KR101894239B1 - 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 알림 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전장치에 있어서 접속반 내에서 화재의 원인이 되는 결로의 발생을 예측하여 결로가 예방되도록 제어하고, 예방이 어려울 때는 관리자에게 알려주는 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 알림 방법에 관한 것으로서, 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이; 상기 복수의 태양전지 어레이에서 생성된 직류 전력을 병합하여 인버터로 공급하고 상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결된 퓨즈부; 상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부; 상기 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부; 역전압 방지부 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부; 접속반 내부온도를 측정하는 내부 온도센서; 결로가 발생하면 절연거리가 줄어들어 화재 사고로 이어지기 쉬운 고압PCB의 표면 온도를 측정하는 고압PCB 표면 온도센서; 접속반 내부의 상대습도를 측정하는 습도센서; 상기 측정된 내부 온도, 내부의 상대습도, 및 고압PCB 표면온도를 기반으로 현재의 결로 형성될 습도를 예측하는 제어부; 상기 내부온도, 상대습도, 고압 PCB 표면온도를 통해 계산된 결과에 따라 연계되어 자동으로 결로를 예방해 주는 팬히터; 상기 각 센서들과 팬히터와 스위치를 제어하거나 상기 습도 센서를 통하여 결로 예방 동작을 일정시간 동안 지속하여도 예방이 어렵다고 판단이 되는 경우에, 제어 신호에 따라 사용자에게 경보를 알려주는 제어 신호를 생성하는 통신장치 및 제어부; 상기 제어 신호에 따라 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치를 포함하는 접속반; 상기 접속반에서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템;을 포함한다.

Description

결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 알림 방법{APPARATUS OF　PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM WITH DEW CONDENSATION PREDICTION AND PREVENTIONAL FUNCTION AND THE ALARM METHOD USING IT}

본 발명은 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전장치에 있어서 접속반 내에서 화재의 원인이 되는 결로의 발생을 예측하여 사전에 결로가 예방되도록 제어하고, 예방이 어려울 때는 관리자에게 즉시 알려주는 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 알림 방법에 관한 것이다.

현재 화석 연료의 고갈과 원자력 발전의 위험성 때문에 태양광 발전 산업이 증가함에 따라서 태양광 발전 시스템의 안전한 운영과 더불어 효율적으로 관리하는 방법에 관한 연구가 증가 하고 있다.

태양 전지 어레이를 통하여 발전된 직류 전력은 접속반을 거쳐서 인버터로 연결되면 인버터에서 직류를 교류로 변환하여 사용되고 있다. 이러한 태양광 발전 시스템에서의 화재 발생 원인을 보면 총 화재 발생 건수 중 접속반에서의 화재가 전체 화재 중 대부분을 차지하고 있다. 낮 시간의 발전 중에 덥혀진 접속반 내부의 공기가 발전이 끝나 가면서 외함의 겉 부분이 급격히 냉각되어 결로가 발생하거나, 강우(降雨)나 안개 등 습도가 높은 환경에서 접속반 내부에 결로 현상이 발생하게 된다.

이렇게 결로가 발생하게 되면 접속반 내부 기판의 극간 거리가 가장 짧은 지점에서 도전로가 형성되고, 이로 인하여 아크가 발생하게 되면 전류가 지속적으로 공급될 경우 아크가 연속적으로 발생하여 접속반 내부 기판 및 ABS재질에 착화하고, 화재로 전개하게 된다.

이러한 화재의 발생을 방지하기 위해서는 결로 발생을 예측하여, 결로 발생을 방지하기 위해서 습도센서가 필요한데, 전기식 습도센서의 종류(a)와 구조(b)가 도 6에 도시되었다.

