or too small.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, PV 모듈의 발생 전압, 전류, 온도를 측정하고 주 제어기에 측정값을 전달하며 우회로 계전기를 동작하는 PV 센서부와, PV 센서에서 전송된 각 모듈의 전압, 전류, 온도를 취합하여 불량모듈의 유무를 판단하며 불량모듈의 발생 시 PV 센서에 있는 우회로 계전기의 작동을 명령하는 주 제어기로 구성되는, PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a PV sensor unit for measuring the generated voltage, current, and temperature of a PV module and transmitting measured values to the main controller, And a main controller for collecting the voltage, current and temperature of each of the modules, judging the presence or absence of a bad module, and commanding the operation of the bypass relay in the PV sensor upon occurrence of a bad module. And to provide a photovoltaic power generation system.
또한, 본 발명의 목적은 전압과 전류의 표준편차를 이용하여 각 모듈의 편차가 다른 모듈의 편차와의 상대적인 차이를 판단하여 불량모듈임을 판정하는, PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a photovoltaic power generation system having a PV bad module bypass circuit for determining a relative difference between deviations of different modules by using standard deviation of voltage and current, .
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 직렬로 연결되는 다수의 PV 모듈로 구성되는 태양전지 어레이; 상기 PV 모듈 각각에 설치되고, 상기 PV 모듈의 전류 또는 전압을 검출하고, 상기 PV 모듈을 우회시키는 센서모듈; 및, 상기 센서모듈로부터 검출값을 수신하여 검출값의 확률분포를 구하고, 상기 센서모듈의 검출값이 상기 확률분포에서 소정의 범위 이하이면 해당 센서모듈을 우회시켜 제외시키도록 상기 센서모듈로 명령을 전송하는 주제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a photovoltaic power generation system having a PV bad module bypass circuit, comprising: a solar cell array comprising a plurality of PV modules connected in series; A sensor module installed in each of the PV modules for detecting a current or a voltage of the PV module and bypassing the PV module; And receiving a detection value from the sensor module to obtain a probability distribution of detection values, and if the detection value of the sensor module is less than a predetermined range from the probability distribution, And a main controller for transmitting the main controller.
또한, 본 발명은 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 센서모듈은, 계전기를 구비하여, 설치되는 PV 모듈의 출력을 인접한 PV 모듈과 직접 연결시키거나 우회(bypass)시키는 우회 회로; 해당 PV 모듈의 전압 및 전류를 검출하는 검출회로; 상기 주제어기와 통신하는 통신부; 및, CPU를 구비하고, 상기 검출회로에서 검출된 검출값들을 상기 주제어기로 전송하고, 상기 주제어부로부터 명령을 수신하여 상기 우회 회로의 계전기를 제어함으로서 상기 PV 모듈의 직접 연결 또는 우회 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides a photovoltaic generation system having a PV bad module bypass circuit, wherein the sensor module includes a relay to directly connect or bypass the output of the installed PV module with an adjacent PV module Bypass circuit; A detection circuit for detecting voltage and current of the PV module; A communication unit for communicating with the main controller; And a central processing unit (CPU) for controlling the direct connection or the bypass connection of the PV module by transmitting the detected values detected by the detection circuit to the main controller, receiving an instruction from the main controller, and controlling the relay of the bypass circuit And a control unit.
또한, 본 발명은 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 주제어기는 마이크로프로세서를 구비하고, 상기 센서모듈과 RS-485통신에 의해 전송된 각 PV 모듈의 전압 및 전류를 수신하여, 각 PV 모듈의 불량 여부를 판단하는 프로그램을 구비하고, 상기 불량모듈 판단 프로그램을 마이크로프로세서에 의해 수행하게 함으로써 불량 모듈 검출 및 우회 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides a photovoltaic generation system having a PV bad module bypass circuit, wherein the main controller has a microprocessor and receives voltage and current of each PV module transmitted by the RS-485 communication with the sensor module And a program for determining whether or not each PV module is defective. The malfunctioning module determination program is executed by the microprocessor to perform a malfunctioning module detection and a detour operation.
