KR101965820B1 - 태양광발전 데이터 수집 장치 - Google Patents

태양광발전 데이터 수집 장치 Download PDF

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Abstract

태양광발전을 위한 데이터 수집 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 수집 장치는 태양광 발전량에 관한 데이터를 수신하는 수신부, 상기 태양광 발전량을 모니터링 하기 위한 그래프의 대표 패턴을 저장하는 저장부, 상기 수신부가 수신한 태양광 발전량에 관한 제1 데이터의 그래프를 추출하고, 상기 추출된 그래프를 상기 저장부에 저장된 대표 패턴과 비교하여 패턴 비교값을 추출하는 제어부 및 상기 시스템 제어부에서 비교한 제 1 데이터를 외부 기기로 송신하는 송신부를 포함한다.

Description

태양광발전 데이터 수집 장치{PHOTOVOLTAIC DATA COLLECTING DEVICE}
본 발명의 기술 분야는 태양광발전 장치에 관한 것으로, 특히 태양광 발전한 결과 값을 모니터링 하는 장치에 관한 발명이다.
석유 등 화석에너지의 고갈과 환경오염에 대한 우려로 인하여 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전인 태양광발전이 각광받고 있다. 태양광발전은 무한정, 무공해의 태양광 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다는 장점이 있다.
태양광 에너지 발전 방식에는 독립형 방식과 계통 연계형 방식이 있다. 계통 연계형 방식은 태양광발전 장치를 기존의 전력 계통에 연결하여 사용한다. 태양광발전 시스템으로부터 낮에 전기가 발생하면 송전하고 밤이나 우천시에는 계통으로부터 전기를 공급받는다. 계통 연계형 태양광발전 시스템을 효율적으로 사용하기 위해서 경부하시에는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 유휴전력을 저장하고, 과부하시에는 태양광 발전 전력뿐만 아니라 배터리 에너지 저장 시스템을 방전하여 전력을 계통에 공급하는 형태의 태양광 발전시스템이 도입되었다.
태양광 발전의 하루 발전량 그래프가 일정한 패턴을 가진다는 가정하에, 그래프를 그리기 위한 최소한의 데이터만은 전달하여 모니터링 효율을 높이는 태양광발전 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전을 위한 데이터 수집 장치는
태양광 발전량에 관한 데이터를 수신하는 수신부, 상기 태양광 발전량을 모니터링 하기 위한 그래프의 대표 패턴을 저장하는 저장부, 상기 수신부가 수신한 태양광 발전량에 관한 제1 데이터의 그래프를 추출하고, 상기 추출된 그래프를 상기 저장부에 저장된 대표 패턴과 비교하여 패턴 비교값을 추출하는 제어부 및 상기 시스템 제어부에서 비교한 제 1 데이터를 외부 기기로 송신하는 송신부를 포함한다.
태양광 발전량에 관한 데이터 전달 시에, 데이터 전체를 전달하지 않아도 대략적인 발전량의 모니터링이 가능하여 통신요금의 절약 및 통신이 어려운 지역에서도 모니터링을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 5는 태양광 발전 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 데이터 수집 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7는 종래의 방법으로 태양광 발전을 모니터링한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전량을 모니터링하는 흐름도이다.
도 9은 대표 패턴에 기초하여 발전량 그래프를 그리는 것을 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 11는 수신된 데이터에서 최대 발전량 외에 추가적인 값이 수신된 경우에 모니터링하는 과정을 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광발전 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 태양전지 어레이(101), 인버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115)를 포함한다.
태양전지 어레이(101)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다.
인버터(103)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 태양전지 어레이(101)가 공급한 직류 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(111)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다.
교류 필터(105)는 교류 전력으로 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다.
교류/교류 컨버터(107)는 교류 전력을 계통에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)에 공급한다.