결로 발생 현상과 밀접한 포화 수증기압은 온도만의 함수이며, 이 관계는 클라우시우스-클레페이롱(Clausius-clapeyron) 방정식에서 얻어진다. 물과 수증기가 평형상태에 있을 때, 클라우시우스-클레페이롱 방정식은 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서 e_sv는 물에 대한 포화수증기압을 나타내고, L_wv는 물의 기화잠열, α_v와 α_w는 수증기와 물의 비체적을 나타낸다. α_v ≫ α_w이므로 α_w를 무시하고, α_v= R_v · T / e_sv로 정리하면 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

여기서 잠열이 온도에 따른 변화를 무시하여 상수로 가정하고 적분을 하면 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

학식 3을 이용하면 특정 온도 T에 대한 포화수증기압을 구할수 있다. 세계기상기구(World Meteorological Organization)의 기상관측장비 및 관측지침에 따르면, 수학식 3에서 온도를 273.16K, 포화수증기압을 6,112hPa로 하면 특정온도에서 포화수증기압을 구하는 방법은 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

결로 현상은 공기 중에 포함되어 있는 수증기가 온도가 낮아짐에 따라 현재의 수증기압은 변화하지 않고 포화수증기압만 감소하여 마침내 공기 중의 수증기가 포화상태에 도달하여 이슬이 맺혀 지는 현상이다. 이슬이 맺혀 지는 온도를 결로 온도 또는 이슬점 온도라 하며 이러한 상관관계를 나타내는 그래프는 도 1a (b)와 같다.

도 1a (b)에서 P점의 기온이 T, 수증기압이 e일 때, 수증기압이 C점까지 상승하면 결로가 발생하는데, 이때의 수증기압은 E이며, E를 포화수증기압이라 한다. 따라서 P점에서의 상대 습도는 (e/E) × 100(%)이 된다. P점에서 수증기압을 일정하게 유지하면서, 기온이 T에서 포화수증기압 곡선과 만나는 A점의 온도인 T_d로 하강하면 결로가 발생하게 된다. 한편 P점에서 기온을 일정하게 유지하면서, 수증기압이 P'점으로 증가하면, 결로가 발생하는 온도는 T_d에서 포화수증기압 곡선과 만나는 B점의 온도인 T_d'으로 상승하게 된다.

한편, 종래의 태양광 발전 장치는 설치된 장소가 습도가 높은 지역이어서 접속반 내부에 결로 현상이 빈번하게 이루어져 화재의 위험이 매우 높았다.

또한, 외부 센서로 결로 현상을 감지하더라도 결로발생 가능성을 예측할 수 없어 사전에 관리자가 파악할 수 없는 문제가 있었다.

그리고 관리자에게 연락하더라도 관리자가 부재중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 신속한 대비가 필요한 화재에 전혀 대처할 수 없는 문제가 있었다.

한국등록특허공보 제1470348호 한국등록특허공보 제1470349호 한국등록특허공보 제1560345호 한국등록특허공보 제1391876호

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 태양광 발전 장치의 접속반 내부에 발생하는 결로현상을 예측 판단하는 장치를 제공하고 이를 통하여 태양광 발전 장치의 화재의 위험을 없애는 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 접속반 내부에 발생되는 결로 현상이 예측 판단되면 결로 예방을 자동적으로 실시하여 화재 사고의 위험을 사전에 예방할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 결로를 예방하기 위한 팬히터 상태를 유지하거나 정지시키기 위해 고압PCB 표면온도와 결로 온도를 비교하여 결로발생 가능성을 예측하고 그 결과에 따라 팬히터 작동 유무를 결정하여 화재 사고의 위험을 사전에 예방할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류 전압을 생성하고 전류를 발생하는 복수의 태양 전지 어레이; 상기 복수의 태양전지 어레이에서 생성된 직류 전압을 병합하여 인버터로 공급하고 상기 복수의 태양 전지 어레이 각 출력단에 직렬로 연결된 퓨즈부; 상기 퓨즈에 직렬로 연결되어 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 역전압 방지부; 상기 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부; 역전압 방지부 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부; 접속반 내부온도를 측정하는 내부 온도센서; 접속반 내부의 상대습도를 측정하는 습도센서; 결로가 발생하면 절연거리가 줄어들어 화재 사고로 이어지기 쉬운 고압PCB의 표면 온도를 측정하는 고압PCB 표면 온도센서; 상기 측정된 내부 온도, 내부의 상대습도, 및 고압PCB 표면온도를 기반으로 현재의 결로 형성될 습도를 예측하는 제어부; 상기 습도센서를 통해 계산된 결과에 따라 연계되어 자동으로 결로를 예방해 주는 팬히터; 상기 각 센서들과 팬히터와 스위치를 제어하거나 상기 습도 센서를 통하여 결로 예방 동작을 일정시간 동안 지속하여도 예방이 어렵다고 판단이 되는 경우에, 제어 신호에 따라 사용자에게 경보를 알려주는 제어 신호를 생성하는 통신장치 및 제어부; 상기 제어 신호에 따라 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치를 포함하는 접속반; 상기 접속반에서 공급되는 직류전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 태양 전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템;을 포함한다.

