KR101870300B1 - 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법 - Google Patents
태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고장진단이 인버터에서 가능한 수단을 가지는 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법에 관한 것으로서, 전류를 외부로 유출시키는 봉 형상의 두 개의 터미널이 내장되며 상기 배선마다 바이패스 다이오드가 설치되는 정션박스, 로 이루어지는 태양전지모듈이 복수개가 연결되어 형성되되, 상기 정션박스 내부에는, 온도 및 전압 센서가 실장 되는 기판으로서 상기 터미널이 삽입되는 관통 홀이 양 단에 형성되며 관통 홀 내주면에 통전 피막이 형성되는 진단센서 기판이 조립되는 것을 특징으로 하는 태양전지어레이, 상기 정션박스로부터 직류 전류를 전달받는 DC접속반 및 상기 DC접속반으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키는 인버터와, 상기 진단센서 기판으로부터 데이터를 수집하여 고장여부 및 고장부위를 판단하는 고장진단부로 이루어지는 고장진단인버터로 이루어짐으로써 고장진단을 위한 초기시설투자비가 절감되고 일일이 육안으로 고장여부를 확인하는 노력과 시간 및 비용의 절감이 가능한 태양광발전시스템을 을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법에 관한 것으로, 특히 태양광인버터에 태양전지모듈의 고장 여부에 관한 정보를 수신 받을 수 있는 수단이 구비되는 고장진단인버터와 이를 이용한 태양광발전시스템의 고장진단방법에 관한 것이다.
과도한 화석연료의 사용으로 인해 온실 효과가 심각한 문제가 되고 있으며, 이에 대한 대책으로 대체 에너지의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체 에너지의 대표적인 예로는 풍력, 파력, 태양에너지를 이용하는 발전을 들 수 있다.
이 중에서 태양에너지를 이용한 발전은, 최근 들어 신재생에너지 보급 정책 및 태양전지 셀의 가격 하락 등의 영향으로 경쟁력을 확보하고 있으며 지속적으로 보급이 확대되고 있다.
그런데 태양광발전시스템은 주로 야외에 설치되므로 가혹한 기후의 영향에 노출되어 태양전지모듈의 열화로 인한 이상여부나 또는 태양전지모듈의 음영, 적설, 오염으로 인한 전력생산의 효율저하에 대한 진단이 필요하다. 특히 한 개의 태양전지모듈에 이상이 발생될 경우 인접하는 정상적인 태양전지모듈에도 과도한 부하가 걸리게 되어 문제가 초래되므로 태양전지모듈의 이상여부는 조기에 발견될 필요가 있다. 그러나 사람이 일일이 수시로 태양전지모듈을 검사하는 것은 너무 과도한 노력과 시간이 소요되기에 현실적으로 힘든 문제가 있다.
이의 해결을 위한 종래기술을 살펴보면, 도 1에 도시된 한국공개특허공보 제10-2008-0011979호(공개일자: 2008. 02. 11)에 개시된 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단방법 및 그 시스템을 들 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 종래기술에서는 다수의 태양전지셀(a1, ... e1, ...)로 형성된 태양전지모듈(a, ... c, d, e) 각각에 통신장치(4)가 구비되며, 원거리의 중앙서버(5)는 이 통신장치(4)를 이용하여 태양전지모듈에 대한 제어, 관리 및 감시를 수행한다.
하지만 태양전지모듈의 고장(단락, 단선 등)은 육안으로 확인하기가 쉽지 않고, 시스템 초기에는 고장이 거의 발생하지 않는다. 또한 인버터 단에서 스트링별로 전압, 전류, 전력을 모니터링하고 있으나, 일부 셀이 동작하지 않을 경우 바이패스 다이오드가 동작되므로 시스템 고장 여부가 쉽게 판단되지 않는다.
또한 바이패스 다이오드의 고장이 발생하는 경우에는 태양전지모듈의 고장과 유사한 현상이 일어나므로 특히 포착하기가 쉽지 않은 반면, 바이패스 다이오드의 고장으로 인하여 2차적으로 태양전지모듈에 초래되는 온도 상승으로 인한 열화의 피해는 클 수 있다. 따라서 바이패스 다이오드의 고장 여부도 진단 가능한 수단이 필요하나, 도 1에 도시된 상기 종래기술에서는 바이패스 다이오드의 고장 진단이 함께 수행되지 못하여 정확한 고장진단이 이루어지지 못하는 문제가 있다.
도 2에는 또 다른 종래기술로서, 한국등록특허공보 제10-0919065호에 개시된 개별관리가 가능한 태양광 발전장치의 구성도가 도시되어 있다. 도 2의 태양광 발전장치(50)는, 전지모듈(10)이 다수개 배치되는 전지모듈조(20)와, 전지모듈조(20)와 통신을 수행하는 연산부(30)를 포함하여 구성된다. 전지모듈(10)은 내부에 태양전지셀 어레이, 통신부, 전압감시부, 제어부, 전원부 및 충전부를 포함하여 구성된다. 전지모듈(10)은 통신부를 통해 인접된 전지모듈들(10)과 통신을 수행하며, 인접된 전지모듈(10)이 고장 난 경우, 고장 난 전지모듈(10)을 건너 띄어 다음 전지모듈로 자신의 작동상태와 고장 난 전지모듈의 작동상태를 동시에 전송하는 것을 순차적으로 수행한다. 태양광 발전장치(50)는 충전부의 전원으로 구동되는 전압감지부가 태양전지 어레이에서 발생되는 전기 에너지의 전압을 감지하고, 감지된 전압이 일정 기준 값의 범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하여 인접된 전지모듈(10)로 고장신호를 전송하며, 전송된 신호는 연산부(30)로 전송되어 수작업의 개별적인 확인 절차 없이 고장 난 전지모듈을 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
하지만 도 2에 도시된 바와 같이, 전지모듈별로 전압, 전류 등을 측정할 경우 고장 여부를 판단하기는 쉬우나, 센서들이 전지모듈(10)에 직접 설치되므로 외부에 노출되어 센서 자체의 열화가 초래될 수 있고, 초기 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있다. 따라서 소비자의 입장에서는 이러한 고장 진단 기능을 가지는 태양광 발전시스템을 선호하지 않게 되므로 사업성 및 대체 에너지 생산의 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 한국등록특허공보 제10-0970280호에는 태양전지모듈에 트래킹검출부, 전력생산량 검출부, 온도검출부, 로컬제어부 및 통신부를 설치하여, 온도검출부에서 검출된 온도가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 트래킹 오류 등으로 판단하는 태양광 발전 모니터링 시스템이 개시되어 있다. 그러나 한국등록특허공보 제10-0970280호에서 온도검출부의 온도 검출에 의한 고장 진단은 트래킹 오류 등을 검출하는 것으로서, 태양전지셀 자체의 손상 등의 고장을 검출하지 못하며, 태양전지 셀 자체의 고장 진단은 도 2에 도시된 바와 같이, 전압 또는 전류 검출하는 것에 의해 이루어지게 되므로 도 2에 개시된 기술의 문제점이 동일하게 발생한다.
한편 도 3에 도시된 바와 같이 종래에는 고장진단을 위한 진단 센서로부터 진단 정보를 수신 받는 데이터로거가 DC접속반에 설치되는데, 이 경우 어레이별로 전압측정 장치가 필요하게 되어 고장진단을 위한 비용이 과도한 문제점이 있다. 그러나 현재로서는 이러한 문제점이 해결될 수 있는 태양전지모듈의 고장 진단 시스템은 찾아볼 수 없는 실정이다.