계통(109)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통이 과부하인 경우, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)으로부터 전력을 공급받아 계통에 전력을 전달한다. 계통이 경부하인 경우, 충전 제어부(111)는 태양전지 어레이(101)로부터 전력을 공급 받아 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전달한다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다. 구체적으로 계통(109)이 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통(109)이 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 충전된 전력을 방전하여 계통(109)에 전력을 공급한다. 계통의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가진다. 따라서 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전력을 계통(109)의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 사용하여 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 계통(109)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)와 인버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다.
센서부(116)는 태양광 발전과 관련된 다른 요소를 센싱한다. 이 경우 센서부(116)는 일조량 센서 및 온도 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 실시 예에서 센서부(116)는 태양광 발전이 진행되는 동안의 일조량을 센싱할 수 있다. 또 다른 실시 예에서 센서부(116)는 태양광 발전이 진행되는 동안의 온도를 센싱할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치(200)는 태양전지 어레이(101), 인버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115), 직류/직류 컨버터(117)를 포함한다.
도 1의 본발명의 일 실시예와 모두 동일하나 직류/직류 컨버터(117)를 더 포함한다. 직류/직류 컨버터(117)는 태양전지 어레이(101)가 발전하는 직류 전력의 전압을 컨버팅한다. 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치(200)는 태양전지 어레이(101)가 생산하는 전력의 전압이 작다. 따라서 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전력을 인버터에 입력하기 위해서는 승압이 필요하다. 직류/직류 컨버터(117)는 전압을 태양전지 어레이(101)가 생산하는 전력의 전압을 인버터(103)에 입력할 수 있는 전압의 크기로 컨버팅한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 동작 흐름도이다.
태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다(S101).
시스템 제어부(115)는 계통(109)에 전력 공급이 필요한지에 대하여 판단한다(S103). 계통(109)에 전력 공급이 필요한지 여부는 계통(109)이 과부하인지 경부하인지를 기준으로 판단할 수 있다.
계통(109)에 전력 공급이 필요하지 않다면, 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전한다(S105). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 충전 제어부(111)는 제어 신호를 수신하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한가 판단한다(S107). 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전기 에너지만으로 계통(109)의 전력 수요를 충족하지 못하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한지 판단할 수 있다. 또한 시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전할 정도로 충분한 전기 에너지를 저장하고 있는지 판단할 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요하다면, 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 방전한다(S109). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 충전 제어부(111)는 제어 신호를 수신하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 방전할 수 있다.
인버터(103)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 태양전지 어레이(101)가 변환한 전기 에너지를 교류로 인버팅한다(S111). 이때 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 태양전지 어레이(101)가 변환한 전기 에너지를 모두 하나의 인버터(103)를 통해 인버팅한다. 각 전기기구는 사용할 수 있는 전력에 한계가 있다. 이 한계는 순간적인 한계와 장시간 사용했을 때의 한계가 있는데, 장시간 사용해도 기기에 손상이 가지 않고 무리 없이 사용할 수 있는 최대전력으로 정격 전력을 정한다. 인버터(103)의 효율을 최대화하기 위해서는 배터리 에너지 저장 시스템(113)과 태양전지 어레이(101)는 인버터(103)가 이러한 정격 전력의 40% 에서 60% 정도를 전력을 사용하도록 전력을 공급하여야 한다.
교류 필터(105)는 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다(S113).
교류/교류 컨버터(107)는 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)에 공급한다(S115).
계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 컨버팅된 전력을 계통에 공급한다(S117).
도 1내지 도3의 실시예에 의한 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 하나의 인버터(103)만을 사용하므로 태양전지 어레이(101)의 용량에 맞추어 인버터(103)의 정격 전력을 결정하여 계통 연계형 태양광발전 장치(100)를 설계할 경우 다음과 같은 문제가 있다. 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하여 태양전지 어레이(101)와 함께 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60%를 초과하는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하여 단독으로 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60%에 못 미치는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 이밖에 일사량이 적어 태양전지 어레이(101)가 적은 양의 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60% 정도에 못 미치는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 이러한 경우 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 떨어진다. 또한 전력의 고조파 함유율(Total Harmonic Distortion, THD)이 높아져 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 생산하는 전력의 품질이 낮아진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치(500)는 태양전지 어레이(501), 제1 인버터(503), 교류 필터(505), 교류/교류 컨버터(507), 계통(509), 제어 스위치(511), 충전 제어부(513), 배터리 에너지 저장 시스템(515), 시스템 제어부(517), 제2 인버터(519)를 포함한다. 또한 추가적으로 센서부(116)을 포함할 수 있다.