상기 통신장치 및 제어부는 상기 내부 온도센서에서 측정 계산된 포화증기압, 상기 습도센서에서 측정 계산된 현재 수증기압 및 이를 이용하여 계산한 결로 온도와 상기 고압PCB 온도센서에서 측정된 고압PCB의 표면온도를 기반으로 하여 예측되어지는 결로발생 가능성을 상기 모니터링 시스템으로 전송한다.

상기 접속반과 통신장치 및 제어부를 통해 네트워크로 연결되어, 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 동작 상태 및 이상 유무를 모니터링하는 무선 단말을 더 포함한다.

상기 복수의 태양 전지 어레이 주변에 설치되어 기상 정보를 취득하고, 취득된 정보를 데이터화 하여 상기 모니터링 시스템으로 전송하는 기상 관측반을 더 포함하고, 상기 기상 관측반을 통해 취득하는 정보는, 온도 정보와 일사량 정보를 포함한다.

화재의 원인이 되는 접속반 내부 기판에서의 결로 현상을 예측 감지하고 결로를 예방하며 결로 예방의 제어 범위를 벗어나게 되면 이를 관리자에게 알려서 화재를 미연에 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 접속반에 부착된 내부온도센서, 습도센서, 표면온도센서를 통하여 내부온도, 상대습도, 표면온도에 대한 값을 통신장치 및 제어부로 전송하는 S10/S20/S30 단계; 상기 통신장치 및 제어부가 전달받은 내부온도 T_i로부터 포화수증기압 P_sat을 구하는 S40 단계; 상기 통신장치 및 제어부가 포화수증기압 P_sat과 상대습도 r_h로부터 현재수증기압 P_vap를 구하는 S50 단계; 상기 통신장치 및 제어부가 현재수증기압 P_vap로부터 결로 온도 T_d를 구하는 S60 단계; 상기 통신장치 및 제어부가 결로를 예측하기 위하여 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 S70 단계; 제S70단계의 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮다고 판단될 경우, 팬히터를 가동하고, 제S120단계로 절차를 이행하는 S90 단계; 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 높거나 같은 경우로 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 크고 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 S80 단계; 상기 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위 내에 있다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 상기 S10/S20/S30 단계로 절차를 이행하는 S110 단계; 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위 내에 있지 않다고 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같은지 여부를 판단하는 S100단계; 제S100단계 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 작다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하는 S110 단계; 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같다고 판단될 경우, 팬히터를 정지시키고, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하는 S130 단계; 제S120단계 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부가 팬히터 가동시간이 t_limit 보다 적을 경우, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하고, 통신장치 및 제어부가 가동시간이 t_limit 보다 크거나 같을 경우, 알람을 발생하며 모니터링 시스템으로 정보 메시지를 전송하는 S140 단계; 및 상기 알람을 관리자에게 전송하는 S150 단계;로 이루어진다.

상기 S40단계에서 상기 통신장치 및 제어부가 입력받은 내부온도 T_i로부터 아래의 수학식 5을 이용하여 포화수증기압 P_sat을 구한다.

[수학식 5]

상기 S50단계에서 통신장치 및 제어부가 포화수증기압 P_sat과 상대습도 r_h로부터 아래의 수학식 6을 이용하여 현재수증기압 P_vap를 구한다.

