KR101861062B1 - 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치와 그에 따른 전력공급 계통 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지모듈의 경년 열화 및 고장 진단 장치를 제공한다. 본 발명은 복수의 태양전지로 구성되어 그룹화된 태양전지모듈 그룹; 태양전지모듈 그룹에 대한 일사량을 측정하는 일사량 측정부; 태양전지모듈 그룹의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부; 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 측정하는 전력 측정부; 및 일사량 측정부 및 온도 측정부에 의해 측정된 일사량 및 온도와 전력 측정부에 의해 측정된 전력값을 비교하여 일사량 및 온도 대비 전력값이 정상적인지에 기초하여 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장을 진단하는 CPU로 이루어진다. 본 발명은 또한, 특정 태양전지모듈 그룹이 경년 열화 및 고장으로 진단될 경우 그 그룹을 전력공급 계통에서 선택적으로 차단할 수 있는 전력공급 계통 제어장치를 제공한다.
Description
본 발명은 태양전지모듈 경년 열화 및 고장 진단장치와 그에 따른 전력공급 계통 제어장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 태양전지모듈 그룹에 대한 일정기간 동안의 일사량 및 표면 온도와, 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 바탕으로 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장을 진단하는 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 특정 태양전지모듈 그룹이 경년 열화 및 고장으로 진단될 경우 그 그룹을 전력공급 계통에서 선택적으로 차단할 수 있는 전력공급 계통 제어장치에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하므로, 분산형 발전시스템으로서 반영구적으로 활용할 수 있고, 태양 전지를 사용하여 유지 보수가 간편하며, 무공해와 무한대의 태양 에너지원을 이용하기 때문에 미래의 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양전지들이 붙어있는 태양광 패널을 이용하여 전력을 생산하는데, 대규모 태양광 발전 시스템에는 다수의 태양전지모듈이 설치되어 많은 양의 전력을 생산할 수 있다.
따라서 다수의 태양전지모듈을 용이하게 관리하면서 고장이 있는 태양전지모듈을 효율적으로 검출하고자 하는 요구가 증대되고 있다.
태양전지모듈의 고장 진단 기술로는 대한민국특허등록 제10-1456122호가 있다.
이 등록기술은, 태양전지 모듈의 개방 전압(Open circuit voltage)을 측정하는 전압 검출부와, 개방 전압이 미리 설정된 전압 이상이 되면, 개방 전압에 적용되는 펄스(pulse)을 조절하는 PWM 제어부와, PWM 제어부에 의해 조절되는 펄스가 적용된 개방 전압을 측정하여 태양전지 모듈의 특성 그래프를 생성하는 특성 그래프 생성부와, 태양전지 모듈의 특성 그래프를 미리 설정된 시간을 단위로 저장하는 메모리부와, 메모리부에 저장되는 태양전지 모듈의 특성 그래프의 변화 이력에 기초하여 태양전지 모듈의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부를 포함하여, 태양전지 모듈의 정보를 입력하지 않아도 스스로 태양전지 모듈의 특성 곡선을 산출하고 이를 이용하여 태양전지 모듈의 고장 여부를 정확히 판단할 수 있도록 한 것이다.
또 다른 기술로는 대한민국특허등록 제10-1376910호가 있다.