또한, 본 발명은 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 주제어기는 각 PV 모듈의 전압 또는 전류의 평균값과 표준편차를 구하고, 상기 평균값과 표준편차를 이용하여 정규분포를 따른 확률밀도함수를 구하고, 상기 확률밀도함수에 의해 표현되는 정규분포곡선에서 소정의 값 이하를 가지는 불량범위를 구하고, 상기 불량범위에 들어가는 전압 또는 전류로 검출되는 PV 모듈을 불량 모듈로 판단하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a solar power generation system including a PV bad module bypass circuit, wherein the main controller obtains an average value and a standard deviation of voltage or current of each PV module, calculates a mean value and a standard deviation of the voltage or current of each PV module, Determining a PV module detected by a voltage or a current falling within the defective range as a defective module by obtaining a probability density function and finding a defective range having a predetermined value or less in a normal distribution curve represented by the probability density function; .
또한, 본 발명은 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 있어서, 상기 주제어기는 PV 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 상기 불량 범위에 들어가고 해당 PV 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 각각 평균값의 절반 mv/2, mc/2보다 작을 경우, 해당 PV 모듈을 불량으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a solar power generation system comprising a PV bad module bypass circuit, the main control groups voltage V i of the PV module and the current I i is the failure to enter the range of the voltage V i of the PV module and the current I i Is less than half the average value of m v / 2 and m c / 2, it is determined that the corresponding PV module is defective.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 의하면, 각 광전지 모듈(PV 모듈)을 감시하여 불량모듈을 검출하고 우회함으로써, 실시간으로 불량모듈의 감시와 교체를 통해 관리할 수 있고, 이를 통해 태양광 발전이 정상적인 효율과 동작이 지속적으로 이루게하는 효과가 얻어진다.As described above, according to the photovoltaic generation system having the PV bad module bypass circuit according to the present invention, by monitoring each photovoltaic module (PV module) to detect and bypass the bad module, the monitoring and replacement Thereby enabling the solar power to be continuously operated with normal efficiency and operation.
또한, 본 발명에 따른 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템에 의하면, 각 PV 모듈의 전압과 전류의 편차를 이용하여 불량모듈을 판정함으로써, 계절, 시간대, 구름과 같은 대기의 상태에 따라 태양광의 일조량이 급속하게 변동되더라도 불량모듈을 보다 강인하게 검출할 수 있는 효과가 얻어진다.Further, according to the photovoltaic generation system having the PV bad module bypass circuit according to the present invention, the bad module is determined by using the deviation of the voltage and the current of each PV module, Accordingly, even if the amount of sunshine changes rapidly, the defective module can be detected more robustly.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 센서모듈의 구성에 대한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서모듈의 우회회로의 연결 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주제어기의 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서모듈의 회로 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 검출 회로도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 회로도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 검출 회로도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 PV 모듈의 불량 여부를 판단하는 방법을 설명하는 흐름도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전압 및 전류 각각에 대한 정규분포곡선 및 불량 범위를 나타낸 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of the configuration of a photovoltaic generation system having a PV bad module bypass circuit according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a block diagram of a configuration of a sensor module according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a view illustrating a connection structure of a bypass circuit of a sensor module according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a block diagram of a main controller according to an embodiment of the present invention;
5 is a circuit configuration diagram of a sensor module according to an embodiment of the present invention.