태양전지 어레이(501)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이(501)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다.
제1 인버터(503)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 태양전지 어레이(501)로부터 직류 전력을 공급받거나 또는 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(513)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다.
교류 필터(505)는 교류 전력으로 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다.
교류/교류 컨버터(507)는 교류 전력을 계통에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 계통(509)에 전력을 공급한다.
계통(509)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
제어 스위치(511)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)과 제1 인버터(503) 사이의 전력 공급의 흐름을 조정한다. 제어 스위치(511)는 시스템 제어부(517)의 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따라 동작한다. 구체적으로 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전하여 제1 인버터(503)에 전력을 공급할 경우, 시스템 제어부(517)는 제어 스위치(511)와 제1 인버터(503)를 연결하는 제어 신호를 생성한다. 제어 스위치(511)는 제어 신호를 수신하여 충전 제어부(513)와 제1 인버터(503)를 연결한다. 제1 인버터(503)에 전력을 공급하지 않을 경우, 시스템 제어부(517)는 제어 스위치(511)와 제1 인버터의 연결을 해제하는 제어 신호를 생성한다. 제어 스위치(511)는 제어 신호를 수신하여 제1 인버터(503)와 제1 인버터(503) 사이의 연결을 해제한다.
충전 제어부(513)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통이 과부하인 경우, 충전 제어부(513)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)으로부터 전력을 공급받아 계통에 전력을 전달한다. 이때 충전 제어부(513)는 제1 인버터 또는 제2 인버터(519)중 어느 하나에 전력을 공급하거나 제1 인버터(503)와 제2 인버터(519)에게 동시에 전력을 공급할 수 있다. 계통이 경부하인 경우, 충전 제어부(513)는 태양전지 어레이(501)로부터 전력을 공급 받아 배터리 에너지 저장 시스템(515)에게 전달한다.
배터리 에너지 저장 시스템(515)은 계통이 경부하인 경우 태양전지 어레이(501)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 배터리 에너지 저장 시스템(515)은 계통이 과부하인 경우 충전된 전력을 방전하여 계통(509)에 전력을 공급한다. 도1 내지 도 3의 실시예에서 기재한 바와 같이 계통 연계형 태양광발전 장치(500)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)을 사용하여 계통(509)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
시스템 제어부(517)는 충전 제어부(513)와 제1 인버터(503), 제2 인버터(519), 교류 필터(505) 및 교류/교류 컨버터(507)의 동작을 제어한다.
도 1 내지 도 3의 실시예에와 달리 도 4 실시예에서는 배터리 에너지 저장 시스템(515)에 연결되는 제2 인버터(519)를 더 포함한다.
제2 인버터(519)는 제1 인버터(503)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(513)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다. 제1 인버터(503) 이외에 제2 인버터(519)를 포함함으로써 계통 연계형 태양광발전 장치(500)가 공급하는 전력의 크기에 따라 선택적으로 제1 인버터와 제2 인버터를 가동한다.
도 5는 태양광 발전 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 태양광 인버터(103)이 태양광 발전 장치(100)에 포함될 수 있다. 태양광 인버터(103)에 대해서는 상술한 바 자세한 내용은 여기에서는 생략한다. 태양광 인버터(103)는 태양광 발전 장치(100)에 한 개 존재할 수 있으며, 복수개가 존재할 수도 있다. 태양광 인버터(103)는 태양광 발전량을 데이터 수집 장치(300)로 전달할 수 있다.