이 등록기술은, 태양전지모듈을 구성하는 복수의 전지셀에 대한 전압을 각각 측정하는 단계와, 상기 복수의 전지셀의 전압 값들로부터 평균 및 표준편차를 연산하는 단계와, 상기 평균 및 표준편차로부터 정규 분포의 확률 밀도 함수를 연산하는 단계, 및 상기 확률 밀도 함수에 기반한 최대 우도 결정법(Maximum likelihood decision)을 이용하여 각각의 상기 전지셀의 전압의 정상 여부를 판단하는 단계를 포함하는 태양전지모듈의 고장검출 방법을 제공하는 것으로서, 온도, 일사량 등의 추가적인 센서 없이, 각각의 전지셀로부터 획득된 전압 및 전류 값을 바탕으로 인접 전지셀과의 비교만으로 각 전지셀의 고장을 판별할 수 있고, 복수의 전지셀로부터 측정된 각각의 전압 및 전류를 바탕으로 최대 우도 결정법에 기반하여 각 전지셀의 전압 및 전류의 정상 여부를 용이하게 판단할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 관련된 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 태양전지모듈에 대한 일사량 및 표면 온도와, 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 비교하여 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장을 진단하도록 한, 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 태양전지모듈 그룹에 대해 일정기간 동안 누적된 일사량 및 온도와 전력값을 경년 열화 및 고장 진단에 이용하도록 한, 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 특정 태양전지모듈 그룹이 경년 열화 및 고장으로 진단될 경우, 그 그룹을 전력공급 계통에서 차단하고, 다른 그룹이 경년 열화 및 고장으로 진단된 태양전지모듈 그룹을 대신하여 전력을 공급할 수 있도록 한, 전력공급 계통 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 이하에서 설명하는 바에 따라 유추 가능할 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치는,
직렬 연결된 복수의 태양전지모듈로 구성되어 그룹화된 태양전지모듈 그룹;
상기 태양전지모듈 그룹에 대한 일사량을 측정하는 일사량 측정부;
상기 태양전지모듈 그룹의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부;
상기 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 측정하는 전력 측정부; 및
상기 일사량 측정부 및 온도 측정부에 의해 측정된 일사량 및 온도와, 전력 측정부에 의해 측정된 전력값을 비교하여 일사량 및 온도 대비 전력값이 정상적인지에 기초하여 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장을 진단하는 CPU로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1실시예에서, CPU는 태양전지모듈 그룹의 설치 후 출력값을 그룹별로 나누어 실시간으로 측정하고, 측정 시점의 일사량 및 온도 조건에 해당되는 3차원 좌표에 값을 저장하며, 동일한 조건에서 더 큰 출력이 측정되면 데이터를 갱신하여 특정 일사량 및 온도 조건에서의 최대값을 저장하고, 월 및 년 단위로 데이터를 축적하여 경년 열화 및 고장을 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지모듈 그룹 의 경년 열화 및 고장 진단장치는,
복수의 태양전지로 구성되어 그룹화된 태양전지모듈 그룹;
상기 태양전지모듈 그룹에 대한 일사량을 측정하는 일사량 측정부;
상기 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 측정하는 전력 측정부; 및
상기 일사량 측정부에 의해 측정된 일사량과 전력 측정부에 의해 측정된 전력값을 비교하여 일사량 대비 전력값이 정상적인지에 기초하여 태양전지모듈 그룹의 고장을 진단하는 CPU로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제2실시예에서, 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단은, 정상적인 일사량과 비정상적인 일사량 모두를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제2실시예에서, 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단은, 일사량 대비 높은 전력값과 낮은 전력값을 모두 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력공급 계통 제어장치는,
복수 개의 태양전지모듈 그룹;
복수 개의 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력을 공급 계통에 맞게 변환하는 인버터; 및
복수 개의 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값이 정상적이지 않을 경우 전력공급 계통을 제어하는 제어반을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 제어반은 각 태양전지모듈 그룹에 연결된 복수 개의 릴레이 단자로 구성된 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 제어반은 태양전지모듈 그룹이 모두 정상적인 전력을 출력할 경우, 릴레이 단자를 모두 접속하여 정상적인 전력공급 계통이 작동되도록 하되, 특정 태양전지모듈 그룹이 비정상적이 아니더라도 전력 수요처에서의 요구에 따라 적합한 전력을 출력하는 태양전지모듈 그룹에 연결된 릴레이 단자만을 접속하고, 그 이외 릴레이 단자는 차단하여 전력공급 계통을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 태양전지모듈 그룹에 대한 일사량 및 표면 온도와, 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 비교하여 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장을 진단함으로써, 태양전지모듈 그룹의 진단에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 태양전지모듈 그룹에 대해 일정기간 동안 누적된 일사량 및 온도와 전력값을 경년 열화 및 고장 진단에 이용함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단에 따른 전력공급 계통 제어장치에 따르면, 경년 열화 및 고장으로 진단된 태양전지모듈 그룹을 전력공급 계통에서 차단하고, 다른 그룹이 대신하여 전력을 공급하도록 함으로써 정상적인 전력공급에 차질이 없게 된다.