또한 센서를 외부에 노출시키지 않으면서도 각 태양전지 모듈의 고장 진단이 가능할 수 있는 센서의 설치 구조가 필요하나, 현재로서는 그러한 센서의 배치와 설치구조를 보여주는 기술은 찾아보기 힘든 상황이다.
1. 공개특허공보 제10-2008-0011979호(공개일자: 2008. 02. 11)
2. 등록특허공보 제 10-0970280호(등록일자: 2010. 07. 07 )
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 태양광발전시스템에서 각 어레이마다 DC접속반에 고장진단을 위한 전압 및 기타 모니터링 장치를 설치하지 않고도 태양전지모듈의 이상 여부 판단이 가능하고 또한 태양전지모듈과 바이패스 다이오드 중 어디에서 이상이 발생되는지의 판단이 가능할 뿐만 아니라, 고장진단센서를 외부에 노출시키지 않고 간편하게 설치할 수 있는 센서 설치구조를 가지면서 인버터에서 고장정보를 수신 받을 수 있는 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전시스템은, 태양전지들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지 패널과, 태양전지 패널에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선이 유입되고 상기 배선으로 유입되는 전류를 외부로 유출시키는 봉 형상의 두 개의 터미널이 내장되며 상기 배선마다 바이패스 다이오드가 설치되는 정션박스, 로 이루어지는 태양전지모듈이 복수개가 연결되어 형성되되, 상기 정션박스 내부에는, 온도 및 전압 센서가 실장 되는 기판으로서 상기 터미널이 삽입되는 관통 홀이 양 단에 형성되며 관통 홀 내주면에 통전 피막이 형성되는 진단센서 기판이 조립되는 것을 특징으로 하는 태양전지어레이; 상기 정션박스로부터 직류 전류를 전달받는 DC접속반; 및 상기 DC접속반으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키면서, 상기 진단센서로부터 데이터를 수집하여 고장여부 및 고장부위를 판단하는 고장진단부가 내장되는 고장진단인버터로 이루어진다.
또한 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 고장진단방법은 상기와 같은 구성으로 이루어지는 태양광발전시스템을 이용하는 고장진단방법으로서, 태양전지 모듈이 정상적으로 운전되는 일정기간 동안의 정션박스 내부의 진단센서로 측정되는 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값을 산출하는 단계; 상기 라우터가 진단센서로부터 각각의 태양전지 모듈의 온도 및 전압 측정 데이터를 입력받아 각 태양전지 모듈별로 상기 데이터를 분리하여 저장하는 단계; 및 상기 저장하는 단계에서 저장된 데이터를 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교 연산하여 상기 저장된 데이터 값이 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값보다 일정 수치 이상 차이가 발생되는 경우 상기 태양전지 모듈 중 어느 하나 이상에서 고장이 발생되었는지 여부 및 고장 발생 부위를 판단하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 의한 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법에는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양전지모듈의 고장여부 및 고장위치를 인버터에서 확인 가능하므로 일일이 태양전지모듈 마다 점검하고 확인하는 노력과 시간이 절약된다.
둘째, 고장정보를 수집하는 라우터가 인버터와 일체로 형성되므로 종래에 이용되던 접속반 마다 설치되는 어레이별 전압측정 장치와 같은 모니터링 시스템이 필요없게 되어 초기 시설비의 절감이 가능하다.
셋째, 인버터가 웹상의 서버에 연결될 경우 데이터의 전송으로 웹상에서 모니터링이 가능하며, 또는 블루투스 와이파이 등의 통신으로 고객의 IT 장비와 직접 연결되어 간편하게 모니터링이 가능할 수 있다.
넷째, 기존에 설치된 정션박스를 개조하거나, 별도로 제작하지 않더라도 기존에 설치된 정션박스에 태양광 패널 고장 진단을 위한 진단 센서가 정상적으로 작동될 수 있게 조립될 수 있다.
다섯째, 상기 진단 센서가 필요에 따라 또는 기존에 설치된 정션박스의 구조에 따라 수평으로 또는 수직으로 모두 설치 가능하다.
여섯째, 상기 진단 센서가 극히 용이하게 조립 가능하다.
일곱째, 상기 진단 센서의 접점이 정션박스의 터미널에 견고하게 결착된다.
여덟째, 정션박스 내부에 온도 및 전압 센서가 내장되므로 초기 시설투자비가 저렴하고, 육안으로 판단하기 힘든 태양전지모듈의 고장이 용이하게 판단되며, 감지하기 힘든 인버터나 바이패스 다이오드의 고장도 감지될 수 있다.
아홉째, 직접 육안으로 확인하지 않고도 음영, 적설, 오염 기타 원인과 PID 현상이 구분될 수 있게 되어 PID 현상이 발생된 모듈에 적시에 적절한 조치를 취할 수 있으므로 태양광 시스템의 유지 관리에 드는 시간과 비용 및 노력이 대폭 절약될 수 있다. 또한 본 발명에 의하면 PID 현상의 장기 방치로 인한 추가적인 피해가 방지되어 태양광발전시스템의 내구성을 높일 수 있다.
도 1은 한국공개특허공보 제10-2008-0011979호에 개시된 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 한국등록특허공보 제10-0919065호에 개시된 태양전지모듈의 고장 진단 기술을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 고장진단수단이 구비되는 태양광시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 태양광시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명에서 정션박스와 진단 센서의 분해 사시도이다.
도 6a는 도 5에서 진단 센서 만을 나타내는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 진단 센서와 정션박스의 조립상태를 나타내는 사시도이다.
도 6c는 도 6b의 부분 확대도이다.
도 6d는 도 6b의 평면도이다.
도 7은 진단 센서와 정션박스의 조립구조의 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에서 이탈방지부의 평면도이다.
도 9a는 본 발명에서 밀착접점부의 제1 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9b는 본 발명에서 밀착접점부의 제2 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 7에서 연결 브래킷의 정면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 어레이 배열을 나타내는 구성도이다.
도 12a 내지 12c는 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 고장진단방법을 나타내는 블록도이다.
도 13은 바이패스 다이오드 고장으로 인한 전압과 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14는 정상 태양전지 모듈과 PID 발생 태양전지 모듈의 시간에 따른 전류 발생을 나타내는 그래프이다.
도 15는 정상 태양전지 모듈과 PID 발생 태양전지 모듈의 시간에 따른 전압 출력을 일사량과 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 15의 그래프에서 시간 변수를 보다 크게 적용하여 시간에 따른 전압 출력을 여러 날에 걸쳐서 나타내는 그래프이다.
도 2는 한국등록특허공보 제10-0919065호에 개시된 태양전지모듈의 고장 진단 기술을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 고장진단수단이 구비되는 태양광시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 태양광시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명에서 정션박스와 진단 센서의 분해 사시도이다.
도 6a는 도 5에서 진단 센서 만을 나타내는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 진단 센서와 정션박스의 조립상태를 나타내는 사시도이다.
도 6c는 도 6b의 부분 확대도이다.
도 6d는 도 6b의 평면도이다.
도 7은 진단 센서와 정션박스의 조립구조의 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에서 이탈방지부의 평면도이다.
도 9a는 본 발명에서 밀착접점부의 제1 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9b는 본 발명에서 밀착접점부의 제2 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 7에서 연결 브래킷의 정면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 어레이 배열을 나타내는 구성도이다.