6 is a temperature detection circuit diagram according to an embodiment of the present invention;
7 is a current detection circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
8 is a voltage detection circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method for determining whether a PV module is defective according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a normal distribution curve and a defective range for voltage and current, respectively, according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.First, the configuration of a photovoltaic power generation system having a PV bad module bypass circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기위한 태양광 발전 시스템은 PV모듈(11)로 구성되는 태양전지 어레이(10), 각 PV 모듈(11)에 설치되어 해당 PV 모듈(11)의 전압 등을 센싱하고 불량의 PV 모듈(11)을 우회(bypass)시키는 다수의 센서모듈(20), 및, 센서모듈(20)에서 측정된 값을 분석하여 불량모듈을 검출하고 바이패스를 제어하는 주제어기(30)로 구성된다. 또한, 태양전지 어레이(10)의 출력은 접속부 또는 인버터에 연결되어 구성된다.1, a photovoltaic power generation system for practicing the present invention includes a
태양전지 어레이(10)는 다수의 PV 모듈(태양전지 모듈)(11)로 구성된다.The
각 PV 모듈(11)은 기존의 태양전지 모듈과 동일하게 다수의 태양전지 셀(미도시)로 구성된다. 각 태양전지 셀은 태양광이 인가되면, 광 기전력 효과에 의해 전력을 생성하고, 다수의 태양전지 셀로 구성된 PV 모듈(11) 각각은 태양전지 셀들에서 발생된 전력을 병합하여 출력한다.Each
PV 모듈(11)은 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 PV 모듈(11)은 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다. 대부분의 PV 모듈(11)은 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다. PV 모듈(11)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양전지 어레이(10)가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.The
다음으로, 센서모듈(20)은 각 PV 모듈(11)에 각각 설치되어, 해당 PV 모듈(11)의 전압, 전류, 온도 등을 측정하고, 해당 PV 모듈(11)의 우회 회로(21)를 제어한다. 즉, 각 PV 모듈(11)에 하나의 센서모듈(20)이 대응되어 구성된다.Next, the
도 2에서 보는 바와 같이, 센서모듈(20)은 해당 PV 모듈(11)의 출력을 우회시키는 우회 회로(21), 전압, 전류, 온도 등을 측정하는 검출회로(22), 주제어기(30)와 통신하는 통신부(23), 및, CPU를 구비하는 제어부(25)로 구성된다.2, the
우회 회로(21)는 각 PV 모듈(11)에 대응되도록 구비되는 회로로서, 각 PV 모듈(11)을 인접한 PV 모듈(11)과 직접 직렬로 연결시키거나 우회(바이패스)시키는 회로이다. 우회 회로(21)는 주제어기(30)에 의해 제어되어, 직접 연결 또는 우회 연결을 선택적으로 제어된다.The
바람직하게는, 우회 회로(21)는 계전기를 구비하여, 전류의 흐름을 제어부(25)에서 제어할 수 있도록 구성된다.Preferably, the
다음으로, 검출회로(22)는 전압, 전류, 온도 등을 검출하는 회로들로 구성된다. 검출회로(22)에서 측정된 전압, 전류, 온도 등은 주제어기(30)로 전송되어, 해당 PV 모듈(11)의 불량 여부를 검출하는데 이용된다.Next, the
다음으로, 제어부(25)는 CPU 등을 구비하여, 센서모듈(20)을 제어하는 회로이고, 통신부(23)는 주제어기(30)와 통신하는 회로이다. 제어부(25)는 통신부(23)를 통해, 검출회로(22)에서 측정된 값들을 주제어기(30)로 전송하거나, 주제어기(30)로부터 해당 PV 모듈(11)의 우회 여부(또는 불량 여부)를 수신한다.Next, the
즉, 제어부(25)는 검출회로(22)에서 측정된 값들을 주제어기(30)로 전송하고, 주제어부(30)의 명령을 수신하여 우회 회로(21)의 계전기를 제어함으로써 PV 모듈(11)의 우회를 제어한다.That is, the
다음으로, 주제어기(30)는 센서모듈(20)로부터 측정값들을 수신하고(또는 가져오고), 측정값들을 이용하여 각 PV 모듈(11)의 불량 여부를 판단한다. 즉, 주제어기(30)는 센서모듈(20)에서 측정된 전압, 전류, 온도 등을 받아온다. 그리고 이들 값들에 대한 분포를 구하여 소정의 분포 범위에 벗어나는 PV 모듈(11)을 불량으로 검출한다.Next, the