도 1은 본 발명의 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단을 위해 태양전지를 그룹화한 구성과 전력공급 계통 제어 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단을 위해 태양전지를 그룹화한 구성과 전력공급 계통 제어 구성을 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도이다. 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단 개념도이다.
태양전지모듈은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 수단으로, 예를 들어 가정용의 3kw급 이하 소규모 태양광 발전 시스템 이외에 발전소 또는 산업단지와 같은 대규모 태양광 발전 시스템이 요구되는 장소에 군집되어 설치될 수 있다.
태양전지모듈은 반도체 소재의 태양전지(solar cell)를 직·병렬로 연결시켜 모듈화할 수 있으며, 태양전지의 종류에는 결정질 실리콘 태양전지, 다중 결정질 실리콘 태양전지, 박막실리콘 태양전지와 같이 다양하며, 이외에 공지된 태양전지를 포함할 수 있다.
상기와 같이 적어도 하나 이상의 태양전지모듈을 그룹으로 묶는 것은 전력수요처에서 요구되는 전력값이 얼마인지를 기준으로 이루어질 수 있다.
태양전지모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 전력 수요처의 희망 전력에 따라 여러 개의 모듈이 한 그룹으로 묶일 수 있고, 한 그룹은 다시 다수 개의 서브 그룹으로 나누어질 수 있다. 즉 도시된 바와 같이 여러 개의 그룹(111, 112, 113)이 각각 3 개씩의 태양전지모듈(111a, 111b, 111c)(112a, 112b, 112c)(113a, 113b, 113c)이 서로 직렬 연결될 수 있다. 그러나 이러한 것으로만 제한하는 것은 아니다.
또한, 이들 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)은 제어반(500)에 연결되며, 제어반(500)에는 각 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)이 각 릴레이단자(510, 520, 530)을 통해 전력변환장치, 즉 인버터(200)가 연결되도록 구성된다. 상기 인버터(200)를 통해 직류에서 교류로 또는 그 반대로 변환된 전력은 전력 수요처로 공급된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치는 태양전지모듈(110), 일사량 측정부(120), 전력 측정부(130), CPU(150), 온도측정부(160), 데이터베이스(DB)(170)을 포함할 수 있다. CPU(150)는 진단부(155)를 포함할 수 있다.
태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단은, 세 그룹(111, 112, 113) 중 어느 하나의 그룹으로부터 얻어지는 전력값이 얼마여야 하는지를 기준으로 한다.
예를 들어, 정상적인 일사량 및/또는 온도에 따라 얻어질 수 있는 전력값이 그룹(111)으로부터는 100V, 그룹(112)으로부터 얻어질 수 있는 전력값은 200V, 그룹(113)으로부터 얻어질 수 있는 전력값은 300V로 설정된 경우, 일반 가정에 공급되는 전력값은 220V이므로 이러한 경우에는 그룹(113)을 일반 가정에 공급되는 전력을 얻기 위한 태양전지모듈 그룹으로 보고 관리할 수 있다.
마찬가지로 그룹(111) 및 그룹(112)에 대해서도 전력 수요처의 희망 전력값이 제각기 다름을 반영하여 적절하게 관리하면 될 것이다. 여기서 관리란 정상적인 일사량 및 온도를 기준으로 각 전력 수요처에서 희망하는 전력값을 얻는지 여부를 관리하는 것을 의미한다.