도 12a 내지 12c는 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 고장진단방법을 나타내는 블록도이다.
도 13은 바이패스 다이오드 고장으로 인한 전압과 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14는 정상 태양전지 모듈과 PID 발생 태양전지 모듈의 시간에 따른 전류 발생을 나타내는 그래프이다.
도 15는 정상 태양전지 모듈과 PID 발생 태양전지 모듈의 시간에 따른 전압 출력을 일사량과 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 15의 그래프에서 시간 변수를 보다 크게 적용하여 시간에 따른 전압 출력을 여러 날에 걸쳐서 나타내는 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 태양광발전시스템을 설명한 다음 도 12a 내지 도 15를 참조하여 본 발명에 의한 태양광발전시스템의 고장진단방법을 설명하기로 한다.
그리고 본 발명에 의한 태양광발전시스템에 대한 설명은 도 4 및 도 11을 참조하여 전체 구조를 설명한 다음, 도 5 내지 도 10을 참조하여 진단센서가 정션박스에 조립되는 구조를 상세하게 설명하는 순서로 기술하기로 한다.
본 발명에 의한 태양광발전시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈 어레이(10)와, 태양전지 모듈 어레이(10)로부터 직류 전류를 전달받는 DC접속반(20)과, DC접속반(20)으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키면서 태양광발전시스템의 고장여부 및 고장부위를 판단이 가능한 고장진단인버터(30)로 구성된다.
여기서 태양전지 모듈 어레이(10)는 태양전지들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지 패널과, 태양전지 패널에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선(미도시)이 유입되고 상기 배선으로 유입되는 전류를 외부로 유출시키는 봉 형상의 두 개의 터미널(122)이 내장되며 상기 배선마다 바이패스 다이오드(123)가 설치되는 정션박스(12)로 이루어지는 태양전지 모듈(11)이 복수개가 연결되어 형성된다.
이 경우 정션박스(12) 내부에는, 온도 및 전압 센서가 실장 되는 기판으로서, 터미널(122)이 삽입되는 관통 홀(131)이 양 단에 형성되며 관통 홀(131) 내주면에 통전 피막(132)이 형성되는 진단센서 기판(13)이 조립되는 것을 특징으로 한다. 정션박스(12)는 통상적으로 태양전지 패널의 배면에 결합되나, 본 발명에서 정션박스(12)의 설치위치는 이에 한정되지는 않는다. 정션박스(12)에 진단센서 기판(13)이 조립되는 구조는 후술하기로 한다.
DC접속반(20)은 태양전지 모듈 어레이(10)로부터 생성된 전압을 승압하여 DC링크 전압을 만들어서 고장진단인버터(30)로 보낸다. 이때의 DC링크 전압이 바로 이후에 고장진단인버터(30)로 입력되는 전압이다.
고장진단인버터(30)는 DC접속반(20)으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키는 인버터(31)와, 진단센서 기판(13)으로부터 데이터를 수집하여 고장여부 및 고장부위를 판단하는 고장진단부로 이루어진다. 고장진단부는 진단센서 기판(13)으로부터 온도 및 전압 측정데이터를 수신 받는 라우터(32)와, 라우터(32)에 수신된 실시간 측정데이터를 정상운전상태의 태양광발전시스템에서의 진단센서 기판(13)으로 측정된 온도 및 전압 측정치의 평균값과 비교 연산하여 태양전지 모듈(11) 또는 정션박스(12) 내부의 바이패스다이오드(123) 또는 인버터(31)의 고장 여부를 판단하는 연산기(미도시)로 이루어질 수 있다. 이 경우 연산기는 고장진단인버터(30)의 외부에 설치될 수도 있다.
이때 각 정션박스(12) 마다 설치되는 진단센서 기판(13)은 정션박스(12)가 각 태양전지 모듈(11)마다 하나씩 설치되므로, 각각의 진단센서 기판(13)에 1, 2, 3, 4, 5, ....와 같은 일련번호 또는 다른 연속적인 기호 등으로 이루어지는 식별자를 부여하게 되면 각각의 태양전지 모듈(11)마다 고유의 식별자가 부여되는 것과 동일한 결과가 된다.
그리고 라우터(32)는 각각의 진단센서 기판(13)으로부터 무선 또는 유선으로 측정 데이터를 수신 받는다. 여기서 수신 받은 데이터와 비교되는 정상운전상태의 온도 및 전압 측정치의 평균값(이하에서 정상상태의 평균값이라 칭하기로 한다)은 태양전지 모듈(11)과 정션박스(12) 및 인버터(31)가 모두 정상상태일 때 일정시간 동안 진단센서 기판(13)으로 측정된 온도 및 전압 측정치의 평균값이다. 다만 하루 중에서도 시간이 경과함에 따라 일사량이 다르고 계절별로도 일사량이 다르므로 특정 계절의 특정 시간대의 평균값을 산출한 것을 정상상태의 평균값으로 정한다. 따라서 정상상태의 평균값은 월별, 시간대별로 다를 수 있고 또는 월 단위 보다 더 작은 단위로 세분하여 정할 수도 있다.
고장판단을 위한 실시간 데이터는 각 10분마다 1회씩 측정하는 것을 총 5회 실시하여 각 측정값을 평균을 낸 것이다. 구체적으로 10분 간격으로 1회씩 센서로부터 샘플링 데이터를 상대 비교하여 이상 값을 가진 모듈의 어드레스 및 측정값을 저장하고, 매회 측정값을 상대 비교하여 이상 값의 모듈 어드레스 및 측정값을 저장하여 총 5회 동안 연속적으로 이상 값을 갖는 모듈에 대하여 고장 여부를 판단하게 된다.
즉 본 발명에서는 대략 50분간 실시한 5회의 데이터를 평균을 낸 값을 미리 측정된 정상상태의 평균값과 비교하여 고장여부를 판단하게 된다. 고장판단의 대상은 태양전지 모듈(11)과, 정션박스(12)와, 인버터(31)이며, 태양전지 모듈(11)의 고장 유형은 음영, 적설, 오염으로 인한 이상 발생과 태양전지 모듈(11)의 열화로 인한 이상 발생의 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 정션박스(12)의 고장은 정션박스(12) 내부의 바이패스 다이오드(123)의 정션파괴가 있는 경우를 말한다. 인버터(31)의 고장은 여러 가지 원인이 있을 수 있는데, 본 발명에서는 일단 인버터(31) 자체가 작동하는지 여부를 판단하게 된다.
이처럼 고장판단을 위한 데이터의 수집 및 고장판단이 고장진단인버터(30) 내에서 이루어질 수 있으므로 종래의 태양광발전시스템에서는 인버터와 분리된 고장판단 시스템 자체를 구축해야 했던 것과는 달리 기존의 인버터 자체를 활용하는 점에서 초기 시설비가 절감되는 효과가 있다.