[수학식 6]

상기 S60단계에서 통신장치 및 제어부가 현재수증기압 P_vap로부터 아래의 수학식 7을 이용하여 결로 온도 T_d를 구한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치는 화재의 가장 큰 요인이 되는 결로를 효과적으로 제거함으로써 화재에 의한 소손을 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 결로를 예방하기 위한 팬히터 상태를 유지하거나 정지시키기 위해 표면온도, 결로 온도로 다양한 판단 조건을 입력시킬 수 있어 효과적으로 결로를 예방하여 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 결로의 발생을 예측하여 결로가 예방되도록 제어하고, 제거가 어려울 때는 이를 관리자에게 책임 등급에 따라 순차적으로 알려서 화재를 미리 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 결로 예방의 제어 범위를 벗어나는 위험 상태를 차례대로 관리자에게 알려 태양광 발전 장치를 신속하게 관리 및 감독함으로써 실시간 사고예방을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 포화수증기압과 결로 현상 등을 보여주는 그래프이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 구성 블록도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 결로 예측 및 예방 장치의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 일반적으로 사용되는 전기식 습도센서의 종류(a)와 구조(b)를 나타내고 있다.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 제한하여 해석해서는 안된다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에서 도시된 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 개략 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 구성 블록도이다.

도 1b에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 태양 전지 어레이, 접속반, 인버터, 모니터링 시스템 등을 포함한다.

태양전지 어레이(110)에서 생성된 직류 전력은 접속반(120)을 통해 인버터(130)로 공급된다. 여기서 접속반(120)은 모니터링 시스템(140) 및 무선 단말(150)과 무선 통신망을 통하여 연결되어 있으며, 표면온도, 결로 온도 데이터 등을 송수신 한다. 무선 통신망의 통신 방식은 이더넷 네트워크, 무선센서 네트워크, WiFi 네트워크, 셀룰러 네트워크와 같은 방식을 사용한다. 여기서 결로 예측 및 예방 장치(160)는 접속반(120) 내부에 위치하고 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치(100)의 실장 개략도이며, 도 3은 태양광 발전 장치의 구성 블럭도이다.

도 3에 따르면, 복수의 태양 전지 어레이(110)는 병렬로 연결된다. 이 태양 전지 어레이(110)는 소정의 출력전압을 만족하기 위해 복수의 태양전지 모듈이 직렬 연결되어 하나로 합쳐진 회로이다. 또한 각각의 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀들이 직병렬로 연결되어 있다.

태양전지 어레이(110)는 직류전압을 생성하고 전류를 발생시킨다. 발생된 전력는 태양전지 어레이(110), 접속반(120) 및 인버터(130) 사이의 폐회로를 따라 흐른다.

태양전지 어레이(110)에서 발생된 전력는 인버터(130)로 공급되는 입력 전력 및 인버터(130)를 통과하여 출력되는 출력 전력로 구성된다.

접속반(120)은 결로 예측 및 예방 장치(160)와 고압 PCB(170), 스위치(175)로 구성되어 있다. 여기서 결로 예측 및 예방 장치(160)는 통신장치 및 제어부(161), 고압 PCB 표면 온도센서(162), 습도센서(163), 접속반 내부 온도센서(164) 및 팬히터(165)로 구성되어있다. 또한 고압 PCB(170)는 퓨즈(171), 역전압 방지부(172), 전압 측정부(173) 및 전류 측정부(174)로 구성된다.

결로 예측 및 예방 장치(160)에 있는 통신장치 및 제어부(161)는 고압 PCB 표면 온도센서(162), 습도센서(163) 및 접속반 내부 온도센서(164)로부터 측정된 데이터를 입력받아 연산을 하고, 이의 결과를 토대로 팬히터(165)를 가동시키고, 태양광 어레이(110)와 접속반(120) 내부의 상태를 외부의 모니터링 시스템(140)으로 전송한다.

예를 들어 통신장치 및 제어부(161)를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 일정 온도를 더한 값보다 낮다고 판단될 경우, 팬히터를 가동할 수 있다.

그리고 통신장치 및 제어부(161)는 팬히터 상태를 유지하거나 정지시키기 위한 이 외의 다양한 조건을 입력받을 수 있다.

또한, 고압 PCB(170)는 퓨즈(171)에 직렬로 연결된 역전압 방지부(172) 사이의 전압을 측정하는 전압 측정부(173), 역전압 방지부(172)를 통과한 전류를 측정하는 전류 측정부(174) 구성되어 있다.