일사량 측정부(120)는 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)에 도달하는 일사량을 측정하는 수단으로써, 상술한 바와 같은 전력값 관리 관점에서 각 그룹(111, 112, 113)에 모두 또는 선택적으로 구성될 수 있다.
그룹(111)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는 일사량, 그룹(112)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는 일사량, 그룹(113)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는 일사량이 각각 기준값으로 관리될 수 있다.
또한, 이들 그룹(111, 112, 113)이 모두 합해져서 정상적으로 얻어질 수 있는 일사량이 기준값으로 관리될 수 있다.
온도 측정부(160)는 각 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 표면 온도를 측정하는 수단으로써, 상술한 바와 같은 전력값 관리 관점에서 각 그룹(111, 112, 113)에 모두 또는 선택적으로 구성될 수 있다.
그룹(111)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는표면 온도, 그룹(112)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는 표면 온도, 그룹(113)에 구성된 태양전지모듈에서 정상적으로 전력값이 얻어질 수 있는 표면 온도가 각각 기준값으로 관리될 수 있다.
또한, 이들 그룹(111, 112, 113)이 모두 합해져서 정상적으로 얻어질 수 있는 표면 온도가 기준값으로 관리될 수 있다.
전력 측정부(130)는 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)으로부터 얻어지는 각 전력값또는 총합계 전력값을 측정하는 수단으로써, 상술한 바와 같은 전력값 관리 관점에서 각 그룹(111, 112, 113)에 대해 모두 또는 선택적으로 구성될 수 있다. 일사량 및 표먼 온도가 정상적일 때, 그룹(111)에 구성된 태양전지모듈로부터 얻어지는 전력값, 그룹(112)에 구성된 태양전지모듈로부터 얻어지는 전력값, 그룹(113)에 구성된 태양전지모듈로부터 얻어지는 전력값이 각각 기준값으로 관리될 수 있다.
또한, 이들 그룹(111, 112, 113)이 모두 합해져서 정상적으로 얻어질 수 있는 전력값이 기준값으로 관리될 수 있다.
CPU(150)는 본 발명의 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장 진단과, 필요시 특정 태양전지모듈 그룹의 전력공급 계통에서의 차단을 위한 수단이다. 이를 위해 CPU(150)는 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장을 진단하는 프로그램과 전력공급 계통을 제어하는 프로그램을 구동할 수 있다.
CPU(150)는 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장 진단과 전력공급 계통에서의 차단을 위하여 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 용량, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 용량에 따른 정상적인 일사량, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 용량에 따른 정상적인 표면 온도, 정상적인 일사량 및 표면 온도에 대응하여 태양전지모듈그룹(111, 112, 113)으로부터 얻어져야 할 전력값 등이 저장 관리될 수 있다.
상기에서 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 용량 및 그로부터 얻어져야 할 전력값은 도 1에 도시된 바와 같이 각 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)별로 관리될 수 있다.
CPU(150)는 또한, 전력 수요처에서 요구되는 전력값, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장을 진단하기 위한 일사량 및 표면 온도 대비 전력값을 기준값으로 관리할 수 있다.
DB(170)는 CPU(150)에 의해 구동되는 프로그램 및 프로그램 구동에 따라 처리된 데이터를 저장하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)에 대한 일사량 및 온도와 전력값을 바탕으로 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장을 진단하고 전력공급 계통을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장 진단은, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 일사량 및 온도와 전력값 측정 단계, 일사량 및 온도 대비 얻어지는 전력값 처리 단계, 전력값과 CPU(150)에 미리 저장 관리되는 기준값과의 비교 단계, 비교 결과를 바탕으로 한 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 고장 여부 진단 단계를 포함해서 이루어질 수 있다.
1. 일사량 및/또는 온도를 이용한 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장 진단
일사량 및/또는 온도를 이용한 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단은 다음과 같은 실시예로 구현될 수 있다.