이 경우 고장판단이 기존의 인버터와 정션박스를 활용하여 이루어지는 점에서 온도와 전압 측정을 위한 진단센서 기판(13)이 정션박스(12) 내부에 조립되게 된다. 이때 진단센서 회로가 실장되는 진단센서 기판(13)이 정션박스(12) 내부에 간편하게 조립되는 정션박스(12) 조립체 자체도 본 발명의 내용이 된다. 이하에서는 정션박스(12) 내부에 진단센서 기판(13)이 간편하게 조립 가능한 조립 구조를 설명하기로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 정션박스(12) 내부에 진단센서 기판(13)이 간편하게 조립 가능한 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명에서의 진단센서 기판(13)이 정션박스(12) 내부에 조립되는 조립구조는 크게 두 개의 실시예가 있다. 다만 상기 두 개의 실시예는 서로 배재되는 관계는 아니며 함께 실시될 수 있다. 따라서 먼저 상기 조립구조의 제1 실시예와 제2 실시예를 각각 설명한 다음 제1 및 제2 실시예가 함께 실시되는 제3 실시예를 설명하기로 한다. 참고로 본 명세서에서 첨부된 도면에서는 위의 제1 및 제2 실시예를 서로 구분하여 도시하지는 않았으며 같이 실시되는 상태로 도시되어 있다.
도 5는 상기 제1 실시예에 의한 정션박스(13)를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정션박스(12)는 정션박스 하우징(121)과, 바이패스다이오드(123)와, 터미널(122) 및 부스바(124)로 이루어진다.
정션박스 하우징(121)에는 태양전지 모듈(11)에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선(미도시)이 유입된다. 이때 상기 복수개의 배선 각각은 복수개의 부스바(124) 각각에 하나씩 연결된다.
터미널(122)은 봉 형상이고, 하나의 정션박스(12)에 두 개가 구비되며, 정션박스 하우징(121)으로 흘러들어온 전류를 DC접속반(20)으로 보내기 위한 것이다. 진단센서 기판(13)에는 태양전지 모듈(11)의 고장 진단을 위한 온도 및 전압 센서 회로가 실장되고, 두 개의 터미널(122)이 삽입되도록 두 개의 관통 홀(131)이 형성된다. 관통 홀(131)의 내주면에는 두 개의 터미널(122)과 접촉되며 진단 회로와 통전되는 통전 피막(132)이 형성된다.
도 5에서는 진단센서 기판(13)이 정션박스 하우징(121)에서 분리되었을 경우와 결합된 경우가 모두 표현되어 있다. 이때, 바람직하게는 도 5에서 상부에 도시된 분리된 상태의 진단센서 기판(13)으로 묘사된 점선에서 볼 수 있는 것처럼 관통 홀(131)은 진단센서 기판(13)의 일 측으로 개구되는 형상으로 이루어질 수 있다. 이로써 진단센서 기판(13)을 도 5의 정션박스 하우징(121) 상부로부터 삽입시키기만 하면 진단센서 기판(13)은 터미널(122)에 용이하게 결합된다. 다만 이 경우 진동에 의하여 진단센서 기판(13)이 터미널(122)로부터 이탈될 수 있으므로 이를 방지하기 위한 이탈 방지 수단이 필요할 수 있다.
상기 이탈 방지 수단의 첫 번째 실시예로서 도 7와 도 8에 도시된 이탈방지부(133)가 마련될 수 있다. 이탈방지부(133)는 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출봉(1332)과 착탈 스위치(1331)와 연동바(1333)와 작용점 부재(1334)와 제1 및 제2 복귀 스프링(1335, 1336)을 구비한다.
돌출봉(1332)은 관통 홀(131)의 내주면에 구비되고 터미널(122)로부터 진단센서 기판(13)의 이탈을 방지시키며 전 후진이 가능하다. 착탈 스위치(1331)는 진단센서 기판(13)의 측면 단부에 돌출봉(1332)의 길이방향을 이루는 직선과 이격되어 설치되어 돌출봉(1332)을 후퇴시킨다. 연동바(1333)는 일면에는 돌출봉(1332) 끝단이 힌지 결합되고 타면에는 착탈 스위치(1331) 끝단이 돌출봉(1332)과 이격되게 접촉된다. 작용점 부재(1334)는 돌출봉(1332) 끝단과 착탈 스위치(1331) 끝단 사이에서 연동바(1333)에 구비된다. 두 개의 복귀 스프링(1335, 1336)는 연동바(1333)의 양 측에 접촉되며 서로 이격되게 마련된다.
따라서 스위치(1331)를 누르면 연동바(1333)가 작용점 부재(1334)에 의하여 돌출봉(1332)을 진단센서 기판(13) 내부로 삽입시켜 돌출봉(1332)이 후퇴하므로 터미널(122)로부터 진단센서 기판(13)이 이탈된다. 터미널(122)과 진단센서 기판(13)이 결합된 상태에서는 착탈 스위치(1331)를 누르지 않는 한은 돌출봉(1332)으로 인하여 터미널(122)과 진단센서 기판(13)의 결합이 유지된다.
한편, 관통 홀(131)에 끼워지는 터미널(122)과 관통 홀(131)의 내주면의 밀착이 유지되지 않으면 특히 정션박스 하우징(121)의 진동이 일어나는 등의 상황에서는 진단센서 기판(13)의 작동이 멈출 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 바람직하게는 도 9a 및 도 9b에 도시된 밀착 유지 수단이 필요하다. 본 발명에서는 이를 위하여 두 가지 형태의 밀착 접점부(134)를 마련하였으며 두 가지 형태의 밀착접점부(134)가 도 9a와 도 9b에 각각 도시되어 있다.
도 9a의 밀착접점부(134)는 관통 홀(131)의 내주면에서 내측 끝단과 돌출봉(1332) 사이에 서로 대향되게 마련되며, 탄성전도체로 이루어진다. 이때의 탄성전도체는 판스프링(1341)일 수 있다. 또는 도시되지는 않았지만 판스프링(1341)의 탄성력을 보강하기 위하여 판스프링(1341)과 관통 홀(131)의 내주면 사이에 추가적으로 코일스프링이 설치될 수 있다.
밀착접점부(134)의 제2 실시예는 도 9b에 도시된 바와 같이 서로 대향되게 배치되는 두 개의 돌출부재(1342)와, 진단센서 기판(13) 내부로 삽입되어 돌출부재(1342)의 배면을 압착시키는 압착스프링(1342-2)과, 상기 돌출부재(1342)와 일체로 형성되고 배면에 압착스프링(1342-2)이 접촉되며 돌출부재(1342)의 삽입 및 이탈을 위한 통로 보다 더 크게 형성되어 돌출부재(1342)의 돌출을 억제시키는 걸림부재(1342-1)로 이루어질 수 있다.
다음으로는 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 본 발명에 의한 태양전지 모듈의 제2 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
정션박스 하우징(121)은 태양전지 모듈에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선이 유입된다. 터미널(122)은 봉 형상이며, 정션박스 하우징(121) 내부에 두 개가 마련된다. 터미널(122)은 정션박스 케이스(10)로 흘러들어온 전류를 인버터로 보내는 케이블(미도시)이 연결된다. 진단센서 기판(13)에는 태양전지 모듈(11)의 고장 진단을 위한 온도 및 전압 측정 센서 회로가 실장되며, 두 개의 터미널(122) 하부에서 터미널(122)에 평행하게 배치된다. 두 개의 연결 브래킷(14)은 두 개의 터미널(122)과 진단센서 기판(13)을 연결시키며, 도체로 이루어져 터미널(122)과 진단 회로를 통전시킨다.