또한, 주제어기(30)는 불량으로 판정된 PV 모듈(11)을 우회시키도록, 센서모듈(20)로 명령한다. 즉, 주제어기(30)는 불량의 PV 모듈(11)의 우회 회로(21)를 바이패스하도록 제어하여, 해당 PV 모듈(11)을 직렬 연결에서 제외시킨다. 구체적으로, 판별 결과, PV 모듈(11)이 불량 모듈인 것으로 판별하면, 태양전지 어레이의 다수의 PV 모듈(11)의 연결에서 해당 PV 모듈이 제외되도록 바이패스 경로를 형성한다. 해당 PV 모듈(11)이 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판별하면, 인접하여 배치된 태양전지 모듈과 직렬로 연결되는 전기적 연결 경로를 형성한다.Further, the
즉 주제어기(30)는 판별 결과에 따라 각 PV 모듈(11)을 인접한 PV 모듈(11)과 전기적으로 연결하거나, 인접한 PV 모듈(11)과 연결되지 않도록 바이패스 경로를 제공하도록, 센서모듈(20)을 제어한다.That is, the
다음으로, 태양전지 어레이(10)로부터 출력, 즉, 직류 전류는 접속반(미도시)에서 취합하여, 인버터(미도시)로 출력된다.Next, the output from the
접속반(미도시)는 다수의 태양전지 어레이(10)를 직렬 또는 병렬로 연결하기 위해 구비된다. 또한, 접속반에는 직류출력 개폐기 및 출력단자용 개폐기, 또는 배선용 차단기(MCCB: Molded Case Circuit Breaker), 부스바 또는 단자대, 그리고 마그네틱 스위치, 다이오드 및 전력용 퓨즈, 피뢰소자(SPD, ZNR) 등 안전한 전력 전달을 위한 장치들이 구비될 수 있다.A connection unit (not shown) is provided for connecting a plurality of
인버터(미도시)는 태양전지 어레이(10)에서 병렬군으로 입력받은 직류전력을 하나의 직류전력으로 통합한 후 이를 상용전력으로 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하여 출력한다. 인버터에서 출력된 교류 전력은 전력계통 또는 수전반 등을 통해 수용가의 부하로 공급된다.An inverter (not shown) integrates the DC power received from the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 어레이(10)의 우회 회로(21)에 의한 바이패스 방법을 도 3을 참조하여 설명한다. Next, a bypass method by the
상기한 바와 같이 도 1의 태양발전 시스템은 다수의 PV 모듈(11)에 대응하여 구비되는 다수의 우회 회로(22)를 구성한다. 주제어기(30)가 각 PV 모듈(11)의 정상 여부를 판별하여 정상이면, 다음 단의 PV 모듈(11)로 누적된 전력을 공급하고, 비정상이면, 바이패스하여 다음 단의 우회 회로(21)로 누적된 전력을 공급한다.As described above, the solar power generation system of FIG. 1 constitutes a plurality of
도 3에서 보는 바와 같이, 우회 회로(21)는 일종의 스위치로서 동작한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제어부(25)의 제어에 의하여 계전기가 동작되고, 우회 회로(21)의 스위치가 작동된다. 한편, 제어부(25)의 제어 신호는 주제어기(30)로부터 전송되는 명령에 의해 구동되는 신호이다. 즉, 주제어기(30)는 센서모듈(20)에서 측정된 전압, 전류, 온도 등을 수신하여, 이들 분포로부터 각 PV 모듈(11)의 불량여부를 결정한다.As shown in Fig. 3, the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 주제어기(30)의 구성에 대하여 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the
도 4에서 보는 바와 같이, 바람직하게는, 주제어기(30)는 마이크로프로세서를 구비하고, 센서모듈(20)과 RS-485통신에 의해 전송된 각 PV 모듈의 전압, 전류, 온도를 취합하여 불량모듈의 유무를 판단하는 프로그램을 구비한다. 그리고 주제어기(30)는 상기 불량모듈 판단 프로그램을 마이크로프로세서에 의해 수행하게 하여, 불량모듈 검출 및 우회 작업을 수행한다.4, the
또한, 주제어기(30)는 불량모듈의 발생 시 센서모듈(20)의 우회로 계전기의 작동을 명령하고 외부로 경보를 발생시켜 관리자로 하여금 그에 따른 조치를 취할 수 있게 한다.In addition, the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 센서모듈(20)의 구성을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.Next, a configuration of the
센서모듈(20)은 PV모듈의 단자함의 외부에 센서를 부착하여 온도상승을 감시하고, 전압/전류를 측정하여 이상상황이 발생 시 계전기를 통해 우회로를 확보하며, 주제어기(30)와는 RS-485통신에 의해 정보를 송수신하게 된다. The
우회회로 동작시간은 단자함의 센서 이상상태를 검출하여 우회계전기의 동작시간은 0.5초 이하가 되도록 한다.Detection time of the bypass circuit detects the sensor abnormal condition of the terminal box so that the operation time of the bypass relay is 0.5 seconds or less.