한편, 태양광 발전 장치(100)의 센서부(116)는 감지된 데이터를 태양광 발전량과 함께 데이터 수집 장치(300)로 전달할 수 있다. 일 실시 예에서 감지된 데이터는 일사량, 온도, 일출/일몰 시간, 기상 상황 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 태양광 발전 장치는 상술한 데이터들과 함께, 발전 시간 정보를 데이터 수집 장치(300)에 전달할 수 있다.
데이터 수집 장치(300)는 하위 인버터(103) 및 태양광 발전 장치(100)로부터 데이터를 수신하고, 종합한다. 데이터 수집 장치(300)는 태양광 발전 장치(100)에 포함되는 구성일 수 있으며, 복수의 태양광 발전 장치(100)들에 연결되어 별도의 구성이 될 수도 있다. 데이터 수집 장치(300)는 수집한 발전 정보를 모니터링 하기 위해 사용자 또는 클라이언트 들에게 제공할 수 있다. 또한, 복수의 데이터 수집 장치(300)가 연결된 상위 서버(400)가 존재하는 경우 상위 서버(400)에 수집한 발전 정보를 전달할 수 있다.
이하 도 6를 참조하여 데이터 수집 장치(300)에 대하여 자세히 설명한다.
데이터 수집 장치(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 수집 장치 제어부(315), 송수신부(316), 저장부(317), 출력부(318)을 포함할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 구성에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 다른 구성이 더 포함될 수 있다.
송수신부(316)는 인버터(103) 및 각종 센서(미도시)를 포함하는 태양광 발전 장치(100)로부터 태양광 발전 관련 데이터를 수신한다. 수신 방법은 유/무선 통신 방법이 모두 가능하다. 데이터 수집 장치(300)가 태양광 발전 장치(100)내 포함된 구성인 경우, 내부 구성간 연결된 회로를 통해 데이터를 수신할 수 있다. 구체적으로 송수신부(316)는 인버터(103)으로부터 태양광 발전량을 정해진 시간에 따라 수신하고, 수신한 발전량을 제어부(315)로 전달할 수 있다.
또한 송수신부(316)은 수집한 태양광 발전 데이터를 상위 서버(400)로 전송할 수 있다. 마찬가지로 유/무선 통신을 통해 데이터를 상위 서버(400)로 전송할 수 있다.
또한 송수신부(316)는 사용자 및 클라이언트에게 태양광 발전량을 전송할 수도 있다. 구체적으로 태양광 발전 장치(100)의 소유주 또는 전기 매매업자 등에게 발전량 모니터링을 위한 정보를 전송할 수 있다.
또한, 송수신부(316)는 송신부와 수신부로 나뉘어질 수도 있다.
저장부(317)는 수집한 발전량 데이터를 저장한다. 태양광 발전은 매일매일 진행되며, 데이터 수집 장치(300)가 수집한 데이터는 일단 저장부(317)에 저장되고 다른 곳으로 전송된다. 저장부(317)에 저장된 데이터는 이하 설명할 발명에서 전송 데이터량을 줄이는데 활용될 수 있다.
또한, 저장부(317)는 제어부(315)가 태양광 발전량 모니터링을 위한 그래프를 그리기 위해 참조할 수 있는 그래프의 대표 패턴을 저장한다. 저장된 대표 패턴은 조건 별로 하나 이상일 수 있다.
출력부(318)은 태양광 발전량 모니터링을 위한 데이터를 표시할 수 있다. 출력부는 시각적으로 데이터를 표시하는 디스플레이부 및 청각적으로 데이터를 출력하는 스피커를 포함할 수 있다.
데이터 수집 장치 제어부(315)는 상술한 송수신부(316), 저장부(317), 출력부(318)의 동작을 제어한다. 추가적으로 데이터 수집 장치 제어부(315)는 수신한 데이터를 이용하여 다른 데이터로 가공할 수 있다. 데이터를 가공하는 내용에 대해서는 이하 자세히 설명한다.
다시 도 5로 돌아온다.