연결 브래킷(14)은 보다 구체적으로는 터미널(122)의 양 측을 감싸는 두 개의 측판(141)과 두 개의 측판(141) 하부를 연결시키는 하부판(142)으로 이루어진다. 측판(141)에서 터미널(122)과 접촉되는 부위에는 터미널(122)의 형상에 대응되게 형성되는 곡면구간(1411)이 형성됨으로써 연결 브래킷(14)과 터미널(122)의 결합이 보다 견고해질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 곡면구간(1411)의 마주보는 대향 면에는 각각 탄성 전도체로 이루어지는 탄성접점이 구비됨으로써 연결 브래킷(14)과 터미널(122)의 접촉이 확실하게 보장될 수 있다. 도 8에 도시된 탄성 전도체는 판스프링인 것으로 도시되어 있으나 도 7b에 도시된 밀착접점부(134)와 유사하게 구성될 수도 있다.
도 4a 내지 4d에는 자세하게 도시되지는 않았지만 연결 브래킷(14)은 진단센서 기판(13)에 일체로 결합될 수도 있고 또는 탈착 가능하게 조립될 수도 있다. 다만 어떤 형태이든 제2 실시예에서는 연결 브래킷(14)이 진단센서 기판(13)의 접점 역할을 하게 된다.
본 발명의 제3 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 관통 홀(131)과 연결 브래킷(14)이 모두 구비되는 경우이다. 따라서 제3 실시예는 상황에 따라서 진단센서 기판(13)이 정션박스 하우징(121)에 수직으로 결합될 수도 있고 수평으로 결합될 수도 있다. 진단센서 기판(13)이 정션박스 하우징(121)에 수평으로 결합되는 경우에 연결 브래킷(14)을 간편하게 적용시키기 위하여 연결 브래킷(14)은 하부판(142)의 양 측으로 각각 연장되는 걸림판(146)을 더 포함할 수 있다. 걸림판(146)이 구비됨으로써 연결 브래킷(14)이 관통 홀(131)에 결합되어 터미널(122)과 연결 브래킷(14)이 조립되더라도 걸림판(146)으로 인하여 진단센서 기판(13)이 연결 브래킷(14)으로부터 분리되지 않는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이탈방지부(133)는 연결 브래킷(14)이 관통 홀(131)로부터 이탈되지 않도록 하는 작용도 하게 되며, 또한 이 경우 밀착접점부(134)는 관통 홀(131)의 내주면과 연결 브래킷(14)의 측판(141)과의 확실한 접촉을 보장하게 해 주는 작용도 하게 된다.
따라서 본 발명에서는 진단센서 기판(13)이 정션박스(12) 내부에 간편하게 조립됨으로써 센서의 착탈이 용이할 뿐만 아니라 종래의 정션박스(12)의 구조를 변경시키지 않고도 진단센서 기판(13)이 정션박스(12) 내부에 용이하게 설치될 수 있다. 또한 진단센서 기판(13) 자체가 고장나거나 문제가 발생될 때 극히 용이하게 교체가 가능하다.
이하에서는 상기와 같은 구성으로 이루어지는 태양광발전시스템의 고장진단방법에 대하여 살펴본다.
본 발명에 의한 태양광발전시스템의 고장진단방법은 도 12a에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈(11)이 정상적으로 운전되는 일정기간 동안의 정션박스(12) 내부의 진단센서 기판(13)으로 측정되는 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값을 산출하는 단계(I)와, 라우터가 진단센서 기판(13)으로부터 각각의 태양전지 모듈(11)의 온도 및 전압 측정 데이터를 입력받아 각 태양전지 모듈(11)별로 상기 데이터를 분리하여 저장하는 단계(II) 및 II 단계에서 저장된 데이터를 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교 연산하여 상기 저장된 데이터 값이 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값보다 일정 수치 이상 차이가 발생되는 경우 상기 태양전지 모듈(11) 중 어느 하나 이상에서 고장이 발생되었는지 여부 및 고장 발생 부위를 판단하는 단계(III)로 이루어진다.
여기서 I단계의 정상운전전압 데이터의 평균값 산출 방법에 대해서는 앞서 서술하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
II단계는 도 12a에 도시된 것처럼 진단센서 기판(13)으로 온도 및 전압을 측정하기 이전에 라우터(32)로 각 진단센서 기판(13)이 네트웍에 제대로 연결되었는지 연결정보를 확인하여 접속확인이 되지 않는 진단센서 기판(13)은 고장인 것으로 판단하는 단계(II-0)를 더 추가할 수 있다.
III단계는 진단센서 기판(13)으로부터 라우터(32)가 온도 및 전압 측정치를 수신받아 태양광발전시스템의 고장 여부를 판단하는 단계이다. III단계에서 고장여부의 판단 대상은 태양전지 모듈(11)의 음영, 적설, 오염 여부와, 태양전지 모듈(11)의 열화(PID 현상) 발생 여부와, 정션박스(12) 내부의 바이패스 다이오드(123)의 정션파괴 여부 및, 인버터(31)의 정상동작 여부이다.
그리고 III단계에서 나타나는 현상은 크게 다음의 네 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 진단센서로부터 측정된 온도 및 전압 측정치와 정상상태의 측정치의 평균값의 차이가 일정 범위 이내인 경우이다. 둘째는 진단센서로부터 측정된 온도 및 전압 측정치 중 전압은 정상상태의 측정치의 평균값과 차이가 일정 범위 이내이나 온도는 일정 범위를 벗어나는 경우이다. 셋째는 진단센서로부터 측정된 온도 및 전압 측정치 중 온도는 정상상태의 측정치의 평균값과 차이가 일정 범위 이내이나 전압은 일정 범위를 벗어나는 경우이다. 넷째는 진단센서로부터 측정된 온도 및 전압 측정치 모두 다 정상상태의 측정치의 평균값과의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우이다.
위의 네 가지 현상 중 첫째 현상의 경우에는 고장은 아닌 것으로 판단된다. 다만 전압 또는 온도 측정치가 일정 범위 이내이긴 하나 어쨌든 정상상태의 전압 및 온도 측정치 평균값과 다소 차이가 있는 경우에는 구름에 의한 음영의 영향인 것으로 판단될 수 있다.
위의 둘째 현상이 발생한 경우에는 태양전지 모듈의 열화(PID)가 발생되었는지 여부 판단이 가능하다.
PID 현상은 고전압 스트레스로 인한 전기적 특성 저하 현상이다. 태양전지에서는 높은 전압, 높은 습도, 높은 온도에 의해 태양전지 셀과 프레임 간에 누설 전류가 발생할 수 있다. 이러한 누설 전류로 인하여 분극화(electrical charge, polarization)가 발생하고, 분극화가 태양전지 셀의 광전효과를 방해하여 태양전지 셀의 특성이 시간이 지남에 따라 저하된다. 이로 인하여 모듈의 전체 출력이 시간이 지남에 따라 낮아지는 현상을 PID라고 한다.
일반적으로 태양광 발전 시스템에서 태양전지 프레임은 전위가 0V가 되고, 태양전지는 접지 위치에 따라 (-)나 (+)로 전위가 달라진다. 이때, 태양전지와 프레임 간의 전압으로 인해 모듈에 사용되는 재질로부터 전자가 방출되어 접지된 프레임을 통해 방전이 발생하게 됨으로써 모듈 전체의 출력이 저하되는 것이다.
PID 현상이 발생된 태양전지 모듈은 정상 태양전지 모듈에 비하여 전력 출력이 42.2%가 감소되므로 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈을 그대로 방치하게 될 경우 인접하는 정상적인 태양전지 모듈에도 피해가 발생될 수 있다.