도 5에서 보는 바와 같이, 센서모듈(20)은 PV 모듈(11) 당 1개씩 모듈 단자함에 부착되며, 기존 PV 단자함과 연결되어 사용한다. 주제어기(30)와 RS-485통신으로 연결되며, 전원(+, -) 통신(D+, D-) 4선으로 연결한다.As shown in FIG. 5, one
각종 센서 등 서브모듈의 동작은 각 PV 모듈의 온도와 전압 및 전류를 감시하여 이상상태 발생 시 계전기를 동작시키고 결과를 주제어기(30)로 전송한다. 온도와 전압/전류의 설정 값은 주제어기(30)에서 전송 받아 저장하여 사용한다.The operation of sub modules such as various sensors monitors the temperature, voltage and current of each PV module, activates the relay when an abnormal condition occurs, and transmits the result to the main controller (30). The set values of temperature and voltage / current are transmitted from the
또한, 도 6에서 보는 바와 같이, 센서모듈(20) 또는 검출회로(22)는 온도를 검출하는 온도검출 회로를 포함한다. 반도체 TMP-36 센서를 이용하여 PV 모듈의 단자함의 온도를 감지하여 설정 값 이상이 되면 모듈 과열로 판단하여 계전기를 절체 시켜 우회로를 통하여 연결한다.Further, as shown in Fig. 6, the
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, 바람직하게는, 센서모듈(20)은 DC 전류센서(예를 들어,ACS758LCB-050U 사용함)로 전류를 검출한다. 개별 PV 모듈의 전류를 측정하여 다른 모듈에 비하여 상대적으로 작거나 전류가 흐르지 않을 경우 모듈의 불량으로 판단하여 계전기를 절체 시켜 우회로를 통하여 연결한다.Also, as shown in FIG. 7, preferably, the
또한, 도 8에서 보는 바와 같이, 바람직하게는, 센서모듈(20)은 개별 PV 모듈(11)의 전압을 측정한다. 그래서 주제어기(30)는 해당 PV 모듈의 전압이 다른 모듈에 비하여 상대적으로 작을 경우 모듈의 불량으로 판단한다. 그래서 계전기를 절체 시켜 우회로를 통하여 연결한다. Further, as shown in Fig. 8, preferably, the
한편, 센서모듈(20)의 제어부(25)는 평상시는 각 센서(또는 검출회로)를 스캔하고 주 제어기(30)와의 통신을 수행하며 OPER_GRN 램프를 점등시킨다. 각 센서의 입력을 모니터링하여 주 제어기(30)로부터 통신으로 입력된 경보레벨과 비교하여 이상상태가 발생되면 우회로 절체 계전기를 동작시키고, OPER_RED 램프를 동작시켜 경보상태를 표시한다. 이상 상태가 해제되면 계전기를 복귀시킨다.On the other hand, the
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 주제어기(30)의 PV 모듈의 불량 여부를 판단하는 방법을 도 9 내지 10을 참조하여 설명한다.Next, a method for determining whether or not a PV module of the
도 9에서 보는 바와 같이, 먼저, 태양광 발전 시스템에서 n을 PV 모듈(11)의 개수, PV 모듈 i에서 읽어 들인 전압을 Vi, 전류를 Ii라 하고 전압과 전류의 평균값을 구한다.As shown in FIG. 9, first, in the PV system, n is the number of the
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, mv 및 mc는 각각 전압과 전류의 평균값을 나타낸다.Here, m v and m c represent an average value of voltage and current, respectively.