상기 고압 PCB 표면 온도센서(162)는 고압 PCB 내부에 실장된 각 측정부와 퓨즈 등에서 발생한 열을 측정하는 센서로서 접속반 내부 온도센서(164)로 측정된 온도와 함께 통신장치 및 제어부(161)에 표면온도 T_s로 제공된다.

따라서 고압 PCB의 표면의 온도 T_s가 낮아져서 고압 PCB의 표면이 결로 온도 T_d이하로 떨어지면 결로가 발생하게 된다.

상기 통신장치 및 제어부(161)가 결로를 예측하기 위하여 표면온도와 결로 온도를 비교한다. 즉, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 일정 온도를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단한다.

통신장치 및 제어부(161)는 외부의 모니터링 시스템(140)로 스위치(175) 단절 정보를 전송하여 관리자에게 알린다. 또한, 통신장치 및 제어부(161)는 관리자의 무선 단말에도 스위치(175) 단절 정보를 통보한다. 따라서 각 부품의 상태를 실시간으로 모니터링하여 화재 발생을 미연에 방지하고 빠른 조치로 태양광 발전 장치(100)를 효율적으로 관리할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 상기 통신장치 및 제어부(161)는, 상기 내부 온도센서에서 측정 계산된 포화증기압, 상기 습도센서에서 측정 계산된 현재 수증기압 및 이를 이용하여 계산한 결로 온도와 상기 고압 PCB 표면 온도센서에서 측정된 고압 PCB의 표면온도를 기반으로 하여 예측되어지는 결로발생 가능성을 상기 모니터링 시스템으로 전송한다. 상기 결로발생 가능성은 후술하는 도 4의 동작 흐름도의 수식과 판단 로직에 따라 계산된다.

또한 본 발명은 상기 접속반과 통신장치 및 제어부(161)를 통해 연결되어, 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 동작 상태 및 이상 유무를 모니터링 하는 무선 단말(150)을 포함한다.

상기 무선 단말(150)은 관리자 이동 단말기로서, 관리자 스마트폰, 태블릿PC, 또는 웨어러블 기기를 포함하고, 경고 신호의 종류인 진동/음성으로 구분하여 진동 장치 또는 음성 스피커를 통해 관리자에게 각 장치의 동작 상태 및 이상 유무를 알려주어, 사전에 화재 예방이 가능하다.

또한 상기 관리자 이동 단말기는 관리자에게 상기 경고 신호의 종류에 따라 위험을 알리는 단말기이다.

또한 상기 관리자 이동 단말기를 통해 최종 관리자와 통화를 원할 경우 바로 긴급호출 하는 긴급호출 기능을 갖는다.

상기 관리자 이동 단말기 또는 관리자 단말기는 상기 관리자 이동 단말기에 동작 상태 및 이상 유무 정보를 포함하는 푸시메시지를 전달하거나, 관리자가 상황알림을 실시간으로 전달받아 통화 또는 비상메시지를 처리할 수 있다.

첫 번째 경보 대상자인 관리자가 부재중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 다음 연락 순서의 관리자 단말기에 차례대로 연락이 가도록 제어하거나, 관리자 단말기의 등급을 나누어 등급이 낮은 순 또는 높은 순으로 연락이 가도록 선택할 수 있다.

또 다른 실시예로 본 발명은 관리자 이동 단말기에서 장애 정보별 경보 메시지 전송 유무 설정 화면과, 경보 메시지 전송 설정 화면을 선택하면, 관리자들의 스케쥴 일정을 반영하여 상기 관리자 단말기에 경보 최대 횟수를 일정하게 조정하여 특정 관리자의 휴가의 경우 경보 횟수가 없게 하고, 근무 시간이 지난 경우 경보 횟수를 일정치 이하로 조정할 수 있다.

상기 관리자 이동 단말기에서 태양광 어레이별 온도/습도 정보 설정 화면을 선택하면, 해당 정보가 표시되고 실제 화재 예상 등급별로 설정된 경보 메시지를 미리 저장할 수 있도록 하였다.

예를 들어 해당 장치 관리자가 부재중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 다음 장치 관리자 단말기에 화재 등급별 경보 메시지가 차례대로 연락이 가도록 제어할 수 있다.