PID 현상이 발생하는 태양전지 모듈에서는 전기 생산량이 감소하게 됨으로써, 신뢰성이 감소되고 경제적 손실을 유발하게 된다. 따라서 PID 현상이 발생하는 태양전지 모듈을 최대한 신속하게 선별하여 회복시키거나 대체시킬 필요가 있으나, PID 현상 발생 여부를 육안으로 판단하기 어렵고, 특수 장비로 촬영하는 방법에 의존하지 않고도 원격으로 판단할 수 있는 방법은 현재로서는 찾아보기 힘든 실정이다.
따라서 본 발명에서는 PID 현상의 발생 여부를 육안으로 직접 확인하지 않고도 인버터와 일체로 결합된 라우터로 수집되는 데이터로 판단할 수 있는 고장진단방법을 개발하였다.
본 출원인은 인위적으로 PID 현상을 발생시키기 위하여 섭씨 85도의 온도와 85%의 습도 환경을 만들고 1000V의 직류 전압을 태양전지 모듈 프레임과 태양전지 모듈의 (-)단자에 인가한 후 24시간을 경과시켜 일부 태양전지 모듈에서 PID 현상을 발생시켰다.
상기 실험으로 발생시킨 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈과 정상적인 태양전지 모듈을 비교하여 테스트한 결과, 1) 도 14의 실험 결과 그래프에 도시된 바와 같이 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈은 주간 일사가 시작되는 시점에서 정상 태양전지 모듈에 비하여 대략 18분 내지 20분 정도의 시간 동안 전류 발생이 지체되며, 2) 도 15 및 도 16의 실험 결과 그래프에 도시된 바와 같이 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈은 빛이 없는 야간 시간이나 암흑 상황에서 잔류 전류가 발생되지 않는 것으로 나타났다.
따라서 이러한 점을 이용하여 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈을 직접 육안으로 관찰하지 않고도 판별할 수 있는 것이다.
실험 결과를 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
위의 실험결과 1)과 관련하여 도 14는 하루 동안 시간 경과에 따른 정상 태양전지 모듈(11)과 PID 발생 태양전지 모듈(11)의 직류전류 생성량을 일사량과 비교하여 나타낸 그래프이다. 여기서 도 14의 하단에는 일사가 시작되는 시점의 확대도가 도시되어 있다. 동일한 일사 각도 조건으로 설치되는 태양전지일 경우, 일사가 시작되는 시점을 자세히 살펴보면, 정상 태양전지 모듈의 경우에는 일사의 시작과 동시에 전류가 발생되나, PID가 발생된 태양전지 모듈은 일사 시작 후 대략 18분에서 20분 사이에 전류가 발생됨을 알 수 있다. 이 결과는 후술하게 될 PID 생성 태양전지 모듈의 추가적인 선별 방법을 제공하게 된다.
위의 실험결과 2)와 관련하여 도 15는 하루 주간 동안의 PID 생성 태양전지 모듈과 정상 태양전지 모듈의 전압특성을 비교한 그래프이다.
주간에는 일사량이 적은 아침과 저녁에는 PID 생성 태양전지 모듈의 전압 출력이 정상 태양전지 모듈과 차이가 많이 발생되고, 일사량이 많아 태양전지 모듈의 발열이 심한 한낮의 경우에는 정상 태양전지 모듈도 발열로 인하여 효율이 저하되므로 아침과 저녁에 비해서는 PID 발생 태양전지 모듈과의 전압 차이가 적게 나타난다.
도 16은 도 15와 동일한 전압 특성의 그래프이다. 다만 도 15가 하루 시간 동안의 일사량에 따른 그래프인 반면 도 16은 9일에 걸쳐서 기록된 그래프이다.
도 16에서 높이 솟아 있는 부분은 주간 시간대를 나타낸 것이며, 바닥 근처의 부분은 야간 시간대를 나타낸 것이다. 여기서 특히 주목할 점은 바로 야간 시간대에 정상 태양전지 모듈(11)에서는 잔류 전압이 존재하나, PID 발생 태양전지 모듈(11)에서는 잔류전압이 측정되지 않는다는 점이다.
도 16에서 높이 솟아있는 부분 사이의 부분, 즉 타원형 동그라미로 표시된 부분이 바로 정상 태양전지 모듈(11)의 잔류 전압을 나타내는 부분이다. 도 16에서 야간이나 새벽 등 일사량이 전혀 없는 어두운 시간대에 정상 태양전지 모듈에서 출력되는 전압은 대략 1Vdc가 된다. 이때 상용태양전지 3kW급 이상에서는 20Vdc 이상 전압이 발생될 것이다.
따라서 상기 III단계는 이상에서 설명한 테스트 결과를 이용한 PID 발생 태양전지 모듈의 진단방법인 단계 III-2를 더 포함할 수 있다.
III-2 단계는 도 12b에 도시된 바와 같이 온도 측정치는 정상운전상태의 측정치 평균값과 일정 수치 이내의 차이만 있으나 전압 측정치는 정상운전상태의 측정치 평균값과 일정 수치 이상의 차이가 있는 경우 암흑 상황, 즉 야간에 잔류 전압이 측정되는지 여부를 추가적으로 조사하여 잔류전압이 측정되면 정상적인 태양전지 모듈인 것으로 인정하고 잔류전압이 측정되지 않으면 PID 현상이 발생된 태양전지 모듈인 것으로 판단하는 단계이다.
한편, 위의 III단계에서 나타나는 네 가지 현상 중 셋째 현상인 진단센서로부터 측정된 온도 및 전압 측정치 중 온도는 정상상태의 측정치의 평균값과 차이가 일정 범위 이내이나 전압은 일정 범위를 벗어나는 경우에는 태양전지 모듈이 음영, 적설, 오염으로 인한 출력 저하가 발생된 것으로 인정된다.
마지막으로 위의 III 단계에서 나타나는 네 가지 현상 중 넷째 현상인 진단센서 기판(13)으로부터 측정된 온도 및 전압 측정치 중 온도와 전압 모두 정상상태의 측정치의 평균값과의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우에는 도 12c의 순서도에 도시된 바와 같이 첫째, 인버터(31)의 고장이거나, 둘째, 인버터(31)와 바이패스 다이오드(123)가 모두 고장이거나, 셋째, 바이패스 다이오드(123)만의 고장이거나, 넷째, 음영, 적설, 오염에 의한 태양전지 모듈(11)의 출력 저하 현상일 수 있다.
따라서 상기 III단계는 도 12c에 도시된 바와 같이 추가적으로 측정전압이 정상전압에 비하여 높인지 여부와, 측정전압이 정상전압에 비하여 낮은 경우에는 측정온도가 정상온도 보다는 높되 음영, 적설, 오염으로 인한 기 측정된 태양전지 모듈의 온도 상승치의 전형적인 평균값(이하에서는 Tc라 칭하기로 한다.)보다는 섭씨 10도 이상 낮은 경우로 나누어서 판단하는 단계(III-4)단계가 추가될 수 있다.
III-4 단계에서는 도 12c에 도시된 바와 같이 먼저 측정 전압이 정상전압에 비하여 높은지 또는 낮은지 여부를 조사한다. 측정 전압이 정상전압에 비하여 높은 경우에는 인버터가 동작하지 않거나 또는 인버터와 바이패스 다이오드가 모두 동작하지 않는 경우로 판단될 수 있다.
인버터가 동작하지 않는 상태에서는 태양전지 모듈의 전압은 일사량에 따라 변화하긴 하지만 개방전압(Voc)으로 되어 정상전압에 비하여 높게 측정된다. 이 경우 온도 센서의 측정치도 정상온도에 비하여 높게 측정된다.