태양광 발전 시스템(1)은 복수의 데이터 수집 장치(300)가 연결된 상위 서버(400)을 포함할 수 있다. 상위 서버(400)는 복수의 데이터 수집 장치(300)로부터 전달되는 태양광 발전 정보를 종합하고 수집할 수 있다. 규모가 작은 태양광 발전 시스템(1)에서는 상위 서버(400)가 별도로 존재하지 않고 데이터 수집 장치(300)가 상위 서버의 역할을 함께 수행할 수 있다.
상위 서버(400)를 통해 관리자는 대규모 태양광 발전 시스템을 운용할 때, 해당 시스템을 효과적으로 관리 및 제어할 수 있다. 상위 서버(400)에서 하위의 데이터 수집 장치(300) 및 태양광 발전 장치(100)를 모두 제어할 수 있으며, 복수의 태양광 발전 장치로부터 데이터를 수집하여, 각 발전 장치(100)별 발전량을 비교하고 오작동을 제어할 수 있다.
도 7는 종래의 방법으로 태양광 발전을 모니터링한 결과를 나타내는 도면이다.
종래에는 태양광 발전의 모니터링을 위해서 데이터 수집 장치(300)가 모니터링에 필요한 데이터들을 태양광 인버터와 각종 센서로부터 데이터를 수집하였다. 그리고 데이터 수집 장치(300)의 제어부(315)는 수집한 데이터에 기초한 모티터링 결과를 사용자에게 제공하거나, 상위 서버에 전달할 수 있었다.
그러나, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 종래에는 일정 시간 마다(예를 들면 5분 마다)태양광 발전량을 데이터 수집 장치(300)가 수집하여 태양광 발전량을 모니터링 하였다. 종래의 방법의 경우, 짧은 주기 마다 발전량을 지속적으로 수신하여 정확도면에서 유리한 점이 있었다.
그러나, 종래의 방법은 주기 마다 발전량을 모두 전송하여 전송되는 데이터량이 커지게 되었다. 따라서, 커진 데이터량에 비례하여 통신요금이 많이 필요하게 되었다. 또한, 무선 통신에 의한 전송의 경우, 통신 품질이 낮은 지역에서 전송하게 될 때 데이터의 전송이 어려운 상황이 발생하거나, 낮은 통신 품질을 보완하기 위해 증폭기 등을 설치하는데 추가적인 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
이하 도 8 내지 도 도 11를 참조하여 종래의 문제점을 보완하는 태양광 발전 장치에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전량을 모니터링하는 흐름도이다.
태양광 발전 장치(100)의 인버터(103)로부터 데이터 수집 장치(300)의 송수신부(316)가 태양광 발전에 대한 특정 일부 데이터만을 수신한다(S301). 특정 데이터는 발전 시작 시각, 발전 종료 시각, 최대 발전량일 수 있다. 추가적으로 태양광 발전 장치의 위치 정보를 수신할 수도 있다. 위치 정보는 위도, 경도 정보일 수 있다. 태양광 발전량에 대한 전체 데이터를 수신하는 것이 아닌 최소한의 데이터만을 수신하는 것으로, 데이터 전달을 위한 통신 비용을 절감할 수 있다. 또한, 통신 품질이 낮은 경우에도 전달되는 데이터의 양이 적으므로 데이터 전달에 대한 부담을 줄일 수 있다.
또 다른 실시 예에서 송수신부(316)는 최대 발전량만을 수신할 수도 있다. 구체적으로 발전 시작 시각과 종료 시각은 기 입력된 태양광 발전 장치의 위치 데이터에 기초하여 알 수 있다. 태양광 발전은 일출, 일몰 시간과 직접적으로 관계되는바, 위치 데이터에 따른 일출, 일몰 시간을 알아내어 발전 시작 시각과 종료 시각을 유추할 수 있다.