[제1실시예]
태양전지모듈 그룹의 출력 전류는 일사량과 비선형적으로 비례하는 특성이 있고, 출력 전압은 모듈의 표면온도와 비선형적으로 반비례하는 특성이 있다. 즉, 태양전지모듈 그룹의 출력은 일사량 및 온도가 복합적으로 작용하여 최대 출력점(MPPT)이 결정되는데, 태양광 시스템이 설치된 입지조건과 환경, 일사량 및 온도 센서의 위치 등에 따라 특정 일사량 및 온도에서 관측되는 출력이 시스템별로 상이하므로 특정 일사량 및 온도 조건에서 최대 출력이 얼마인지, 그리고 현재 출력이 최적인 상태에서 얼마나 저하되었는지 판단하기가 쉽지 않다.
기존에는 일사량 측정 센서 및 온도 측정 센서의 값을 보정하거나 기준값을 사용하여 열화율 및 고장을 진단하는 방법도 있었으나, 보정값 및 기준값을 계산하는 식에 사용되는 계수값을 정확히 설정하기 위해서는 설치한 태양광 시스템의 입지 및 환경 조건에서의 방대한 데이터와 면밀한 분석이 필요하다.
그러나 이와 같이 수학식 및 방정식을 사용하여 기준값 및 보정값을 정하고, 이에 근거하여 진단하는 경우, 시스템 구축 시점에는 축적된 데이터가 없어 뚜렷한 기준이나 근거 없이 작위적으로 보정값 및 기준값을 설정할 수밖에 없으므로 진단 결과의 신뢰성이 저하되는 결과를 초래하게 된다.
따라서 본 발명의 제1실시예에서는 태양전지모듈 그룹의 설치 후 출력값을 도 1에 도시된 바와 같이 그룹별로 나누어 실시간으로 측정하고, 그때의 일사량 및 온도 조건에 해당되는 3차원 좌표에 값을 저장한다. 또한, 동일한 조건에서 더 큰 출력이 측정되면 데이터를 갱신한다. 즉 특정 일사량 및 온도 조건에서 최대값을 저장하는 것이다. 이와 같이 월 및 년 단위로 데이터를 축적하여 이를 고장 진단 자료로 활용하는 것이다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 태양전지모듈을 몇 개 또는 몇 십개 단위로 그룹을 설정한다. 여기서, 태양전지모듈 그룹 번호는 편의상 i = 1, 2, 3, ...... 이라 가정한다.
이러한 상태에서, 태양전지모듈 그룹별로 출력을 측정하고 그때의 일사량(x값) 및 온도(y값)에 의해 측정된 값을 Pijk(x,y)로 표기한다.
측정된 Pijk(x,y)가 3차원 DB(170)에 저장된 Pijk,max(x,y) 보다 크면 DB(170)의 값을 갱신한다.
이와 같이 일정기간 동안 지속적으로 데이터를 측정하고 저장하면, 도 3에 도시된 바와 같이 xy 평면에서 z축의 크기로 일정 일사량 및 온도 조건하에서 얻어지는 최대 출력이 표시된다.
이를 Pijk,max(xn,yn)로 나타낼 수 있는데, 여기서 i는 태양전지모듈 그룹, j는 설치 후 j년이 경과한 후의 데이터, k는 설치 후 j년이 경과한 후의 k월 데이터. max는 해당 조건에서 최대값, Xn은 일사량, Yn은 온도를 각각 나타낸다.
이와 같이 월 단위로 DB를 구축하고, 1월부터 12월까지의 12개월의 DB를 합하여 1년 단위 DB를 구축하면, xy 평면에서 z축의 크기로 일정 일사량 및 온도 조건하에서 얻어지는 최대 출력은 Pij,max(Xn,Yn)이 된다.