인버터가 동작하지 않고 또한 바이패스 다이오드의 정션 파괴가 일어난 경우에는 역시 최고 일사량에서는 단락 전류만큼의 전류가 흐르므로 온도가 급격히 상승하고 또한 전압이 상승한다.
결국 측정 전류가 정상온도보다 높으면서 측정 전압도 정상전압보다 높은 경우에는 일단 인버터가 동작하지 않는 것으로 볼 수 있으며, 경우에 따라서는 바이패스 다이오드도 이상이 발생된 것으로 볼 수 있다.
만일 측정 전압이 정상전압에 비하여 낮은 경우에는 온도를 다시 체크한다. 이 경우 음영, 적설, 오염이 발생되는 경우의 일반적인 온도 상승치(Tc)를 미리 측정하여 둔 데이터와 비교하게 된다.
따라서 측정 전압이 정상전압보다 낮고 온도 측정치는 정상온도보다 높으면서 높은 정도가 Tc와 일정범위 이내인 경우, 구체적으로는 섭씨 10도 이내인 경우에는 음영, 적설, 또는 태양전지 모듈의 오염 현상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
그런데 만일 측정 온도가 Tc보다 섭씨 10도 이상 낮을 경우에는 바이패스 다이오드(123)의 고장인 것으로 판단할 수 있다.
바이패스 다이오드(123)의 고장인 경우로 판단될 경우에는 다시 전압 측정치를 확인하여 고장난 바이패스 다이오드(123)의 개수 확인이 가능할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이 전류-온도 그래프 상에서 X선과 만나는 점을 기준으로 한 전압 수치를 보면 바이패스 다이오드(123)가 모두 정상동작 할 때에는 30V이고, 하나가 고장났을 때에는 20V이며, 두 개가 고장났을 때에는 10V로 측정된다. 따라서 현재 전압은 (정상동작 하는 바이패스 다이오드의 수)/(전체 바이패스 다이오드의 수)에다가 모든 바이패스 다이오드가 정상동작 할 때의 전압 측정치를 곱한 값으로 볼 수 있다.
상기와 같은 진단방법에 의함으로써 고장진단인버터(30)로 수신되는 각 정션박스(12) 내의 진단센서 기판(13)에서 보내오는 온도와 전압 측정치를 정상동작할 때의 온도와 전압 측정치와 비교함으로써 태양광발전시스템에 고장이 발생되었는지 여부와, 어떤 구성에서 고장이 발생되었는지 여부의 판단이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
I: 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터 평균값 산출 단계
II: 태양전지 모듈의 온도 및 전압 측정 데이터를 모듈별로 분리 저장하는 단계
III: II 단계의 측정 데이터가 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이 발생시 고장 여부와 부위를 판단하는 단계
III-1: 전압과 온도가 모두 정상인 경우의 판단 단계
III-2: 전압은 정상이고 온도가 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단 단계
III-3: 온도는 정상이고 전압이 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단 단계
III-4: 온도와 전압이 모두 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단단계
Tc: 음영, 적설, 오염으로 인한 기 측정된 온도 상승치의 평균값
10: 태양전지 모듈 어레이 11: 태양전지 모듈
12: 정션박스 13: 진단센서 기판
14: 연결 브래킷 20: DC접속반
30: 고장진단인버터 31: 인버터
32: 라우터 33: 데이터베이스
40: 전력망 50: 웹서버
60: 휴대용 통신 장비 121: 하우징
122: 터미널 123: 바이패스다이오드
124: 부스바 131: 관통 홀
132: 통전 피막 133: 이탈방지부
134: 밀착접점부 141: 측판
142: 하부판 144: 탄성접점
146: 걸림판 1331: 착탈 스위치
1332: 돌출봉 1333: 연동바
1334: 작용점 부재 1335: 제1복귀스프링
1336: 제2복귀스프링 1341: 판스프링
1342: 돌출부재 1342-1: 걸림부재
1342-2: 압착스프링 1411: 곡면구간
II: 태양전지 모듈의 온도 및 전압 측정 데이터를 모듈별로 분리 저장하는 단계
III: II 단계의 측정 데이터가 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이 발생시 고장 여부와 부위를 판단하는 단계
III-1: 전압과 온도가 모두 정상인 경우의 판단 단계
III-2: 전압은 정상이고 온도가 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단 단계
III-3: 온도는 정상이고 전압이 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단 단계
III-4: 온도와 전압이 모두 I 단계의 평균값과 일정 수치 이상 차이가 있는 경우의 판단단계
Tc: 음영, 적설, 오염으로 인한 기 측정된 온도 상승치의 평균값
10: 태양전지 모듈 어레이 11: 태양전지 모듈
12: 정션박스 13: 진단센서 기판
14: 연결 브래킷 20: DC접속반
30: 고장진단인버터 31: 인버터
32: 라우터 33: 데이터베이스
40: 전력망 50: 웹서버
60: 휴대용 통신 장비 121: 하우징
122: 터미널 123: 바이패스다이오드
124: 부스바 131: 관통 홀
132: 통전 피막 133: 이탈방지부
134: 밀착접점부 141: 측판
142: 하부판 144: 탄성접점
146: 걸림판 1331: 착탈 스위치
1332: 돌출봉 1333: 연동바
1334: 작용점 부재 1335: 제1복귀스프링
1336: 제2복귀스프링 1341: 판스프링
1342: 돌출부재 1342-1: 걸림부재
1342-2: 압착스프링 1411: 곡면구간
Claims (19)
- 태양전지들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지 패널과, 태양전지 패널에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선이 유입되고 상기 배선으로 유입되는 전류를 외부로 유출시키는 봉 형상의 두 개의 터미널이 내장되며 상기 배선마다 바이패스 다이오드가 설치되는 정션박스, 로 이루어지는 태양전지모듈이 복수개가 연결되어 형성되되, 상기 정션박스 내부에는, 온도 및 전압 센서가 실장 되는 기판으로서 상기 터미널이 삽입되는 관통 홀이 양 단에 형성되며 관통 홀 내주면에 통전 피막이 형성되는 진단센서 기판이 조립되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어레이;
상기 정션박스로부터 직류 전류를 전달받는 DC접속반; 및
상기 DC접속반으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키는 인버터와, 상기 진단센서 기판으로부터 데이터를 수집하여 고장여부 및 고장부위를 판단하는 고장진단부로 이루어지는 고장진단인버터;로 구성되되,
상기 관통 홀은 상기 진단센서 기판의 일측으로 개구되는 형상으로 형성되고,
상기 진단센서 기판은,
상기 관통 홀의 내주면에 마련되고 상기 터미널로부터 상기 진단센서 기판의 이탈을 방지시키며 전후진 가능한 돌출봉과,
상기 진단센서 기판의 단부에서 상기 돌출봉의 길이방향을 이루는 직선과 이격되어 설치되어 돌출봉을 후퇴시키는 착탈 스위치와,
일면에는 상기 돌출봉의 끝단이 힌지 결합되고 타면에는 상기 착탈 스위치의 끝단이 이격되게 접촉되는 연동바와,
상기 돌출봉의 끝단과 상기 착탈 스위치의 끝단 사이에서 상기 연동바에 구비되는 작용점 부재와,
상기 연동바의 양 측에 접촉되며 서로 이격되게 마련되는 두 개의 복귀 스프링으로 이루어지는 이탈방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 진단센서 기판은, 상기 관통 홀의 내주면에서 내측 끝단과 돌출봉 사이에 서로 대향되게 마련되며, 탄성전도체로 이루어지는 밀착접점부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 밀착접점부는 서로 대향되는 두 개의 판스프링인 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 밀착접점부는,
서로 대향되게 배치되는 두 개의 돌출부재와,
진단센서 기판 내부로 삽입되어 돌출부재의 배면을 압착시키는 압착스프링과,
상기 돌출부재와 일체로 형성되고 배면에 압착스프링이 접촉되며 돌출부재의 삽입 및 이탈을 위한 홈 보다 더 크게 형성되어 돌출부재의 돌출을 억제시키는 걸림부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 진단센서 기판이 정션박스 내부에 설치됨에 있어 두 개의 터미널과 평행하게 설치되는 경우에, 두 개의 터미널 각각이 상기 관통 홀과 통전 되도록, 관통 홀에 하단이 삽입되고 상부가 터미널을 감싸게 형성되는 연결 브래킷이 마련되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템. - 제7항에 있어서,
상기 연결 브래킷은 터미널의 양 측을 감싸는 두 개의 측판과 두 개의 측판 하부를 연결시키는 하부판으로 이루어지고, 상기 측판에서 터미널과 접촉되는 부위에는 터미널의 외주면 형상에 대응되는 곡면구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- [청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제8항에 있어서,