일 실시 예에서, 데이터 수집 장치(300)의 제어부(315)가 기 저장된 위치 정보를 이용하여 일출, 일몰에 관한 테이블을 참조하여 발전 시작 시각과 종료 시각을 알 수 있다. 지역마다 일출, 일몰에 대한 데이터가 이미 누적되어 있을 것으로, 이를 테이블화하여 이용할 수 있다. 테이블은 저장부(317)에 저장할 수 있다. 이 경우, 데이터 수집 장치(300)는 발전량 정보와 함께, 이를 전송하는 발전 장치를 식별하기 위한 정보를 수신할 수 있으며, 제어부(315)는 식별 정보에 기초하여 태양광 발전 장치(100)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 제어부(315)가 위치 정보에 기초하여 일출, 일몰 시각을 계산할 수 있다. 위도와 경도, 날짜에 따른 일출, 일몰을 계산하는 알고리즘을 이용하여 제어부(315)가 태양광 발전 시작 시각과 종료 시각을 알 수 있다.
제어부(315)는 태양광 발전량에 대한 그래프 대표 패턴를 저장부(121)로부터 불러온다(S311). 이 과정을 도 9을 참조해 좀 더 자세히 설명한다.
도 9은 대표 패턴에 기초하여 발전량 그래프를 그리는 것을 나타내는 도면이다.
도 9을 참조하면, 일 실시 예에서 대표 패턴으로 패턴 A, 패턴 B, 패턴 C가 저장부(317)에 저장될 수 있다. 패턴 저장 수는 기후 변화가 많은 지역에서(예를 들면 우리나라)는 상대적으로 많은 수가 저장될 수 있으며, 기후 변화가 적은 지역에서(예를 들면 사막지역)는 상대적으로 적은 수가 저장될 수 있다. 해당 패턴들은 최초 시스템 설계 시 저장된 것일 수 있으며, 운용 중에 태양광 발전 장치가 설치된 위치에 맞추어 새롭게 저장된 것일 수 있다.
패턴 A의 경우, 발전 시작 시간이 가장 빠르며 최대 발전량에 가까운 값이 오래 지속되는 패턴이다. 해당 패턴은 일조량이 많고, 낮이 상대적으로 긴 여름에 해당하는 발전량 패턴일 수 있다. 패턴 C의 경우, 발전 시작 시간이 가장 늦으며 최대 발전량에 가까운 값이 짧은 패턴이다. 해당 패턴은 일조량이 적으며, 낮이 상대적으로 짧은 겨울에 해당하는 발전량 패턴일 수 있다.
태양광 발전의 경우 기본적으로 일조량에 따라 발전량이 달라지므로 매일의 발전량이 거의 유사한 패턴을 갖는 것을 경험적으로 알 수 있다. 따라서, 대표 패턴을 저장부(317)에 저장하고, 패턴을 선택할 수 있는 대푯값만을 수신하여, 수신한 대푯값과 최대한 일치하는 패턴을 선택하여 모니터링을 위한 그래프를 그릴 수 있다.
다시 도 8으로 돌아온다.
제어부(315)는 수신된 발전 시작 시각, 발전 종료 시각, 최대 발전량를 저장부(317)로부터 불러온 그래프와 비교한다(S321). 구체적으로 저장된 패턴마다 특징으로 발전 시작, 종료 시각을 가지는바, 수신된 데이터를 저장된 패턴들과 비교하여 가장 유사한 패턴을 선택할 수 있다. 예를 들면, 발전 시작 시각 및 발전 종료 시각이 패턴 A와 가장 작은 차이가 나는 경우, 패턴 A를 제어부(315)는 선택할 수 있다.
한편, 또 다른 실시 예에서, 제어부(315)는 수신된 데이터가 2이상의 패턴으로부터 구별하기 어려운 정도의 차이를 가지는 경우, 가장 최근에 선택한 그래프를 우선하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 현재 수신된 데이터가 패턴 A 와 패턴 B의 중간 값을 가져 선택하기 어려운 경우, 최근 일주일간에 패턴 B에 기초하여 모니터링을 위한 그래프를 그린 경우, 패턴 B를 비교 결과 선택할 수 있다.