즉 태양전지모듈 그룹 i의 j년째 1월 데이터인 Pij1,max(x,y)가 얻어지고, 태양전지모듈 그룹 i의 j년째 2월 데이터인 Pij2,max(x,y가 얻어지며, 이루 3월 ~ 11월을 거쳐 태양전지모듈 그룹 i의 j년째 12월 데이터인 Pij12,max(x,y)가 얻어지면, 최종적으로 태양전지모듈 그룹 i의 j년째 1월 ~ 12월 데이터인 1년치 데이터가 얻어지는 것이다.
경년 열화 평가는, 태양전지모듈 그룹 i의 0년째(설치 후 1년 이내)의 데이터인 Pi0,max(x,y)와, 그 후 1년째 및 2년째를 거쳐 k년째 데이터인 Pik,max(x,y)를 비교하면, 태양전지모듈 그룹이 최초 설치된 후 동일한 일사량 및 온도 조건에서 출력전력이 얼마나 감소하였는지 평가할 수 있다.
즉 특정 시점부터 현재까지 태양전지모듈 그룹의 경년에 의한 용량 감소(열화 정도)의 추이를 분석할 수 있는 것이다.
또한, 태양전지모듈 그룹 i의 j-1년째의 데이터인 Pi(j-1),max(x,y)와, 태양전지모듈 그룹 i의 j-1년째 k월의 데이터인 Pi(j-1)k,max(x,y)와, 현재(태양전지모듈 그룹 설치 후 j년째 k월)의 실시간 측정값인 Pijk(x,y)를 DB에 저장된 값과 비교하여 고상 여부를 진단할 수 있다.
[제2실시예]
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)에 대한 일사량이 정상적인 경우와 비정상적인 경우 모두를 관리한다.
정상적인 일사량하에서 태양전지모듈 그룹(111)으로부터 얻어져야 할 전력값이 100V로 관리되는 경우, 일사량 측정부(120)에서 측정된 일사량과 전력 측정부(130)에서 측정된 전력값을 상호 비교하여 DB(170)에서 관리하는 기준값에 부합하는 경우 태양전지모듈 그룹(111)은 정상적으로 동작하는 것으로 진단한다.
즉 100V의 전력값과 이에 대응하는 일사량값이 관리되는 상태에서 정상적인 일사량하에서 100V의 전력값이 측정되는지를 분석하여 태양전지모듈 그룹(111)의 경년 열화 및 고장을 진단하는 것이다.
본 발명은 또한, 태양전지모듈 그룹(111)으로부터 얻어지는 전력값이 100V에 미치지 못하는데, 일사량 측정부(120)에 의해 측정된 일사량은 정상적인 경우 태양전지모듈 그룹(111)이 경년 열화 및 고장인 것으로 진단한다.
본 발명은 또한, 100V의 전력값을 태양전지모듈 그룹(111)으로부터 얻기 위한 정상적인 일사량이 100이라고 가정할 경우, 실제 측정되는 일사량이 100에 미치지 못하는 80에 머물더라도, 80의 일사량하에서 얻어지는 전력값이 100V일 경우 태양전지모듈 그룹(111)이 경년 열화 및 고장인 것으로 진단한다.
즉 일사량이 부족함에도 불구하고 얻어지는 전력값이 정상적인 경우에도 태양전지모듈 그룹(111)이 경년 열화 및 고장인 것으로 진단하는 것이다. 마찬가지로 태양전지모듈 그룹(112, 113)에 대한 경년 열화 및 고장 진단도 이루어진다. 정상적인 일사량 하에서 태양전지모듈 그룹(112)으로부터 얻어져야 할 전력값은 200V, 태양전지모듈 그룹(113)으로부터 얻어져야 할 전력값은 300V이므로, 이를 바탕으로 태양전지모듈 그룹(112, 113)의 경년 열화 및 고장을 진단한다.