다음으로, 모듈의 평균값과 각 모듈의 측정 전압과 전류의 편차를 구한다.Next, the average value of the module and the deviation of the measured voltage and current of each module are obtained.
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
다음으로, 전압과 전류에 대한 표준편차를 구한다.Next, the standard deviation of voltage and current is obtained.
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
다음으로, 정규분포 N(mv,σv 2), N(mc,σc 2)을 따른다고 하면 확률밀도함수는 다음 수학식과 같이 표현된다.Next, when that according to a normal distribution N (m v, σ v 2 ), N (m c, σ c 2) the probability density function is expressed as the following mathematical expression.
[수학식 7]&Quot; (7) "
[수학식 8]&Quot; (8) "
상기 수학식 7과 8의 정규분포곡선을 표시한 도면이 도 9이다.FIG. 9 is a graph showing the normal distribution curves of Equations (7) and (8).
도 10에서 표현되는 전압 및 전류에 대한 정규분포곡선에서 색칠한 부분(이하 불량 범위)에 속할 확률은 다음 수학식과 같다.The probability of belonging to a colored portion (hereinafter referred to as " defective range ") in the normal distribution curve for voltage and current expressed in FIG. 10 is expressed by the following equation.
[수학식 9]&Quot; (9) "
상기 불량 범위에 들어가고 각 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 각각 평균값의 절반 mv/2, mc/2보다 작을 경우, 모듈의 불량으로 주변 모듈에 비하여 현저히 낮은 전압과 전류를 출력하는 것으로 판단한다.If the voltage V i and the current I i of the respective modules are less than half of the average value m v / 2 and m c / 2 in the defective range, respectively, the voltage and current are significantly lower .
그리고 불량으로 판단되면, 경보 메시지를 울리고 해당 PV 모듈 Modi에 대한 우회로의 계전기를 절체 시켜 우회로로 전류가 흐르게끔 한다. 이러한 현상이 지속적으로 해당모듈에 대하여 발생하는 경우, 해당 모듈을 교체하여 태양광 발전이 지속적으로 안정되게 동작할 수 있게끔 관리할 수 있다.If it is judged to be defective, an alarm message is sounded and the relay of the bypass circuit for the PV module Mod i is switched so that the current flows to the bypass circuit. If this phenomenon occurs continuously for the module, it can be managed so that the solar power generation can be continuously and stably operated by replacing the corresponding module.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하α였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it goes without saying that the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.