제어부(315)는 수신한 특정 데이터와 저장부(317)로부터 불러온 그래프 패턴을 비교한 결과에 기초하여 모니터링을 위한 그래프를 작성한다(S331). 일 실시 예에서, 해당 그래프의 작성은 태양광 발전 장치(100)내에서 이루어 질 수 있다. 또 다른 실시 예에서 해당 그래프의 작성은 상위 서버를 통해 이루어 질 수 있다. 상위 서버에서 이루어지는 경우, 태양광 발전 장치(100)는 작성된 그래프를 전송할 수 있으며, 그래프 작성을 위한 특정 데이터만을 전송하고, 상위 서버에서 그래프 패턴을 선택하여 그래프를 작성할 수 있다.
도 10 내지 도 11는 수신된 데이터에서 최대 발전량 외에 추가적인 값이 수신된 경우에 모니터링하는 과정을 나타낸다.
도 9의 단계 S321에서 제어부(315)가 수신된 데이터와 그래프를 비교하는 과정에서 데이터에 최대 발전량 외의 값이 존재하는지 여부를 판단한다(S322). 기본적으로 태양광 발전량은 거의 일정한 패턴을 가지므로, 최대 발전량에 대한 데이터만 있으면 대략적인 그래프를 그릴 수 있는데 기후 조건 등에 따라 돌발적인 값을 나타내는 구간이 발생할 수 있다. 예를 들면, 오전 9시부터 11시까지 비가 온 경우, 비가 오는 동안에는 일조량이 감소하여 이에 비례하여 발전량 또한 감소할 수 밖에 없다. 이 경우, 저장된 패턴과는 다른 값을 가지는 구간이 발생하는 바 이를 반영하는 그래프를 그릴 필요가 있을 수 있다.
일 실시 예에서, 최대 발전량 외 다른 값이 없다고 판단하는 경우, 제어부(315)는 도 8의 단계 S331로 돌아가 그래프를 작성한다.
또 다른 실시 예에서, 제어부(315)가 최대 발전량 외 다른 값이 존재한다고 판단하는 경우, 예외 상황에 대한 그래프 모형을 저장부(317)로부터 불러온다(S323). 예를 들면 예외 상황의 그래프는 우천 상황에 대한 패턴일 수 있으며, 흐린 상황에 대한 패턴일 수 있다. 저장부(317)는 누적된 데이터에 기초하여 기상 상황 별 대표 패턴을 저장할 수 있다.
제어부(315)는 수신된 다른 값을 저장부(317)로부터 불러온 예외 상황 그래프와 비교한다(S324). 일 실시 예에서, 수신된 데이터는 발전 시작 시간으로부터 최대 발전 량에 이르기 전 발전량이 감소하는 시각에 대한 데이터일 수 있다. 또한 상기 발전량이 감소하는 시각 이후 다시 발전량이 회복되는 시각에 대한 데이터 일 수 있다. 더하여 각 예외 상황 구간에서 최소 발전량에 대한 데이터 일 수 있다.
시스템 제어부(315)는 발전량에 변화가 있는 구간에 대한 정보와 최소 발전량 데이터를 저장부(317)로부터 불러온 패턴과 비교하여 가장 근사한 패턴을 선택할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 예외 구간의 데이터가 대표 패턴과 일치하는 경우에는 해당 패턴을 선택하여 예외 구간의 그래프를 수정한다(S325). 구체적으로 수신된 예외적 구간에 대하여 최소 값을 반영하여 일치하는 그래프의 패턴을 차용하여 전체 그래프를 수정할 수 있다.
상기 단계와 관련하여 도 11를 참조하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 11에서 도시하는 바와 같이, 일 실시 예에서 태양광 발전량이 변화하는 구간(이하 #1)이 기상상황에 따라 나타날 수 있다. 이 경우 제어부(315)는 송수신부(316)를 통해 #1의 시작 시간, #1의 종료 시간, #1의 최소 발전량에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 제어부(315)는 상기에서 설명한 바와 같이, 예외 상황에 대한 그래프 패턴을 저장부로부터 불러와 가장 유사한 패턴에 따라 모니터링을 위한 발전량 그래프를 그릴 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 예외 구간에 대한 값과 예외 상황 대표 패턴을 비교한 결과 일치하는 패턴이 존재하지 않을 수 있다. 예를 들면, 예외 구간 내에서 발전량의 변화가 심하여 최소 발전량 값 하나 만으로는 정확한 그래프를 그릴 수 없는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 제어부(315)는 송수신부(316)를 통해 예외 구간의 전체 데이터를 수신한다(S326).