2. 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)의 경년 열화 및 고장 진단에 따른 전력공급 계통 제어
통상, 태양전지모듈은 여러 가지 커버로 수납되는 구조이므로 일사로 인한 전력 생성시 분극화가 이루어짐에 따라 일사량 대비 정상적인 전력을 얻지 못하는 경우가 있으며, 이를 본 발명에서는 경년 열화 및 고장인 것으로 진단한다.
따라서 이러한 종류의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)과, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)으로부터 얻어지는 전력을 공급 계통에 맞게 변환하는 인버터(200)와, 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)으로부터 얻어지는 전력값이 정상적이지 않을 경우 전력공급 계통을 제어하는 제어반(500)을 포함하는 전력공급 계통 제어장치를 구성할 수 있다.
인버터(200)는 제어반(500)에 연결되어 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)에서 생성된 전력을 공급계통에 적합한 전력으로 변환한다.
제어반(500)은 각 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)에 연결된 릴레이단자(510, 520, 530)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제어반(500)은 만일, 태양전지모듈 그룹(111)이 위에서 설명된 경년 열화 및 고장 진단장치에 의해 경년 열화 및 고장인 것으로 진단된 경우, 이 그룹을 전력공급 계통에서 차단하도록 제어한다. 즉 CPU(150)의 제어하에 릴레이단자(510)가 차단되어 태양전지모듈 그룹(111)으로부터 출력되는 정상적이지 못한 전력이 전력공급 계통으로 공급되지 않게 되는 것이다.
반면, 정상적인 전력을 출력하는 태양전지모듈 그룹(112, 113)으로부터의 전력은 각각 릴레이단자(520, 530)를 통해 인버터(200)로 공급되어 수요처에 적합한 전력으로 변환된다.
한편, 상기 제어반(500)은 태양전지모듈 그룹(111, 112, 113)이 모두 정상적인 전력을 출력할 경우, 릴레이 단자(510, 420, 530)을 모두 접속하여 정상적인 전력공급 계통이 작동되도록 하는 것을 원칙으로 하나, 굳이 특정 태양전지모듈 그룹이 비정상적이 아니더라도 전력 수요처에서의 요구 등 필요에 따라 적합한 전력을 출력하는 태양전지모듈 그룹에 연결된 릴레이 단자만을 접속하고, 그 이외 릴레이 단자는 차단하는 등으로 전력공급 계통을 제어할 수도 있다.
이상, 본 발명에 따른 태양전지모듈 그룹의 고장 진단장치 및 전력제어장치의 실시예가 기술되었다. 위에 기술된 실시예는 본원발명에 기술되는 원리를 나타내는 많은 구체적 실시예 중에서 일부분의 실시예를 예시하는 것이다. 따라서 본원발명의 실시예를 이용함에 따라 당업자들이 본원발명의 청구항에 의해 정의된 범위 내에서 많은 다른 배열들을 쉽게 구현해낼 수 있을 것이다. 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 태양전지 111 : 제1 그룹
112 : 제2 그룹 113 : 제3 그룹
120 : 일사량 측정부 130 : 전력 측정부
150 : CPU 155 : 진단부
160 : 온도측정부 170 : DB
200 : 인버터 500 : 제어반
510, 520, 530 : 릴레이 단자
112 : 제2 그룹 113 : 제3 그룹
120 : 일사량 측정부 130 : 전력 측정부
150 : CPU 155 : 진단부
160 : 온도측정부 170 : DB
200 : 인버터 500 : 제어반
510, 520, 530 : 릴레이 단자
Claims (9)
- 직렬 연결된 복수의 태양전지로 구성되어 그룹화된 태양전지모듈 그룹;
상기 태양전지모듈 그룹에 대한 일사량을 측정하는 일사량 측정부;
상기 태양전지모듈 그룹의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부;