10 : 태양전지 어레이 11 : PV 모듈
20 : 센서모듈 21 : 우회 회로
22 : 검출회로 23 : 통신부
25 : 제어부 30 : 주제어기10: solar cell array 11: PV module
20: Sensor module 21: Bypass circuit
22: Detection circuit 23:
25: control unit 30: main controller
Claims (5)
직렬로 연결되는 다수의 PV 모듈로 구성되는 태양전지 어레이;
상기 PV 모듈 각각에 설치되고, 상기 PV 모듈의 전류 또는 전압을 검출하고, 상기 PV 모듈을 우회시키는 센서모듈; 및,
상기 센서모듈로부터 검출값을 수신하여 검출값의 확률분포를 구하고, 상기 센서모듈의 검출값이 상기 확률분포에서 소정의 범위 이하이면 해당 센서모듈을 우회시켜 제외시키도록 상기 센서모듈로 명령을 전송하는 주제어기를 포함하고,
상기 주제어기는 전체 PV 모듈의 전압 또는 전류의 평균값과 표준편차를 구하고, 상기 평균값과 표준편차를 이용하여 정규분포를 따른 확률밀도함수를 구하고, 상기 확률밀도함수에 의해 표현되는 정규분포곡선에서 소정의 값 이하를 가지는 불량범위를 구하고,
상기 주제어기는 PV 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 정규분포곡선에 의한 불량 범위에 들어가고 동시에 해당 PV 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 각각 평균값의 절반 mv/2, mc/2보다 작을 경우, 해당 PV 모듈을 불량으로 판단하고,
상기 주제어기는 PV 모듈의 전압 Vi와 전류 Ii가 다음 수식 1을 만족할 때 상기 불량 범위에 들어가는 것으로 판단하고,
상기 센서모듈은,
계전기를 구비하여, 설치되는 PV 모듈의 출력을 인접한 PV 모듈과 직접 연결시키거나 우회(bypass)시키는 우회 회로;
해당 PV 모듈의 전압 및 전류를 검출하는 검출회로;
상기 주제어기와 통신하는 통신부; 및,
CPU를 구비하고, 상기 검출회로에서 검출된 검출값들을 상기 주제어기로 전송하고, 상기 주제어기로부터 명령을 수신하여 상기 우회 회로의 계전기를 제어함으로서 상기 PV 모듈의 직접 연결 또는 우회 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템.
[수식 1]
단, mv 와 mc 는 각각 전체 PV모듈의 전압과 전류의 평균값이고,
σv 와 σc 는 각각 전체 PV모듈의 전압과 전류의 표준편차이고,
k는 0보다 큰 상수임.
A photovoltaic power generation system comprising a PV bad module bypass circuit,
A solar cell array composed of a plurality of PV modules connected in series;
A sensor module installed in each of the PV modules for detecting a current or a voltage of the PV module and bypassing the PV module; And
Receiving a detection value from the sensor module to obtain a probability distribution of detection values, and transmitting a command to the sensor module to bypass the sensor module when the detection value of the sensor module is less than a predetermined range in the probability distribution Including mainframe,
Wherein the main controller obtains a mean value and a standard deviation of the voltage or current of the entire PV module, obtains a probability density function according to the normal distribution using the average value and the standard deviation, calculates a predetermined density distribution from the normal distribution curve represented by the probability density function, Value is obtained,
The main control groups than the voltage V i and the current I i, the voltage V i and the current I i, each of the average value half into the PV module at the same time, the poor range according to a normal distribution curve m v / 2, m c / 2 of PV module If it is small, the PV module is judged to be defective,
The main controller determines that the voltage V i and the current I i of the PV module enter the defective range when the following expression (1) is satisfied,
The sensor module includes:
A bypass circuit that has a relay to directly connect or bypass the output of an installed PV module with an adjacent PV module;
A detection circuit for detecting voltage and current of the PV module;
A communication unit for communicating with the main controller; And
A controller for controlling the direct connection or the detour connection of the PV module by transmitting the detected values detected by the detection circuit to the main controller and receiving a command from the main controller and controlling the relay of the bypass circuit, Wherein the photovoltaic power generation system comprises a photovoltaic module bypass circuit.
[Equation 1]
Where m v and m c are the average values of the voltage and current of the entire PV module,
σ v and σ c are the standard deviation of the voltage and current of the entire PV module,
k is a constant greater than zero.
상기 주제어기는 마이크로프로세서를 구비하고, 상기 센서모듈과 RS-485통신에 의해 전송된 각 PV 모듈의 전압 및 전류를 수신하여, 각 PV 모듈의 불량 여부를 판단하는 프로그램을 구비하고, 상기 불량모듈 판단 프로그램을 마이크로프로세서에 의해 수행하게 함으로써 불량 모듈 검출 및 우회 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 PV 불량모듈 우회 회로를 구비한 태양광 발전 시스템.
The method according to claim 1,
The main controller includes a microprocessor and a program for receiving voltage and current of each PV module transmitted by RS-485 communication with the sensor module and determining whether each PV module is defective, Wherein the program is executed by a microprocessor to perform a malfunctioning module detection and bypass operation.
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