구체적으로 도 11를 참조하면, 제어부(315)가 송수신부(316)를 통해 #1의 시작 시간부터 #1의 종료 시간까지의 발전량 전체에 대한 데이터를 수신한다. 이 경우, 그래프 대표 패턴을 참조하는 경우보다 많은 데이터를 수신해야 하는 부담이 있으나, 종래와 같이 전 구간에 대한 데이터를 수신하는 것이 아닌 일부 구간에 대한 데이터만을 수신하면 족한 것으로 상대 적으로 적은 데이터를 수신하는 것으로 실제 데이터와 거의 일치하는 그래프를 그릴 수 있다.
다시 도 10로 돌아와서, 예외 구간의 데이터를 수신하여 마찬가지로 전체 그래프를 수정한다(S325). 도 10에 의한 그래프 작성 과정도 태양광 발전 장치(100) 내에서 이루어 질 수 있으나, 상위 서버에서 이루어 질 수 도 있다.
상술한 데이터 모니터링 방법은 태양광 발전량뿐 아니라 일사량, 온도와 같이 일정 패턴을 가지는 모든 데이터에 활용할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 태양광발전을 위한 데이터 수집 장치에 있어서,
    태양광 발전량에 관한 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 태양광 발전량을 모니터링 하기 위한 그래프에 대한 복수의 대표 패턴들을 저장하는 저장부;
    상기 수신부가 수신한 태양광 발전량에 관한 제1 데이터와 상기 저장부에 저장된 상기 복수의 대표 패턴들에 기반하여 태양광 발전량을 모니터링하기 위한 그래프를 작성하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 작성한 그래프를 외부 기기로 송신하는 송신부
    를 포함하고,
    상기 제1 데이터는
    발전 시작 시간, 발전 종료 시간 및 최대 발전량을 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 데이터와 상기 복수의 대표 패턴들을 비교하고, 상기 비교의 결과를 기반으로 상기 복수의 대표 패턴들 중에서 하나의 대표 패턴을 선택하여 상기 그래프를 작성하고,
    상기 각각의 복수의 대표 패턴들은
    각각에 상응하는 발전 시작 시간, 발전 종료 시간 및 최대 발전량을 포함하는 대표 패턴 데이터를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 데이터의 상기 발전 시작 시간, 상기 발전 종료 시간 및 상기 최대 발전량을 상기 각각의 대표 패턴 데이터의 상기 발전 시작 시간, 상기 발전 종료 시간 및 상기 최대 발전량과 비교하고, 상기 제1 데이터와 가장 유사한 대표 패턴 데이터를 선택하고, 상기 선택된 대표 패턴 데이터에 상응하는 대표 패턴을 상기 하나의 대표 패턴으로 선택하는,
    태양광발전을 위한 데이터 수집 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    비교 결과 선택 가능한 대표 패턴이 2 이상 존재하는 경우, 최근 그래프를 작성할 때 선택된 그래프 패턴에 기초하여 그래프를 작성하는
    태양광발전을 위한 데이터 수집 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 태양광 발전에 관한 제2 데이터를 더 수신하며,
    상기 제2 데이터는 예외 구간 시작 시각, 예외 구간 종료 시각, 예외 구간 내 최소 발전량을 포함하는
    태양광발전을 위한 데이터 수집 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2 데이터를 상기 저장부에 기 저장된 제2 대표 패턴과 비교하여 전체 그래프를 수정하는
    태양광발전을 위한 데이터 수집 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 데이터가 복수인 경우, 예외 구간 전체의 발전량 데이터를 수신하여 전체 그래프를 수정하는
    태양광발전을 위한 데이터 수집 장치.
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