상기 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값을 측정하는 전력 측정부; 및
상기 일사량 측정부 및 온도 측정부에 의해 측정된 일사량 및 온도와 전력 측정부에 의해 측정된 전력값을 비교하여 일사량 및 온도 대비 전력값이 정상적인지에 기초하여 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 여부를 진단하는 CPU로 이루어져서,
태양전지모듈 그룹의 설치 후 출력값을 그룹별로 나누어 실시간으로 측정하고, 측정시 일사량 및 온도 조건에 해당되는 3차원 좌표에 값을 저장하며, 동일한 조건에서 더 큰 출력이 측정되면 데이터를 갱신하면서 이를 월 및 년 단위로 데이터를 축적하여 xy 평면에서 z축의 크기로 일정 일사량 및 온도 조건하에서 얻어지는 최대 출력이 표시되도록 한 상태에서,
태양전지모듈 그룹의 0년째 데이터와, 그 후 1년째 및 2년째를 거쳐 특정 년째 데이터를 비교하여, 태양전지모듈 그룹이 최초 설치된 후 동일한 일사량 및 온도 조건에서 출력전력이 얼마나 감소하였는지 평가함으로써 특정 시점부터 현재까지 태양전지모듈 그룹의 경년에 의한 용량 감소의 추이를 분석하고,
태양전지모듈 그룹의 특정 년째 데이터와, 상기 태양전지모듈 그룹의 특정 년째 특정 월의 데이터와, 현재의 실시간 측정값을 저장된 값과 비교하여 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양전지모듈 그룹은 제어반에서 채널별로 감시 및 개폐가 가능한 것을 특징으로 하는 태양전지모듈 그룹의 경년 열화 및 고장 진단장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 복수 개의 태양전지모듈 그룹;
상기 복수 개의 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력을 공급 계통에 맞게 변환하는 인버터; 및
상기 복수 개의 태양전지모듈 그룹으로부터 얻어지는 전력값이 경년 열화 또는 고장으로 인해 정상적이지 않을 경우 전력공급 계통을 제어하는 제어반을 포함하여 구성되며,
상기 경년 열화는
태양전지모듈 그룹의 설치 후 출력값을 그룹별로 나누어 실시간으로 측정하고, 측정시 일사량 및 온도 조건에 해당되는 3차원 좌표에 값을 저장하며, 동일한 조건에서 더 큰 출력이 측정되면 데이터를 갱신하면서 이를 월 및 년 단위로 데이터를 축적하여 xy 평면에서 z축의 크기로 일정 일사량 및 온도 조건하에서 얻어지는 최대 출력이 표시되도록 한 상태에서,
태양전지모듈 그룹의 0년째 데이터와, 그 후 1년째 및 2년째를 거쳐 특정 년째 데이터를 비교하여, 태양전지모듈 그룹이 최초 설치된 후 동일한 일사량 및 온도 조건에서 출력전력이 얼마나 감소하였는지 평가함으로써 특정 시점부터 현재까지 태양전지모듈 그룹의 경년에 의한 용량 감소의 추이를 분석하는 것이고,
상기 고장은
태양전지모듈 그룹의 특정 년째 데이터와, 상기 태양전지모듈 그룹의 특정 년째 특정 월의 데이터와, 현재의 실시간 측정값을 저장된 값과 비교하여 진단되는 것을 특징으로 하는 전력공급 계통 제어장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제어반은 각 태양전지모듈 그룹에 연결된 복수 개의 릴레이 단자로 구성된 것을 특징으로 하는 전력공급 계통 제어장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제어반은 태양전지모듈 그룹이 모두 정상적인 전력을 출력할 경우, 릴레이 단자를 모두 접속하여 정상적인 전력공급 계통이 작동되도록 하되, 특정 태양전지모듈 그룹이 비정상적이 아니더라도 전력 수요처에서의 요구에 따라 적합한 전력을 출력하는 태양전지모듈 그룹에 연결된 릴레이 단자만을 접속하고, 그 이외 릴레이 단자는 차단하여 전력공급 계통을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력공급 계통 제어장치.
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| GRNT | Written decision to grant |