상기 복수의 태양 전지 어레이 주변에 설치되어 기상 정보를 취득하고, 취득된 정보를 데이터화 하여 상기 모니터링 시스템과 관리자 이동 단말기로 전송하는 기상 관측반을 더 포함하고, 상기 관리자 이동 단말기가 기상 관측반을 통해 취득하는 정보는, 온도 정보와 일사량 정보를 포함한다.

또한, 화재의 원인이 되는 접속반 내부 기판에서의 결로 현상을 예측하고 결로를 예방하며 결로 예방의 제어 범위를 벗어나게 되면 이를 관리자 이동 단말기에 전송하여 화재를 예방할 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 결로 예측 및 예방 기능을 부가하여 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치의 결로 예측과 결로 제거의 작동양태에 대해 살펴 보면 아래와 같다.

먼저, 접속반에 부착된 내부온도센서, 습도센서, 표면온도센서를 통하여 내부온도, 상대습도, 표면온도에 대한 값을 통신장치 및 제어부가 입력받는다(S10, S20, S30 단계).

이어서 통신장치 및 제어부가 입력받은 내부온도 T_i로부터 아래의 수학식 5를 이용하여 포화수증기압 P_sat을 구한다(S40 단계).

[수학식 5]

이어서 통신장치 및 제어부가 포화수증기압 P_sat과 상대습도 r_h로부터 아래의 수학식 6을 이용하여 현재수증기압 P_vap를 구한다(S50 단계).

[수학식 6]

이어서 통신장치 및 제어부가 현재수증기압 P_vap로부터 아래의 수학식 7을 이용하여 결로 온도 T_d를 구한다(S60 단계).

[수학식 7]

이때 고압 PCB의 표면의 온도 T_s가 낮아져서 고압 PCB의 표면이 결로 온도 T_d이하로 떨어지면 결로가 발생하게 된다.

통신장치 및 제어부가 결로를 예측하기 위하여 표면온도와 결로 온도를 비교한다. 즉, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단한다(S70 단계).

여기에서 표면온도(T_s)가 결로 온도(T_d)에 1℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 이유는, 제어부의 제어신호에 의해 팬히터를 가동하여 접속반 내부 공기의 현재 수증기압을 감소시키거나, 결로가 발생하면 안 되는 부분의 표면온도를 상대적으로 높게 유지하면 결로가 발생하는 현상을 없앨 수 있으므로, 고압PCB의 표면에 발생하는 결로를 예방할 수 있다.

제S70단계의 판단 결과, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮다고 판단될 경우, 팬히터를 가동하고, 제S120단계로 절차를 이행한다(S90 단계).

반면에, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 높거나 같은 경우로 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 크고 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단한다(S80 단계).

제S80단계의 판단 결과, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위에 맞다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행한다(S110 단계).

반면에, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위에 맞지 않다고 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같은지 여부를 판단한다(S100 단계).

여기에서 표면온도(T_s)가 결로 온도(T_d)에 1℃를 더한 값보다 높은지 2℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 이유는, 이렇게 하여 발생한 결로 현상은 접속반 내부 공기의 현재 수증기압을 감소시키거나, 결로가 발생하면 안 되는 부분의 표면온도를 상대적으로 높게 유지하면 결로가 발생하는 현상을 없앨 수 있는 최적의 온도이고, 고압PCB의 표면을 이슬점 온도보다 2℃ 이상으로 유지되면 결로를 충분히 예방할 수 있으므로 불필요하게 팬히터를 가동시키지 않아도 되므로 제어부의 제어신호에 의해 팬히터를 중지시켜 전력낭비를 예방할 수 있다.

제S100단계 판단 결과, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 낮다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행한다(S110 단계).

반면에, 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같다고 판단될 경우, 팬히터를 정지시키고, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행한다(S130 단계).

S120단계 판단 결과, 통신장치 및 제어부가 팬히터 가동시간이 t_limit 보다 적을 경우, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행한다.

반면에, 통신장치 및 제어부가 가동시간이 t_limit 보다 크거나 같을 경우, 알람을 발생하며 모니터링 시스템으로 정보 메시지를 전송한다(S140 단계).

통신장치 및 제어부는 외부의 모니터링 시스템으로 스위치 단절 정보를 전송하여 관리자에게 알린다(S150 단계).