상기 두 측판의 곡면구간에서 마주보는 대향 면에는 각각 탄성재질의 전도체로 이루어지는 탄성접점이 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- [청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제8항에 있어서,
상기 연결 브래킷은 상기 하부판의 양 측 수평방향으로 각각 연장되는 걸림판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 고장진단부는 상기 진단센서 기판으로부터 무선 또는 유선으로 진단센서가 측정하는 온도 또는 전압 데이터를 수집하는 라우터인 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- [청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제11항에 있어서,
상기 라우터는 각 진단센서 별로 위치정보를 인식하여 각 진단센서로부터 수신 받는 데이터를 상기 태양전지모듈마다 구분되게 저장하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 라우터는 상기 온도 또는 전압 데이터를 기 설정된 정상상태의 태양전지 모듈의 온도 또는 전압 데이터의 평균값과 비교 연산하여 태양전지 모듈의 고장 여부 및 고장 부위를 판단하는 연산기와, 연산기의 판단 값을 태양광발전시스템의 관리자에게 송신하는 통신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
- 제13항으로 이루어지는 태양광발전시스템을 이용한 태양광발전시스템의 고장진단방법으로서,
상기 태양광발전시스템은,
태양전지들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지 패널과, 태양전지 패널에서 생산되는 전류가 흐르는 복수개의 배선이 유입되고 상기 배선으로 유입되는 전류를 외부로 유출시키는 봉 형상의 두 개의 터미널이 내장되며 상기 배선마다 바이패스 다이오드가 설치되는 정션박스, 로 이루어지는 태양전지모듈이 복수개가 연결되어 형성되되, 상기 정션박스 내부에는, 온도 및 전압 센서가 실장 되는 기판으로서 상기 터미널이 삽입되는 관통 홀이 양 단에 형성되며 관통 홀 내주면에 통전 피막이 형성되는 진단센서 기판이 조립되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어레이;
상기 정션박스로부터 직류 전류를 전달받는 DC접속반; 및
상기 DC접속반으로부터 직류 전류를 전달받아 교류 전류로 변환시키는 인버터와, 상기 진단센서 기판으로부터 데이터를 수집하여 고장여부 및 고장부위를 판단하는 고장진단부로 이루어지는 고장진단인버터를 포함하며,
상기 고장진단부는 진단센서 기판으로부터 무선 또는 유선으로 진단센서가 측정하는 온도 또는 전압 데이터를 수집하는 라우터인 경우에,
태양전지 모듈이 정상적으로 운전되는 일정기간 동안의 정션박스 내부의 진단센서로 측정되는 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값을 산출하는 단계;
상기 라우터가 진단센서로부터 각각의 태양전지 모듈의 온도 및 전압 측정 데이터를 입력받아 각 태양전지 모듈별로 상기 데이터를 분리하여 저장하는 단계;
상기 저장하는 단계에서 저장된 데이터를 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교 연산하여 상기 저장된 데이터 값이 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값보다 일정 수치 이상 차이가 발생되는 경우 상기 태양전지 모듈 중 어느 하나 이상에서 고장이 발생되었는지 여부 및 고장 발생 부위를 판단하는 단계;로 구성되되,
상기 판단하는 단계는
상기 저장된 데이터의 온도 측정값 및 전압 측정값이 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 차이가 있으나 상기 차이가 일정 수치 이하인 경우, 구름에 의한 음영의 영향으로 인하여 태양전지 모듈의 성능 저하가 있는 것으로 판단하는 단계와,
상기 저장된 데이터의 온도 측정값은 상기 정상운전온도 데이터의 평균값과 비교시 차이가 일정 수치 이내이나, 전압 측정값은 상기 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 차이가 일정 수치 이상인 경우, 태양전지 모듈이 음영이나 적설 또는 오염으로 인한 오작동을 하는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법.
- [청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제14항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 저장된 데이터의 온도 측정값 및 전압 측정값이 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 차이가 있으나 상기 차이가 일정 수치 이하인 경우, 구름에 의한 음영의 영향으로 인하여 태양전지 모듈의 성능 저하가 있는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법.
- [청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제14항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 저장된 데이터의 온도 측정값은 상기 정상운전온도 데이터의 평균값과 비교시 차이가 일정 수치 이내이나, 전압 측정값은 상기 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 차이가 일정 수치 이상인 경우, 태양전지 모듈이 음영이나 적설 또는 오염으로 인한 오작동을 하는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법.
- [청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제14항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 저장된 데이터의 전압 측정값은 상기 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 일정 수치 이내이나, 온도 측정값은 상기 정상운전온도의 평균값과 비교시 일정 수치 이상 차이가 있는 경우, 태양전지 모듈의 열화가 발생된 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법. - [청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제14항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 저장된 데이터의 전압 측정값과 온도 측정값이 모두 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 일정 수치 이상 차이가 있는 경우, 태양전지 모듈이 음영이나 적설 또는 오염으로 인한 오작동을 하는 것으로 판단하거나 또는 다이오드가 고장난 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법. - [청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제18항에 있어서,
전압 측정값과 온도 측정값이 모두 상기 정상운전온도 및 정상운전전압 데이터의 평균값과 비교시 일정 수치 이상 차이가 있는 경우, 전압 측정값이 정상운전전압 데이터의 평균값 보다 높은 경우에는 인버터가 고장나거나 또는 인버터와 다이오드가 함께 고장난 것으로 판단하고,
전압 측정값이 정상운전전압 데이터의 평균값 보다 낮은 경우에는 온도 측정값에 따라 다이오드의 고장인지 또는 음영, 적설, 오염의 영향인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템의 고장진단방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020160035019A KR101870300B1 (ko) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160035019A KR101870300B1 (ko) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법 |
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|---|---|
| KR20170110798A KR20170110798A (ko) | 2017-10-12 |
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ID=60141246
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|---|---|---|---|
| KR1020160035019A KR101870300B1 (ko) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | 태양광발전시스템 및 태양광발전시스템의 고장진단방법 |
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