또한, 통신장치 및 제어부는 관리자의 무선 단말에도 스위치 단절 정보를 통보한다. 따라서 화재 발생을 미연에 방지하고 빠른 안전성 확보로 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 효율적으로 관리할 수 있다.

또한 관리자 이동 단말기로 상기 센서 감지 신호를 전달받아, 상기 경고 신호의 종류에 따라 스피커 음성 신호 또는 진동 장치로 위험을 알린다.

그리고, 동시에 관리자 이동 단말기 또는 관리자 단말기를 통해 상기 관리자 이동 단말기에 푸시메시지를 전달하거나, 관리자는 상황알림을 실시간으로 전달받아 신속하게 대응 조치를 취하거나 비상메시지를 처리한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 태양광 발전 장치
110: 태양 전지 어레이
120: 접속반
130: 인버터
140: 모니터링장치
150: 무선 단말
160: 결로 예측 및 예방장치
161: 통신장치 및 제어부
162: 고압 PCB 표면 온도센서
163: 습도센서
164: 접속반 내부 온도센서
165: 팬히터
170: 고압 PCB
171: 퓨즈부
172: 역전압 방지부
173: 전압측정부
174: 전류측정부
175: 스위치

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 접속반에 부착된 내부온도센서, 습도센서, 표면온도센서를 통하여 내부온도, 상대습도, 표면온도에 대한 값을 통신장치 및 제어부로 전송하는 S10/S20/S30 단계;
   상기 통신장치 및 제어부가 전달받은 내부온도 T_i로부터 포화수증기압 P_sat을 구하는 S40 단계;
   상기 통신장치 및 제어부가 포화수증기압 P_sat과 상대습도 r_h로부터 현재수증기압 P_vap를 구하는 S50 단계;
   상기 통신장치 및 제어부가 현재수증기압 P_vap로부터 결로 온도 T_d를 구하는 S60 단계;
   상기 통신장치 및 제어부가 결로를 예측하기 위하여 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 S70 단계;
   제S70단계의 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 낮다고 판단될 경우, 팬히터를 가동하고, 제S120단계로 절차를 이행하는 S90 단계;
   상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 높거나 같은 경우로 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 1℃를 더한 값보다 크고 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 낮은지 여부를 판단하는 S80 단계;
   상기 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위 내에 있다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 상기 S10/S20/S30 단계로 절차를 이행하는 S110 단계;
   상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d의 조건범위 내에 있지 않다고 판단될 경우, 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같은지 여부를 판단하는 S100단계;
   제S100단계 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 작다고 판단될 경우, 팬히터 상태를 유지하고 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하는 S110 단계;
   상기 통신장치 및 제어부를 통해 표면온도 T_s가 결로 온도 T_d에 2℃를 더한 값보다 높거나 같다고 판단될 경우, 팬히터를 정지시키고, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하는 S130 단계;
   제S120단계 판단 결과, 상기 통신장치 및 제어부가 팬히터 가동시간이 t_limit 보다 적을 경우, 제10단계, 제20단계, 제30단계로 절차를 이행하고, 통신장치 및 제어부가 가동시간이 t_limit 보다 크거나 같을 경우, 알람을 발생하며 모니터링 시스템으로 정보 메시지를 전송하는 S140 단계; 및
   상기 알람을 관리자에게 전송하는 S150 단계;로 이루어진 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 이용한 알람 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 S40단계에서 상기 통신장치 및 제어부가 입력받은 내부온도 T_i로부터 아래의 수학식 5을 이용하여 포화수증기압 P_sat을 구하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 이용한 알람 방법.
   [수학식 5]
   

   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 S50단계에서 통신장치 및 제어부가 포화수증기압 P_sat과 상대습도 r_h로부터 아래의 수학식 6을 이용하여 현재수증기압 P_vap를 구하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 이용한 알람 방법.
   [수학식 6]
   

   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 S60단계에서 통신장치 및 제어부가 현재수증기압 P_vap로부터 아래의 수학식 7을 이용하여 결로 온도 T_d를 구하는 것을 특징으로 하는 결로 예측 및 예방 기능을 구비한 태양광 발전 장치를 이용한 알람 방법.
   [수학식 7]
   

   

   
   

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